Phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình

Nguyên tắc xây dựng lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình Chuyển dịch ngang công trình đợc xác định trên cơ sở so sánh toạ độ

- Hệ thống mốc loại 1 đợc xây dựng tại các vị trí cố định bên ngoài phạm vi ảnh hởng chuyển dịch của công trình, các mốc này có tác dụng là cơ sở toạ. Trong mỗi chu kỳ quan trắc cần thực hiện các phép đo để xác định vị trí tơng đối giữa các điểm mốc khống chế nhằm kiểm tra và đánh giá độ ổn định của các mốc đó nh vậy sẽ tạo thành một bậc lới, là lới khống chế. Trong một số trờng hợp, có thể bỏ qua việc thành lập bậc lới khống chế nếu xây dựng đợc các mốc khống chế chắc chắn ổn định.

Ví dụ: các mốc đợc chôn trên nền đá gốc và có cấu trúc theo phơng pháp dây dọi ngợc, thông thờng các mốc này đợc chôn tới độ sâu của tầng đá gốc, nhng do giá thành các loại mốc dây dọi ngợc rất cao, việc thi công, bảo quản và sử dụng cũng phức tạp nên mốc dây dọi ngợc cha đợc sử dụng trong thực tế sản xuất trắc địa ở Việt Nam. Bậc lới quan trắc đợc xây dựng nh lới phụ thuộc, trên cơ sở số liệu đo đạc tiến hành bình sai, tính toán toạ độ các mốc quan trắc và các tham số chuyển dịch biến dạng công trình.

Kết cấu và phân bố mốc quan trắc 1. Mốc cơ sở

Yêu cầu chung đối với cả hai loại mốc là một đầu phải đợc gắn chặt vào công trình, cùng chuyển dịch với công trình đầu còn lại phải có cấu trúc thuận tiện cho việc đặt máy - đối với phơng pháp tam giác hoặc đặt bảng ngắm - đối với phơng pháp hớng chuẩn và phải có định tâm bắt buộc. Mốc kiểm tra thờng đợc đặt ở độ cao của nền công trình để giảm ảnh hởng do nhiệt độ và độ nghiêng công trình. Đối với công trình dân dụng, mốc kiểm tra đợc đặt theo chu vi của công trình, các mốc cách nhau không quá 20m.

Phơng pháp dùng bảng ngắm phẳng đợc ứng dụng rộng rãi trong quan trắc chuyển dịch ngang các công trình có dạng thẳng (nh các tuyến đập thẳng, cầu vợt) khi công nghệ điện tử cha phát triển. Nếu là vạch đứng thì chiều rộng và chiều cao vạch khắc trên bảng ngắm phải đợc tính toán sao cho phù hợp với khoảng cách đo ngắm.

Yêu cầu độ chính xác các bậc lới

Phơng pháp tam giác (với các đồ hình đo góc, đo cạnh hoặc đo góc- cạnh) thờng đợc ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các công trình xây dựng ở vùng đồi núi nh các đập thuỷ lợi- thuỷ điện, công trình cầu, đờng. Các… mốc quan trắc đợc bố trí ở những vị trí đặc trng của công trình, có kết cấu thuận tiện cho việc đặt máy, gơng hoặc bảng ngắm. Lới quan trắc chuyển dịch ngang đợc xây dựng theo hình thức tam giác, thờng là mạng lới dày đặc với đồ hình rất chặt chẽ, cho phép xác định toạ độ các điểm trong lới với độ chính xác cao.

Tuy nhiên, do số lợng trị đo trong lới trong lới tam giác thờng là lớn nên việc đo đạc trong mạng lới cũng tốn nhiều thời gian, công sức và các chi phí khác. Phơng pháp này thờng đợc ứng dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của các công trình có dạng hình cung nh đờng hầm cong, đập cong ( hình 1.8).

Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phơng pháp giao hội

- Trong các phơng án: giao hội thuận góc, giao hội cạnh, giao hội góc cạnh máy đo đợc đặt tại các điểm khống chế cơ sở, tiêu ngắm (hoặc gơng) đặt tại các điểm quan trắc. - Trong phơng án giao hội nghịch góc - cạnh máy đo đợc đặt tại các điểm quan trắc, tiêu ngắm (hoặc gơng) đặt tại các điểm khống chế cơ sở. Khi điểm các điểm quan trắc đợc xác định bằng phơng pháp giao hội từ hơn hai điểm khống chế cơ sở thì sẽ xuất hiện trị đo thừa, khi đó ta tiến hành bình sai để xác định toạ độ của các điểm quan trắc.

- Khi chiều dài cạnh tăng lên, độ chính xác của lới giao hội góc giảm rất nhanh so với lới giao hội cạnh, đồng thời độ chính xác của giao hội góc- cạnh cũng không tăng nhiều so với giao hội cạnh. Từ những phân tích trên có thể nhận thấy: với các mạng lới cỡ vừa và lớn (chiều dài trong lới giao hội dao động trong khoảng 300ữ1500m) thì áp dụng giao hội cạnh là có lợi nhất.

Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phơng pháp hớng chuẩn

Trong phơng pháp hớng chuẩn quang học có hai cách đo độ lệch hớng đó là phơng pháp góc nhỏ và phơng pháp bảng ngắm di động. Tại điểm I đặt máy kinh vĩ, tại điểm II và điểm kiểm tra i đặt bảng ngắm. Trong mỗi chu kỳ chỉ cần đo góc βi còn khoảng cách li chỉ đo 1 lần ở chu kỳ đầu tiên và đợc sử dụng cho tất cả các chu kỳ sau.

Số đọc khi trục đối xứng của bảng ngắm đi qua tâm mốc cần đọc 2-3 lần sau đó lấy trung bình. Do đó phải tìm sơ đồ và biện pháp đo hớng chuẩn thích hợp để đảm bảo yêu cầu độ chính xác và có thể đo ngắm trong những điều kiện khác nhau.

Các đối tợng cần thiết phải quan trắc a. Công trình dân dụng

Trên cơ sở các thông tin này chúng ta sẽ chọn đồ hình mạng lới quan trắc, phơng pháp bố trí mốc quan trắc, các chỉ tiêu kỹ thuật đo đạc và tính toán mạng líi. Đây là những công trình hết sức quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Do qua trình vận hành, điều kiện địa chất đã làm cho các công trình… giao thông bị lún, gây nguy hiểm cho ngời và phơng tiện đi trên đờng.

Với những công trình bị chuyển dịch, biến dạng nh vậy cần phải có các biện pháp xử lý, cải tạo hoặc phá bỏ để đảm bảo an toàn cho sinh hoạt và sản xuÊt. Nh vậy quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình là một công tác quan trọng và cấp thiết, giúp cho ngời chủ quản có trách nhiệm quản lý công trình một cách hệ thống, đồng thời kết quả quan trắc chuyển dịch, biến dạng cho phép chúng ta có thể đánh giá một cách chính xác thực trạng của công trình ở mọi thời điểm và chính xác hoá các phơng án thiết kế nền móng công trình.

Các phơng pháp quan trắc

Trên đây chỉ là một vài công trình điển hình bị biến dạng ở nớc ta. Ngoài ra còn rất nhiều các công trình khác mà tôi cha có điều kiện đề cập.

Khảo sát phơng pháp bình sai lới tự do

- Lới mặt bằng tự do là lới thiếu toàn bộ hoặc thiếu một số trong nhóm yếu tố gốc tối thiểu là: một cặp toạ độ (X, Y), một góc phơng vị, một cạnh đáy ( Số lợng yếu tố gốc tối thiểu trong lới mặt bằng là 4). Số lợng các yếu tố gốc còn thiếu trong tất cả các mạng lới đợc gọi là số khuyết của lới và đợc ký hiệu bằng d, còn bản thân lới đợc gọi là lới tự do bậc d. Phơng pháp bình sai này cho phép loại trừ đợc ảnh của sai số số liệu gốc đến các yếu tố tơng hỗ và định vị mạng lới theo tiêu chuẩn phù hợp với đặc.

Vì trong lới tự do không có đủ các yếu tố định vị tối thiểu nên ma trận hệ số phơng trình số hiệu chỉnh (2.1) có các cột phụ thuộc (số lợng cột phụ thuộc bằng số khuyết của lới). Điều kiện bổ xung (2.3) là một trong những thuật toán nhằm khử tính suy biến của ma trận hệ số hệ phơng trình chuẩn (2.2). Vì vậy, việc lựa chọn điều kiện bổ xung (2.3) sẽ làm thay đổi véc tơ nghiệm, nói cách khác chúng có ảnh hởng tới véc tơ toạ độ (độ cao) bình sai.

Việc nghiên cứu bài toán chuyển đổi toạ độ Helmert có ý nghĩa hết sức quan trọng trong vấn đề định vị lới trắc địa tự do. Điều kiện thứ nhất là nguyên tắc xử lý véc tơ trị đo, còn điều kiện thứ hai chính là nguyên tắc định vị lới trắc địa tự do. Tiêu chuẩn này có thể phát biểu là: Tổng bình phơng độ lệch toạ độ các điểm tham gia định vị là nhỏ nhất.

Nói cách khác, vấn đề định vị các mạng lới trắc địa có bản chất là lới tự do cần phải đợc xem xét trên cơ sở của phép chuyển đổi toạ độ Helmert. - Véc tơ trị bình sai của các đại lợng đo là duy nhất, không phụ thuộc vào sự lựa chọn ma trận định vị C cũng nh lựa chọn véc tơ toạ độ (độ cao) gần. - Việc lựa chọn điều kiện bổ xung C sẽ làm thay đổi véc tơ nghiệm, hay nói cách khác, chúng có ảnh hởng tới véc tơ toạ độ (độ cao) bình sai.