1.7.1. Nội dung chủ yếu của trắc địa công trình
Dựa vào đối tượng phục vụ, nội dung của trắc địa công trình bao gồm: trắc địa công trình đường bộ; trắc địa công trình cầu vượt; trắc địa công trình ngầm; trắc địa công trình thuỷ lợi - thuỷ điện; trắc địa công trình đường dây tải điện, đường ống dẫn dầu; trắc địa công trình sân bay, bến cảng...
Công tác trắc địa phục vụ xây dựng các loại công trình khác nhau đều có đặc điểm và yêu cầu riêng, nhưng về cơ bản lại có nhiều điểm chung. Vì vậy công tác trắc địa có thể không phân chia theo chủng loại công trình mà theo tuần tự các giai đoạn thiết kế quy hoạch, giai đoạn thi công xây dựng và giai đoạn quản lý vận hành công trình.
a- Công tác trắc địa trong giai đoạn thiết kế quy hoạch công trình: chủ yếu là đo đạc, thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ khác nhau để cung cấp cho thiết kế quy hoạch.
b- Công tác trắc địa trong giai đoạn thi công xây dựng công trình: chủ yếu là chuyển bản thiết kế công trình ra thực địa để dựa vào đó mà tiến hành thi công. Công việc đó gọi là bố trí công trình và bao gồm thành lập lưới khống chế thi công và định tuyến, định dạng công trình. Ngoài ra có khi còn đo đạc để lắp đặt thiết bị, đo hoàn công và đo biến dạng.
c- Công tác trắc địa trong giai đoạn quản lý vận hành công trình: chủ yếu là quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình. Trong đó gồm quan trắc lún, quan trắc chuyển dịch ngang, quan trắc độ nghiêng, độ vặn xoắn, độ dao động của công trình.
1.7.2.ứng dụng GPS trong đo đạc, thành lập bản đồ địa hình
Trong trắc địa công trình, tuỳ thuộc giai đoạn thiết kế, mức độ phức tạp của địa vật, địa hình, mật độ của các đường ống, dây dẫn... mà thường sử dụng bản đồ ở các tỷ lệ 1:10 000, 1:5000, 1:2000, 1:1000 và 1:500 với khoảng cao đều khác nhau.
- Yêu cầu độ chính xác vị trí mặt bằng thường được quy định:
+ Sai số giới hạn vị trí điểm của lưới khống chế đo vẽ so với điểm của lưới cấp cao hơn không được vượt quá 0,2mm trên bản đồ.
+ Sai số giới hạn vị trí điểm địa vật quan trọng so với điểm khống chế đo vẽ gần nhất không được vượt quá 0,4mm trên bản đồ.
- Yêu cầu độ chính xác độ cao thường được quy định:
+ Sai số độ cao điểm chi tiết không được vượt quá 1/4 khoảng cao đều ở vùng bằng phẳng và không được vượt quá 1/3 khoảng cao đều ở vùng địa hình dốc.
h = 0,5m cho tỷ lệ bản đồ 1:500, 1:1000 ở đồng bằng và vùng có độ dốc địa hình< 60; 1:2000, 1:5000 ở đồng bằng h = 1,0m cho tỷ lệ bản đồ 1:500, 1:1000 ở vùng núi 1:2000, 1:5000 ở vùng đồi h = 2,0m cho tỷ lệ bản đồ 1:2000, 1:5000 ở vùng núi.
Như vậy yêu cầu cao nhất về độ chính xác độ cao của điểm chi tiết ở vùng bằng phẳng (khoảng cao đều h = 0,5m) là 0,12m.
Có nhiều phương pháp đo đạc, thành lập bản đồ tỷ lệ lớn, nhưng quy trình cơ bản vẫn bao gồm: lập lưới khống chế và đo vẽ chi tiêt.
Do đó nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong đo đạc, thành lập bản đồ địa hình có nội dung cơ bản là nghiên cứu ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế và đo vẽ chi tiết.
So với các phương pháp truyền thống thì ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế còn có nhiều ưu điểm nổi bật: chọn điểm linh hoạt hơn, không cần dựng tiêu vì không cần nhìn thông giữa các điểm, đo nhanh hơn và có thể đo cả ngày lẫn đêm, độ chính xác cao và từ đó hiệu quả cao hơn.
ở nước ta hiện nay, ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế phục vụ cho đo vẽ bản đồ đã trở thành phổ biến.
Với các chỉ tiêu kỹ thuật hiện hành về độ chính xác như đã nêu trên thì đo GPS động có thể thay thế các phương pháp truyền thống để đo vẽ chi tiết, thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Trong ứng dụng này, ưu điểm của công nghệ GPS thể hiện ở chỗ:
- Giảm thiểu nhân lực đo ở thực địa:
Với một trạm tĩnh có thể đo với số trạm đo di động không hạn chế, không cần người ghi sổ, người vẽ sơ đồ.
- Tăng năng suất lao động, giảm thời gian làm việc ở thực địa:
Với khả năng đo chi tiết ở khoảng cách lớn, ít phải chuyển trạm máy tĩnh nên tốc độ đo nhanh. Với 1 máy đo, người đo có thể đạt đến 1000 điểm đo trong một ngày ở vùng quang đãng.
- Tăng độ tin cậy của số liệu đo:
Tự động đo và ghi số liệu nên không còn nhầm lẫn do người đọc số và ghi sổ. Việc xác định tính chất điểm đo được tiến hành bằng cách mã hoá trực tiếp tại điểm đo nên rất cụ thể, ít sai sót.
- Hiệu quả kinh tế cao:
Với khoảng cách trung bình 3 - 5km có một điểm thuộc lưới khống chế hạng III thì không cần tăng dày và thành lập lưới khống chế đo vẽ mà có thể trực tiếp ứng dụng kỹ thuật đo GPS động để đo và thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Một số đánh giá ở nước ngoài cho thấy có thể giảm 50% - 80% chi phí nhân công; giảm 25% - 50% giá thành sản phẩm bản đồ.
1.7.3.ứng dụng GPS trong thi công xây dựng công trình
Nội dung chủ yếu của công tác trắc địa trong giai đoạn thi công xây dựng công trình là bố trí công trình, trong đó bao gồm thành lập lưới khống chế thi công, bố trí trục chính, trục phụ trợ và bố trí chi tiết từng phần của công trình
Xuất phát từ hạn sai xây dựng tức dung sai hoàn công công trình so với thiết kế để xác định yêu cầu độ chính xác của bố trí công trình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sai số thực tế khi hoàn công bao gồm sai số thi công (sai số chế tạo cấu kiện, sai số thi công lắp đặt...) và sai số bố trí (sai số của lưới khống chế, sai số bố trí trục chính, trục phụ trợ, từng phần...).
Sau khi xác định được yêu cầu độ chính xác bố trí công trình, có thể dựa vào điều kiện thành lập lưới khống chế thi công và điều kiện bố trí chi tiết
công trình mà xác lập quan hệ tỷ lệ giữa sai số của lưới khống chế thi công và sai số bố trí; từ đó ước tính độ chính xác cần thiết của lưới khống chế thi công. Sau đây sẽ nêu ra độ chính xác cần thiết của lưới khống chế thi công một số loại công trình tiêu biểu.
1.7.3.1 Đối với lưới khống chế thi công cầu vượt
Nhiệm vụ chủ yếu của lưới khống chế thi công cầu vượt là xác định chiều dài cầu và bố trí trụ cầu. Trong đó yêu cầu độ chính xác bố trí trụ cầu thường cao hơn yêu cầu độ chính xác xác định chiều dài cầu vượt.
Thường yêu cầu sai số trung phương tâm trụ cầu trên hướng trục cầu không được vượt quá 2cm. Để sai số của lưới khống chế thi công ảnh hưởng không đáng kể đối với độ chính xác bố trí tâm trụ cầu thì sai số trung phương vị trí điểm lưới khống chế thi công cầu không được vượt quá8mm.
1.7.3.2 Đối với lưới khống chế thi công công trình đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện
Nhiều tài liệu về lĩnh vực này quy định sai số trung phương vị trí điểm được bố trí trên công trình này không được lớn hơn (10-20)mm. Tương tự, để sai số điểm lưới khống chế thi công ảnh hưởng không đáng kể đến độ chính xác của điểm được bố trí thì sai số trung phương vị trí điểm lưới khống chế thi công công trình đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện không được vượt quá 8mm.
1.73.3 Đối với lưới khống chế thi công công trình công nghiệp
Lưới khống chế thi công công trình công nghiệp thường được chia làm 2 cấp. Cấp đầu tiên khi ứng dụng công nghệ truyền thống, thường được thành lập dưới dạng lưới ô vuông (chữ nhật) có chiều dài cạnh trung bình khoảng 200m phủ trùm toàn bộ khu vực xây dựng công trình. Dựa vào lưới đó để bố trí trục chính của các nhà xưởng. Sai số bố trí trục chính của các nhà xưởng
ảnh hưởng đến khoảng cách giữa chúng, nhưng khoảng cách này tương đối lớn nên yêu cầu độ chính xác không cao lắm.
Đối với khu công nghiệp, yêu cầu cao nhất là hạn sai lắp đặt đường ống áp lực. Đường ống áp lực có kết cấu đặc biệt ở đầu nối đoạn ống nên có yêu cầu cao đối với độ chính xác bố trí. Xuất phát từ yêu cầu độ lệch hướng ngang cho phép ở chỗ nối đoạn ống là = 2,0mm, có thể phân tích và đi đến kết luận: sai số trung phương tương đối của cạnh lưới khống chế thi công công trình công nghiệp không được vượt quá 1:20.000.
1.7.3.4 Đối với lưới khống chế thi công công trình đường hầm
Đối với đường hầm có chiều dài không quá 4km được đào đối hướng từ hai cửa hầm thì sai số trung phương hướng ngang đào thông hầm không được vượt quá 50mm. Trong trường hợp này, sẽ có 3 nguồn sai số của công tác trắc địa ảnh hưởng đến độ chính xác hướng ngang đào thông hầm:
- Sai số hướng ngang của khống chế trắc địa trên mặt đất, ký hiệu m1;
- Sai số hướng ngang của 2 tuyến đường chuyền nhánh trong hầm, ký hiệu m4 và m5.
Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau, ta có: m1 = m4 = m5 =
3
50 = 29mm.
Đó là độ chính xác cần thiết của lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất mà ý nghĩa cụ thể là sai số hướng ngang vị trí tương hỗ giữa hai điểm khống chế ở hai cửa hầm.
ứng dụng công nghệ truyền thống để thành lập lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất thì hai điểm cửa hầm không bao giờ được liên hệ trực tiếp với nhau bởi một cạnh đo mà phải thông qua các điểm trung gian.
ứng dụng công nghệ GPS thì 2 điểm cửa hầm luôn có thể được liên hệ trực tiếp với nhau bởi 1 cạnh và phương vị đo của cạnh ấy. Đó chính là ưu điểm nổi bật khi ứng dụng GPS trong trắc địa công trình đường hầm.
Dùng các máy thu GPS một tần số hiện đại, định vị tương đối tĩnh với một ca đo thì sai số trung phương của cạnh được tính theo công thức:
2 2 ) . 1 ( 5 D mD (1-17) Khi D = 5km, ta có: mD= 7,1mm
Sai số trung phương vị trí điểm bằng sai số trung phương đo cạnh.
Trong trường hợp sử dụng số máy thu nhiều hơn 2 và các điểm lưới GPS được liên kết chặt chẽ hơn thì độ chính xác vị trí điểm còn cao hơn.
Đối chiếu với yêu cầu độ chính xác của lưới khống chế thi công bốn loại công trình tiêu biểu đã nêu trên, ta thấy hoàn toàn có thể ứng dụng công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế thi công xây dựng công trình.
Tuy nhiên, để bố trí chi tiết công trình thì công nghệ truyền thống và toàn đạc điện tử hiện đại vẫn tiện lợi và có hiệu quả cao.ứng dụng GPS để chuyển trục công trình lên cao sẽ không phải chừa các lỗ thủng trên các sàn như khi dùng máy chiếu đứng quang học và có thể chuyển trục lên các độ cao không hạn chế với độ chính xác gần như đồng đều cho các sàn với những độ cao khác nhau.
1.7.4.ứng dụng GPS trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình. Trong đó, các yếu tố cơ bản nhất là sự phân bố các điểm quan trắc, độ chính xác và chu kỳ quan trắc, thời gian quan trắc trong mỗi chu kỳ. Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch, biến dạng tuỳ thuộc vào giá trị biến dạng cho phép của công trình và mục đích quan trắc biến dạng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong quan trắc biến dạng các công trình công nghiệp và dân dụng thì nội dung chủ yếu là quan trẵc độ lún của nền móng và độ nghiêng của bản thân công trình. Nếu quy định độ nghiêng cho phép của công trình là = 4%o của chiều cao công trình thì đối với một công trình cao 30m, giá trị lệch cho phép của điểm đỉnh công trình sẽ là 120mm. Theo quan điểm sai số trung phương quan trắc phải nhỏ hơn 1/20 giá trị lệch cho phép thì m = 6mm và cũng theo quan điểm cần phải nâng cao chỉ tiêu độ chính xác nên cuối cùng sai số trung phương đo phải là 2mm.
Trong quan trắc chuyển dịch ngang các đập thuỷ điện cũng tuỳ thuộc điều kiện địa chất khu vực và kết cấu đập mà yêu cầu sai số trung phương quan trắc không được vượt quá 1mm - 5mm.
Trừ các công trình có yêu cầu độ chính xác cực cao trong thi công xây dựng như nhà máy gia tốc hạt nhân, trong trắc địa công trình, quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình có yêu cầu độ chính xác cao nhất. Tuỳ thuộc mục đích quan trắc chuyển dịch biến dạng, loại hình và kết cấu công trình, điều kiện địa chất nền móng công trình mà yêu cầu độ chính xác quan trắc có thể đến mm.
ở nước ngoài, theo các tài liệu đã công bố, ứng dụng công nghệ GPS người ta đã đạt được độ chính xác cỡ1mm về vị trí mặt bằng và2mm về độ cao trong thực nghiệm cũng như thực tế quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình.
Tuy nhiên trong thực nghiệm cũng như trong thực tế các quan trắc ấy người ta đã sử dụng đến lịch vệ tinh chính xác và cả phần mềm GAMIT vốn được coi là phần mềm mạnh trong xử lý số liệu GPS.
ở nước ta, việc khai thác lịch vệ tinh chính xác và phần mềm mạnh như GAMIT, BERNESE chưa phải là phổ biến, nhất là ở các cơ sở sản xuất và cũng chưa tổ chức, đơn vị nào ứng dụng công nghệ GPS vào thực tế quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình.
Chương 2
HỆ THỐNG ĐỘ CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO TRONG TRẮC ĐỊA