công trình
2.4.1 Sự cần thiết phải chuyền độ cao qua sụng
Ngày nay với sự phỏt triển kinh tế yờu cầu hội nhập quốc tế và giao lưu văn hoỏ - kỹ thuật giữa cỏc vựng cỏc miền ngày càng được đ ẩy mạnh. Nhằm đảm bảo cho nhu cầu thụng thương việc xõy dựng cỏc cõy cầu vượt sụng vượt biển ngày càng được đẩy mạnh và trở thành một yờu cầu khụng thể thiếu. Để cú thể xõy dựng được những cõy cầu vượt sụng vượt biển chỳng ta cần dẫn độ cao vượt sụng, vượt biển. Khụng những chỉ trong xõy dựng cụng trỡnh ta mới phải chuyền độ cao qua sụng mà trong khi xõy dựng mạng lưới khống chế độ cao Nhà nước cỏc cấp hạng II ữ IV, chỳng ta cũng thường gặp cỏc chướng ngại vật cú khoảng khụng rộng như sụng hồ, thung lũng ....Trong trường hợp đú ta cũng phải tiến hành chuyền độ cao độ cao. Việc dẫn độ cao vượt sụng vượt biển giỳp chỳng ta thống nhất độ cao trong toàn bộ khu vực xõy dựng từ đú ta cú thể tớnh ra khối lượng cụng việc đào đắp cũng như độ cao cỏc hạng mục cụng trỡnh trờn hai bờ. Bờn cạnh đú việc dẫn độ cao qua sụng sẽ giỳp chỳng ta bố trớ và xỏc định độ cao trụ cầu hay đo vẽ mặt cắt địa hỡnh khu vực lũng sụng, quan trắc độ lỳn của cỏc hạng mục cụng trỡnh.
Đồng thời khi dẫn độ cao vượt sụng kết hợp với đo nối thuỷ chuẩn Nhà nước sẽ giỳp chỳng ta quy hoạch tổng thể khu vực xõy dựng trong tổng thể độ cao Nhà nước, từ đú ta cú thể dự định xõy dựng cỏc cụng trỡnh cú liờn quan trong tương lai. Khi khu vực xõy dựng được quy hoạch trong tổng thể độ cao Nhà nước sẽ giỳp chỳng ta quy hoạch cỏc vựng chịu ảnh hưởng, từ đú cú kế hoạch di dời dõn cư và tài sản ra khỏi vựng chịu ảnh hưởng trực tiếp của cụng trỡnh, hoặc thụng qua đú ta xõy dựng cỏc cụng trỡnh nhằm làm giảm thiểu tỏc động khụng tốt của cụng trỡnh tới khu vực xung quanh khi cụng trỡnh đưa vào sử dụng ….
Chớnh vỡ thế mà cụng tỏc chuyền độ cao qua sụng trở thành một trong những yờu cầu khụng thể thiếu trong quy hoạch tổng thể, định hướng phỏt triển khu vực trong hệ thống độ cao Nhà nước mà cũn là một trong những yờu cầu cấp thiết trong cụng tỏc xõy dựng cụng trỡnh .
2.4.2 Cỏc phươngphỏp truyền thống chuyền độ cao qua sụng
Theo yờu cầu của quy phạm đối với cỏc cõy cầu vượt cú độ dài trờn 300m thỡ tại mỗi bờ phải chụn ớt nhất hai mốc thuỷ chuẩn lõu dài, sai số giới hạn xỏc định độ cao của chỳng so với điểm gốc khụng quỏ 10mm.
Cỏc mốc trờn hai bờ phải được nối với nhau bằng đo cao thuỷ chuẩn, tức là khi khảo sỏt phải chuyền độ cao qua sụng.
Chuyền độ cao qua sụng được tiến hành bằng cỏc phương phỏp như: đo thuỷ chuẩn kộp, thuỷ chuẩn lượng giỏc và đo cao thuỷ tĩnh.
2.4.2.1 Phương phỏp thuỷ chuẩn hỡnh học kộp
Trước khi đo ngắm trờn hai bờ ta chụn mốc R1 và mốc R2 sao cho độ cao tia ngắm luụn trờn 2 – 3m so với mặt đất và cỏch mốc đú từ 10 – 30 m ta bố trớ cỏc trạm đặt mỏy thuỷ chuẩn J1và J2như hỡnh vẽ sau:
Hỡnh 2.5-Phương phỏp đo cao hỡnh học Yờu cầu khi bố trớ :
J1R1= J2R2 (2.26)
Đặt mỏy tại J1 ta đọc số đọc S1 trờn mia sau đặt tại mốc R1 và điều chỉnh tiờu cự đọc số đọc T1trờn mia trước đặt tại R2. Sau đú chuyển mỏy sang J2 khụng thay đổi tiờu cự đọc số S2 trờn mia tại R1 và đọc số T2 trờn mia tại R2. Đến đõy kết thỳc một vũngđo.
Vỡ khoảng cỏch lũng sụng rộng nờn để cú thể đ ọc được số đọc trờn mia xa ta dựng bảng ngắm phúng đại và di động được trờn mia.
Do khoảng cỏch giữa mỏy với mia trước và mia sau cú độ chờnh rất lớn, nờn chờnh cao nhận được chịu ảnh hưởng rất lớn của độ cong trỏi đất, chiết quang đứng và sai số gúc i của mỏy. Chớnh vỡ vậy mà số đọc trờn mia xa sẽ chịu sai lệch lớn trong khi số đọc trờn mia gần hầu như khụng cú sai số.
Cỏc số đọc trờn mia S1và T1biểu diễn như sau: S1= a1+ d1tg i1
T1= b1+ d2tg i1+ f1 Trong đú
a1và b1là số đọc khụng chịu ảnh hưởng sai lệch dtgi thành phần chịu ảnh hưởng do gúc i gõy ra f1ảnh hưởng của độ cong trỏi đất và chiết quang Chờnh cao nửa vũngđo thứ nhất:
h1= S1–T1
Hay h1 = (a1- b1) + (d1- d2)tg i1–f1 (2.27) Khi chuyển mỏy qua sụng ta cú:
S2= a2+ ' 1 d tg i2+ f2 T2= b2+ ' 2 d tg i2 (2.28)
Chờnh cao nửa vũngđo thứ hai: h2= S2–T2 Hay h2= (a2- b2) + ( ' 2 ' 1 d d )tg i2+ f2
2 2 1 h h h (2.29)
Giả sử gúc i khụng thay đổi và ảnh hưởng chiết quang vẫn giữ nguyờn giỏ trị và dấu của nú thỡ chờnh cao trung bỡnh sẽ là:
2 2 2 1 1 b a b a h (2.30)
Chỳng ta thấy rằng, một sự thay đổi nhỏ của gúc i cũng sẽ gõy ảnh hưởng lớn tới kết quả đo. Vớ dụ khi gúc i thay đổi 1” và độ rộng sụng là d = 1000m thỡ:
∆h = 0.5d (tg i1–tg i2) ≈ 0.5d ( i1–i2)/ρ” ≈ 2.5mm
Vỡ vậy trong quỏ trỡnhđo đạc cũng như vận chuyển qua sụng cần giữ cho gúc i khụng bị thay đổi. Do vậy trong thời gian chuyền độ cao qua sụng phải xỏc định gúc i cẩn thận.
Mỗi vũng đo cần tiến hành đo trong thời gian ngắn nhất, trong điều kiện ngoại cảnh gần như nhau nhằm làm giảm ảnh hưởng chiết quang. Ngoài ra để giảm ảnh hưởng chiết quang ta nờn chuyền đồng thời từ hai mỏy thuỷ chuẩn tại hai bờ và sau đú đổi vị trớ mỏy cho nhau.
2.4.2.2 Thuỷ chuẩn lượng giỏc
Để chuyền độ cao bằng phương phỏp này, người ta tiến hành đo cỏc gúc thiờn đỉnh bằng cỏc mỏy kinh vĩ quang học chớnh xỏc trong thời gian ảnh yờn tĩnh. Việc quan trắc tiến hành theo hai hướng thuận nghịch đồng thời bằng hai mỏy.
Cỏc điểm độ cao A và B mà ta sẽ chuyền độ cao qua sụng, là cỏc điểm của lưới tam giỏc cầu và cũng chớnh là những điểm được cấu tạo như mốc thuỷ chuẩn.
Cỏc mỏy kinh vĩ và cỏc tiờu ngắm được đặt tại cỏc đỉnh của hỡnh bỡnh hành mà khoảng cỏch AD và BC bằng nhau và cố gắng sao cho độ dài của nú
khụng quỏ 3m. Tiờu ngắm là bảng ngắm với cỏc vạch khắc tương đối lớn và gắn trờn mia ( trờn,dưới, giữa ) khi đo ta trựng hợp cỏc vạch đú với vạch khắc trờn mia, mia đặt tại A và B phải thẳng đứng và bọt thu ỷ của mia phải ở vị trớ trung tõm.
Sau khi xỏc định gúc thiờn đỉnh (Mz) của mỏy kinh vĩ và đặt số đọc (90° + Mz) trờn bàn độ đứng, đồng thời tại cả hai bờn bờ sụng ta xoay ống kớnh ngắm vào mia gần, đưa bọt thuỷ bàn độ đứng vào giữa và tiến hành đọc số trờn mia .
Số đọc đú tương ứng với chiều cao i của mỏy so với mốc thuỷ chuẩn. Muốn đo gúc thiờn đỉnh thỡ ta ngắm vạch khỏc trờn bảng ngắm ở mia xa bằng cả bàn độ trỏi và bàn độ phải thực hiện như vậy từ 2 –3 lần.
Sau khi kết thỳc cỏc vũngđo ta chuyển mỏy qua sụng thay đổi mỏy cho nhau và thực hiện tươngtự như cỏc thao tỏc đo như trước chỳng ta sẽ xỏc định được giỏ trị gúc thiờn đỉnh và độ cao mỏy.
Đối với thuỷ chuẩn lượng giỏc hai chiều ta cú:
2 2 2 2 2 1 1 2 1 Z l i l i Z tg S h (2.31) Trong đú:
Z1, Z2 là gúc thiờn đỉnh tới bảng ngắm cựng tờn được đo đồng thời bằng hai mỏy kinh vĩ khỏc nhau.
l1, l2là độ cao cỏc bảng ngắm cựng tờn so với chõn mia i1và i2là độ cao của mỏy so với mốc thuỷ chuẩn A và B S là khoảng cỏch giữa hai mốc thuỷ chuẩn A và B
Tất cả cỏc chờnh cao nhận được đều được tớnh chờnh cao trung bỡnh và theo cỏc giỏ trị sai lệch so với trị trung bỡnh màđỏnh giỏ độ chớnh xỏc chuyền độ cao.
2.4.2.3 Phương phỏp đo cao thuỷ tĩnh
Để chuyền độ cao qua sụng chớnh xỏc ta cú thể sử dụng phương phỏp đo cao thuỷ tĩnh. Trờn đỏy sụng ta đặt một ống mềm chứa đầy nước dưới ỏp suất cao, để trong ống khụng cú bọt khớ. Ở hai đầu ống được gắn những ống thuỷ tinh cú khắc vạch và gắn vào cột bờn bờ.
Cỏc mốc R1 và R2 được chọn tại cỏc vị trớ ổn định và cỏch cột một khoảng bằng một trạm mỏy khi đo thuỷ chuẩn. Ta coi mặt thoỏng chất lỏng trong cỏcống N1và N2 cựng trờn một mặt phẳng và dựng hai mỏy thuỷ chuẩn đo nối mặt phẳng với mốc R1và R2.
Việc đo đạc được tiến hành trong những khoảng thời gian quy định. Đồng thời tiến hành đo nhiệt độ, ỏp suất tại hai bờn bờ để khi cần thiết cú thể hiệu chỉnh vào kết quả đo. Kết quả chờnh cao được lấy trung bỡnh từ kết quả của nhiều lần đo. Trong điều kiện đo thuận lợi độ chớnh xỏc khi chuyền độ cao vượt sụng bằng phương phỏp thủy tĩnh cú thể đạt tới một vài mm.
Chương 3
chuyền độ cao qua sông bằng công nghệ gps 3.1 đặt vấn đề
Như đó trỡnh bàyở trờn, chỳng ta thấy rằng phương phỏp đo cao truyền thống cú rất nhiều mặt hạn chế khi tiến hành chuyền độ cao núi chung và chuyền độ cao qua sụng núi riờng cụ thể:
- Đối với phương phỏp đo cao thuỷ chuẩn hỡnh học thỡ nhược điểm lớn nhất của phương phỏp là chịu ảnh hưởng rất lớn do sai số gúc i tới độ cao, yờ u cầu phải thụng hướng đo và thiết kế bóiđo khỏ chặt chẽ do đú nhiều khi chỳng ta khụng thể đỏp ứng được những yờu cầu này. Bờn cạnh đú phương phỏp đo cao thuỷ chuẩn hỡnh học cũn phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện ngoại cảnh, độ cong trỏi đất … thờm vào đú việc phải ngắm mia xa thụng qua bảng ngắm cũng gõy khú khăn khi đo đõy cũng chớnh là một hạn chế cần khắc phục của phương phỏp đo cao hỡnh học.
- Đối với phương phỏp đo cao lượng giỏc cũng giống như phương phỏp đo cao hỡnh học thỡ phương phỏp đo cao l ượng giỏc cũng chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh, độ cong trỏi đất và cả vấn đề ngắm mục tiờu thụng qua bảng ngắm sẽ dẫn tới sai số xỏc định số đọc trờn mia qua bẳng ngắm đõy cũng chớnh là hạn chế của phương phỏp này. Hạn chế lớn nhất của phương phỏp đo cao lượng giỏc chớnh là độ chớnh xỏc độ cao của phương phỏp phụ thuộc rất lớn vào sai số gúc thiờn đỉnh ( tức là sai số bàn độ đứng).
- So với cỏc phương phỏp đo cao hỡnh học hay đo cao lượng giỏc thỡ phương phỏp đo cao thuỷ tĩnh cú độ chớnh xỏc cao hơn cả nhưng cũng chớnh là phương phỏp đũi hỏi cú những yờu cầu chặt chẽ và khú thực hiện nhất. Vỡ việc đặt ống mềm dưới đỏy sụng sao cho luụn tiếp xỳc với mặt đỏy sụng và phải tạo ra một ỏp suất lớn sao cho trong ống dẫn khụng cú bọt thủy là rất
khú thực hiện. Bờn cạnh đú việc tạo ra một ống dẫn dài để chuyền độ cao tại cỏc khu vực cú khoảng cỏch rộng là rất khú khăn, yờu cầu về bóiđo cũng khỏ chặt chẽ. Đồng thời hạn chế lớn nhất của phương phỏp đo cao thuỷ tĩnh là khụng thể tiến hành đo tại cỏc khu vực cú độ chờnh cao lớn. Chớnh vỡ vậy phương phỏp đo cao thủy tĩnh khụng mang tớnh khả thi trong thực tiễn chuyền độ cao qua sụng.
Cỏc phương phỏp đo cao truyền thống cú những mặt hạn chế khỏc nhau tuy nhiờn cũng cú những hạn chế chung mà nổi bật nhất là tại cỏc khu vực đo cú độ rộng lớn việc chuyền độ cao qua sụng rất khú thực hiện thậm chớ trong một số trường hợp khụng thể thực hiện được. Bờn cạnh đú kết quả chờnh cao được lấy từ kết quả trung bỡnh của nhiều lần đo, do vậy độ tin cậy kết quả đo của mỗi lần đo là khụng cao. Đồng thời dự đó cú cỏc biện phỏp khắc phục song cỏc phương phỏp đo cao truyền thống vẫn cũn chịu ảnh hưởng trực tiếp của điều kiện ngoại cảnh, độ cong trỏi đất…
Với cỏc yờu cầu đũi hỏi độ chớnh xỏc cỏc cụng trỡnh ngày càng cao, trong khi đú cỏc phương phỏp đo cao truyền thống cũn rất nhiều mặt hạn chế như vậy. Do đú đũi hỏi chỳng ta cần phải ỏp dụng cỏc thành tựu khoa học kỹ thuật tiờn tiến nhằm đưa ra một phương phỏp đo cao mới cú khả năng khắc phục cỏc hạn chế, cỏc vấn đề cũn tồn tại của phương phỏp đo cao truyền thống. Chớnh vỡ lý do đú tụi được giao đề tài: “ Khảo sỏt ứng dụng cụng nghệ GPS trong trắc địa cụng trỡnh” chuyờn đề: “ Chuyền độ cao qua sụng bằng cụng nghệ GPS.”
Nguyờn lýđo cao bằng cụng nghệ GPS: khi sử dụng mỏy thu tớn hiệu vệ tinh ta sẽ thuđược toạ độ trắc địa hoặcchờnh cao trắc địa trong hệ toạ độ WGS - 84. Sau đú ta tớnh chuyển độ cao trắc địa về độ cao thuỷ chuẩn theo cụng thức
Để tớnhđộ cao thuỷchuẩn của một điểm ta cần dựavào độ cao của cỏc điểm đó biết để tiến hành nội suy. Nếu xột hai điểm trờn mặt đất ta cú hiệu độ cao thuỷ chuẩn tớnh theo cụng thức:
∆hAB=∆HAB - ∆NAB ( 3.2 )
Trong trường hợp địa hỡnh tương đối bằng phẳng, khoảng cỏch ngắn thỡ ∆NAB≈ 0 cho nờn∆hAB=∆HAB.
3.2 THỰC NGHIỆM CHUYỀN ĐỘ CAO QUA SễNG BẰNG GPS
3.2.1 Mục đớch - nội dung thực nghiệm đo cao GPS
3.2.1.1 Mục đớch thực nghiệm chuyền độ cao qua sụng bằng GPS
Mục đớch chỳng ta tiến hành chuyền độ cao qua sụng bằng cụng nghệ GPS nhằm giải quyết một số vấn đề sau:
Vấn đề thứ nhất: Khi chỳng ta tiến hành chuyền độ cao qua sụng bằng cụng nghệ GPS sẽ cú những thuận lợi và khú khăn gỡ so với khi chỳng ta chuyền độ cao bằng cỏc phương phỏp đo cao truyền thống.
Vấn đề thứ hai: Thụng qua kết quả đo chỳng ta đỏnh giỏ xem với kết quả đo bằng cụng nghệ GPS cú đỏp ứng được yờu cầu độ chớnh xỏc độ chớnh xỏc của cụng trỡnh theo quy phạm đề ra hay khụng?
Vấn đề thứ ba: Qua quỏ trỡnh xử lý, bỡnh sai thành quả đo đạc của phương phỏp đo cao truyền thống và phương phỏp đo cao GPS, chỳng ta so sỏnh đỏnh giỏ chất lượng, độ tin cậy của kết quả đo cao bằng cụng nghệ GPS với kết quả đo bằng cỏc phương phỏp truyền thống xem cho độ chớnh xỏc cao hơn, bằng hay là thấp hơn. Từ đú chỳng ta cú thể đưa ra nhận xột xem phương phỏp đo cao GPS cú thể thay thế cỏc phương phỏp đo cao truyền thống hay khụng?
Vấn đề thứ tư: Với độ chớnh xỏc đóđạt được phương phỏp đo cao bằng cụng nghệ GPS đó khắc phục được những mặt hạn chế cỏc nguồn sai số chớnh nào của cỏc phương phỏp đo cao truyền thống.
3.2.1.2 Nội dung thực nghiệm
Trờn cơ sở yờu cầu đặt ra chỳng tụi đó tiến hành đo đạc lập lưới khống chế thi cụng cầu chuyền độ cao qua sụng bằng cụng nghệ GPS tại khu vực Hà Nội. Với đồthực nghiệm như sau:
Hỡnh 3.1-Sơ đồ thực nghiệm chuyền độ cao qua sụng bằng cụng nghệ GPS Trong đú:
A là điểm gốc toạ độ cú độ cao trắc địa, tại núc nhà A trường Đại học Mỏ - Địa chất.
TL-1, TL-2 là hai điểm trờn trục cầu cần chuyền độ cao. TL-4 là điểm thuộc lưới khống chế thi cụng.