NGANG CễNG TRèNH BẰNG CễNG NGHỆ GPS
2.2.1 Cấu trỳc của mạng lưới quan trắc chuyển dịch ngang cụng trỡnh
Với những đặc thự riờng về địa hỡnh và nhiệm vụ, để thực hiện quan trắc chuyển dịch ngang cỏc hạng mục cụng trỡnh thủy điện thường xõy dựng hai bậc lưới mặt bằng là lưới cơ sở và lưới quan trắc 24, 51, 61.
Lưới cơ sở: được thành lập với cỏc điểm mốc đặt ở bờn ngoài phạm vi
ảnh hưởng của chuyển dịch cụng trỡnh tại những vị trớ cú độ ổn định cao, ớt chịu ảnh hưởng của điều kiện thi cụng cũng như vận hành cụng trỡnh. Việc lựa chọn số lượng và vị trớ của mốc cơ sở tuỳ thuộc vào địa hỡnh cụ thể của từng cụng trỡnh thủy điện nhưng phải thoả món cỏc tiờu chớ sau:
- Vị trớ đặt mốc được lựa chọn tại những nơi cú điều kiện địa chất ổn định, tầm bao quỏt tốt đến cỏc điểm quan trắc đặt trờn cụng trỡnh.
- Khi lựa chọn vị trớ đặt mốc, phải tuõn theo đồ hỡnh thiết kế để đảm bảo cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của lưới hợp lý nhất tuỳ theo điều kiện thực tế tại mỗi cụng trỡnh như: Khoảng cỏch giữa cỏc điểm trong lưới, gúc kẹp của cỏc tam giỏc…để đảm bảo chỉ tiờu độ chớnh xỏc như trong phương ỏn ước tớnh.
- Số lượng điểm cơ sở phải được chọn sao cho trong quỏ trỡnh ước tớnh lưới quan trắc phải vừa đủ trị đo để đảm bảo yờu cầu độ chớnh xỏc đề ra với phương phỏp quan trắc lựa chọn.
Lưới quan trắc: Là bậc lưới cú cỏc điểm đặt trực tiếp lờn cỏc hạng mục
quan trắc được nờu ra trong thiết kế kỹ thuật cụng trỡnh tại những vị trớ chịu ỏp lực, cần theo dừi chuyển dịch. Thụng thường vị trớ phõn bổ cỏc mốc quan trắc chuyển dịch ngang tại cỏc tuyến đập bờ tụng trọng lực cú cỏc đặc điểm sau:
- Tại cỏc vị trớ khớp nối của cỏc khối bờ tụng, nơi mà biến dạng trờn bề mặt của khối bờ tụng là lớn nhất.
- Thường phõn bố theo cao trỡnh của đập. Thụng thường chỉ cú một hàng trờn đỉnh đập bờ tụng trọng lực.
- Tại đập tràn: cỏc điểm được phõn bổ trờn cỏc trụ pin của tuyến tràn, cỏc trụ của cửa nhận nước.
- Mật độ điểm quan trắc: trung bỡnh cứ 30 40m bố trớ một điểm quan trắc.
Khi thành lập lưới quan trắc biến dạng cụng trỡnh bằng cụng nghệ GPS cú thể ghộp 2 bậc lưới đó nờu ở trờn thành một bậc lưới thống nhất, như vậy trong mạng lưới này sẽ bao gồm cỏc điểm cơ sở và điểm quan trắc. Lưới quan trắc được xõy dựng theo 1 cấp cú ưu điểm hơn so với lưới 2 cấp là ở chỗ, trong mạng lưới này khụng cần phải quan tõm đến sai số số liệu gốc.
Yờu cầu sai số xỏc định chuyển dịch (Mq) thường được đưa ra trong thiết kế kỹ thuật. Từ số liệu này sẽ xỏc định được yờu cầu độ chớnh xỏc xỏc định chuyển dịch đối với từng loại điểm mốc trong mạng lưới, cụ thể là: - Đối với cỏc điểm khống chế cơ sở:
2 1 cs q q M m k (2.1)
- Đối với cỏc điểm quan trắc:
2 . 1 QT q q k M m k (2.2) Trong đú: k là hệ số giảm độ chớnh xỏc giữa cỏc cấp lưới, thường được chọn
trong khoảng từ 2 đến 3.
Để xỏc định yờu cầu độ chớnh xỏc đối với vị trớ của từng loại điểm trong mạng lưới quan trắc cú thể sử dụng cụng thức 20, 25:
q P m m ( = 1.0 1.5) (2.3) 2.2.2 Thiết kế đồ hỡnh lưới GPS
Đồ hỡnh lưới GPS núi chung khụng khỏc nhiều với cỏc mạng lưới trắc địa truyền thống (lưới tam giỏc, đa giỏc...). Lưới GPS gồm cỏc điểm được đặt trờn mặt đất nơi ổn định hoặc bố trớ trờn đỉnh cỏc cụng trỡnh vững chắc, kiờn cố. Cỏc điểm của mạng lưới được liờn kết với nhau bởi cỏc cạnh đo và thụng qua đú để tớnh toỏn xỏc định tọa độ, độ cao của cỏc điểm trong một hệ thống tọa độ thống nhất. Đặc điểm của lưới GPS là khụng cần thụng hướng giữa cỏc điểm vẫn cú thể đo cạnh được, yờu cầu thụng hướng giữa một số điểm GPS được đặt ra là chỉ để đo nối phương vị khi phỏt triển lưới cấp thấp.
Để xỏc định tọa độ và độ cao cho cỏc điểm trong lưới GPS cần đo nối với cỏc điểm tọa độ và độ cao nhà nước, cỏc điểm này đúng vai trũ là cỏc điểm khởi tớnh. Trong trường hợp lý tưởng số lượng điểm tọa độ khởi tớnh trong một mạng lưới GPS thường lớn hơn 3, số lượng điểm độ cao khởi tớnh thường lớn hơn 4.
Vị trớ điểm và đồ hỡnh lưới GPS được thiết kế linh hoạt hơn so với lưới mặt đất do khụng cần đặt ra vấn đề thụng hướng giữa cỏc điểm lưới. Căn cứ vào mục đớch sử dụng, cú 4 phương thức cơ bản để thành lập lưới là liờn kết điểm, liờn kết cạnh, liờn kết lưới và liờn kết phối hợp cạnh - điểm.
- Liờn kết điểm: là dạng liờn kết cỏc vũng đo đồng bộ kề nhau bởi một
điểm chung. Phương thức liờn kết này cú cường độ đồ hỡnh yếu, cú rất ớt điều kiện khộp hỡnh khụng đồng bộ (hỡnh 2.3- a).
một cạnh chung. Phương thức liờn kết này cú nhiều cạnh đo lặp, nhiều điều kiện khộp hỡnh đồng bộ và cường độ đồ hỡnh chặt chẽ (hỡnh 2.3- b).
- Liờn kết hỗn hợp cạnh- điểm: phương thức liờn kết này cho phộp nõng
cao cường độ đồ hỡnh, độ tin cậy của lưới và giảm khối lượng cụng tỏc ngoại nghiệp (hỡnh 2.3- c).
-Liờn kết lưới: là dạng liờn kết giữa cỏc đồ hỡnh đo đồng bộ bởi hai
điểm chung trở lờn. Lưới được thành lập theo phương thức này cú cường độ đồ hỡnh chặt chẽ và độ tin cậy cao.
Hỡnh 2.3: Đồ hỡnh liờn kết cỏc điểm đo GPS
(a)- Liờn kết điểm; (b)- Liờn kết cạnh; (c)-Liờn kết cạnh - điểm
Đồ hỡnh lưới tối ưu cần đạt được cỏc tiờu chớ: Số ca đo (SESSION) là ớt nhất, số cạnh đo được trong 1 ca đo là nhiều nhất; Số cạnh đo trong lưới ớt nhất và lưới vẫn đạt độ chớnh xỏc theo yờu cầu; Cỏc điểm gốc khống chế phõn bố đều về cỏc phớa khỏc nhau của lưới.
2.3 ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CễNG TRèNH - PHƯƠNG ÁN LƯỚI 2 CẤP
Để làm sỏng tỏ khả năng ứng dụng cụng nghệ GPS trong thành lập lưới quan trắc chuyển dịch ngang cụng trỡnh thuỷ điện trong điều kiện Việt Nam, trong luận ỏn đó thực hiện ước tớnh độ chớnh xỏc của một số mạng lưới quan
trắc đang được triển khai tại cỏc cụng trỡnh thực tế. Hai cụng trỡnh mà chỳng tụi chọn để tớnh toỏn thực nghiệm là cụng trỡnh thuỷ điện Hoà Bỡnh và cụng trỡnh thuỷ điện Tuyờn Quang. Để cú cơ sở so sỏnh đỏnh giỏ, chỳng tụi thực hiện tớnh toỏn theo cỏc phương ỏn lưới đuợc thành lập theo cụng nghệ đo đạc mặt đất và lưới thành lập theo cụng nghệ GPS. Cỏc phương ỏn được đưa ra xem xột cụ thể là:
- Phương ỏn 1: Lưới quan trắc thành lập theo đồ hỡnh lưới giao hội
cạnh với sai số trung phương đo cạnh mS = 1mm+1ppm. (Tương ứng với độ chớnh xỏc của loại mỏy chớnh xỏc nhất hiện cú ở Việt Nam).
- Phương ỏn 2: Lưới quan trắc thành lập theo đồ hỡnh lưới giao hội
cạnh với sai số trung phương đo cạnh mS = 3mm+2ppm.(Tương ứng với độ chớnh xỏc của cỏc loại mỏy toàn đạc điện tử thụng dụng ở thực tế sản xuất).
- Phương ỏn 3: Lưới quan trắc thành lập theo đồ hỡnh lưới GPS với sai
số trung phương đo cạnh mS = 5mm+1ppm và sai số đo gúc m = 1mm+5/D. (Chỉ thực hiện đo từ điểm cơ sở đến điểm quan trắc).
- Phương ỏn 4: Lưới quan trắc thành lập theo đồ hỡnh lưới GPS với sai
số trung phương đo cạnh mS = 5mm+1ppm và sai số đo gúc m = (1+5/D)”. (Đo từ điểm cơ sở đến điểm quan trắc và đo giữa cỏc điểm quan trắc).
2.3.1 Khảo sỏt độ chớnh xỏc lưới quan trắc thuỷ điện Hoà Bỡnh
2.3.1.1 Thiết kế sơ đồ lưới
Lưới quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập nhà mỏy thuỷ điện Hoà Binh bao gồm 16 điểm quan trắc và 5 điểm cơ sở. Cỏc điểm quan trắc được bổ trớ trờn 2 tuyến cơ và đầu đập tràn. Trong tớnh toỏn thiết kế này chỉ lấy 6 điểm quan trắc là cỏc điểm đặc trưng được bố trớ trờn đỉnh đập (Hỡnh 2.4). cỏc điểm quan trắc được kớ hiệu từ PVM2 đến PVM12, cỏc điểm cơ sở là T2, T13, T17, M12 và M1543.
Trong cỏc phương ỏn giao hội cạnh mặt đất đó thiết kế cỏc trạm mỏy đo đặt lần lượt tại 4 điểm lưới cơ sở để đo cạnh đến cỏc điểm mốc quan trắc. Trong phương ỏn lưới GPS thiết kế sử dụng 7 mỏy thu, thực hiện 3 ca đo. Trong mỗi ca đo đặt 4 mỏy thu cố định tại 4 mốc cơ sở, 3 mỏy đặt tại 3 điểm quan trắc với thời gian đo trong khoảng 30’.
Hỡnh 2.4: Sơ đồ lưới quan trắc cụng trỡnh thuỷ điện Hoà Bỡnh
2.3.1.2 Kết quả ước tớnh độ chớnh xỏc lưới quan trắc
Kết quả ước tớnh độ chớnh xỏc lưới quan trắc thuỷ điện Hoà Bỡnh theo 4 phương ỏn nờu ở phần trờn được đưa ra trong cỏc phụ lục 1 đến phụ lục 4. Trong bảng 2.2 đưa ra kết quả tổng hợp sai số vị trớ điểm của mạng lưới quan trắc của 4 phương ỏn thành lập lưới. Phõn tớch kết quả ước tớnh cho thấy, sai số vị trớ điểm lưới GPS dao động trong khoảng 4 - 6mm. Độ chớnh xỏc lưới đo mặt đất (giao hội cạnh) đạt được cao hơn (sai số vị trớ điểm nằm trong khoảng
2 5mm). Để nõng cao hơn nữa độ chớnh xỏc của lưới GPS thỡ cần phải tăng số lượng cạnh đo để cú kết cấu đồ hỡnh chặt chẽ hơn.
Bảng 2.2: Uớc tớnh độ chớnh xỏc lưới quan trắc thuỷ điện Hoà Bỡnh
Số TT
Tờn điểm
Tọa độ thiết kế (m) Sai số vị trớ điểm (mm) Giao hội cạnh Lưới GPS
x Y PA1 PA2 PA3 PA4
1 T2 2302112.69 533621.80 Điểm cơ sở 2 T13 2302716.32 533846.61 Điểm cơ sở 3 T17 2303353.47 534489.27 Điểm cơ sở 4 M15 2302084.67 534562.61 Điểm cơ sở 5 M12 2301746.33 534341.92 Điểm cơ sở 1 PVM8 2301755.44 533974.13 1.9 5.0 5.1 4.3 2 PVM2 2301903.93 533724.23 2.0 4.9 4.9 4.4 3 PVM10 2301733.39 534094.15 1.9 4.9 5.1 4.3 4 PVM4 2301842.78 533803.58 1.9 4.8 4.9 4.4 5 PVM12 2301731.76 534188.75 1.9 4.8 5.1 4.3 6 PVM6 2301795.16 533877.31 1.9 4.8 4.9 4.4
2.3.2 Khảo sỏt độ chớnh xỏc lưới quan trắc thuỷ điện Tuyờn Quang
Lưới quan trắc chuyển dịch ngang tuyến đập nhà mỏy thuỷ điện Tuyờn Quang bao gồm 18 điểm quan trắc trờn đập bờ tụng bản mặt, 30 điểm trờn đập bờ tụng trọng lực và 4 điểm cơ sở 40. Cỏc điểm quan trắc tại đập bờ tụng bản mặt được bổ trớ trờn 2 tuyến cơ mỏi hạ lưu và trờn đỉnh đập. Trong tớnh toỏn thiết kế này chỉ lấy 6 điểm quan trắc trờn 2 tuyến cơ hạ lưu, trờn đỉnh đập
cỏc điểm quan trắc đuợc bố trớ tại vị trớ chõn dọc theo tường bảo vệ nờn khụng thể đo đuợc bằng cụng nghệ GPS (do khụng quan sỏt đuợc đủ số vệ tinh cần thiết). Cỏc điểm cơ sở đuợc kớ hiệu là QT-01, QT-03, QT-05, QT-06 cỏc điểm quan trắc đuợc kớ hiệu là MM-14 đến MM-22. Sơ đồ lưới đưa ra trờn hỡnh 2.5.
Trong cỏc phương ỏn giao hội cạnh mặt đất đó thiết kế cỏc trạm mỏy đo đặt lần lượt tại 4 điểm lưới cơ sở để đo cạnh đến cỏc điểm mốc quan trắc. Đối với phương ỏn lưới GPS thiết kế sử dụng 7 mỏy thu, thực hiện 2 ca đo. Trong mỗi ca đo đặt 4 mỏy thu cố định tại 4 mốc cơ sở, 3 mỏy đặt tại 3 điểm quan trắc với thời gian đo trong khoảng từ 30’ đến 1h30’.
2.3.2.1 Khảo sỏt độ chớnh xỏc bậc lưới quan trắc
Hỡnh 2.5: Sơ đồ lưới quan trắc thủy điện Tuyờn Quang (Lưới 2 cấp)
Kết quả ước tớnh độ chớnh xỏc lưới quan trắc thuỷ điện Tuyờn Quang theo 4 phương ỏn nờu ở phần trờn được đưa ra trong cỏc phụ lục 5 đến phụ lục 8. Trong bảng 2.3 đưa ra kết quả tổng hợp sai số vị trớ điểm của mạng lưới
QT-05 QT-01 QT-03 QT-06 MM-15 MM-22 MM-16 MM-14 MM-21 MM-20
quan trắc của 4 phương ỏn thành lập lưới. Phõn tớch kết quả ước tớnh cho thấy, sai số vị trớ điểm lưới GPS dao động trong khoảng 3 5mm. Độ chớnh xỏc lưới đo mặt đất (giao hội cạnh) đạt được cao hơn (sai số vị trớ điểm nằm trong khoảng 2 5mm).
Bảng 2.3: Uớc tớnh độ chớnh xỏc lưới quan trắc thuỷ điện Tuyờn Quang
Số TT
Tờn điểm
Tọa độ thiết kế (m) Sai số vị trớ điểm (mm) Giao hội cạnh Lưới GPS
X Y PA1 PA2 PA3 PA4
1 QT-01 2474172.15 437688.34 --- --- --- --- 2 QT-03 2473723.54 437274.07 --- --- --- --- 3 QT-05 2473139.02 438343.30 --- --- --- --- 4 QT-06 2473000.00 437900.00 --- --- --- --- 1 MM-14 2473532.97 438004.43 1.9 5.0 4.9 3.7 2 MM-16 2473391.41 438101.38 1.7 4.6 4.5 3.3 3 MM-20 2473502.98 437962.14 1.9 5.0 4.8 3.5 4 MM-21 2473440.06 438005.09 1.8 4.9 4.7 3.2 5 MM-22 2473360.01 438059.96 1.7 4.5 4.5 3.4 6 MM-15 2473469.53 438048.04 1.8 4.8 4.7 3.5
2.3.2.1 Khảo sỏt độ chớnh xỏc bậc lưới cơ sở
Mạng lưới cơ sở tại thủy điện Tuyờn Quang gồm 4 điểm mốc, kớ hiệu lẩn lượt là QT-01, QT-03, QT-05, QT-06. Trong phương ỏn thành lập lưới 2 bậc, dự kiến thiết kế sử dụng 4 mỏy thu đặt tại 4 điểm nờu trờn để thực hiện 01 ca đo. Đồ hỡnh liờn kết mạng lưới cơ sở được đưa ra trong hỡnh 2.6. Ước tớnh độ chớnh xỏc bậc lưới này được thực hiện theo thuật toỏn bỡnh sai lưới
mặt bằng tự do. Kết quả ước tớnh đưa ra trong bảng 2.4.
Hỡnh 2.6: Sơ đồ bậc lưới cơ sở thủy điện Tuyờn Quang
Bảng 2.4: Uớc tớnh độ chớnh xỏc bậc lưới cơ sở thuỷ điện Tuyờn Quang
Số TT Tờn điểm Tọa độ thiết kế (m) Sai số vị trớ điểm (mm) Giao hội cạnh Lưới GPS
X Y PA1 PA2 1 QT-01 2474172.15 437688.34 1.4 3.6 3.2 2 QT-03 2473723.54 437274.07 1.5 3.7 3.1 3 QT-05 2473139.02 438343.30 1.5 3.7 3.1 4 QT-06 2473000.00 437900.00 1.5 3.9 2.9 QT-01 QT-05 QT-06 QT-03 MM-15 MM-22 MM-16 MM-14 MM-21 MM-20
2.4. ĐỀ XUẤT THÀNH LẬP LƯỚI MỘT CẤP QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CễNG TRèNH DỊCH NGANG CễNG TRèNH
2.4.1 Khảo sỏt độ chớnh xỏc lưới 1 cấp
Một biện phỏp để tăng tớnh chặt chẽ của đồ hỡnh lưới GPS là gộp bậc lưới cơ sở và bậc lưới quan trắc thành một mạng lưới thống nhất. Để khảo sỏt khả năng này, trong luận ỏn đó thực hiện ước tớnh độ chớnh xỏc cho 2 mạng lưới ở thuỷ điện Hoà Bỡnh và Tuyờn Quang dưới hỡnh thức lưới kết hợp, coi những mạng lưới trờn là lưới GPS tự do. Sơ đồ thiết kế lưới 1 cấp tại thủy điện Tuyờn Quang được đưa ra trong hỡnh 2.7.
Tổng hợp kết quả tớnh toỏn ước tớnh độ chớnh xỏc đối với 2 mạng lưới nờu trờn được đưa ra trong cỏc bảng 2.5 và 2.6.
Hỡnh 2.7: Sơ đồ lưới 1 cấp thủy điện Tuyờn Quang
QT-06 QT-05 QT-01 QT-03 MM-15 MM-22 MM-16 MM-14 MM-21 MM-20
Bảng 2.5: Uớc tớnh độ chớnh xỏc lưới GPS một cấp thuỷ điện Hoà Bỡnh
Số TT
Tờn