Chương 1 những vấN ĐỀ chung mục tiêu

Hiện nay, máy dùng đo góc và đo chiều dài trong quan trắc chuyển dịch ngang

công trình chủ yếu là loại máy toàn đạc điện tử độ chính xác cao, cho phép đồng thời đo cả góc và chiều dài cạnh. Các loại máy này thường có thông số độ chính xác là:

- Sai số trung phương đo góc: m_β = ± (0,5” ÷ 1,0”).

- Sai số trung phương đo cạnh: m_S = a + b.D.10^-6, với a ≈ b ≈ 1 ÷ 2mm

Trong quan trắc bằng hướng chuẩn có thể sử dụng các loại máy có độ chính xác cao như Wild-T2, Theo – 010,...

Bảng ngắm dùng trong quan trắc có hai loại là bảng ngắm cố định và bảng ngắm di động. Bảng ngắm di động đã xét ở trên còn bảng ngắm cố định là loại bảng ngắm không có thước khắc vạch, sau khi đặt và đối tâm thì trục đối xứng của bảng ngắm đi qua tâm mốc.

Việc đo góc và đo chiều dài trong quan trắc cũng được thực hiện như đo đạc trong công tác trắc địa nói chung, tuy nhiên do điều kiện đo đạc nên có một số yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo cần lưu ý như sau:

- Chiều dài cạnh ngắn, các điểm lưới phân bố ở các độ cao khác nhau nên tia ngắm nghiêng đáng kể;

- Xuất hiện các vùng “tiểu khí hậu”;

- Sự vận hành của các nhà máy, phương tiện giao thông gây rung;

- Có nhiều chướng ngại vật.

Việc lựa chọn hệ tọa độ và độ cao cho hệ thống lưới quan trắc các công trình thủy điện cần dựa trên các nguyên tắc sau:

- Hệ tọa độ là hệ tọa độ vuông góc bất kỳ (XOY) thống nhất cho tất cả các chu kỳ.

- Các số liệu đo cạnh không tính chuyển về kinh tuyến trục mà chỉ hiệu chỉnh về một mặt phẳng trung bình của khu đo

- Để đảm bảo tính thống nhất, liên tục và thuận lợi trong quá trình sử dụng các số liệu quan trắc trong tổng thể công trình thì nên xây dựng mạng lưới khống chế cơ sở là lưới độc lập, được đo nối với hệ thống tọa độ lưới khống chế mặt phẳng đã có trên khu vực công trình.
3.5. PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA CÁC MỐC LƯỚI KHỐNG CHẾ CƠ SỞ
3.5.1. Tiêu chuẩn ổn định

Độ ổn định của các mốc được đánh giá bằng tiêu chuẩn sau

trong đó:

t là hệ số chuyển đổi từ sai số trung phương sang sai số giới hạn, thường chọn t = 2÷3.

m_Q là sai số trung phương đo đạc lưới khống chế cơ sở.

Việc phân tích độ ổn định của các mốc lưới khống chế cơ sở được thực hiện bằng bài toán bình sai lưới trắc địa tự do.

1. Chọn ẩn số là tọa độ của tất cả các điểm khống chế cơ sở

2. Chọn tọa độ gần đúng là tọa độ trong chu kỳ trước của các điểm

3. Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh của trị đo:

(3.10)

4. Lập hệ phương trình chuẩn:

(3.11)

5. Lập điều kiện bổ sung:

(3.12)

6. Tính ma trận giả nghịch đảo:

, với T = B(C^TB)^-1 (3.13)

Với lưới mặt bằng, ma trận B có dạng

1 0 Y_i X_i

B =

7. Tính nghiệm:

8. Phân tích vector nghiệm:

So sánh các phần tử của vector nghiệm với tiêu chuẩn ổn định của mốc toạ độ cơ sở (3.6). Nếu tất cả đều thỏa mãn thì thực hiện bước tiếp theo. Nếu có điểm không ổn định sẽ trở lại bước 5 để chọn lại điều kiện bổ sung, bằng cách loại bỏ điểm kém ổn định nhất ra khỏi tập hợp các điểm khống chế cơ sở và thực hiện lại.

9. Bình sai và đánh giá độ chính xác lưới:

* Tọa độ của các điểm:

Đối với các điểm ổn định sẽ giữ nguyên tọa độ. Với những điểm không ổn định sẽ hiệu chỉnh lượng chuyển dịch tương ứng.

* Đánh giá độ chính xác:

- Sai số trung phương trọng số đơn vị:

- Sai số trung phương của hàm các ẩn số:

Với:

Trong các công thức trên: n là số trị đo, t là số ẩn số, d là số khuyết và f là vector hệ số khai triển của hàm số.

Với cấp lưới quan trắc được bình sai chặt chẽ với tọa độ gốc là tọa độ của các điểm ổn định trong lưới khống chế cơ sở.

- Hướng trục X: Q_Xi = X_i^(J) – X_i^(J-1) (3.18)

- Hướng trục Y: Q_Yi = Y_i^(J) – Y_i^(J-1) (3.19)

2. Giá trị vector chuyển dịch tổng hợp

(3.20)

3. Hướng của vector chuyển dịch

(3.21)

ÔN TẬP CHƯƠNG 3

1. Khái niệm về chuyển dịch ngang và quan trắc chuyển dịch ngang

2. Lưới khống chế quan trắc chuyển dịch ngang công trình thường có mấy cấp, đó là những loại cấp nào?

3. Phân bố mốc và kết cấu hình học của các loại lưới quan trắc chuyển dịch ngang

4. Yêu cầu độ chính xác của các cấp lưới trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình

5. Các phương pháp quan trắc chuyển dịch ngang công trình

6. Công tác tổ chức đo ngoại nghiệp

7. Tiêu chuẩn độ ổn định của các mốc khống chế cơ sở quan trắc chuyển dịch ngang công trình

8. Nội dung công tác phân tích độ ổn định của các mốc lưới khống chế cơ sở quan trắc chuyển dịch ngang công trình

9. Tính toán xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang

Tại chu kỳ 1, số liệu quan trắc điểm KT1 bằng phương pháp giao hội góc như sau:

Tọa độ các điểm khống chế cơ sở

Tọa độ điểm quan trắc ở chu kỳ 0

Các góc đo ở chu kỳ 1

Hãy

2- Tính sai số trung phương vị trí điểm giao hội, biết sai số trung phương đo góc là m_β = ±2”?

1- Giải bài toán giao hội thuận ta xác định được tọa độ của điểm KT1 ở chu kỳ 1 là X = 5851,324m; Y = 1118,371m.

* Tính được:

- Chuyển dịch theo hướng trục X và trục Y 

Q_X = X^(J) – X^(j-1) = + 4mm

Q_Y = Y^(j) – Y^(j-1) = - 391mm

- Giá trị vector chuyển dịch tổng hợp

= 392mm

- Hướng của vector chuyển dịch

2- Áp dụng công thức (3.1) để tính m_β⁽¹⁾

Tại chu kỳ 1, số liệu quan trắc điểm KT1 bằng phương pháp giao hội cạnh như sau:

Tọa độ các điểm khống chế cơ sở

Tọa độ điểm quan trắc ở chu kỳ 0

Các cạnh đo ở chu kỳ 1

1- Hãy tính các tham số chuyển dịch ngang của điểm KT1?

2- Tính sai số trung phương vị trí điểm giao hội, biết máy đo có sai số trung phương đo chiều dài là m_S = ±(1mm + 1xSx10^-6mm)?


Hướng dẫn giải

1- Giải bài toán giao hội cạnh ta xác định được tọa độ của điểm KT1 ở chu kỳ 1 là X = 5851,324m; Y = 1118,371m.

* Tính được:

1. Chuyển dịch theo hướng trục X và trục Y

Q_X = X^(J) – X⁽ⁱ⁾ = + 4mm

Q_Y = Y^(j) – Y⁽ⁱ⁾ = - 391mm

2. Giá trị vector chuyển dịch tổng hợp

= 392mm

3. Hướng của vector chuyển dịch

2- Áp dụng công thức (3.2) để tính m_β⁽²⁾

- Đối với công trình cao dạng tháp: Nghiêng là khi trục đứng của công trình không còn trùng với phương của dây dọi.

- Đối với các bệ móng có kích thước lớn: Nghiêng là khi bề mặt của bệ móng không còn nằm trên mặt phẳng ngang.
4.1.2. Sự thay đổi độ nghiêng

Sự thay đổi độ nghiêng là diễn biến của độ nghiêng theo thời gian

Độ nghiêng của công trình có thể được biểu diễn theo đơn vị góc (góc nghiêng và hướng nghiêng) hoặc chiều dài (khoảng lệch giữa tâm trên và tâm dưới).

Độ chính xác cần thiết khi quan trắc độ nghiêng công trình phụ thuộc vào loại công trình, chiều cao (có trường hợp là chiều dài) của công trình.

Sai số cho phép quan trắc độ nghiêng của một số công trình được quy định trong bảng 4.1

Bảng 4.1

Trong đó: L - chiều dài của nền bệ, H - chiều cao của công trình.

Để đảm bảo yêu cầu độ chính xác theo quy định, tuỳ thuộc vào phương pháp quan trắc độ nghiêng mà có những biện pháp thích hợp để loại trừ hoặc giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số và hiệu chỉnh vào kết quả đo.
4.2. ĐO ĐỘ NGHIÊNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU

4.2.1. Đo độ nghiêng bằng dây dọi

Phương pháp này thường được áp dụng để độ độ nghiêng của các cấu kiện thẳng đứng, các cột và các cốp pha cột, là những đối tượng có chiều cao nhỏ. Để đo độ nghiêng thực hiện như sau:

* Với cấu kiện như hình 4.1:

A là tâm công trình ở mức cao mặt đất

A₁ là ở mức cao khảo sát

Thả dọi từ A₁ xuống, xác định được hình chiếu của A₁ trên mặt đất là A₁’. Đoạn q = AA₁’ thể hiện độ nghiêng công trình và được đo trực tiếp bằng thước.

* Với cấu kiện như hình 4.2:

Thả dọi từ trên đỉnh trụ, tại 2 mức cao khảo sát đặt 2 thước vuông góc với trụ. Đọc giá trị trên thước tại vị trí dây dọi đi qua được a và b. Độ nghiêng trụ được tính theo công thức 4.1.

q = a – b (4.1)

Đo độ nghiêng bằng dây dọi có ưu điểm là đơn giản nhưng cho độ chính xác thấp do dây dọi bị rung, dao động do gió. Để nâng cao độ chính xác cần thả dọi vào thùng đựng chất lỏng.

Trong điều kiện thuận lợi, độ chính xác của phương pháp này có thể đạt 1mm trên 3m chiều cao cột.

Là loại thiết bị trắc địa có tính chất cơ bản là sau khi định tâm, cân bằng máy tạo ra một tia ngắm thẳng đứng (hình 4.3).

Máy chiếu đứng có độ chính xác rất cao, sai số chiếu điểm nằm trong khoảng từ 0,5÷1,0mm trên 100m chiều cao công trình. Dùng để tạo tia ngắm thẳng đứng và đo độ nghiêng của các công trình có chiều cao lớn, kết quả đo độ nghiêng cho độ chính xác rất cao.

Hình 4.3

Để đo độ nghiêng công trình như hình 4.4, đặt máy chiếu đứng tại điểm tâm dưới A, tại mức sàn khảo sát đặt một tấm nhựa trong, phẳng (Paletka) sẽ đánh dấu được hình chiếu của điểm A trên Paletka (điểm A’). Đo trực tiếp khoảng cách từ A’ đến A₁ xác định được độ nghiêng của công trình (hình 4.4).

Chọn điểm M₁, M₂ nằm trên các hướng trục kéo dài của công trình, đánh dấu các điểm A₁, A (cùng nằm trên một trục đứng của công trình). Đặt máy kinh vỹ tại M₁, ngắm lên điểm A₁ và chiếu điểm này xuống thước đặt nằm ngang tại A phía dưới công trình được điểm chiếu A’. Đoạn AA’ được đo trực tiếp trên thước là độ nghiêng của công trình theo hướng vuông góc với hướng trục PP₁ (hướng tia ngắm).

Để xác định độ nghiêng theo hướng khác, đặt máy tại M₂ và thực hiện tương tự (hình 4.5).

Hình 4.5

Phương pháp này chỉ áp dụng để quan trắc độ nghiêng của các công trình có chiều cao trung bình và cho độ chính xác đo độ nghiêng cao.

Với các công trình tháp cao, độ nghiêng thường đo bằng lưới đo góc - cạnh. Trong đó có các phương pháp như phương pháp tọa độ, phương pháp đo góc ngang và phương pháp đo góc nhỏ.

Thực chất là xác định tọa độ của điểm tâm trên O₂ và điểm tâm dưới O₁ trong từng chu kỳ (hình 4.6). Độ lệch tọa độ giữa hai tâm này chính là độ nghiêng của tháp.

Nội dung như sau (hình 4.7):

Bố trí các mốc khống chế cơ sở A, B, C và xác định tọa độ cho chúng.

- Tại mỗi chu kỳ cần xác định lại tọa độ của các điểm khống chế cơ sở A, B, C để kiểm tra độ ổn định của chúng.

- Đo các góc ngang β_i (i = 1÷8).

- Dựa vào tọa độ của các điểm A, B, C tính tọa độ của các điểm O₂ và O₁ theo bài toán giao hội thuận.

- Tính được độ nghiêng của công trình

+ Độ nghiêng theo hướng trục X và trục Y

Q_X = X_(O2) – X_(O1) (4.2)

Q_Y = Y_(O2) – Y_(O1) (4.3)

+ Độ nghiêng toàn phần

+ Hướng nghiêng (là hướng mà công trình bị nghiêng về hướng đó)

+ Góc nghiêng (là góc tạo bởi phương dây dọi và trục đứng của công trình)

(4.6)

H là chiều cao của công trình

Độ chính xác quan trắc bằng phương pháp tọa độ tính theo các công thức của giao hội góc thuận. Trong mỗi tam giác giao hội, sai số trung phương vị trí điểm giao hội là

trong đó γ là góc giao hội, b là cạnh đáy của tam giác giao hội, m_1,2 là sai số trung phương vị trí điểm gốc, l₁ và l₂ là chiều dài cạnh, m_β là sai số trung phương đo góc.

Trên mặt đất, bố trí hai điểm B, C nằm trên hai hướng vuông góc nhau tới tâm công trình và cách chân công trình một khoảng bằng 1,5 ÷ 2 lần chiều cao của công trình (hình 4.8)

* Đo

- Tại B đo các góc β_B⁽¹⁾ , β_B⁽²⁾ và S_B

* Tính:

- Độ nghiêng thành phần

trong đó: ;

- Độ nghiêng toàn phần

(4.9)

- Hướng nghiêng

- Góc nghiêng

(4.11)

H là chiều cao của công trình

trong đó γ là góc giao hội

* Trường hợp góc giao hội là góc vuông

- Sai số trung phương theo hướng C: (4.13a) - Sai số trung phương theo hướng B: (4.13b)

* Trường hợp góc giao hội không phải là góc vuông

trong đó S là chiều dài trung bình của S_C và S_B