Luận án tiến sĩ nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng bảo đảm thi công các công trình thủy điện

Luận án tiến sĩ nghiên cứu hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng, đảm bảo thi công hiệu quả các công trình thủy điện.

• Tác giả: Nguyễn Hà
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Khánh
• Trường học: Trường Đại học Mỏ - Địa chất
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
• Đề tài: Hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng cho công trình thủy điện
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về công tác thành lập lưới khống chế thi công thủy điện

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng cho các công trình thủy điện. Đặc điểm cấu trúc của công trình thủy điện rất đa dạng, bao gồm các hạng mục như đập, hồ chứa, và nhà máy phát điện. Mỗi loại công trình có yêu cầu kỹ thuật riêng, đòi hỏi lưới khống chế phải được thiết kế chính xác để đảm bảo hiệu quả thi công. Việc xây dựng lưới khống chế không chỉ giúp định vị chính xác các hạng mục mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình thi công. Đặc biệt, lưới khống chế cần được thành lập trong cùng một hệ tọa độ đã được lựa chọn từ giai đoạn khảo sát, nhằm giảm thiểu sai số và biến dạng trong quá trình thi công.

1.1 Đặc điểm cấu trúc công trình thủy điện

Công trình thủy điện thường được phân loại thành hai loại chính: thủy điện sau đập và thủy điện đường dẫn. Mỗi loại có cấu trúc và yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Thủy điện sau đập thường có các hạng mục gần nhau, trong khi thủy điện đường dẫn có các hạng mục phân bố xa nhau. Điều này ảnh hưởng đến cách thức thiết kế và xây dựng lưới khống chế. Đặc biệt, lưới khống chế cần phải được thiết kế sao cho kích thước ít bị biến dạng nhất so với thực địa, đồng thời đảm bảo độ chính xác cao trong việc định vị các hạng mục công trình.

II. Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả thiết kế lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện

Nghiên cứu này đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế lưới khống chế mặt bằng cho các công trình thủy điện. Việc xác lập hệ quy chiếu phù hợp với đặc điểm cấu trúc của công trình là rất quan trọng. Các phương pháp thành lập lưới khống chế cần được phân tích và đánh giá để lựa chọn phương pháp tối ưu nhất. Đặc biệt, việc khảo sát các dạng đồ hình đặc trưng của lưới thi công cũng là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của lưới. Các giải pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng thi công mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình xây dựng.

2.1 Yêu cầu chung đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện

Yêu cầu chung đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện bao gồm độ chính xác, tính ổn định và khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong quá trình thi công. Lưới khống chế cần được thiết kế sao cho có thể chịu được các tác động từ môi trường và các lực tác động khác. Việc lựa chọn thiết bị đo đạc phù hợp cũng là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của lưới khống chế. Các phương pháp đo đạc hiện đại như GPS và công nghệ đo đạc mặt đất cần được áp dụng để nâng cao hiệu quả thiết kế lưới.

III. Nghiên cứu giải pháp tính toán xử lý số liệu lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện

Phần này của luận án tập trung vào việc nghiên cứu các giải pháp tính toán và xử lý số liệu lưới khống chế mặt bằng. Việc xử lý số liệu là một bước quan trọng trong quá trình thành lập lưới khống chế, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của lưới. Các phương pháp bình sai tự do và bình sai lưới thi công thành lập bằng phương pháp đo đạc mặt đất và GPS được phân tích chi tiết. Đặc biệt, việc chuyển tọa độ GPS về hệ tọa độ công trình cũng được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác trong quá trình thi công.

3.1 Khảo sát ứng dụng phương pháp bình sai tự do

Phương pháp bình sai tự do là một trong những phương pháp quan trọng trong việc xử lý số liệu lưới khống chế thi công thủy điện. Phương pháp này cho phép xác định chính xác tọa độ của các điểm trong lưới khống chế, từ đó đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình thi công. Việc áp dụng phương pháp này cần được thực hiện một cách cẩn thận, kết hợp với các công nghệ đo đạc hiện đại để đạt được kết quả tốt nhất.

IV. Thực nghiệm thiết kế và xử lý số liệu lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện

Thực nghiệm là một phần không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng. Các thực nghiệm được thực hiện trên các công trình thủy điện thực tế nhằm kiểm chứng tính khả thi của các phương pháp đã đề xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp mới trong thiết kế và xử lý số liệu lưới khống chế có thể nâng cao đáng kể hiệu quả thi công. Các số liệu thu thập được từ thực nghiệm sẽ là cơ sở để đánh giá và điều chỉnh các phương pháp thiết kế lưới khống chế trong tương lai.

4.1 Nội dung thực nghiệm

Nội dung thực nghiệm bao gồm việc xác lập hệ tọa độ công trình, thiết kế lưới thi công và xử lý số liệu lưới khống chế. Các thực nghiệm được thực hiện trên các công trình thủy điện lớn như Sơn La và Sông Ba Hạ. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp mới trong thiết kế lưới khống chế không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn giảm thiểu thời gian thi công. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo tiến độ và chất lượng của các công trình thủy điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG THUỶ ĐIỆN 1. Đặc điểm cấu trúc công trình thủy điện 1. Phân loại công trình thuỷ điện Công trình thuỷ điện được xây dựng để sử dụng tài nguyên thuỷ năng và nguồn dự trữ nước vào việc cung cấp điện năng cho đất nước và góp phần điều hoà nguồn nước, ngoài ra còn phục vụ cho việc du lịch, bảo tồn sinh thái, điều hòa khí hậu cho một khu vực lãnh thổ. Do vậy, các công trình thuỷ điện thường thuộc loại công trình trọng điểm của quốc gia, thời gian chuẩn bị và thi công kéo dài nhiều năm với rất nhiều hạng mục có kết cấu phức tạp, đa dạng.

Công trình thuỷ điện là loại công trình làm việc trong môi trường nước, chịu tác dụng của các loại lực do nước gây nên như lực thuỷ tĩnh, thuỷ động, áp lực cột sóng, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi. Ngoài ra công trình thuỷ điện còn chịu tác dụng của các loại lực khác như áp lực gió, áp lực đất, áp lực do động đá, áp lực do bùn cát… Công trình thuỷ điện ngoài chức năng phát điện còn có thể kết hợp với việc điều tiết nguồn nước để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của nền kinh tế quốc dân. Phụ thuộc vào vị trí tương quan giữa nhà máy phát điện và tuyến đập chính, các công trình thủy điện được chia thành 2 loại là thủy điện sau đập và đường dẫn. Đối với thủy điện sau đập, các hạng mục chủ yếu của công trình được bố trí gần nhau tạo thành cụm đầu mối (thủy điện Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu…).

Đối với thủy điện đường dẫn, nước trong hồ chứa được đưa xuống nhà máy thông qua tuyến đường hầm hoặc kênh dẫn, vì vậy các hạng mục công trình của loại thủy điện này thường phân bố cách xa nhau (thủy điện Yaly, Huội Quảng…).1 đưa ra bản vẽ tổng thể mặt bằng của một công trình thủy điện sau đập, trên hình 1.2 đưa ra bản vẽ mặt bằng của thủy điện đường dẫn. Mặt bằng công trình thuỷ điện sau đập Hình 1. Sơ đồ mặt bằng phân bố công trình thuỷ điện đường dẫn 1. Các hạng mục chủ yếu của công trình thuỷ điện 1.

Tuyến áp lực và hồ chứa nước Đập dâng gồm nhiều loại được thiết kế có kết cấu khác nhau tuỳ theo từng điều kiện cụ thể của công trình, bao gồm: 8 - Đập đất: Vật liệu đắp đập là đất (sét, cát, cuội sỏi). Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng thi công cơ giới hoá cao và rẻ tiền. Phía thượng lưu của đập là hồ chứa nên có sóng tác động, sẽ làm hư hỏng mái dốc thượng lưu. Ở Việt nam loại đập đất được xây dựng tại công trình thủy điện Sông Ba Hạ, Sông Hinh.

- Đập đất đá: là một loại đập được cấu tạo bằng đất đá mà không cần chất kết dính, là một trong những loại công trình dâng nước kinh tế nhất khi xây dựng ở những vùng có sẵn đá, giao thông không thuận lợi. Ở Việt nam loại đập đất đá được xây dựng tại công trình thủy điện Hòa Bình, Yaly,. - Đập bê tông: bao gồm bê tông đầm lăn, bê tông bản mặt và bê tông trọng lực. Đập bê tông trọng lực là loại đập mà sự ổn định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của đập.

Ở Việt nam loại đập bê tông được xây dựng tại công trình thủy điện Sơn La, Lai châu… Đập tràn thường có kết cấu bê tông, có tác dụng xả nước khi cần thiết để điều tiết lượng nước trong hồ chứa, số lương khoang tràn được tính toán, thiết kế phù hợp với từng công trình cụ thể. Các thông số của hồ chứa bao gồm: diện tích lưu vực, dung tích hồ, mức nước dâng bình thường, mức nước chết, mức nước gia cường. Khi thiết kế hồ phải giải quyết những nhiệm vụ cơ bản sau: - Xác định biên giới ngập nước của hồ chứa ứng với độ cao mực nước thiết kế. Xác định biên giới lòng hồ và thể tích hồ chứa.

- Đề xuất bản thiết kế phòng ngập cho các thành phố, các điểm dân cư, xí nghiệp công nghiệp, những vùng đất canh tác có giá trị cũng như bản thiết kế các công tác gia cố bờ hồ.3 đưa ra ví dụ về hình ảnh của tuyến đập và hồ chứa công trình thủy điện. Tuyến đập và hồ chứa công trình thuỷ điện 1. Tuyến năng lượng Tuyến năng lượng bao gồm các hạng mục: cửa nhận nước, đường hầm hoặc kênh dẫn, tháp điều áp và đường ống áp lực. Tuyến năng lượng có chức năng dẫn nước từ hồ chứa đến các tuốc bin phát điện, thông thường các hạng mục công trình tuyến năng lượng có kết cấu bằng vật liệu bê tông, riêng đường ống áp lực có kết cấu thép.4 đưa ra hình ảnh của đường hầm dẫn nước, hình 1.5 đưa ra hình ảnh tháp điều áp, đường ống áp lực và gian máy của công trình thủy điện dạng sau đập.

Đường hầm dẫn nước Hình 1. Đường ống áp lực 10 1. Nhà máy phát điện Về kiểu nhà máy thuỷ điện, thông thường có hai loại nhà máy thuỷ điện hở (Sơn la, Lai Châu), và nhà máy thuỷ điện ngầm (Hòa Bình, Yaly).6 đưa ra hình ảnh của gian máy và các tổ máy phát thủy điện. Nhà máy thủy điện 1.

Nhận xét về đặc điểm cấu trúc của công trình thuỷ điện Qua thực tế tìm hiểu các công trình thủy điện Việt Nam có thể nhận thấy những đặc điểm cấu trúc nổi bật như sau: - Tổ hợp đầu mối thủy điện là những công trình có quy mô lớn bao gồm nhiều hạng mục có đặc điểm kết cấu phức tạp và đa dạng. - Khu vực xây dựng thủy điện thường là vùng núi có địa hình phức tạp, không thuận lợi cho việc thi công xây dựng, trong đó bao gồm cả công tác trắc địa. - Các hạng mục công trình thủy điện được phân bố ở các độ cao khác nhau, chênh lệch độ cao giữa nhà máy và đỉnh tuyến đập có thể dao động trong khoảng từ hàng chục đến hàng nghìn mét. 11 - Các hạng mục công trình thủy điện như tuyến đập, tuyến áp lực, nhà máy có mối liên kết hình học rất chặt chẽ, công tác bố trí tim tuyến công trình đòi hỏi phải được thực hiện với yêu cầu độ chính xác rất cao.

Phân cấp công trình thuỷ điện Ở nước ta các công trình thủy điện được phân cấp dựa vào công suất của nhà máy phát điện, cụ thể là được phân theo 5 cấp như đưa ra trong bảng 1. Tổng công ty điện lực Việt Nam đã dựa trên phân cấp công trình thủy điện đề xác định cấp hạng cụ thể đối với lưới khống chế thi công thủy điện. Phân cấp công trình thuỷ điện Cấp thiết kế của công Công suất nhà máy điện Cấp hạng lưới tam giác trình (MW) thuỷ công I ≥300 I II 50÷300 II III÷IV÷V <50 III 1. Yêu cầu kỹ thuật đối với lưới khống chế mặt bằng thi công thuỷ điện 1.

Phương pháp thành lập lưới Lưới khống chế mặt bằng thi công thủy điện có thể được thành lập bằng công nghệ đo đạc mặt đất (sử dụng máy kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử,) và công nghệ đo đạc vệ tinh (sử dụng các máy thu tín hiệu vệ tinh). Phương pháp mặt đất Đo đạc mặt đất là phương pháp truyền thống, sử dụng các thiết bị đo ngắm trực tiếp trên mặt đất. Lưới được thành lập chủ yếu bằng các phương pháp: lưới tam giác (đo góc, đo cạnh, đo góc-cạnh), lưới đa giác. Độ chính xác của lưới và hình dạng lưới phụ thuộc vào các đặc điểm tự nhiên và yêu cầu độ chính xác của từng hạng mục công trình.

12 1) Lưới tam giác đo góc Tam giác đo góc là dạng lưới được dùng chủ yếu trong thời gian các phương tiện đo dài chưa được phổ biến và sử dụng rộng rãi. Lưới tam giác đo góc sử dụng một số cạnh đo có độ chính xác cao làm cạnh gốc để phát triển lưới tam giác dạng hình chuỗi tam giác hay đa giác trung tâm. Đồ hình được quy định rất nghiêm ngặt về hình dạng và độ lớn của các góc theo yêu cầu quy phạm. Với sự phát triển và phổ cập sâu rộng của máy toàn đạc điện tử thì hiện nay dạng lưới này không còn được áp dụng trong thành lập lưới khống chế.

2) Lưới tam giác đo cạnh Lưới tam giác đo cạnh được xây dựng theo dạng đồ hình chuỗi tam giác đơn, lưới tứ giác trắc địa hay lưới đa giác trung tâm đo tất cả các cạnh. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tránh được ảnh hưởng của chiết quang ngang như lưới tam giác đo góc, thời gian đo mỗi cạnh trong lưới ngắn nên tốc độ thi công nhanh hơn nhiều so với phương pháp đo góc. Nhược điểm của phương pháp là số trị đo thừa trong mạng lưới ít, dẫn đến đồ hình lưới không được chặt chẽ như đối với lưới đo góc. 3) Lưới tam giác đo góc-cạnh Là dạng lưới có tính ưu việt nhất, kế thừa được các ưu điểm và khắc phục một phần nhược điểm của hai phương pháp tam giác đo góc và tam giác đo cạnh.

Với sự tiến bộ của công nghệ đo dài điện tử, dạng lưới đo góc- cạnh được sử dụng nhiều trong thực tế sản xuất. 4) Lưới đa giác Lưới đa giác được xây dựng dưới dạng tuyến đường khép kín hoặc lưới có điểm nút. Ưu điểm của phương pháp đa giác là các điểm lưới có thể bố trí linh hoạt do không đòi hỏi tầm thông hướng nhiều như lưới tam giác. Nhược điểm của phương pháp là nếu cùng một độ dài như mạng lưới tam giác thì các 13 điểm khống chế theo phương pháp đa giác có độ chính xác kém hơn do ít trị đo thừa.

Phương pháp GPS Ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế trắc địa chủ yếu dùng phương pháp định vị tương đối. Ưu điểm nổi bật của phương pháp là có thể thu tín hiệu ở mọi nơi, mọi lúc, không phụ thuộc vào thời tiết và cũng không đòi hỏi sự thông hướng giữa các điểm mặt đất. Thời gian thi công nhanh do có thể sử dụng nhiều máy trong quá trình thi công. Yêu cầu độ chính xác bố trí các hạng mục công trình thuỷ điện Tổng công ty điện lực Việt Nam đã đề ra yêu cầu độ chính xác bố trí các hạng mục của công trình thủy điện như được đưa ra trong bảng 1.

Số liệu trong bảng 1.3 là cơ sở để xác định yêu cầu độ chính xác đối với lưới thi công.