TS. LÊ HẢI HÀ - PGS.TS. PHẠM VĂN KÝ

KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ ðƯỜNG SẮT

TẬP 1

HÀ NỘI 2005

1

LỜI NÓI ðẦU

Giáo trình "Khảo sát và thiết kế ñường sắt" tập 1 nhằm phục vụ sinh viên các

chuyên ngành ñường sắt, ñường sắt-cầu và các ngành khác liên quan ñến giao thông

vận tải.

Trong cuốn sách giới thiệu các vấn ñề có liên quan tới tính sức kéo ñầu máy,

nguyên tắc thiết kế bình ñồ và trắc dọc tuyến ñường sắt, vạch tuyến, bố trí công trình

nhân tạo, phương pháp so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án.

ðể phục vụ cho sinh viên các lớp chuyên ngành ñường sắt, khi biên soạn các tác

giả ñã cố gắng bám sát nội dung ñổi mới của chương trình môn học ñể phù hợp tình

hình thực tế.

Sách tái bản lần này có bổ xung một số nội dung cho phù hợp với chương trình

ñào tạo và các quy ñịnh về tiêu chuẩn mới của ngành ñường sắt. Sau các phần lý

thuyết có ñưa những ví dụ cụ thể ñể bạn ñọc dễ hiểu.

Nội dung giáo trình và các chương mục ñã ñược tập thể các thầy giáo Bộ môn

ðường sắt Trường ðH Giao thông vận tải góp ý.

Trong quá trình biên soạn có sự phân công sau:

T.S Lê Hải Hà chủ biên viết các chương: 2, 3, 4.

PGS.TS Phạm Văn Ký viết các chương: 1, 5, 6, 7.

Trong quá trình biên soạn, chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, chúng tôi

mong nhận ñược những ý kiến ñóng góp của bạn ñọc ñể lần xuất bản sau ñược hoàn

thiện hơn.

Hà Nội, tháng 3/2005

Các tác giả

2

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ THIẾT KẾ ðƯỜNG SẮT

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ðƯỜNG SẮT

1.1.1. ðiểm qua lịch sử phát triển hệ thống ñường sắt thế giới.

Khoảng thế kỷ thứ 16 các mỏ ở vùng núi của các nước Châu Âu ñã dùng

“ñường ray” gỗ ñể ñẩy các xe goòng chở ñầy than, quặng.

Năm 1809 con trai của Vô-rô-lốp ñã kế tục và phát triển sự nghiệp của cha

làm “ñường ray” bằng sắt có hình chữ L và dùng ngựa kéo.

Như vậy cho thấy nguồn sức kéo trong thời kỳ phôi thai của ñường sắt là sức

người, sức nước và sức súc vật và chỉ chạy ñược tốc ñộ 5 km/h.

Theo sự phát triển của nguồn ñộng lực và yêu cầu ñối với ñầu máy ngày càng

cao nên “ñường ray" từ bằng gang trắng rồi ñến gang xám, từ “ñường sắt” ñến

“ñường thép”.

Mặc dù các loại ray hiện nay ñang dùng thường ñược làm bằng thép nhưng

do thói quen nên vẫn gọi là "ñường sắt" ñể phản ánh tình hình thực tế của thời trước

ñó.

Mặt khác, công nghệ vật liệu mới trong thời ñại chúng ta ñang phát triển với

tốc ñộ nhanh , có thể có những loại vật liệu mới phù hợp hơn, rẻ tiền hơn thay thế

cho loại thép ray. Khi ñó, lẽ nào tên gọi của ray cứ thay ñổi theo vật liệu làm ray cho

nên chúng ta cứ gọi nó theo tên cũ cho tiện lợi hơn.

Trong thời kỳ từ năm 1825 ñến năm 1840 trên thế giới ñã xây dựng ñược tất

cả gần 8 nghìn km ñường sắt. Sau ñó 10 năm thì số km ñường sắt tăng lên 5 lần. ðến

cuối thế kỷ 19 mạng lưới ñường sắt trên thế giới lên khoảng 790 nghìn km.

Vào ñầu chiến tranh thế giới thứ nhất vượt quá 1 triệu 1 trăm ngàn km, mạng

lưới ñường sắt thế giới hiện nay gần 2 triệu km. Trong ñó các nước có nhiều ñường

sắt nhất là Mỹ khoảng 336.500km, tỷ lệ tuyến ñôi và tuyến nhiều ñường chiếm 11

ñến 14,8%, Liên Xô có khoảng 138.300km trong ñó có 35 ngàn km ñường ñôi. Ấn

ðộ có 60 ngàn km.

Trong mạng lưới ñường sắt thế giới hiện nay có rất nhiều khổ ñường.

- Khổ 1676mm ở các nước Ấn ðộ, Tây Ban Nha, Ac-hen-ti-na.

- Khổ 1524mm Liên Xô

- Khổ 1435mm Châu Âu, Canada, Mỹ

- Khổ 1067mm Nhật Bản, Indonexia

- Khổ 1000mm Việt Nam, Châu Phi

3

Hiện nay trên thế giới ñã ñiện khí hoá ñược 12 vạn km ñường sắt, Liên Xô

ñứng ñầu trong lĩnh vực này là 37 ngàn km.

Nói ñến ñường sắt chúng ta cũng phải ñề cập ñến ñầu máy bởi vì một ñoàn

tàu dài chạy trên con ñường sắt nhìn không thấy ñích cho nên ñầu máy và ñường ray

tựa như hình với bóng. Song nếu như xem lại “gia phả” của ñường sắt chúng ta thấy

tuổi của ñường ray cao hơn ñầu máy nhiều.

Máy hơi nước ra ñời có tác dụng to lớn thúc ñẩy cách mạng về sức sản xuất

và ñặc biệt tạo ñiều kiện cơ giới hoá cho ngành vận tải ñường sắt.

Một ñiều lý thú là ñầu máy hơi nước ñầu tiên chạy trên ñường ñá vào năm

1769. Sau ñó chạy trên ñường ray vào năm 1801 và khi ấy có tên “ñầu máy hơi

nước”.

Máy hơi nước của Pa-panh ra ñời sau một thời gian dài mới chính thức ñược

dùng trên một ñoạn ñường sắt của nước Anh, chiếc máy ñó do Sti-phen-xơ chế tạo

ñược chính thức dùng vào năm 1825. Công suất thực của nó là 12 mã lực và tốc ñộ

lớn hơn 16km/h cũng từ ñó ñầu máy hơi nước mới chính thức “bước lên vũ ñài lịch

sử”.

So với các loại ñầu máy khác, ñầu máy hơi nước ra ñời sớm nhất và cũng

ñược cải tiến nhiều nhất. Có những ñầu máy công suất lớn, tốc ñộ cao. Ví dụ ñầu

máy hơi nước loại 242 của Pháp chế tạo năm 1946 có công suất tới 4200 mã lực với

tốc ñộ tới 160km/h.

Nhiều công ty Mỹ ñã chế tạo ñầu máy hơi nước rất hiện ñại, công suất cực

lớn, tốc ñộ cao. ðầu máy T-1 công suất tới 6.100 mã lực, kéo ñoàn tàu 1.000 tấn

chạy với tốc ñộ 160km/h. Song tăng công suất của ñầu máy lớn hơn 3000 mã lực nói

chung là khó khăn bởi nó bị hạn chế bởi kích thước và trọng lượng ñầu máy nằm

trong khổ giới hạn quy ñịnh ñể ñảm bảo an toàn khi chạy tàu.

ðầu máy hơi nước ñược cải tiến nhiều nhưng cũng không kịp với tiến bộ

khoa học kỹ thuật. Nếu như chiếc ñầu máy hơi nước ñầu tiên của kỹ sư Nga Sê-nê-

pa-nốp chế tạo năm 1833 có hiệu suất 2% thì những ñầu máy hơi nước sau này có

hiệu suất trung bình khoảng 7% có nghĩa là trong 100 khu gian than thì chỉ có 7 khu

gian sản sinh ra lực kéo. ðó là nhược ñiểm cơ bản của sức kéo hơi nước.

Bởi vậy, trong cuộc cách mạng về nguồn ñộng lực của ñường sắt, sức kéo hơi

nước phải nhường chỗ cho các loại sức kéo tiên tiến hơn như diezen và ñiện, cho nên

chúng ta nói: thế kỷ 19 là tuổi thanh xuân là buổi ñầu máy hơi nước bước lên vũ ñài

lịch sử thì 50 năm sau cuối thế kỷ 20 là tuổi già yếu và rút khỏi vũ ñài lịch sử.

4

Nhiều nước ñó ấn ñịnh thời hạn ñào thải sức kộo hơi nước ra khỏi ngành

ñường sắt như cộng hoà dõn chủ ðức 1975, Hung-ga-ri 1980, Nhật 1975, Tõy ðức

1976 v.v… một số nước ñã không dùng ñầu máy hơi nước nữa: Liên Xô, Triều Tiên,

Mông Cổ, Mỹ, Pháp v.v…

Chỉ trong khoảng hơn 20 năm (1946 - 1967) ñã có tới 102 nước, áp dụng sức

kéo mới.

Ở Việt Nam, từ năm 1968 ngành ñường sắt ñã bắt ñầu sử dụng sức kéo

diezen.

Hiệu suất của các loại ñầu máy có thể tính ñược như sau:

- ðầu máy hơi nước 4-10%

- ðầu máy diezen 17-35%

- ðầu máy ñiện 14-28%

ðầu máy diezenl do hiệu suất cao nên ñã giảm ñược mức tiêu thụ nhiên liệu.

ðứng về phương diện giao thông vận tải thì chỉ tiêu quan trọng số một ñánh giá loại

sức kéo là năng lực thông qua và năng lực vận chuyển, sức kéo diezenl và ñiện cho

phép tăng trọng lượng và tốc ñộ của ñoàn tàu nên năng lực vận chuyển tăng 2 ñến 2,5

lần so với khi dùng ñầu máy hơi nước.

Vào những thập kỷ ñầu của thế kỷ XX ở hầu hết các thành phố lớn và vừa ở

châu Âu ñã xây dựng hệ thống tàu ñiện nội ñô (Tramway - Light Rail) và ñwờng sắt

ngoại ô (Suburban - Heavy Rail).

ðể giải quyết nạn tắc nghẽn giao thông ở các thành phố lớn ở châu Âu ñã xây

dựng hệ thống tàu ñiện ngầm (Full metro). London ñã bắt ñầu khởi công vào năm

1883 và hoàn thành năm 1890, Budapest hoàn thành năm 1896, Paris 1900, Beclin

1902 và Hamburg năm 1912. Các tuyến ñương tàu ñiện ngầm khổ tiêu chuẩn ñược

tiếp tục xây dựng ở các thập kỷ ñầu của thế kỷ XX ở châu Âu.

Trước năm 1970 chỉ có số ít thành phố có hệ thống ñường sắt ñô thị (ðSðT)

thì năm 1991 ñã có khoảng 160 thành phố có hệ thống ðSðT ở 60 nước trên thế giới

và khoảng 30 thành phố khác ñang xây dựng.

Các thành phố lớn như Tokyo, Newyork và Moscow lượng khách chuyên chở

bằng ðSðT vượt quá 50% tổng lượng khách tham gia giao thông nên ñã không bị tắc

nghẽn giao thông. ðSðT ở Tokyo, Nagoya và Osaka trong vòng bán kính 50 km ñã

có số lượng 3900 km (1992).

Về chủng loại cũng có những bước phát triển mạnh. Trước ñây chỉ có 3 loại

là tàu ñiện (Tramway), tàu ñiện ngầm (Full metro), tàu cao tốc (Mass Rapid Transit)

thì ngày nay ñã có thêm nhiều loại mới như: tàu hiện ñại (Advanced Light Rail), tàu

5

một ray (Monorail), tàu tự ñộng khụng người lỏi (Automated Guided Train), tàu

ñộng cơ tuyến tính (Linear Motor Train), tàu ñiện từ (Magnetically Levitated Train)

và tàu không lưu (Aeromover).

Hầu hết các nước trên thế giới dùng loại tàu ñiện nhẹ (Light Rail Transit)

chạy trên ñường khổ 1000 mm và 1435 mm nhưng chủ yếu là ñường 1435 mm, có

thể chạy qua ñường cong bán kính nhỏ ñến 50 m, ñộ dốc 40‰ thậm chí lớn hơn, sử

dụng ñiện thế một chiều 750V. Các thành phố Manila, Hannover, Mexyco city,

Hiroshima, Cairo ñang sử dụng loại này.

Còn ở các thành phố Newyork, London, Maxcova, Paris, Tokyo Teito và

Singapore lại dùng ðSðT có sức chở lớn (Heavy Rail System). Thuộc loại này có

tàu cao tốc Express Sbanhn và Metro. Tuyến Express có thể ñi trên mặt ñất, ñi trên

cao (Elevated) hay ñi ngầm dưới mặt ñất (Subway hay Under-ground). Loại này có

ñộ dốc tối ña 40‰, bán kính nhỏ nhất ñường ở Tokyo là 91m.

Tàu tự ñộng không người lái AGT (Atomatic Guider hay Automatic

Driverless hayN-Bahn). Năm 1975 Quốc hội Mỹ ñịnh nghĩa AGT là một hệ thống

vận tải ñược ñiều khiển không cần người, chạy trên ñường dẫn hướng riêng biệt. Nó

ñược khai thác lần ñầu tiên vào năm 1971 ở sân bay Tampa ở bang Florida nước Mỹ,

năm 1972 xuất hiện ở Nhật có 5 hệ thống. ở ðài Bắc - ðài Loan có một hệ thống dài

13,5 km chạy loại xe VAL 256, qua 13 ga.

Tàu ñộng cơ tuyến tính LIM (Linear Motor). Loại này mỗi trục xe ñược gắn

một ñộng cơ tuyến tính (rotor) chạy trên ray khổ 1435, còn stator là ray thứ 3 và ñiện

ñược cấp từ ñó. Ưu ñiểm lớn của tàu ñông cơ tuyến tính là khổ giới hạn ñược thu

nhỏ, chỉ bằng 53% so với tàu thường, cho nên khi ñi ngầm dưới ñất, tiết diện hầm

giảm gần 50%. Tiêu biểu cho loại này là công trình Sky Train ở bang Vancowver,

Canada, ñưa vào sử dụng năm 1986, dài 22 km. trong ñó có 1,6 km ñi ngầm, 13 km

ñi trên cao, và tuyến tương tự tại Tokyo dài 28 km, khổ 1435, ñộ dốc tối ña 45‰,

bán kính nhỏ nhất 100m, khoảng cách giữa các tim ñường 3,1 m.

Tàu ñệm từ Maglev (Magnetic levitation), nó giống tầu LIM là ñược ñẩy ñi

bằng ñộng cơ tuyến tính nhưng không chạy trên bánh xe mà trên một ñệm không khí

do lực ñẩy từ trường tạo nên, trên các tuyến của ðức (8-1989) ñệm này dày 10 mm,

trên các tuyến của Nhật (1990) dầy tới 100 mm. Tuyến Maglev ñầu tiên ở Anh (8-

1984) chỉ dài 600 m, nhưng năm 1997 ñã chạy thử tuyến Yamanashi ở Nhật dài 42,8

km, ñộ dốc 40‰, Rmin = 8000 m, tốc ñộ khai thác 500 km/h.

Tàu không lưu (Aeromover). Nó ñược chế tạo dựa trên nguyên lý của tàu

buồm. Toa xe ñược gắn 2 là kim loại ñặt trong dầm bê tông rỗng, toa xe chuyển ñộng

6

do chênh lệch áp lực không khí ở hai bên tấm kim loại như sức gió thổi căng cánh

buồm làm tàu chạy. Ở ñây chênh lệch áp lực khí ñược tạo bới các máy nén và hút

không khí. Năm 1981 tuyến Aeromover ñầu tiên ở cảng Alegre thuộc Brazin dài

600m. Tuyến thứ hai ñược xây dựng ở Jakacta (Indonesia) có tên Tamamini dài 3,21

km, ñộ dốc 100‰, Rmin = 25m, ñoàn tàu2 toa mỗi toa 120 hành khách, chạy tốc ñộ

lớn nhất 70 km/h.

1.1.2. ðiểm qua vài nét sự phát triển ñường sắt Việt Nam.

Từ lịch sử phát triển ñường sắt thế giới chúng ta về với lịch sử ñường sắt Việt

Nam ñể nhìn nhận sự hình thành và phát triển của nó.

Các tuyến ñường sắt ñã ñược xây dựng vào các thời kỳ như sau (theo tài liệu

kinh tế của thực dân Pháp thì lịch sử xây dựng ñường sắt ðông Dương chia làm ba

thời kỳ):

a. Thời kỳ trước năm 1898

- 1884 xây dựng ñoạn ñường sắt Sài Gòn - Mỹ theo dài 70km

- 1896 xây dựng ñoạn ñường sắt Bắc Giang - Lạng Sơn khổ 600mm

- 1898 tuyến ñường sắt Hà Nội- Na Sầm ñược nối liền dài 180km

b. Thời kỳ từ 1898 ñến 1931

- Cuối năm 1898 bắt ñầu xây dựng tuyến Hải Phòng - Gia Lâm - Lào Cai dài

383km khổ 1000mm và các ñoạn tuyến sau ñây ñược ñưa vào khai thác ở các năm:

+ Hải Phòng - Gia Lâm tháng 4 năm 1903

+ Gia Lâm - Việt Trì tháng 11 năm 1903

+ Việt Trì - Lào Cai tháng 1 năm 1906

Năm 1908 xây dựng tiếp ñoạn ðồng ðăng ñến Hữu Nghị quan dài 5km. Sau

ñó xây dựng ñoạn giữa ðồng ðăng và Na - Sầm dài 17km ñưa vào khai thác tháng

11 năm 1921.

- Thời kỳ này tuyến Hà Nội - Huế - ðà Nẵng - Nha Trang - Sài Gòn tiếp tục

ñược xây dựng.

+ ðoạn thứ nhất: Hà Nội - Vinh - Bến Thuỷ ñưa vào khai thác tháng 3 năm

1905 dài 326km.

+ ðoạn thứ hai từ ðà Nẵng ñến ðông Hà (Quảng Trị) tháng 12 năm 1908 dài

175km.

+ ðoạn thứ ba Sài Gòn - Nha Trang vào tháng 10/1913 dài 566km.

+ ðoạn tuyến nhánh từ Tháp - Chàm ñến ðà Lạt xây dựng vào tháng 7 năm

1914 dài 84km.

7

- Năm 1927 xây tiếp ñoạn tuyến từ Vinh ñến ðông Hà dài 301km.

c. Thời kỳ sau năm 1931

- ðoạn tuyến Bến ðây Xô - Lộc Ninh ñược xây dựng xong và ñưa vào khai

thác tháng 8 năm 1933 dài 69km.

- ðoạn tuyến nhánh từ Tân Ấp dự kiến nối ñến Thà Khẹt trên sông Mê Công

(Lào). Trong ñoạn ñó mới xây dựng 18km từ Tân ấp ñến xóm Lục (Việt Nam).

ðoạn này ñưa vào khai thác từ tháng 12 năm 1933.

- ðoạn tuyến còn lại trong tuyến Hà Nội - Sài Gòn là từ ðà Nẵng ñến Nha

Trang dài hơn 700km xây dựng xong vào tháng 10 năm 1936. Như vậy tổng chiều

dài tuyến từ Hà Nội ñến Sài Gòn là 1728km.

Sau cuộc kháng chiến chống Pháp thắng lợi năm 1954, chúng ta ñã khôi phục

tuyến Hà Nội - Hữu nghị quan, Hà Nội - Vinh và xây dựng thêm các tuyến Hà Nội -

Quán Triều, Kép - Lưu Xá, Kép - Bãi Cháy, Cầu Giát - Nghĩa ðàn v.v… ðến nay

chiều dài ñường sắt tổng cộng trên cả nước khoảng 2810km (chưa kể các ñường

trong mỏ than).

ðường sắt Việt Nam chúng ta hiện nay tồn tại hai loại khổ 1435mm

(Standard Gauge - SG) và 1000mm (Metre Gauge - MG). Còn ñường lồng 1000 mm

với ñường 1435 mm là sự kết hợp giữa SG và Mg. Tổng chiều dài ñường 1000 mm

là 2694 km, chiếm 85%, khổ 1453 6% và ñường lồng 9%. Việc tồn tại hai loại khổ

ñường làm cho chúng ta gặp nhiều khó khăn trong công tác quản lý và khai thác.

Hiện nay ở Nhật Bản khổ ñường 1067 mm với chiều dài 28.600 km chiếm

93%, còn khổ tiêu chuẩn 1435 mm có chiều dài 2034 km chỉ chiếm 7%. Trong khi

ñó ở Ấn ðộ, năm 1978 bỏ dở chủ trương chuyển ñổi khổ MG sang khổ SG vì cho

rằng lợi nhuận thu ñược của ñường SG không tương xứng với kinh phí chuyển ñổi. Ở

Việt Nam theo mục tiêu quy hoạch phát triển ñường sắt ñến năm 2020 thì tố ñộ chạy

tàu khách năm 2005 là 90 km/h, năm 2010 là 100 km/h và năm 2020 là 120 km/h,

tương ứng tốc ñộ tàu hàng là 65 km/h, 70 km/h và 80 km/h ñể hội nhập với các nước

trong khu vực.

1.2. CÁC GIAI ðOẠN THIẾT KẾ VÀ NỘI DUNG ðỒ ÁN

1.2.1. Các giai ñoạn thiết kế.

Dự án ñầu tư là một tập hợp những ñề xuất có liên quan ñến bỏ vốn ñể làm

mới, mở rộng, cải tạo, nâng cấp một tuyến ñường sắt nhằm ñạt ñược hoặc nâng cao

năng lực của tuyến ñường.

8

Theo tính chất của dự án và quy mô ñầu tư, dự án ñầu tư trong nước ñược phê

thành 3 nhóm: A, B, C ñể phân cấp quản lý. ðặc trưng của mỗi nhóm ñược quy ñịnh

theo Phụ lục của 52/1999/Nð-CP ngày 8/7/1999 của Chính phủ.

Các dự án quan trọng quócc gia là những dự án do Quốc hội thông qua và

quyết ñịnh chủ trương ñầu tư theo quyết ñịnh số 05/1997/QH 10 ngày 12/12/1997

của Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam.

Thủ tướng chính phủ quyết ñịnh ñầu tư hoặc uỷ quyền quyết ñịnh ñầu tư các

dự án thuộc nhóm A.

Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải quyết ñịnh ñầu tư các dự án thuộc nhóm B

và C về xây dựng tuyến ñường sắt mới. Tổng giám ñốc Tổng Công ty ðường sắt

Việt Nam quyết ñịnh ñầu tư các dự án thuộc nhóm B và C về sửa chữa ñại tu tuyến

ñường sắt cũ. Vì Tổng Công ty ñường sắt không chỉ là tổng công ty nhà nước mà

còn là công ty nhà nước do Thủ tướng chính phủ trực tiếp quản lý.

ðối với các doanh nghiệp hạch toán ñộc lập sở dụng vốn của doanh nghiệp

(vốn khấu hao tài sản cố ñịnh, quỹ phúc lợi, quỹ ñầu tư phát triển cho doanh nghiệp,

vốn huy ñộng…) thực hiện theo thông tư 110/2000/TT-BTC ngày 14/1/2000 của Bộ

Tài chính.

Vốn sửa chữa lớn tài sản cố ñịnh trong nguồn sự nghiệp kinh tế do Ban

QLCS hạ tầng làm chủ ñầu tư ñối với tài sản nhóm I, các doanh nghiệp công ích làm

chủ ñầu tư ñối với tài sản nhóm II.

Trong chuẩn bị ñầu tư xây dựng của ngành ñường sắt thường có các loại sau

ñây:

- Quy hoạch mạng hoặc quy hoạch chi tiết ñối với mọi nguồn vốn.

- Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi (BCNCTKT) ñối với các dự án nhóm A

thuộc tất cả các nguồn vốn. Nhóm A có quy mô lớn, phức tạp nên trước khi lập báo

cáo nghiên cứu tiền khả thi phải lập báo cáo tổng quan.

- Báo cáo nghiên cứu khả thi (BCNCKT) ñối với dự án nhóm A, B, C thuộc

các nguồn vốn. (Dự án nhóm C có mức vốn ñầu tư dưới 1 tỷ ñồng chỉ lập báo cáo

ñầu tư).

ðối với các dự án nhóm A chủ ñầu tư (người ñược giao trách nhiệm trực tiếp

quản lý và sử dụng vốn ñể thực hiện ñầu tư theo quy ñịnh của pháp luật) phải tổ chức

lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi và báo cáo nghiên cứu khả thi. Trường hợp dự án

ñã ñược Quốc hội hoặc Chính phủ quyết ñịnh chủ trương ñầu tư thì chỉ cần lập báo

cáo NCKT.

9

Những dự án nhóm A ñã ñược Thủ tướng chính phủ thông qua báo cáo

nghiên cứu tiền khả thi và cho phép phân ra các dự án thành phần (hoặc tiểu dự án)

thì những dự án thành phần (hoặc tiểu dự án) ñó ñược lập báo cáo nghiên cứu khả thi

như một dự án ñầu tư ñộc lập, việc trình duyệt và quản lý dự án phải theo quy ñịnh

của dự án nhóm A.

ðối với dự án nhóm B chủ ñầu tư tổ chức lập báo cáo nghiên cứu khả thi, nếu

xét thấy cần thiết phải lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi thì người có thẩm quyền

quyết ñịnh bằng văn bản.

ðối với dự án nhóm C có mức vốn ñầu tư từ 1 tỷ ñồng trở lên, chủ ñầu tư tổ

chức lập báo cáo nghiên cứu khả thi.

1.2.2. Nội dung ñồ án ở các giai ñoạn khác nhau.

1.2.2.1. Nội dung chủ yếu của báo cáo nghiên cứu tiền khả thi.

Nghiên cứu về sự cần thiết phải ñầu tư, các ñiều kiện thuận lợi và khó khăn.

Dự kiến quy mô ñầu tư, hình thức ñầu tư.

Khu vực, ñịa ñiểm xây dựng và dự kiến nhu cầu diện tích sử dụng ñất và

những ảnh hưởng về môi trường, xã hội và tái ñịnh cư (có phân tích ñánh giá cụ thể).

Phân tích, lựa chọn sơ bộ về công nghệ, kỹ thuật và và các ñiều kiện cung cấp

vật tư, thiết bị, nguyên liệu, năng lượng.

Phân tích lựa chọn sơ bộ các phương án xây dựng.

Xác ñịnh sơ bộ tổng mức ñầu tư (toàn bộ chi phí ñầu tư và xây dựng và là

giới hạn chi phí tối ña của dự án ñược xác ñịnh trong quyết ñịnh ñầu tư), phương án

huy ñộng các nguồn vốn, khả năng hoàn vốn và trả nợ, thu lãi.

Tính toán hiệu quả ñầu tư về mặt kinh tế - xã hội của dự án.

Xác ñịnh tính ñộc lập khi vận hành, khai thác của dự án thành phần hoặc tiểu

dự án.

Trong bước nghiên cứu khả thi nói chung là sử dụng các tài liệu thu thập,

ñiều tra mà không tổ chức ño ñạc. Chỉ trong trường hợp rất ñặc biệt mới tổ chức ño

ñạc tại thực ñịa. ðể bổ sung vào các bản ñồ ñịa hình hiện có, các ñơn vị tư vấn thiết

kế chỉ cần tiến hành thị sát hiện trường ñể ñiều chỉnh tài liệu cho phù hợp với tiình

hình hiện tại. Nội dung và yêu cầu ñối với công tác ñiều tra, thu thập tài liệu, khảo

sát hiện trường ñược thực hiện theo các quy ñịnh và hướng dẫn của quy trình khảo

sát ñường sắt hiện hành áp dụng trong bước khảo sát nghiên cứu tiền khả thi.

Thành phần và nội dung hồ sơ báo cáo NCTKT gồm 3 tài liệu chính sau ñây:

- Báo cáo thuyết minh tổng hợp.

- Hồ sơ bản vẽ.

10

- Phụ lục.

a. Các căn cứ, sự cần thiết phải ñầu tư, các thuận lợi và khó khăn.

- Các căn cứ kinh tế - xã hội.

- Các căn cứ về quy hoạch, kế hoạch dài hạn.

- Các chủ trương của các cấp chính quyền.

- Các thuận lợi khó khăn.

- Dự báo nhu cầu vận tải: Dự báo nhu cầu vận tải khách và hàng ở các năm

tính toán (năm thứ 10, thứ 20 kể từ khi lập báo cáo NCTKT). Có thể dự báo nhu cầu

vận tải khách và hàng chỉ do ñường sắt ñảm nhận, hoặc cho các phương thức vận tải

trong ñó có ñường sắt.

Tổ chức chạy tàu khách và tàu hàng gồm: các loại ñoàn tàu khách, thành phần

các ñoàn tàu khách, số lượng các loại tàu khách chạy trong ngày ở các năm tính toán

và sơ ñồ thể hiện mật ñộ ñôi tàu trên các ñoạn tuyến dự án.

- Sơ bộ phân tích và lập luận sự cần thiết phải ñầu tư.

b. Dự kiến hình thức ñầu tư, quy mô xây dựng.

- Các hình thức ñầu tư (khôi phục, cải tạo, làm mới hoặc kết hợp giữa các

hình thức ñó - kể rõ các ñoạn ñường, công trình, hạng mục chủ yếu ứng với các hình

thức ñó).

- Quy mô xây dựng ở các năm tính toán. Căn cứ vào mật ñộ ñôi tàu ở các

ñoạn ñể sơ bộ xác ñịnh quy mô các công trình chủ yếu: ñường ñơn hay ñường ñôi,

giao cắt cùng mức hay lập thể các ñường giao thông khác, quy mô ga khu ñoạn …

c. Giới thiệu về các công trình xây dựng (ñịa ñiểm và các phương án).

- Những yếu tố kỹ thuật chủ yếu: khổ ñường, cấp ñường, số lượng ñường

chính, loại sức kéo, loại ñầu máy, ñộ dốc hạn chế cho các hướng tuyến, tín hiệu,

thông tin, phương thức ñóng ñường.

- ðiều kiện tự nhiên vùng tuyến dự án: khí hậu, khí tượng, thuỷ văn, ñịa hình,

ñịa chất, hiện trạng môi trường.

- Công trình xây dựng:

Công trình tuyến: các phương án hướng tuyến (mô tả việc chọn tuyến, ñiểm

nối ray, tránh các chướng ngại vật, các di tích lịch sử văn hoá, tôn giáo của mỗi ñoạn

tuyến, vạch tự do hay vạch khó khăn…); nền ñường (mặt cắt ngang ñại diện cho nền

ñào, nền ñắp, dự ñoán các ñoạn nền ñường ñặc biệt phải xử lý, các ñoạn cần có công

trình phòng hộ…) và khối lượng công trình.

11

Công trình ga: phân bố ga dọc tuyến cho các phương án hướng tuyến; sơ ñồ

ñường ga cho các phương án hướng tuyến và khối lượng công trình của ga.

Công trình cầu: các phương án vị trí cầu lớn , dự kiến các loại kết cấu phần

trên, phần dưới; thống kê số lượng các cầu trên tuyến (loại cầu nhỏ, cầu trung, cầu

lớn và chiều dài mỗi loại tương ứng).

Công trình hầm: các phương án về vị trí hầm lớn, dự kiến phân ñoạn chiều

dày áo hầm cho các hầm; thống kê số lượng các hầm trên tuyến (hầm ngắn, vừa, hầm

dài và chiều dài mỗi loại tương ứng).

Kiến trúc tầng trên: loại ray dùng trên chính tuyến, loại ray dùng trên ñường

ga, loại ghi dùng trên chính tuyến và loại tà vẹt, số lượng ñặt trên chính tuyến và trên

các ñường ga; loại ba lát và chiều dày ba lát trên tuyến chính và trên ñường ga; khối

lượng của mỗi loại trên.

Tín hiệu - liên khoá - ñóng ñường: loại hình dự kiến và sơ ñồ mẫu cho ga

nhường tránh và ga trung gian.

Thông tin: loại hình dự kiến về ñường dây truyền dẫn và tổng ñài; sơ ñồ

mạng thông tin liên lạc (dự kiến cho từng phương án hướng tuyến).

Cơ sở ñầu máy toa xe: ước tính số lượng xí nghiệp ñầu máy toa xe, số lượng

các trạm ñầu máy toa xe và quy mô khái quát của xí nghiệp, trạm (có thể xếp hạng

theo lớn, vừa, nhỏ).

- Phân tích lựa chọn sơ bộ các phương án: ước tính chi phí xây dựng của các

phương án; tính toán thu chi trong thời gian khai thác của các phương án, so sánh sơ

bộ các phương án về mặt kinh tế - kỹ thuật, xã hội, môi trường.

- Phân tích ñánh giá về việc sử dụng ñất ñai và ảnh hưởng về môi trường, xã

hội, tái ñịnh cư.

d. Phân tích lựa chọn sơ bộ công nghệ kỹ thuật GTVT ñường sắt (công nghệ

phổ biến nhất hiện dùng trong nước hay phải nhập ngoại, ưu nhược ñiểm, ñiều kiện

cung cấp, chuyển giao công nghệ).

e. Sơ bộ phân tích các phương án tổ chức thi công, ñánh giá tác ñộng môi

trường và sơ bộ về tổ chức khai thác.

f. Ước tính tổng mức ñầu tư và phương án huy ñộng vốn.

- Ước tính tổng mức ñầu tư (chọn loại ñầu tư cho kết cấu hạ tầng thuốc các

chủ ñầu tư khác nhau và ñầu tư cho phương tiện vận tải) của các phương án.

- Phương án huy ñộng vốn (vốn vay ngân hàng quốc tế, hay trái phiếu chính

phủ…).

g. Tính toán sơ bộ hiệu quả ñầu tư về kinh tế xã hội của dự án.

12

- Phân tích dự án về mặt kinh tế và tài chính.

- Phân tích các lợi ích và hậu quả về mặt xã hội.

h. Xác ñịnh tính ñộc lập khi vận hành khai thác của các dự án thành phần

hoặc tiểu dự án (nếu có và nếu kết luận dự án cần tiếp tục lập NCKT).

i. Kết kuận và kiến nghị.

Kết luận về có lập báo cáo NCKT hay bỏ dự án; các hướng NCKT cần phải

lưu ý và các gới hạn của NCKT.

Kiến nghị ñể tư vấn trong nước lập NCKT hay các hình thức phối hợp giữa tư

vấn trong nước và nước ngoài hoặc thuê nước ngoài lập NCKT.

j. Các yêu cầu kỹ thuật của dự án NCTKT.

- Bản ñồ giao thông trong khu vực nghiên cứu của dự án.

- Bình ñồ tỷ lệ 1:25.000 hoặc 1:50.000.

- Mặt cắt dọc các phương án tuyến.

- Bố trí chung của các cầu.

- Bố trí chung của các hầm dài.

- Bình diện các ga khu ñoạn, ga lập tàu.

1.2.2.2. Những nội dung chủ yếu của báo cáo NCKT.

a. Những căn cứ ñể xác ñịnh sự cần thiết phải ñầu tư.

- Tình hình kinh tế xã hội (hiện tại và tương lai phát triển).

- Tính hình giao thông vận tải:

Giao thông ñường bộ: các ñường ô tô, các bến xe, trạng thái của các ñường,

lưu lượng xe của các ñường ñó, các ??? hàng và năng lực vận tải, dự kiến về giao

thông ñường bộ trong tương lai.

Giao thông ñường thuỷ: các tuyến vận tải thuỷ, trạng thái và lưu lượng tàu

thuyền trên các tuyến ñó; các cảng, trạng thái và khả năng của các cảng ñó; dự kiến

về giao thông vận tải thuỷ trong tương lai.

Giao thông ñường sắt: các tuyến ñường sắt, trạng thái và năng lực thông qua

hiện tại; các trạm hàng; các ga hiện có và các cơ sở khác của ñường sắt.

Dự báo vận tải khách và hàng: tuỳ theo các năm khai thác thứ 2, 5, 10 và tỷ lệ

tăng trong tương lai; các yêu cầu về quốc phòng (nếu có) và các yêu cầu của ñịa

phương tuyến ñường sắt ñi qua.

ðặc trưng luồng hàng và loại hàng; tỷ lệ luồng hàng trự thông, hệ số không

cân bằng giữa hai chiều; các hàng ñặc biệt thích hợp với giao thông ñường sắt (siêu

trường, siêu trọng, container…).

13

Xác ñịnh sự cần thiết làm tuyến ñường sắt: xét các mặt như lượng vận tải yêu

cầu xứng ñáng làm ñường sắt, số T-km; số khách-km; số ñôi tàu/ngày ñêm; chiều dài

vận tải bình quân thuộc vùng ưu việt ñối với vận tải ñường sắt; tính ưu việt của vận

tải ñường sắt so với các phương thức vận tải khác.

b. Lựa chọn hình thức ñầu tư.

Hình thức ñầu tư ñối với công trình ñơn vị là làm mới, khôi phục, cải tạo hay

nâng cấp.

c. Các phương án ñịa ñiểm.

- Các ñặc tính tự nhiên vùng dự án: ñịa hình ñịa mạo, khí hậu, thuỷ văn, ñịa

chấn.

- Chọn lựa các yếu tố cơ bản: khổ ñường, cấp ñường, số ñường chính, loại

sức kéo, loại ñầu máy kéo tàu khách, loại ñầu máy kéo tàu hàng, ñộ dốc chỉ ñạo, tín

hiệu liên khoá - ñóng ñường.

- Thiết kế tổ chức chạy tàu (cho từng phương án hương tuyến và cho các năm

tính toán).

Tổ chức chạy tàu khách (loại tàu khách, số lượng các loại toa trong từng loại

ñoàn tàu khách, tính toán số lượng các loại tàu khách trên từng hướng ñi, về.

Tổ chức chạy tàu hàng: các loại tàu hàng, số lượng các loại toa xe trong từng

loại ñoàn tàu hàng; tính toán số lượng các loại ñoàn tàu hàng trên từng hướng.

d. Các phương án công trình.

- Công trình tuyến ñường:

Bình diện tuyến ñường: các nguyên tắc chọn tuyến ñường, các phương án

hướng tuyến, so sánh lựa chọn chúng; các phương án ñiểm nối ray, so sánh lựa chọn

chúng; các phương án trị số Rmin và so sánh lựa chọn chúng; các chỉ tiêu thiết kế bình

diện của phương án lựa chọn (chiều dài ñường chim bay, chiều dài tuyến, hệ số triển

tuyến, chiều dài ñoạn thẳng, ñoạn cong).

Mặt cắt dọc tuyến ñường: các khả năng về trị số ñộ dốc hạn chế và sơ bộ

chọn trị số hợp lý cho tuyến thiết kế; các nguyến tắc thiết kế mặt cắt dọc (tuỳ tình

hình ñịa hình, ñịa chất, thuỷ văn mà thiên về ñào hay ñắp, phối hợp với ñường ñỏ và

ñịnh chiều dài cầu cạn, hầm, giao cắt …); phân ñoạn thiết kế mặt cắt dọc (ñoạn vạch

tự do, ñoạn vạch gò bó, các chỉ tiêu thiết kế mặt cắt dọc của phương án lựa chọn).

Nền ñường: mỗi phương án ñều phân ñoạn nền ñường thông thường và nền

ñường ñặc biệt; các mặt cắt ngang ñiển hình ứng với nền ñường thông thường; các

giải pháp thiết kế xử lý ứng với ñoạn nền ñặc biệt; các công trình thoát nước dọc

14

tuyến, các mỏ ñất, ñường vận chuyển và cự ly vận chuyển ñất. Khối lượng công trình

các loại và giải pháp thi công xây dựng ( khái quát).

Các công trình cải dịch và giao cắt: thống kê các công trình hiện có phải cải

dịch, ñề nghị ñơn vị nào lập thiết kế cải dịch cho các công trình chuyên ngành; các

công trình cụ thể phải dịch do ñơn vị lập dự án khả thi ñường sắt thực hiện trong dự

án; các giao cắt cùng mức và khác mức với các ñường giao thông, khối lượng công

trình các loại và giải pháp thi công (khái quát).

- Công trình ñiểm phân giới: xác ñịnh các tiêu chuẩn kỹ thuật và thiết kế phân

bố ñiểm phân giới; dự kiến ñịa ñiểm, chức năng, nhiệm vụ, quy mô các ga ứng với

các năm khai thác tính toán; thiết kế các ga; tính khối lượng công trình ga và giải

pháp xây dựng một cách khái quát cho mỗi phương án.

- Công trình cầu: xác ñịnh tải trọng thiết kế, khổ giới hạn, tĩnh không thông

thuyền, tần suất lũ tính toán (tĩnh không cầu vượt, cao ñộ ñường phải vượt); dự kiến

vị trí, loại hình kết cấu phần trên, phần dưới; tính toán khẩu ñộ, dự kiến bố trí các

khẩu ñộ; khối lượng công trình chủ yếu và dự kiến giải pháp xây dựng một cách khái

quát cho mỗi phương án.

- Công trình hầm: với mỗi phương án xác ñịnh khổ giới hạn thiết kế cho hầm

thẳng, hầm cong; căn cứ vào loại hình cụ thể ñể dự kiến vị trí cửa vào, cửa ra, ñể

phân ñoạn các loại áo hầm khác nhau; phương án thông gió (tự nhiên hay nhân tạo),

phương án thoát nước, phương án chiếu sáng; tính khối lượng công trình hầm và

từng phương án tuyến; dự kiến giải pháp thi công một cách khái quát.

- Công trình cống: với mỗi phương án tuyến cần thống kê theo loại hình và

chiều dài tương ứng.

- Công trình nhà xưởng: căn cứ vào chức năng nhiệm vụ, ñịnh biên CB CNV

cho yêu cầu sản xuất ñể xác ñịnh ñịa ñiểm, diện tích sử dụng ñất, diện tích các khu

nhà, cấp nhà; thống kê nhà xưởng toàn tuyến của phương án tuyến lựa chọn (vị trí,

chức năng nhà, cấp nhà, diện tích xây dựng, diện tích sàn, các công trình phụ ở từng

khu vực); thiết kế sơ bộ các nhà ga tại các ga khu ñoạn (các ga nhường tránh dùng

thiết kế ñịnh hình).

- Công trình ñầu máy: các tiêu chuẩn kỹ thuật, kinh tế ñể thiết kế công trình

ñầu máy; tính toán thiết kế công trình ñầu máy, số km chạy/năm của ñầu máy trên

tuyến, số ñầu máy sử dụng, số ñầu máy chi phối, số ñầu máy chữa các cấp (kỳ, cấp I,

cấp II, giữa kỳ), số vị trí sửa chữa các cấp. Xác ñịnh ñịa ñiểm, chức năng nhiệm vụ,

công suất của các ñoạn (xí nghiệp) và của các trạm ñầu máy; dự kiến các công trình,

15

thiết kế chủ yếu cho các ñoạn, trạm ñầu máy; xác ñịnh quan hệ hợp tác với các ñoạn,

trạm thuộc các tuyến liên quan và thiết kế các xí nghiệp, trạm ñầu máy.

- Công trình toa xe: các tiêu chuẩn kỹ thuật, kinh tế ñể thiết kế công trình toa

xe; tính toán số toa xe vận dụng, số toa xe cần thiết, số toa xe sửa chữa các cấp. Xác

ñịnh ñịa ñiểm, chức năng nhiệm vụ, công suất của các ñoạn (xí nghiệp) và của các

trạm toa xe; xác ñịnh quan hệ hợp tác với các ñoạn, trạm thuộc các tuyến liên quan;

dự kiến các công trình, thiết bị chủ yếu cho các ñoạn, trạm toa xe; thiết kế các xí

nghiệp, trạm toa xe.

- Công trình tín hiệu, liên khoá, ñóng ñường: nguyên tắc thiết kế; loại hình

thiết bị ñối với các ga, các khu gian, các ñường ngang; khối lượng công trình xây lắp

và thống kê các thiết bị chủ yếu; yêu cầu nhà xưởng cho tín hiệu, liên khoá và ñóng

ñường.

- Công trình thông tin: nguyên tắc thiết kế, phạm vi thiết kế các công trình

thông tin, các phương án thiết kế mạng thông tin [các hệ thông tin, các trạm thông tin

(tổng ñài, các thiết bị ñầu cuối, các thiết bị ghép kênh), ñường dây truyền dẫn]; yêu

cầu nhà xưởng cho thông tin; khối lượng công trình xây lắp và thiết bị.

- Công trình cấp ñiện, cấp nước: xác ñịnh nguồn ñiện, nguồn nước; phạm vi

thiết kế và mức ñộ thiết kế; dự kiến khối lượng công trình thiết bị chủ yếu.

e. Phân tích lựa chọn các phương án:

Tính toán chi phí xây dựng của các phương án, tính thu chi trong thời gian

khai thác của các phương án, so sánh lựa chon các phương án về mặt kinh tế, kỹ

thuật, xã hội, môi trường.

f. Phân tích lựa chọn phương án kỹ thuật công nghệ GTVT ñường sắt.

g. Phân tích lựa chọn các phương án tổ chức thi công.

h. Phương án giải phóng mặt bằng, tái ñịnh cư.

i. ðánh giá tác ñộng môi trường ñối với các phương án.

- Hiện trạng môi trường khu vực dự án; tác ñộng của tuyến ñường tới môi

trường (ñược xem xét trong giai ñoạn nghiên cứu chọn tuyến, trong bố trí các công

trình, trong giai ñoạn xây dựng, khi ñưa ñường vào khai thác); các biện pháp và chi

phí ñể giảm thiểu các tác ñộng bất lợi ñối với môi trường ở các giai ñoạn; bảng kê

các thông số môi trường (các hoạt ñộng ảnh hưởng tới môi trường, nguồn và giá trị,

mối hại môi trường), khuyến nghị các biện pháp bảo vệ, ñánh giá tác ñộng môi

trường.

j. Phương án quản lý khai thác, sử dụng lao ñộng.

16

- Dự kiến phân chia khu vực quản lý khái thác chạy tàu và duy tu bảo dưỡng

cầu, ñương, thông tin - tín hiệu, ñoạn, trạm ñầu máy - toa xe; dự kiến ñịnh biên CB

CNV tại các cơ sở ñường sắt trong dự án; xác ñịnh yêu cầu ñào tạo CB CNV (khi ñã

sử dụng loại thiết bị mới, công nghệ khai thác mới) và dự kiến chi phí thực hiện.

k. Tổng mức ñầu tư, nguồn vốn.

- Xác ñịnh tổng mức ñầu tư của các phương án, nguồn vốn chia ra vốn ñầu tư

vào kết cấu hạ tầng và trang thiết bị khai thác thuộc các chủ ñầu tư khác nhau.

Phương án huy ñộng vốn; phân kỳ ñầu tư.

l. Phân tích hiệu quả ñầu tư.

- Phân tích ñánh giá dự án về mặt kinh tế, tài chính, phân tích ñánh giá dự án

về mặt xã hội và môi trường.

m. Các mốc thời gian chính thực hiện dự án.

n. Kiến nghị hình thức quản lý thực hiện dự án.

o. Xác ñịnh chủ ñầu tư.

p. Mối quan hệ và trách nhiệm của các cơ quan liên quan ñến dự án.

q. Các kết kuận:

Về tính khả thi kinh tế, kỹ thuật của dự án; yêu cầu và thời gian ñầu tư vào

công trình thuộc dự án và cho các tuyến liên quan; các lưu ý cho bước thiết kế kỹ

thuật.

1.3. NĂNG LỰC TÍNH TOÁN CỦA ðƯỜNG THIẾT KẾ

1.3.1. Các số ño.

Những số ño về khả năng của một con ñường xác ñịnh rõ khả năng của

ñường ñó theo những thông số kỹ thuật của toàn bộ những công trình trên ñường,

phương pháp tổ chức vận tải và chạy tàu.

Khả năng thông qua của một tuyến ñường ñơn ño bằng số ñôi tàu tính toán

cho cả hai chiều, còn ñối với tuyến ñôi thì ño bằng số ñoàn tàu cho từng chiều chạy

qua một khu gian khó nhất (trong 1 ngày ñêm). Khả năng thông qua của tàu N không

chỉ phụ thuộc vào khả năng thông qua của các khu gian mà còn cả của ga, các cấu

trúc của nghiệp vụ ñầu máy, thiết bị cung cấp năng lượng. Khi thiết kế phải làm sao

cho khả năng thông xe của các công trình ở ga phải bảo ñảm khả năng thông xe của

các khu gian.

Khả năng chuyên chở G là số tấn hàng mà con ñường có thể chuyên chở

trong ñơn vị thời gian (thường lấy 1 năm) cho mỗi chiều, thông thường khi thiết kế

ñường sắt khả năng chuyên chở tính cho chiều nhiều hàng.

17

ðối với việc chở hàng thì tương quan giữa khả năng thông qua và khả năng

chuyên chở tính theo công thức:

G = 365QH. nh (tấn/năm)

Trong ñó:

nh: số ñôi tàu hàng trong 1 ngày ñêm

QH: khối lượng hàng của tàu

Khả năng chạy tàu phụ thuộc vào loại sức kéo và loại ñầu máy, hình dạng

trắc dọc và việc phân bố ñiểm phân giới, vào phương pháp tổ chức chạy tàu, vào thời

gian tàu ñỗ ở ga khả năng chuyên chở phụ thuộc vào khả năng thông qua của tàu

hàng và trọng lượng của từng ñoàn tàu khả năng chuyên chở không ñược tính nhỏ

hơn ñại lượng chuyên chở cần thiết (yêu cầu) của con ñường (Ncó thể Ncần thiết). Nhưng

ñại lượng chuyên chở cần thiết không cố ñịnh mà thông thường luôn luôn tăng. Vì

vậy mà khả năng chuyên chở có thể cũng cần phải tăng lên.

Khi thiết kế ñường sắt người ta ấn ñịnh khả năng lúc ñầu của con ñường và

ñề ra biện pháp tăng cường khả năng ñó khi lượng hàng chở tăng lên.

Khả năng dự trữ của tuyến ñường ñược ño ở các kết cấu trên ñường mà có thể

chia ra thành hai loại: vĩnh cửu và bán vĩnh cửu (cố ñịnh và thay ñổi).

Loại kết cấu vĩnh cửu gồm có toàn bộ những yếu tố có tính chất lâu dài và

không cần phải sửa ñổi khi tăng cường năng lực cho con ñường như bình ñồ, trắc

dọc, nền ñường, sự phân bố ñiểm phân giới và chiều dài sân ga, các công trình nhân

tạo trên ñường và sơ ñồ cấp ñiện nếu là ñường ñiện khí hoá.

Về căn bản những kết cấu vĩnh cửu xác ñịnh khả năng thông qua ñối với từng

loại ñầu máy và từng phương pháp tổ chức chạy tàu.

Những kết cấu bán vĩnh cửu là kiến trúc tầng trên, thông tin tín hiệu, các

ñường phát triển trong ga, chỗ ñứng trong ñề pô, phương tiện ñiều khiển chạy tàu

v.v…

Có thể tăng cường khả năng của ñường bằng cách gia cố những kết cấu bán

vĩnh cửu. Còn kết cấu vĩnh cửu phải thiết kế sao cho có khả năng dự trữ lâu dài. Việc

chọn loại và khả năng của các kết cấu vĩnh cửu và bán vĩnh cửu là một trong những

nhiệm vụ ñầu tiên của việc thiết kế ñường.

1.3.2. Năng lực dự tính của ñường sắt.

Năng lực dự tính của ñường sắt là khả năng lúc ñầu mà con ñường phải có

khi nó bắt ñầu vào khai thác.

18

Khi thiết kế ñường mới và gia cố ñường cũ do kết quả khảo sát kinh tế ta có

thể ấn ñịnh ñược khả năng cần thiết cho con ñường cụ thể là phải xác ñịnh ñược

lượng hàng hoá và hành khách tính toán cho lúc giao ñường vào khai thác và ấn ñịnh

ñược nhịp ñiệu tăng tiền của lượng hàng chuyên chở trong tương lai.

1.3.3. Những thông số kỹ thuật cơ bản khi thiết kế tuyến ñường sắt.

Thông số kỹ thuật thiết kế tuyến ñường là những tiêu chuẩn có tính chất

nguyên tắc. Những tiêu chuẩn này xác ñịnh kích thước, loại sơ ñồ (như sơ ñồ ñiểm

phân giới) khả năng dự trữ bình, trắc diện, tiêu chuẩn phân bố ñiểm phân giới, phân

bố một số loại công trình quan trọng nhất.

Trong những thông số kỹ thuật có thể kể ra những thông số cơ bản. ðó là khổ

ñường, cấp ñường, số ñường chính, loại sức kéo, ñại lượng ñộ dốc giới hạn, chiều dài

sử dụng của ñường ñón - gửi tàu trong ga.

Có khi lại phân ra những thông số quan trọng nhất trong các thông số cơ bản,

cần lập luận về một thông số tiêu quan trọng nhất như số ñường chính, loại sức kéo

v.v… nếu không xác ñịnh trước sẽ gặp khó khăn khi chọn các thông số kỹ thuật

khác.

Khi thiết kế nếu thay ñổi các thông số cơ bản thì sẽ cần có những giải pháp

khác nhau, trong quá trình khai thác mà thay ñổi chúng tức là ta phải sửa lại ñường.

Khi xét ñến tương quan giữa chúng với nhau, có những thông số ta phải thay ñổi dần

dần mới lợi. Ví dụ lúc ñầu từ kiến trúc tầng trên ñặt cho khổ hẹp, tương lai ñặt ñường

khổ tiêu chuẩn dần cho từng ñoạn, hay lúc ñầu dùng sức kéo hơi nước sau chuyển

sang sức kéo ñiện.

1.3.4. Khả năng dự tính của từng công trình và kết cấu của nó.

Việc phân bố, chọn loại và thiết kế những công trình vĩnh cửu và kết cấu thay

ñổi nhằm mục ñích ñảm bảo cho chúng làm việc vĩnh cửu (như nền ñường, công

trình nhân tạo, ga), hay là trong một số năm lâu dài (khổ ñường, số ñường chính, loại

ñầu máy v.v…).

Khả năng dự tính từng công trình và kết cấu bán vĩnh cửu riêng biệt không

ñược hạn chế khả năng dự tính của toàn tuyến nói chung. Nếu khả năng của chúng

chỉ ñáp ứng cho việc chuyên chở trong thời kỳ ñều khai thác thì phải ñặt thành vấn

ñề thay ñổi hay gia cố chúng từng giai ñoạn sau này.

1.4. NHỮNG YÊU CẦU CHUẨN TẮC KHI THIẾT KẾ ðƯỜNG SẮT

1.4.1. Nhiệm vụ thiết kế tuyến ñường sắt.

19

Việc thiết kế phải tiến hành theo nhiệm vụ ñược giao. Do công trình ñường

sắt có ý nghĩa quốc gia to lớn nên nhiệm vụ thiết kế phải do các cơ quan ñược uỷ

nhiệm của hội ñồng Bộ trưởng xét duyệt.

Nhiệm vụ giao cho thiết kế gồm có:

Cơ sở thiết kế và những hướng giải quyết chính: Ý nghĩa của ñường, ñiểm

ñầu và ñiểm cuối, những ñiểm giữa mà ñường phải qua, thời hạn xây dựng và trình

tự ñưa vào khai thác, số giai ñoạn thiết kế.

Nói chung nhiệm vụ của người thiết kế là phải phân tích tỉ mỉ những thắc

mắc có thể phát sinh, cần thể hiện sáng kiến của mình rồi ñề ñạt lên ñể xét. Khi

nhiệm vụ giao cho rồi ta có thể có nhiều phương án ñể giải quyết, cho nên phải biết

nguyên tắc cân nhắc ñể tìm ra những giải pháp tốt nhất.

1.4.2. Những tài liệu cơ bản về chuẩn tắc.

Về ý nghĩa con ñường sắt này có thể khác con ñường sắt kia rất xa, có thể là

con ñường nhánh hoặc có thể là con ñường có ý nghĩa quốc gia làm việc rất bận rộn

v.v… cho nên khi thiết kế ñường sắt mới cần phải biết chọn những thông số kỹ thuật

và tính ñược một số khả năng dự trữ.

Tất cả những yêu cầu về phân loại ñường sắt và yêu cầu về toàn bộ các kết

cấu ñược nêu trong tài liệu chuẩn tắc chủ yếu chúng xác ñịnh tương quan giữa tất cả

các tuyến ñường sắt, các tài liệu ñó là:

Bản phân loại ñường, chuẩn tắc và quy phạm thiết kế ñường sắt, quy phạm

khai thác - kỹ thuật ñường sắt (quy phạm quản lý ñường sắt).

Bản phân loại ñường sắt xác ñịnh những thông số kỹ thuật và ñặc ñiểm tuỳ

theo ý nghĩa của tuyến ñường cụ thể phải ấn ñịnh.

a. Nguyên tắc phân chia ñường sắt dân dụng ra từng cấp.

b. ðại lượng thông số kỹ thuật của những kết cấu vĩnh cửu của ñường sắt

từng cấp.

c. Những ñặc tính nên có của các kết cấu bản vĩnh cửu và các phương tiện

trang bị kỹ thuật cho ñường sắt từng cấp ñể có thể thống nhất hoá những ñiều kiện

khai thác cho hàng loạt tuyến ñường lại với nhau.

1.4.3. Chuẩn tắc về quy phạm thiết kế ñường sắt.

Do ñường sắt là công trình có ý nghĩa quốc gia, do việc thiết kế rất phức tạp

và phải hoàn toàn ñảm bảo cho ñường sắt làm việc an toàn, liên tục và êm thuận nên

khi thiết kế chúng ta cần phải có những tài liệu chuẩn ñể xác ñịnh những yêu cầu cơ

bản về chuẩn tắc.

Trong chuẩn tắc và quy trình có nêu:

20

a. Những chỉ tiêu có tính chất nguyên tắc về việc chọn những thông số cơ bản

về năng lực dự tính của từng kết cấu và công trình, về việc lập luận theo kỹ thuật

kinh tế giải pháp này hay giải pháp khác.

b. Quy ñịnh loại bề rộng mặt nền ñường, bán kính ñường cong, loại trắc

ngang của nền ñường v.v…

c. Giới hạn những chuẩn tắc cho phép theo trị số nhỏ nhất (chiều rộng nền

ñường, khoảng cách giữa hai tim ñường, chiều dày lớp ñá v.v…) và trị số lớn nhất

của ñại lượng các ñộ dốc giới hạn.

d. Những chỉ dẫn về cách chọn trị số giới hạn cho phép hay trị số nên chọn

(ñại lượng bản kính ñường cong, ñộ dốc trắc dọc v.v…)

e. Những chuẩn tắc dự tính ñể thiết kế từng công trình và kết cấu trên ñường

trong ñó có bình diện, trắc diện nền ñường và kiến trúc tầng trên.

Do kỹ thuật yêu cầu vận tải ngày càng cải tiến nên yêu cầu của ñường phải

thay ñổi do ñó chuẩn tắc và quy trình cũng cần thay ñổi theo.

Ở Việt Nam chúng ta ñã xây dựng chuẩn tắc và quy trình chính thức. Hiện

nay ñã có quy phạm kỹ thuật khai thác ñường sắt 22 TCN 240 - 99 ban hành ngày

2/7/1999; Quy phạm tính toán sức kéo ñầu máy và tiêu chuẩn thiết kế ñường sắt khổ

1435mm TCVN 4117 - 85 ñược ban hành bởi Quyết ñịnh số 890/UBXD ngày

12/11/1985 của chủ nhiệm uỷ ban XDCB Nhà nước. Quy phạm kỹ thuật thiết kế

ñường sắt khổ 1000 mm ñược ban hành theo quyết ñịnh số 433 - Qð - KT4 ngày

9/2/1976 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải, các ñiều quy ñịnh ở ñây ñều xuất

phát từ khổ ñường 1000 mm, ñoàn tàu do ñầu máy hơi nước Tự lực kéo với công

suất 1236 mã lực; các vấn ñề khác như thiết kế cầu cống, hầm ñường sắt, vật liệu xây

dựng, khảo sát, khoan thăm dò theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN hoặc tiêu chuẩn Việt

Nam TCVN liên quan ban hành. ðó là những tài liệu chuẩn mực cho chúng ta thiết

kế và quản lý khai thác ñường sắt.

CHƯƠNG 2

TÍNH SỨC KÉO ðẦU MÁY

2.1. KHÁI NIỆM CHUNG

2.1.1. Mục ñích tính sức kéo ñầu máy khi thiết kế ñường sắt.

Khi thiết kế ñường mới cũng như cải tạo ñường cũ, việc tính sức kéo cho phép chọn

ñược vị trí hợp lý nhất của tuyến và hình dáng của trắc dọc, ñồng thời xác ñịnh ñược loại

ñầu máy và khối lượng ñoàn tàu, ñặc tính và chế ñộ chuyển ñộng của tàu (mở máy, ñóng

máy, ñóng và hãm), vận tốc chạy tàu và thời gian chạy tàu, tiêu hao nhiên liệu (dầu ma

dút nếu là ñầu máy ñiêzen, tiêu hao than nước nếu là ñầu máy hơi nước, tiêu hao năng

lượng ñiện nếu là ñầu máy ñiện).

ðể minh họa, trên hình 2.1 ñưa ra ñồ thị quan hệ vận tốc chạy tàu v(S) và thời gian

chạy tàu t(S) vào quãng ñường ñi ñược.

Hình 2- 1. ðồ thị quan hệ vận tốc chạy tàu v(S) và thời gian chạy tàu t(S)

vào quãng ñường ñi ñược S.

Dựa vào ñường cong vận tốc v(S) vẽ ñược trên khu gian, chúng ta dễ dàng xác ñịnh

ñược thời gian chạy tàu, lực kéo của ñầu máy và chi phí công cơ học ở các thời ñiểm.

Theo những số liệu này xác ñịnh ñược chi phí khai thác của ñường trong tương lai, do ñó

cho phép ñánh giá và so sánh các phương án tuyến thiết kế.

2.1.2. Mô hình tính của ñoàn tàu và các lực tác dụng lên nó.

1. Các giả thiết

Khi tàu chuyển ñộng trên ñường ta xem ñoàn tàu như chất ñiểm chuyển ñộng dưới

tác dụng của các lực ñặt tại trọng tâm. Dựa vào ñường cong vận tốc v(S) vẽ ñược trên khu

gian, chúng ta dễ dàng xác ñịnh ñược thời gian chạy tàu, lực kéo của ñầu máy và chi phí

công cơ học ở các thời ñiểm. Theo những số liệu này xác ñịnh ñược chi phí khai thác của

ñường trong tương lai, do ñó cho phép ñánh giá và so sánh các phương án tuyến thiết kế.

2.1.2. Mô hình tính của ñoàn tàu và các lực tác dụng lên nó.

1. Các giả thiết

Khi tàu chuyển ñộng trên ñường ta xem ñoàn tàu như chất ñiểm chuyển ñộng dưới

tác dụng của các lực ñặt tại trọng tâm.

Khi tàu chuyển ñộng tiến dần (ở mọi thời ñiểm vận tốc bằng nhau về ñại lượng và

chiều) ta không xét ñến nội lực vì nội lực không gây ra chuyển ñộng mà chỉ xét ñến ngoại

lực gây ra chuyển ñộng của ñoàn tàu.

2. Các ngoại lực

a. Lực kéo F (N, kN) do ñầu máy sinh ra và do người lái máy tăng, giảm hoặc ñóng

máy.

b. Lực cản chuyển ñộng W (N, kN) phụ thuộc vào loại ñoàn tàu, tốc ñộ chuyển ñộng,

ñộ dốc và vị trí ñường cong mà tàu chạy trên ñó. Lực cản chuyển ñộng xuất hiện vì

những nguyên nhân khách quan vì vậy người lái máy không ñiều chỉnh ñược.

c. Lực hãm ñoàn tàu B (N, kN) là lực tạo ra do con người thông qua bộ phận hãm ñể

cản chuyển ñộng của ñoàn tàu nhằm giảm hoặc giữ nguyên vận tốc khi xuống dốc, khi

vào ga hoặc cho tàu dừng lại nếu cần thiết.

Phụ thuộc vào cách ñiều khiển chạy tàu của người lái máy mà có thể phân ra các chế

ñộ chạy tàu sau:

- Chế ñộ kéo: ñộng cơ của ñầu máy mở máy.

- Chế ñộ chạy ñà: ñộng cơ của ñầu máy ñóng máy nhưng không sử dụng hãm và

ñoàn tàu chuyển ñộng dưới tác dụng của thành phần trọng lực hoặc lực quán tính.

- Chế ñộ hãm: ñộng cơ của ñầu máy ñóng máy, hệ thống hãm làm việc.

d. Quy tắc dấu.

Có thể dùng quy tắc dấu như sau:

ChiÒu chuyÓn ®éng

B > 0 W > 0

W < 0 F > 0

Hình 2- 2. Quy tắc dấu của F, W, B

Lực kéo bao giờ cũng tác dụng theo chiều chuyển ñộng lấy dấu dương F > 0. Lực

hãm bao giờ cũng tác dụng ngược chiều chuyển ñộng lấy dấu dương B > 0. Lực cản có

dấu dương W > 0 khi ngược chiều chuyển ñộng, có dấu âm W < 0 khi cùng chiều chuyển

ñộng.

Cũng tồn tại quy tắc dấu khác, ñó là những lực cùng chiều chuyển ñộng mang dấu

dương và ngược chiều chuyển ñộng mang dấu âm. Theo quy tắc này lực kéo mang dấu

dương, lực hãm mang dấu âm, lực cản cũng mang dấu âm trừ trường hợp lực cản do dốc

khi tàu chuyển ñộng xuống dốc mang dấu dương tức là kích thích chuyển ñộng và khi lên

dốc mang dấu âm.

e. Lực toàn phần và lực ñơn vị.

Trong tính toán sức kéo ñầu máy người ta ñưa ra khái niệm lực toàn phần và lực ñơn

vị.

Những lực tính toán cho cả ñoàn tàu, cho ñầu máy, cho một toa xe hoặc một nhóm

toa xe ñược gọi là lực toàn phần. Các lực này ñược ký hiệu chữ in hoa F, W, B và ñơn vị

ño là Niu tơn (N).

Những lực tính cho một ñơn vị trọng lực của ñoàn tàu, của ñầu máy, của toa xe ñược

gọi là lực ñơn vị. Trọng lực của ñoàn tàu, của ñầu máy, của toa xe tốt nhất dùng ñơn vị

kN với ñiều kiện là khối lượng của chúng dùng ñơn vị tấn. Các lực ñơn vị này ñược ký

hiệu chữ thường f, w, b.

g)QP(

Ff

+= (N/kN)

(2- 1)

g)QP(

Ww

+= (N/kN) (2-

2)

g)QP(

Bb

+= (N/kN)

(2- 3)

Ở ñây: P - khối lượng ñầu máy (tấn)

Q - khối lượng ñoàn toa xe (tấn)

g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

Ví dụ: lực kéo toàn phần có trị số 385500 N tác dụng vào ñoàn tàu có trọng lực

(P+Q).g = 65000 kN thì lực kéo ñơn vị là

f = 385500/65000 = 5,93 N/kN

Tuỳ theo tương quan giữa trị số lực kéo, lực cản ñơn vị mà tàu có những chuyển

ñộng khác nhau: nhanh dần, chậm dần và ñều.

2.2. LỰC CẢN CHUYỂN ðỘNG

2.2.1. Thành phần của lực cản. Khi chuyển ñộng ñoàn tàu chịu lực cản do nhiều yếu tố khác nhau. ðể dễ dàng tính

ñến các yếu tố này người ta chia lực cản chuyển ñộng thành hai phần:

a. Lực cản cơ bản W0, w0: là lực cản tất nhiên khi tàu chạy trên ñường thẳng, bằng và

rộng thoáng với vận tốc nhất ñịnh.

b. Lực cản phụ: xuất hiện chỉ khi ñoàn tàu qua dốc Wi, wi, qua ñường cong Wr, wr

hoặc khi khởi ñộng Wkñ, wkñ. Ngoài ra cần tính ñến một số lực cản phụ khác như khi có

gió to, khi tàu chạy trong hầm...

Tổng số ñại số của lực cản cơ bản và lực cản phụ gọi là lực cản chung của ñoàn tàu:

W = W0 + Wi + Wr (N) (2-

4)

w = w0 + wi + wr (N/kN) (2- 5)

Như vậy lực cản cơ bản luôn luôn xảy ra khi tàu chuyển ñộng còn lực cản phụ có thể

có tuỳ theo ñiều kiện chuyển ñộng và ñặc tính của trắc dọc và bình ñồ trên ñoạn ñường ñã

cho. Cụ thể là:

Trên ñường bằng:

W = W0 (N)

(2- 6)

w = w0 (N/kN) (2-

7)

Trên ñường dốc:

W = W0 + Wi (N) (2-

8)

w = w0 + wi (N/kN) (2- 9)

Trên ñường cong:

W = W0 + Wr (N) (2-

10)

w = w0 + wr (N/kN) (2- 11)

Lực cản chung ñơn vị của ñầu máy

w' = w0' + wi' + wr' (N/kN) (2- 12)

Lực cản chung ñơn vị của toa xe

w'' = w0'' + wi'' + wr'' (N/kN) (2- 13)

Lực cản chung toàn phần của ñoàn tàu

W = w'.P.g + w''.Q.g (N) (2-

14)

Hay W = (w0' + wi' + wr').P.g + (w0'' + wi'' + wr'').Q.g (N)

2.2.2. Lực cản cơ bản

1. ðịnh nghĩa.

Lực cản cơ bản là lực cản khi tàu chạy trờn ñường thẳng, bằng và rộng thoỏng dưới

cỏc ñiều kiện sau: vận tốc tàu chạy vtàu≥10 km/h; vận tốc giú vgiú < 10 m/s và nhiệt ñộ

không khí môi trường t0 > -250C (với các nước Liên Xô cũ và một số nước khác); vận tốc

chạy tàu vtàu ≥ 10 km/h; t0 > -100C; vgió < 5 m/s (với Trung Quốc).

2. Các yếu tố tạo nên lực cản cơ bản.

Lực cản cơ bản phát sinh khi có ma sát giữa các bộ phận của tàu, giữa tàu và ñường,

giữa tàu và môi trường không khí. Khi tàu chạy trên ñoạn thẳng và bằng lực cản cơ bản

phát sinh do các nguyên nhân chính sau:

a. Lực cản do ma sát giữa cổ trục và ổ bi: là thành phần lớn của lực cản cơ bản, lực

cản này tỉ lệ thuận với hệ số ma sát trong ổ bi, với tải trọng trục, với ñường kính trục và tỉ

lệ nghịch với ñường kính bánh xe. Hệ số ma sát phụ thuộc vào chất lượng và số lượng

mỡ bôi trơn, vào vận tốc quay của trục, vào vật liệu mặt tiếp xúc. Khi tăng áp lực ñơn vị,

hệ số ma sát giảm.

Hiện nay hầu hết các ñầu máy toa xe ñã ñược lắp ñặt ổ lăn, ñiều này mang lại hiệu

quả cao so với lắp ổ trượt, nhất là khi khởi ñộng vì làm giảm ñáng kể hệ số ma sát. b. Lực cản do ma sát lăn giữa bánh xe và ray: lực cản này xuất hiện do vành bánh ép

trên ray và do ray bị võng xuống nên tàu chuyển ñộng lượn sóng làm tổn thất năng lượng.

Trị số của lực cản này phụ thuộc vào môñun ñàn hồi của kim loại làm vành bánh và ray,

vào tải trọng trục và ñộ cứng của ñường. ðộ cứng của ñường phụ thuộc vào loại ray và tà

vẹt cũng như số lượng của chúng trên 1 km chiều dài.

c. Lực cản do ma sát trượt giữa ñai bánh và ray: khi bánh xe lăn trên ray thì phát sinh

hiện tượng trượt. Hai bánh vừa quay vừa trượt là do vành bánh xe có cấu tạo hình côn, do

ñôi bánh lắp không ñúng, do ñường kính ñôi bánh xe không như nhau, do sự chấn ñộng

của máy, do sự tiếp xúc của ñai bánh với ray không phải là một ñiểm mà là một dải và

trên dải ñó các bán kính khác nhau.

d. Tổn thất ñộng năng: do chấn ñộng và va chạm giữa bánh xe và ray ở mối nối ray,

chủ yếu là do khe hở, trạng thái mặt ray và mặt lăn bánh xe không ñều. Bởi vì mỗi sự va

ñập ñều làm cho một phần ñộng năng biến thành "công cơ giới" xung kích nên tốc ñộ

giảm dần.

e. Lực cản không khí: mọi vật thể chuyển ñộng ñều làm không khí xung quanh

chuyển ñộng. Tốc ñộ của các bộ phận không khí khác nhau tuỳ theo vị trí của vật

chuyển ñộng. Không khí chính diện bị nén, phía sau sinh ra chân không, áp lực phía

trước lớn hơn phía sau và sự chênh lệch áp lực ñó tạo ra lực cản. Lực cản không khí

tỷ lệ thuận với áp lực ñộng của không khí ρ 2

V=

2

(trong ñó ρ - mật ñộ không khí,

còn V- vận tốc chuyển ñộng) với tiết diện ngang của ñoàn tàu và với hệ số ñặc trưng cho

hình dáng của ñoàn tàu. Hệ số này ñược xác ñịnh bằng thử nghiệm cho các loại ñoàn tàu

khác nhau.

Bởi vì lực cản của không khí tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc, do ñó với những

ñoàn tàu tốc ñộ cao, người ta sử dụng những biện pháp ñặc biệt ñể giảm lực cản này bằng

cách tạo cho ñoàn tàu có hình dáng khí ñộng học.

2.2.3. Công thức thực nghiệm tính lực cản ñơn vị của toa xe.

Lực cản ñơn vị cơ bản của toa xe ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm khi thí nghiệm

các ñoàn tàu có lắp toa trang bị thiết bị ño. Lực cản này chủ yếu phụ thuộc vào vận tốc

chạy tàu V (km/h), tải trọng trục của toa xe q0 (tấn/trục), loại toa xe và cấu tạo ổ bi.

1. Công thức thực nghiệm tính lực cản ñơn vị cơ bản cho một toa xe.

a. ðối với toa hàng:

Công thức tổng quát

w0" = a + (b + 0q

c)V (N/kN) - toa hàng hai trục Liên Xô cũ (2- 15)

w0" = a + 0q

1(b + cv + dV2) (N/kN) - toa hàng 4,6,8 trục LX cũ (2- 16)

w0" = bi`¶cq5,09

V29

++

(N/kN) - toa hàng 2, 4 trục Trung Quốc (2- 17)

trong ñó a, b, c, d - hệ số thực nghiệm

Bảng 2- 1. Hệ số thực nghiệm a, b, c, d toa hàng

Loại toa A b c d

Toa 2 trục

Toa 4 trục ổ trượt

Toa 4 trục ổ lăn

Toa 6 trục ổ lăn

Toa 8 trục ổ lăn

1,4

0,7

0,7

0,7

0,7

0,02

8

3

8

6

0,25

0,1

0,1

0,1

0,038

0,0025

0,0025

0,0025

0,0021

q0 = n

q ×b¶c (tấn/trục)

(2- 18)

qcảbì - khối lượng hàng và bì; qcảbì = βqtt + qbì (tấn)

qtt - khối lượng tính toán của toa xe (tấn)

qbì - khối lượng bì (toa rỗng) (tấn)

β - hệ số chất hàng, phụ thuộc loại hàng và loại toa xe

n - số trục của một toa xe

Lực cản ñơn vị cơ bản của toa xe hàng 4 trục trên ñường khổ 1000 mm ở nước ta

ñược tính theo các công thức sau:

Với toa ñặc chạy bằng ổ trượt

w0'' = 1,0 + 0,04V + 0,00032V2 (N/kN) (2-

19)

Với toa rỗng chạy bằng ổ trượt

w0'' = 1,2 + 0,02V + 0,0017V2 (N/kN) (2-

20)

Với toa ñặc chạy bằng ổ lăn

w0'' = 0,7 + 0,04V + 0,0032V2 (N/kN) (2-

21)

Với toa rỗng chạy bằng ổ lăn

w0'' = 0,9 + 0,02V + 0,0017V2 (N/kN) (2-

22)

Lực cản ñơn vị cơ bản của toa xe khách và toa xe hàng 4 trục trên ñường khổ 1435

mm ở nước ta ñược tính theo các công thức sau:

Với toa xe khách hoặc hàng chạy bằng ổ trượt

w0'' = 2 + (0,007 + m)

100

V 2

(N/kN) (2-

23)

Với toa xe khách hoặc hàng chạy bằng ổ lăn

w0'' = 2,2 -

38+V

80 + (0,007 + m)

100

V 2

(N/kN) (2-

24)

Trong ñó m là hệ số bề mặt ñược quy ñịnh như sau:

m = 0,033 - ñối với toa xe khách 4 trục

m = 0,05 - ñối với toa xe hàng ñặc

m = 0,033 - ñối với toa xe hàng rỗng

b. ðối với toa khách.

Công thức tổng quát

w0" = a + bV + cV2 (N/kN) (2-

25)

trong ñó a, b, c - hệ số thực nghiệm

Bảng 2- 2. Hệ số thực nghiệm toa khách

Loại toa a b c

Toa khách Liên Xô cũ

Toa khách Ấn ðộ

1,4

2,46

0,012

0,026

0,0003

0,00029

Với toa khách Trung Quốc w0" = 1,49 + V

20 + 0,00032V2 (N/kN) (2- 26)

Ví dụ: Tính lực cản toàn phần của ñoàn toa xe hàng 4 trục Liên Xô cũ có khối lượng

5600 tấn tại thời ñiểm V = 60 km/h biết khối lượng bì của toa 4 trục là 22 tấn, khối lượng

tính toán của toa 4 trục là 62,5 tấn và β = 0,9.

Giải:

qcảbì = 22 + 0,9.62,5 = 78,25 tấn

q0 = 4

25,78 = 19,56 tấn/trục

w0"(4) = 0,7 + 56,19

60.0025,060.1,00,3 2++ = 1,52 (N/kN)

W0" = w0".Q.g = 1,52.5600.9,81 = 73502 (N)

2. Công thức tính lực cản bình quân của ñoàn toa xe.

Trong thực tế ñoàn tàu ñược hình thành từ nhiều loại toa xe, lúc ñó:

W0" = w0"(2)Q2.g + w0"(4)Q4.g + w0"(6)Q6.g (N) (2-

27)

w0" = g.Q

"W0 = Q

Q2 w0"(2) + Q

Q4 w0"(4) + Q

Q6 w0"(6) (N/kN)

w0" = α2.w0"(2) + α4.w0"(4) + α6.w0"(6) = ‡” αn

1=i

i)i(0 ".w (N/kN) (2-

28)

Trong ñó:

w"0(2), w"0(4), w"0(6) - lực cản ñơn vị cơ bản của từng loại toa (N/kN)

Q2, Q4, Q6 - khối lượng các nhóm toa trong ñoàn tàu (tấn)

α2, α4, α6 - tỷ lệ tính theo khối lượng của từng loại toa so với khối lượng ñoàn tàu

Mặt khác nếu biết tỷ lệ tính theo số lượng của từng loại toa γi, số toa trong ñoàn tàu

m và khối lượng của từng toa qi (kể cả hàng và bì) ta có:

α2 = 664422

22

664422

22

q+q+q

q=

)q+q+q(m

qm

γγγ

γ

γγγ

γ (2- 29)

α4 = 664422

44

664422

44

q+q+q

q=

)q+q+q(m

qm

γγγ

γ

γγγ

γ (2- 30)

α6 = 664422

66

664422

66

q+q+q

q=

)q+q+q(m

qm

γγγ

γ

γγγ

γ (2- 31)

hay là αi =

‡”γ

γn

1=i

ii

ii

q

q (2- 32)

ðể kiểm tra tính toán cần sử dụng công thức ‡”αn

1=i

i = 1

2.2.4. Lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy. Nguyên nhân gây ra lực cản cơ bản của ñầu máy cũng giống như của toa xe. ðối với

ñầu máy khi ñóng và khi mở máy có lực cản cơ bản khác nhau. Khi ñóng máy lực cản cơ

bản lớn hơn khi mở máy (khi ñóng máy phải tính thêm lực cản phụ do ma sát ở các bộ

phận chuyển ñộng và truyền ñộng của ñầu máy sinh ra), tàu chạy ñóng máy dưới tác

dụng của trọng lực hoặc lực quán tính.

w'oñ = w'o + ∆w'oñ (N/kN)

(2- 33)

Khi tàu chạy mở máy và ñóng máy lực cản ñơn vị cơ bản có dạng tổng quát như sau:

w'o = a1 + b1V + c1V2 (N/kN) (2- 34)

w'oñ = a2 + b2V + c2V2 (N/kN) (2-

35)

trong ñó a1, b1, c1, a2, b2, c2 - các hệ số thực nghiệm

1. Khi tàu chạy mở máy.

ðầu máy tàu khách w'0 = 1,9 + 0,01V + 0,0005V2 (N/kN) (2- 36)

ðầu máy tàu hàng w'0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V2 (N/kN) (2- 37)

ðầu máy loại mới w'0 = 1,2 + 0,025V + 0,00016V2 (N/kN) (2- 38)

2. Khi tàu chạy ñóng máy.

ðối với ñầu máy hơi nước loại mới:

w'0ñ = 3,0 + 0,002V + 0,0009V2 (N/kN) (2-

39)

ðối với ñầu máy ñiêzen loại mới:

w'0ñ = 2,4 + 0,011V + 0,00035V2 (N/kN) (2-

40)

Sự khác nhau của lực cản cơ bản khi ñóng máy và khi mở máy xét về giá trị tuyệt

ñối tăng lên khi tăng vận tốc chạy tàu.

2.2.5. Lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của ñoàn tàu.

ðể tính toán sức kéo cần xác ñịnh lực cản cơ bản bình quân của ñoàn tàu nói chung.

Khi tàu mở máy

W0 = W'0 + W"0 = w'0 P.g + w"0 Q.g (N) (2- 41)

Khi tàu ñóng máy

Wñ = W'0ñ + W"o = w'0ñ P.g + w"0 Q.g (N) (2-

42)

Khi tàu mở máy

w0 = Q+P

Q."w+P.'w=

g)Q+P(

W 000 = w'0δ1 + w"0δ2 (N/kN) (2- 43)

Khi tàu ñóng máy

w0ñ = Q+P

Q."w+P.'w=

g)Q+P(

W 0®0®0 = w'0ñδ1 + w"0δ2 (N/kN) (2- 44)

Trong ñó δ1, δ2 - tỉ lệ về khối lượng của ñầu máy và toa xe so với khối lượng

ñoàn tàu

Trong ñại ña số trường hợp δ1 << δ2 vì vậy khi tính toán gần ñúng lấy w0 ≈ w"0.

Ví dụ: Tính lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của tàu hàng trường hợp mở máy và

ñóng máy khi V = 60 km/h. ðoàn tàu bao gồm 30% số toa 2 trục và khối lượng mỗi toa

(cả hàng và bì) là 30 tấn, 40% số toa 4 trục và khối lượng mỗi toa (cả hàng và bì) là 80

tấn, 30% số toa 6 trục và khối lượng mỗi toa (cả hàng và bì) là 126 tấn. Khối lượng ñoàn

toa xe 3000 tấn ñược kéo bởi 2 ñầu máy T∃10 có tổng khối lượng là 258 tấn, toa xe Liên

Xô cũ.

Giải:

Lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy khi mở máy

w'0= 2,2+0,01V+ 0,0003V2= 2,2 + 0,01.60 + 0,0003.602 = 3,88(N/kN)

Lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy khi ñóng máy

w'0ñ= 2,4 + 0,011V + 0,00035V2 = 2,4 + 0,011.60 + 0,00035.602

=4,32 (N/kN)

Lực cản ñơn vị cơ bản của toa 2 trục

w"0(2) = 1,4+(0,02+0

25,0

q)V = 1,4+(0,02+

2/30

25,0).60 = 3,6 (N/kN)

Lực cản ñơn vị cơ bản của toa 4 trục

w"0(4)= 0,7 + 0

2

q

V0025,0+V1,0+0,3= 0,7 +

4/80

60.0025,060.1,00,3 2++

=1,6(N/kN)

Lực cản ñơn vị cơ bản của toa 6 trục

w"0(6)= 0,7 + 0

2

q

V0025,0+V1,0+8 = 0,7 +

6/126

60.0025,060.1,08 2++

=1,65 (N/kN)

Ta có tỷ lệ theo khối lượng của các loại toa xe

α2 = 126.3,0+80.4,0+30.3,0

30.3,0=

q+q+q

q

664422

22

γγγ

γ = 0,11

α4 = 126.3,0+80.4,0+30.3,0

80.4,0=

q+q+q

q

664422

44

γγγ

γ = 0,41

α6 = 126.3,0+80.4,0+30.3,0

126.3,0=

q+q+q

q

664422

66

γγγ

γ = 0,48

Kiểm tra Σαi = 0,11 + 0,41 + 0,48 = 1

Lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của ñoàn toa xe

w"0= α2w"0(2)+ α4w"0(4)+ α6w"0(6)= 0,11.3,6+0,41.1,6+0,48.1,65=1,85 (N/kN)

Lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của tàu hàng khi mở máy

w0 = 3000+258

3000.85,1+258.88,3=

Q+P

Q"w+P'w 00 = 2,01 (N/kN)

Lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của tàu hàng khi ñóng máy

w0ñ = 3000+258

3000.85,1+258.32,4=

Q+P

Q"w+P'w 0®0 = 2,05 (N/kN)

2.2.6. Lực cản phụ.

1. Lực cản do ñộ dốc W1, wi.

L (km)

(P+Q)g Wi

α

h (m)

α

Hình 2- 3. Lực cản do ñộ dốc Wi

Khi tàu chạy trên dốc thì phát sinh một lực song song với ñường, chiều của lực này

hoặc trùng với chiều chuyển ñộng (xuống dốc) hoặc ngược chiều chuyển ñộng (lên dốc).

Wi = 1000(P+Q)g.sinα (N) (2-

45)

Vì α nhỏ (thậm chí với dốc 15‰ thì α = 0051') nên có thể coi sinα = tgα

mà tgα = 1000

i=

L

h do h tính bằng (m) và L tính bằng (km)

Khi ñó Wi = 1000(P+Q)g1000

i = (P+Q)gi

wi = g)Q+P(

gi)Q+P(=

g)Q+P(

Wi = i (2- 46)

Như vậy lực cản ñơn vị do dốc về trị số bằng ñộ dốc và wi mang dấu dương khi tàu

lên dốc, mang dấu âm khi tàu xuống dốc.

Lực cản do ñộ dốc không phụ thuộc vào loại ñầu máy toa xe và vận tốc chạy tàu. Vì

vậy công thức trên phổ biến không chỉ với các khổ ñường sắt mà còn với các loại vận tải

khác.

Ví dụ: Nếu ñoàn tàu có khối lượng 6000 tấn chạy trên dốc 5‰ thì wi = 5 (N/kN) và

Wi = (P+Q)g.wi = 6000.9,81.5 = 294300 N

2. Lực cản do ñường cong Wr, wr.

Khi tàu vào ñường cong chịu một lực cản do những nguyên nhân chính sau ñây:

1) Do vành bánh phía ngoài siết chặt vào má trong ray lưng dưới tác dụng của lực ly

tâm.

2) Do trượt ngang của ñầu máy toa xe khi vào ñường cong.

3) Do bánh xe trên cùng một trục không chạy trên cùng một chiều dài, bánh xe phía

ngoài phải vượt nhanh lên vì ñường phía ngoài dài hơn nên bánh xe vừa quay vừa trượt.

Lực cản do ñường cong chủ yếu phụ thuộc vào bán kính ñường cong, vào khổ

ñường, vào ñường kính bánh xe, vào cự ly cứng nhắc của toa xe, vào vận tốc chạy tàu,

vào siêu cao ray lưng.

ðể xác ñịnh lực cản do ñường cong thường sử dụng các công thức kinh nghiệm sau:

wr = R

A

Tức là lực cản do ñường cong ñược xem như hàm số của một biến số - bán kính

ñường cong. Ở ñây hệ số A cần thể hiện ảnh hưởng của tất cả các yếu tố trên (ngoại trừ

vận tốc chạy tàu)

a. Khi chiều dài ñường cong lớn hơn chiều dài ñoàn tàu (lc > lt)

wr = R

700 (N/kN) ñối với ñường 1435 mm (2- 47)

wr = R

425 (N/KN) ñối với ñường 1000 mm (2-

48)

Trong ñó R - bán kính ñường cong (m)

L

R , , K α

t

Hình 2- 4. l c > lt

b. Khi chiều dài ñường cong nhỏ hơn chiều dài ñoàn tàu (l c < lt).

Một phần tàu nằm trong ñường cong chịu lực cản do ñường cong:

wr = t

o

t

c

l

2,12=

l

l.

R

700 α (N/N) ñường 1435 mm (2- 49)

vì l c = 3,57

R=

180

R o

o

o ααπ

wr = t

o

t

c

l

5,7=

l

l.

R

425 α (N/kN) ñường 1000 mm (2- 50)

R , , K

L

α

t

Hình 2- 5. l c < lt

c. Khi tàu nằm trên nhiều ñường cong.

Trường hợp thứ nhất tàu nằm một phần trên các ñường cong:

t L

α 1 α 2

Hình 2- 6. Tàu nằm trên một phần ñường cong

wr = t

21

l

)+(2,12 ∆α∆α (N/kN) ñường 1435 mm (2- 51)

wr = t

21

l

)+(5,7 ∆α∆α (N/kN) ñường 1000 mm (2- 52)

Trường hợp thứ hai tàu nằm trọn trên các ñường cong:

L

R , , K α

1 R , , K α 1 1

2 2 2

t

Hình 2- 7. Tàu nằm trọn trong 2 ñường cong

wr = t

21

l

)+(2,12 αα (N/kN) ñường 1435mm (2-

53)

wr = t

21

l

)+(5,7 αα (N/kN) ñường 1000mm (2-

54)

Khi thiết kế ñường sắt, ñể tính chính xác hơn lực cản do ñường cong, Viện nghiên

cứu ñường sắt toàn Nga kiến nghị sử dụng công thức sau:

wr =200/R + 1,5τk

Thay R=57,3lc/α° có wr = (3,5α°/lc)+ 1,5τk (2-

55)

trong ñó τk - gia tốc chưa cân bằng

τk = (v2/13R) + (hg/S1)

h - siêu cao ray lưng, mm.

g - gia tốc rơi tự do, g=9,81m/s2

S1 - cự ly giữa hai tim ray; S1= 1500mm với ñường khổ 1435mm;

S1= 1050mm với ñường khổ 1000mm.

Như vậy, nếu lc ≥ lt thì wr = (3,5α°/lc) + 1,5τk

lc < lt thì wr = [(3,5α°/lc) + 1,5τk]lc/lt

Khi tàu vào ñường cong lực cản do ñường cong ñược coi tương ñương như lực cản

do ñộ dốc ir nào ñó. Do ñó khi tàu vào ñường cong thì chịu một lực cản phụ

ik = ±i + ir (2-

56)

ik - ñộ dốc tính ñổi (dốc dẫn xuất)

ir luôn dương vì lực này luôn trái chiều chuyển ñộng

i - dốc thực tế hay dốc trung bình, có dấu (+) khi lên dốc; dấu (-) khi xuống dốc

Ví dụ: Hãy xác ñịnh lực cản do ñường cong và dốc dẫn xuất trên ñoạn tuyến sau biết

ltàu = 400m, ñường khổ 1000 mm

500

α = 10K = 105 m

R = 600 m

1α = 15

2

2

K = 130 m1 75 m

2

0

R = 500 m

5

1

600

α = 203

0

500 m K = 279 m3

0450

R = 800 m

6

30

Giải:

t21t2

t1 lK75KlK

lK<++

<

<

wr = t

o

l

5,7 Σα =

400

)1015.(5,7 + = 0,47 ≈ 0,5 (N/kN)

wr = ir = 0,5 ‰

Chiều lờn dốc ik = 5 + 0,5 = 5,5‰

Chiều xuống dốc ik = -5 + 0,5 = -4,5‰

K3 = 279m < lt = 400m wr = 400

20.5,75,7=

tl

α = 0,38 ≈ 0,4 (N/kN)

wr = ir = 0,4‰

Chiều lờn dốc ik = 6 + 0,4 = 6,4‰

Chiều xuống dốc ik = -6 + 0,4 = -5,6‰

3. Lực cản khi tàu khởi ñộng Wkñ, wkñ.

C«ng thøc tÝnh lùc c¶n c¬ b¶n chØ ®óng khi mµ V ≥ 10 km/h. Lóc tµu khëi ®éng ph¸t

sinh lùc c¶n phô khëi ®éng v×:

+ DÇu ë cæ trôc bÞ ch¶y xuèng d−íi ®«ng ®Æc l¹i lµm cho hÖ sè ma s¸t ϕ t¨ng lªn.

+ Tµu ®ç ray bÞ vâng xuèng khi tµu ch¹y ma s¸t t¨ng lªn. HiÖn t−îng trªn xuÊt hiÖn

râ rµng nhÊt khi ®oµn tµu dõng qu¸ 20 phót. Sau khi tµu dõng qu¸ 20 phót cã thÓ dïng

c«ng thøc thùc nghiÖm tÝnh lùc c¶n khëi ®éng:

wkñ = 7+q

A

0

(N/kN) (2- 57)

A = 142 ñối với toa ổ trượt

A = 142 ñối với toa ổ trượt

A = 28 ñối với toa ổ lăn

q0 - tải trọng trục (T/trục)

Quá trình khởi ñộng của ñoàn tàu kéo dài từ thời ñiểm bắt ñầu chuyển ñộng của toa

xe ñầu tiên ñến thời ñiểm khởi ñộng của toa xe cuối cùng. Có thể xác ñịnh gần ñúng

khoảng thời gian của quá trình khởi ñộng ñoàn tàu có khối lượng Q là 0,004Q (giây). Do

các toa xe khởi ñộng không cùng lúc nên lực cản bình quân của ñoàn tàu tính theo các

công thức trên nhỏ hơn lực cản khởi ñộng của các toa xe riêng biệt hoặc của ñoàn không

nhiều toa xe. ðối với ñoàn có từ 7 toa trở xuống, lực cản khởi ñộng tăng lên k lần.

Hệ số k phụ thuộc số toa xe n trong ñoàn:

n 1 2 3 4 5 6 7

k 1,8 1,6 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0

Nếu tàu dừng chưa ñến 20 phút thì lực cản khi khởi ñộng ñược xác ñịnh trên cơ sở

xây dựng ñồ thị wkñ (tñỗ). ðồ thị này ñược xây dựng từ giả thiết là khi tñỗ=20 phút lực cản

khi khởi ñộng ñược xác ñịnh theo công thức (2-56), còn khi tñỗ=0, lực cản ñược xác ñịnh

theo công thức lực cản cơ bản với v=0.

w0 = a + 0q

b (2- 58)

Trong khoảng thời gian giữa các giá trị này lực cản khi khởi ñộng ñược coi là thay

ñổi tuyến tính. Trên hình 2-8 ñưa ra mối quan hệ của lực cản khi khởi ñộng vào thời gian

dừng tàu với toa ổ lăn và toa ổ trượt.

Hình 2- 8. Sự phụ thuộc vào wkñ vào thời gian dừng tàu.

Những hiện tượng xuất hiện khi tàu dừng lâu sẽ hết nếu ñoàn tàu ñã ñi ñược một

khoảng cách nhất ñịnh. Khi thiết kế ñường sắt cần chú ýý ñến ñiều này ñể chọn các giải

pháp thiết kế. Hiện nay khi tính sơ bộ người ta lấy wkñ = 4 N/kN

4. Lực cản chuyển ñộng trong hầm Wh, wh.

Khi tàu chạy trong hầm trước tàu không khí bị ép, không khí chèn hai bên mạn tàu,

cuối tàu không khí xoắn lại do ñó gây nên lực cản. Tuỳ theo chiều dài hầm, ñộ ẩm ướt và

tốc ñộ chạy tàu mà wh = 0,5 ÷ 1,5 N/kN

5. Lực cản tăng thêm do gió, do nhiệt ñộ thấp.

Khi Vgió > 10 m/s và khi nhiệt ñộ không khí môi trường xuống thấp làm dầu mỡ ở cổ

trục bị ñông ñặc lại dẫn ñến tăng lực cản của tàu.

w0(g,t) = w0(1+αg).(1+αt) (N/kN) (2- 59)

αg, αt - các hệ số tính ñến gió mạnh, ñến nhiệt ñộ thấp.

Hệ số αg, αt phụ thuộc vào nhiệt ñộ và vận tốc gió. Trong ñiều kiện Việt nam, αt=0,

còn hệ số αg ñược ñưa ra trong Quy trình tính toán sức kéo ñoàn tàu ñường sắt Việt Nam.

2.2.7. Các biện pháp làm giảm lực cản Làm giảm lực cản thì tăng ñược vận tốc và khối lượng ñoàn tàu, mặt khác làm cho

ñầu máy tiêu thụ ít nhiên liệu nên phí tổn vận doanh trực tiếp giảm. Làm giảm lực cản

bằng các biện pháp sau:

a. Cải thiện tuyến ñường.

Tăng cường năng lực kết cấu tầng trên:

Dùng ray nặng ñể khi tàu chạy ít bị võng.

Dùng ray dài, ray hàn không mối nối ñể giảm bớt lực xung kích ở mối nối. Theo tài

liệu của Nga, sử dụng ñường không mối nối trên tà vẹt bê tông cốt thép với nền ñá dăm

làm giảm lực cản cơ bản tới 8-12%.

Dùng lớp ñá ba lát dày ñược chèn chặt dưới tà vẹt.

Giữ cự ly ñường ñúng vị trí thiết kế.

b. Khi thiết kế tuyến mới.

Giảm bớt trị số dốc và chiều dài dốc.

Dùng bán kính R lớn và giảm bớt góc quay α.

c. Cải thiện ñầu máy toa xe.

Dùng toa xe 4 trục thay cho toa xe 2 trục ñể giảm cự ly cứng nhắc và tăng tải trọng

trục.

Dùng bi cầu thay cho bi trượt (ñể giảm wkñ). Theo tài liệu của Nga, khi v=50km/h và

q0=18tấn/trục lực cản khi bản khi dùng bi cầu giảm 18% so với khi dùng bị trượt.

Dùng dầu tốt và tra dầu kịp thời.

Dùng toa xe và ñầu máy theo hình thoi.

d. ðề cao chất lượng tu sửa ñường và ñầu máy toa xe.

2.3. LỰC HÃM ðOÀN TÀU

2.3.1. Các phương tiện hãm tàu.

ðể giảm tốc, ñể giữ nguyên vận tốc hoặc ñể tàu dừng người ta dùng các phương tiện

hãm.

Có thể tạo ra lực hãm bằng hai cách:

1. Hãm cơ.

Hãm bằng má phanh (guốc hãm) như ép guốc hãm vào băng ña bánh xe hoặc ép

guốc hãm vào ray.

2. Hãm ñiện.

Hãm bằng cách thay ñổi tác dụng của ñộng cơ ñiện của ñầu máy (ñối với ñầu máy

ñiện và diêzen truyền ñộng ñiện, hãm bằng cách biến ñổi cơ năng thành ñiện năng, ñiện

năng này trở về mạng ñiện qua dây tiếp xúc ñồng thời tạo ra mô men hãm, loại hãm này

gọi là hãm hoàn nguyên. Ở ñầu máy hơi nước hãm bằng cách mở ngược chiều hơi vào xi

lanh (cách này rất nguy hiểm)

Lực hãm ñoàn tàu thường lớn hơn lực kéo.

2.3.2. Tính lực hãm do tác dụng của má phanh.

1. Cơ chế hình thành.

Khi ép guốc hãm vào vành bánh xe bằng một lực K thì giữa chúng xuất hiện lực ma

sát có trị số Fms = K.ϕk (ϕk - hệ số ma sát giữa guốc hãm và vành bánh). ðồng thời khi

2 b

b

1 M

R = K ϕ

b

2 M

A 1

K K ϕ K

F = K ϕ

K

K K ϕ ms

V

K

ñó cũng xuất hiện một lực có trị số R = K.ϕk tác dụng từ vành bánh vào má phanh theo

chiều ngược lại.

Hình 2- 9. Hình thành lực hãm tàu b

Dời hai lực về tâm trục

+ Lực Fms = K.ϕk và mômen M1 tác dụng vào vành bánh xe.

+ Lực R = K.ϕk và mômen M2 tác dụng vào khung xe thông qua bộ phận hãm.

+ Mômen M2 bị triệt tiêu bởi các lực thẳng góc giữa bánh và ray, chỉ còn M1 tác

dụng vào vành bánh xe.

+ Thay M1 bằng ngẫu lực b b1 với cánh tay ñòn D/2 trong ñó b = K.ϕk là lực hãm, b1

= K.ϕk là lực tác dụng từ bánh vào ray, tại ñiểm A có b2 = K.ϕk là phản lực tác dụng từ

ray vào bánh xe theo chiều ngược lại. Như vậy nguyên nhân gây ra lực hãm b chính là

lực ma sát Fms = K.ϕk và tất nhiên sự xuất hiện lực hãm không thể thiếu sự tồn tại của sức

bám giữa bánh xe và ray Fψ = Ph.ψ ñể ñảm bảo cho bánh xe lăn từ từ và dừng lại.

2. Hạn chế lực hãm theo ñiều kiện bám.

Khi tăng lực ép K tác dụng vào một trục thì b = K.ϕk tăng

nhưng b ≤ Fψ = Ph.ψ (2- 60)

Trong ñó Ph - tải trọng tính cho một trục ñược hãm

ψ - hệ số bám lăn giữa bánh xe và ray

Vì nếu b > Fψ thì sức bám mất, bánh xe ngừng quay, má phanh bó chặt kéo bánh xe

lết trên ray làm bánh xe mòn vẹt. Hiện tượng như thế gọi là bó hãm và cần tránh nó trong

vận dụng ñầu máy toa xe.

Như vậy K ≤ kφ

ψPh = δPh (2- 61)

δ = kφ

ψ - hiệu suất hãm

ñầu máy δ = 0,5 ÷ 0,6

toa hàng δ = 0,6 ÷ 0,65

toa khách δ = 0,7 ÷ 0,9

3. Hệ số ma sát giữa guốc hãm và vành bánh xe ϕk.

Hệ số ma sát ϕk chủ yếu phụ thuộc vào vận tốc chạy tàu (km/h), vào lực nén của

guốc hãm K (kN), vào các yếu tố khác như thời gian kéo dài quá trình hãm, ñộ cứng của

guốc hãm, trạng thái mặt lăn...

Hệ số ma sát ϕk ñược xác ñịnh bởi các công thức thực nghiệm.

+ Với má phanh gang

ϕk = 0,6 100+V5

100+V.

1000+k.80

1000+k.16 (2- 62)

+ Với má phanh gang có tăng hàm lượng phốt pho

ϕk = 0,5 100+V5

100+V.

1000+k.52

1000+k.16 (2- 63)

+ Với má phanh kim loại hỗn hợp

ϕk = 0,44 150+V2

150+V.

200+k.4

200+k (2- 64)

Trong ñó k - lực nén má phanh ñơn vị

k = 4

K với má phanh kép (hãm hai phía)

k = 2

K với má phanh ñơn (hãm một phía)

4. Tính lực hãm của ñoàn tàu do tác dụng của guốc hãm sinh ra.

Lực hãm toàn phần tác dụng vào ñoàn tàu bằng tổng của tích các lực ép má phanh

với các hệ số ma sát

B = 1000∑ Kϕk (N) (2- 65)

Trong ñó K - lực ép má phanh lên một trục (kN).

Lực hãm ñơn vị tác dụng lên ñoàn tàu

b = g)Q+P(

φK1000=

g)Q+P(

B k‡” = 1000δ.ϕk (N/kN) (2- 66)

δ = g)Q+P(

KΣ - hiệu suất hãm của các guốc hãm ở ñoàn tàu.

Nếu ñoàn tàu có các toa xe có cùng loại guốc hãm ta dùng công thức (2-64), (2-65)

ñể xác ñịnh lực hãm.

Nếu ñoàn tàu có nhiều loại toa và trang bị các loại guốc hãm khác nhau thì ta tính

cho từng nhóm toa riêng biệt.

g)Q+P(

K ®‡” = δñ ;

g)Q+P(

K1x‡”

= δx1 ;

g)Q+P(

K2x‡”

= δx2 ;

g)Q+P(

K nx‡”

= δxn

Nếu hệ số ϕk khác nhau ta có:

b = 1000(δñϕkñ + δx

1ϕk1 + δx

2ϕk2 +...+ δx

nϕkn) (N/kN) (2-

67)

Như vậy dùng công thức trên ñể tính lực hãm là phức tạp, ñể ñơn giản phép tính ấy

người ta sử dụng phương pháp dẫn xuất.

5. Tính lực hãm của ñoàn tàu theo phương pháp dẫn xuất (phương pháp thu

gọn).

Hệ số thực tế ϕk của guốc hãm mỗi bánh xe phụ thuộc vào vận tốc chạy tàu V và lực

ép guốc hãm k. ðể ñơn giản phép tính người ta loại trừ tham số k ra khỏi ϕk bằng c¸ch

thay thế hệ số ma sát thực tế ϕk bằng hệ số ma sát tính toán ϕkt và lực ép của guốc hãm

thực tế k ñược thay thế bằng lực ép tính toán kt. ðể ñảm bảo ñiều kiện lực hãm không bị

thay ñổi ta phải có:

B = 1000ΣKϕk = 1000ΣKtϕkt

hay là Kϕk = Ktϕkt Kt = Kkt

k

φ

φ (2- 68)

Như vậy ñể xác ñịnh Kt cần biết k, ϕk, ϕkt. Trị số ϕk ñược xác ñịnh theo các công

thức (2-60, 61, 62), còn ϕkt cũng ñược xác ñịnh theo công thức này song với ñiều kiện là

kt = 27 (kN/trục) ứng với trị số lực nén trung bình của guốc hãm toa xe 4 trục Liên Xô.

+ Với má phanh gang:

ϕkt = 0,6 100+V5

100+V.

1000+k80

1000+k16 = 0,6

100+V5

100+V.

1000+27.80

1000+27.16

= 0,27.100+V5

100+V

Kt = Kkt

k

φ

φ = K

100+V5

100+V27,0

100+V5

100+V.

1000+k80

1000+k166,0

= 2,221000+k80

1000+k16K (kN)

+ Với má phanh gang có tăng hàm lượng phốt pho:

ϕkt = 0,5100+V5

100+V.

1000+k52

1000+k16 = 0,5

100+V5

100+V.

1000+27.52

1000+27.16

= 0,30. 100+V5

100+V

Kt = Kkt

k

φ

φ = K

100+V5

100+V3,0

100+V5

100+V.

1000+k52

1000+k165,0

= 1,671000+k52

1000+k16K (kN)

+ Với má phanh kim loại hỗn hợp lấy kt = 16 (kN/trục) (toa Liên Xô):

ϕkt = 0,44150+V2

150+V.

200+k4

200+k = 0,44

150+V2

150+V.

200+16.4

200+16

= 0,36. 150+V2

150+V

Kt = Kkt

k

φ

φ = K

100+V2

150+V36,0

150+V2

150+V.

200+k4

200+k44,0

= 1,22200+k4

200+kK (kN)

Ở nước ta và một số nước trên thế giới (Trung Quốc) lấy kt = 17,5 (kN/trục)

+ Với má phanh gang:

ϕkt = 0,6 100+V5

100+V.

1000+k80

1000+k16 = 0,6

100+V5

100+V.

1000+5,17.80

1000+5,17.16

= 0,32. 100+V5

100+V

Kt = Kkt

k

φ

φ = K

100+V5

100+V32,0

100+V5

100+V.

1000+k80

1000+k166,0

= 1,881000+k80

1000+k16K (kN)

+ Với má phanh gang có tăng hàm lượng phốt pho:

ϕkt = 0,5100+V5

100+V.

1000+k52

1000+k16 = 0,5

100+V5

100+V.

1000+5,17.52

1000+5,17.16

= 0,34. 100+V5

100+V

Kt = Kkt

k

φ

φ = K

100+V5

100+V34,0

100+V5

100+V.

1000+k52

1000+k165,0

= 1,471000+k52

1000+k16K (kN)

+ Với má phanh kim loại hỗn hợp lấy.

ϕkt = 0,44150+V2

150+V.

200+k4

200+k = 0,44

150+V2

150+V.

200+5,17.4

200+5,17

= 0,36. 150+V2

150+V

Kt = Kkt

k

φ

φ = K

100+V2

150+V36,0

150+V2

150+V.

200+k4

200+k44,0

= 1,22200+k4

200+kK (kN)

Thông thường các trị số K, Kt ñược ñưa ra trong quy trình tính sức kéo ñầu máy.

Cuối cùng lực hãm ñơn vị có dạng:

b = 1000g)Q+P(

K tΣ.ϕkt = 1000δtϕkt (N/kN)) (2- 69)

Trong ñó δt = gQP

K t

)(

Σ

+ - hiệu suất hãm tính toán, nó thể hiện lực nén có trị số là

bao nhiêu tác dụng vào một ñơn vị trọng lực của ñoàn tàu.

ðể xác ñịnh hiệu suất hãm tính toán của toa xe cần biết:

+ Số toa có hãm của từng nhóm toa trong ñoàn tàu ni.

+ Số trục có hãm của mỗi toa của từng nhóm toa trong ñoàn tàu mi.

+ Lực nén tính toán trên mỗi trục toa của từng nhóm toa Kt(i).

+ Khối lượng ñoàn toa xe Q.

Lực ép toàn phần trên tất cả các trục có hãm của ñoàn toa xe:

ΣKt = Σni.mi.Kt(i) (kN)

Hiệu suất hãm tính toán của toa xe:

δtx = Qg

K txΣ =

Qg

Kmn )i(tiiΣ (2- 70)

Nếu tính cả hãm của ñầu máy thì:

δt = g)QP(

KΣKΣ tdtx

+

+ (2- 71)

Chú ý: Khi hãm tàu khẩn cấp sử dụng 100% lực hãm lớn nhất α = 1

Khi hãm tàu dừng ở ga sử dụng 50% lực hãm lớn nhất α = 0,5

Khi hãm tàu xuống dốc sử dụng 20% lực hãm lớn nhất α = 0,2

Ví dụ: Một ñoàn tàu có 3 loại toa xe với Q = 3000 tấn gồm:

- 8 toa xe chở hàng 4 trục hãm một phía (phanh ñơn) có K1 = 65 kN/trục

- 15 toa xe rỗng 4 trục hãm một phía (phanh ñơn) có K2 = 35 kN/trục

- 10 toa xe chở hàng 2 trục hãm hai phía (phanh kép) có K3 = 65 kN/trục

Hãy tính lực hãm ñơn vị khi ñoàn tàu chạy với vận tốc 60 km/h, các toa xe dùng má

phanh gang có kt = 17,5 kN/trục.

Giải:

a. Tính lực hãm theo phương pháp thông thường.

Trước hết tính:

ϕk = 0,6 100+V5

100+V.

1000+k80

1000+k16

+ ðối với nhóm toa xe thứ nhất ta có:

k1 = 2

K1 = 2

65 = 32,5 kN

ϕk1 = 0,6 10060.5

10060.

10005,32.80

10005,32.16

++

++

= 0,101

+ ðối với nhóm toa xe thứ hai ta có:

k2 = 2

K2 = 2

35 = 17,5 kN

ϕk2 = 0,6 10060.5

10060.

10005,17.80

10005,17.16

++

++

= 0,128

+ ðối với nhóm toa xe thứ ba ta có:

k3 = 4

K3 = 4

65 = 16,25 kN

ϕk3 = 0,6 10060.5

10060.

100025,16.80

100025,16.16

++

++

= 0,131

Như vậy lực hãm toàn phần của cả ñoàn tàu là:

B = 1000(ΣnimiΣKiϕki)

B = 1000(8.4.65.0,101 + 15.4.35.0,128 + 10.2.65.0,131)

B = 650000 N

b = Qg

B =

81,9.3000

650000 = 22,09 (N/kN)

b. Tính theo phương pháp dẫn xuất (thu gọn)

Trước hết tính:

ϕkt = 0,32. 1005

100

++

V

V = 0,32.

10060.5

10060

++

= 0,128

+ ðối với nhóm toa xe thứ nhất tính lực nén tính toán cho một trục bánh:

Kt1 = 65.128,0

101,0=K.

φ

φ1

kt

1k = 51,29 kN

+ ðối với nhóm toa xe thứ hai tính lực nén tính toán cho một trục bánh:

Kt2 = 35.128,0

128,0=K.

φ

φ2

kt

2k = 35 kN

+ ðối với nhóm toa xe thứ ba tính lực nén tính toán cho một trục bánh:

Kt3 = 5,6.128,0

131,0=K.

φ

φ3

kt

3k = 66,52 kN

Lực hãm toàn phần của ñoàn tàu là:

B = 1000ϕkt(ΣnimiΣKi)

B = 1000.0,128(8.4.51,29 + 15.4.35 + 10.2.66,52) = 650000 kN

b = Qg

B =

81,9.3000

650000 = 22,09 (N/kN)

Kết luận: Từ hai phương pháp khác hẳn nhau nhận ñược kết quả như nhau song rõ

ràng phương pháp thu gọn ñơn giản hơn.

2.3.3. Tính lực hãm hoàn nguyên (với ñầu máy ñiện và ñầu máy ñiêzen truyền ñộng

ñiện).

Lực hãm hoàn nguyên xảy ra khi tàu chạy ñóng máy xuống dốc. Lúc này, mặc dù ñã

ngắt ñiện ở ñộng cơ ñiện kéo, nhưng bánh xe tiếp tục quay và qua hệ thống bánh răng

làm quay trục ñộng cơ ñiện biến nó thành máy phát ñiện trở lại mạng ñồng thời tạo ra mô

men hãm (lực hãm).

ðể tàu xuống dốc với tốc ñộ cho phép thường sử dụng hãm ñiều hoà (hãm ñầu

máy), khi ñó ñại lượng tốc ñộ cho phép ñược xác ñịnh theo hãm cơ học (hãm toa xe) ñể

sao cho ứng với chiều dài hãm ấn ñịnh tàu phải dừng ñược.

Lực hãm cần thiết Bct ñể giữ tốc ñộ cho phép khi tàu xuống dốc ik có thể xác ñịnh

từ ñiều kiện cân bằng lực tác dụng khi tàu chuyển ñộng ñều.

Bct + Pgw'0ñ + Qgw"0 = (P+Q)gik (N)

Bct = (P+Q)gik - Pgw'0ñ - Qgw"0 (N) (2- 72)

hoặc là Bct + (P+Q)gw0ñ = (P+Q)gik (N)

Bct = (P+Q)g(ik - w0ñ) (N)

(2- 73)

Ví dụ: Xác ñịnh lực hãm ñiều hoà cần thiết với ñoàn tàu do ñầu máy BL80 kéo có

(P+Q) = 3800 tấn, ik = -10‰, V = 75 km/h, w0ñ = 2,3 N/kN

Bct = (P+Q)g(ik - w0ñ) = 3800.9,81.(10 - 2,3) = 281586 (N)

2.4. LỰC KÉO VÀ ðẶC TÍNH LỰC KÉO CỦA ðẦU MÁY 2.4.1. Khái niệm chung.

Hiện nay ngành ñường sắt thế giới sử dụng các loại sức kéo: ñiện, ñiêzen, hơi nước,

khí.

Hiệu suất của ñầu máy ñiện 18 ÷ 25%, ñiêzen 24 ÷ 28%, hơi nước 6 ÷8%.

ðối với mỗi ñầu máy người ta tìm ra vận tốc tính toán Vp và lực kéo tính toán Fkp

mà ứng với chúng ñầu máy ñược sử dụng hợp lý nhất. Những trị số này ñược ñưa ra

trong quy trình tính sức kéo.

2.4.2. Sự thể hiện lực kéo của ñầu máy.

a. ðối với ñầu máy hơi nước.

A

M

F 1 2 F

F

i P

V

Hình 2- 10. Hình thành lực kéo F ñầu máy hơi nước.

Áp lực hơi nước Pi hình thành trong xi lanh ñược ñun sôi làm cho pít tông chuyển

ñộng và thông qua hệ thống cần biên làm cho bánh xe quay với mô men M. Thay M bằng

ngẫu lực FF1.

F - lực kéo của ñầu máy tại tâm quay của bánh xe.

F1 - lực ñặt tại ñiểm tiếp xúc giữa bánh xe và ray (ñiểm A) tác dụng từ bánh xe

xuống ray có hướng ngược chiều chuyển ñộng.

Tại A có phản lực F2 tác dụng từ ray vào bánh xe và ñây là ngoại lực gây ra chuyển

ñộng của ñoàn tàu.

b. ðối với ñầu máy ñiện và ñầu máy ñiêzen.

Trục ñộng cơ quay sinh ra mô men M1, khi ñó bánh xe quay sinh ra mô men M2

M2 = µM1η

Trong ñó:

µ = 1

2

r

r - hệ số truyền ñạt

η - hệ số xét ñến tổn thất trong quá trình truyền ñạt

Thay mô men M2 bằng ngẫu lực như ñầu máy hơi nước ñể phân tích lực.

1 r M 1

A 1 F 2 F

F

M 2

r 2

Hình 2- 11. Lực kéo F của ñầu máy ñiêzen

2.4.3. Phân biệt ba khái niệm về lực kéo ñầu máy. a. Lực kéo chỉ thị Fi.

Là lực kéo tác dụng lên vành bánh hoàn toàn tương ứng với công do hơi nước tác

dụng lên pít tông hoặc tương ứng với công do ñộng cơ ñiện sinh ra trong ñầu máy ñiện và

ñiêzen mà không xét ñến sự hao hụt do lực cản của các bộ phận máy móc của ñầu máy.

b. Lực kéo bám Fk.

Là lực kéo ñặt lên vành bánh, nó ñược xác ñịnh bằng lực kéo chỉ thị với lực cản của

các bộ phận máy móc của ñầu máy.

Fk = Fi - Pg.∆w'0 (N)

(2- 74)

Trong ñó Pg.∆w'0 - lực cản của các bộ phận máy móc của ñầu máy.

c. Lực kéo có ích Fc.

Là lực kéo ở móc nối của ñầu máy với toa xe ñầu tiên.

Fc = Fk - Pg(w'0 + w'i + w'r) (N) (2- 75)

lực này dùng ñể thắng lực cản của ñoàn tàu.

Chú ý: Khi tính sức kéo người ta sử dụng Fk mà không sử dụng Fi vì chuyển ñộng

trên ñường phức tạp do các yếu tố dốc và ñường cong.

2.4.4. Hạn chế lực kéo theo ñiều kiện bám.

F là lực bên trong do người ñiều khiển, F tăng thì F2 tăng nhưng F chỉ tăng ñến một

giới hạn tối ña nào ñó. Lực tối ña này không vượt quá lực bám giữa bánh xe và ray.

Fk ≤ 1000ψΣPg (N) (2- 76)

Trong ñó:

ψ - hệ số ma sát bám lăn giữa bánh xe và ray.

ΣP - khối lượng của các bánh xe chủ ñộng ñè lên ray, ΣP =P; P- khối lượng bám

của ñầu máy.

Giải thích: Vì khi Fk > 1000ψg thì sức bám giữa bánh xe và ray sẽ mất ñi dẫn ñến

bánh xe không thể lăn mà bắt ñầu trượt tăng nhanh chuyển ñộng tròn theo tâm trục dẫn

ñến bánh xe ñánh võng tại chỗ. Muốn tránh hiện tượng ñó phải giảm bớt lực kéo hoặc rải

cát lên ray tăng thêm sức bám.

Hệ số ma sát bám lăn ψ giữa bánh xe và ray phụ thuộc vào cấu tạo của các bộ phận

chạy của ñầu máy, vào trạng thái mặt ray và vành bánh, vào nhiều yếu tố khác. Vì vậy ψ

ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm.

+ ðối với ñầu máy hơi nước:

ψ = V+100

A

Trong ñó:

V - tốc ñộ tàu chạy

A - hệ số thực nghiệm; A=22÷28 tuỳ ñầu máy; A=30 với ñầu máy hiện ñại

+ ðối với ñầu máy ñiện và ñiêzen:

ψ = B + DV+C

A

Trong ñó: B, C, D - hệ số thực nghiệm

ψ = 0,20 + V12+100

10 với ñầu máy ñiêzen khổ ñường 1000 mm

ψ = 0,25 + V20+100

8 với ñầu máy ñiêzen khổ ñường 1435 mm

+ Khi tàu chạy trên ñường cong có R ≤ 400m và trong hầm thì ψ giảm xuống.

+ Thường ψ = 0,4 với ray sạch có rải lớp bột thạch anh mịn

ψ = 0,15 ray ẩm ướt.

2.4.5. Các khái niệm về khối lượng ñầu máy.

Khối lượng bám của ñầu máy: là khối lượng của các bánh xe chủ ñộng ñè lên ray

Khối lượng tính toán của ñầu máy: là khối lượng của ñầu máy cộng với tăng ñe than

nước và 2/3 số than nước.

Ở ñầu máy ñiện và ñầu máy ñiêzen khối lượng bám bằng khối lượng tính toán vì nó

không có bánh dẫn hướng và tăng ñe than nước.

2.4.6. Tổng số lực kéo của nhiều ñầu máy. ðể nâng cao khối lượng và vượt qua những dốc lớn người ta tăng cường lực kéo

bằng cách dùng hai hoặc ba ñầu máy. ðầu máy phụ thêm có thể lắp ở ñầu (kéo) hay ở

cuối (ñẩy). Nếu lực kéo quá lớn dễ xẩy ra ñứt móc, nếu lực ñẩy quá lớn thì vào ñường

cong toa xe có nguy cơ bị lật ra ngoài. Do ñó người tài xế phải phối hợp cho ăn khớp.

2.5. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CHUYỂN ðỘNG CỦA ðOÀN TÀU

2.5.1. Phân tích ñiều kiện chuyển ñộng của ñoàn tàu. Tàu chuyển ñộng ñược là do lực tác ñộng lên nó. Quá trình vận ñộng của ñoàn tàu

trên tuyến ñược ñặc trưng bởi ba chế ñộ làm việc của ñầu máy.

a. Chế ñộ kéo (mở máy).

R = Fk - W (N)

(2- 77)

r = fk - w (N/kN)

trong ñó : R, r - hợp lực toàn phần và hợp lực ñơn vị

b. Chế ñộ chạy ñà (ñóng máy).

R = -Wñ (N) (2- 78)

r = -wñ (N/kN)

c. Chế ñộ hãm.

R = -(Wñ + αB) (N) (2- 79)

r = - (wñ + αb) (N/kN)

trong ñó α - hệ số sử dụng hãm.

ðặc trưng vận ñộng của ñoàn tàu ñược xác ñịnh bởi trị số và hướng của hợp lực.

+ Nếu R = 0 thì tàu chạy ñều hoặc ñứng yên.

+ Nếu R > 0 thì ñoàn tàu vận ñộng có gia tốc.

+ Nếu R < 0 thì ñoàn tàu vận ñộng giảm tốc.

2.5.2. Sự phụ thuộc của hợp lực vào tốc ñộ chạy tàu.

Bởi vì lực kéo bám Fk phụ thuộc vào vận tốc tàu chạy V (thông qua hệ số ψ), lực

cản cơ bản W0 cũng phụ thuộc vào vận tốc chạy tàu V cho nên chúng ta có thể dùng

phương pháp ñồ thị ñể xác ñịnh giá trị của hợp lực và từ ñó phân tích ñặc tính vận ñộng

của ñoàn tàu.

Ta có Fk = f1(V)

W0 = f2(V)

Do ñó ñồ thị của chúng bao giờ cũng xác ñịnh ñược thông qua việc khảo sát các

hàm số trên. Bởi vì lực cản phụ không phụ thuộc vào vận tốc nên:

W = W0 + Wi

từ ñó R = Fk - W

Trên hình vẽ 2-12 trình bày phương pháp xác ñịnh giá trị R. Ở ñây ñường cong Fk =

f(V) biểu thị ñặc tính sức kéo của ñầu máy ñã cho, ñường cong W = f(V) biểu thị lực cản

của ñoàn tàu. Từ hình vẽ ta thấy R giảm khi tăng vận tốc chạy. Ở một vận tốc Vcb nào ñó

mà trị số của lực kéo và lực cản bằng nhau (Fk = W) thì vận tốc ñó ñược gọi là vận tốc

cân bằng (ví dụ ở ñây nếu ñoàn tàu chạy trên ñường thẳng và bằng thì vận tốc cân bằng là

V0cb, còn ñoàn tàu chạy trên tuyến ñường có thêm lực cản phụ thì vận tốc cân bằng là

Vicb).

Vận tốc cân bằng là vận tốc lớn nhất mà ñoàn tàu có thể ñạt ñược do kết quả của gia

tốc gây ra trên ñoạn ñường khảo sát.

(V)

K F

O i cb V

o cb V

K F W

W

0

(V) W

V

(V)

Hình 2- 12. Quan hệ giữa Fk, W và V

Từ phân tích trên ta có nhận xét:

Nếu V < Vcb thì R > 0

Nếu V = Vcb thì R = 0

Nếu V > Vcb thì R <0

2.5.3. Thành lập phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu.

Phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu là phương trình biểu diễn quan hệ

hàm số giữa gia tốc với hợp lực tác dụng lên ñoàn tàu.

ðể xây dựng phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu, người ta coi ñoàn tàu

là một hệ thống cứng. Căn cứ vào ñịnh luật bảo toàn ñộng năng thì vi phân ñộng năng hệ

thống bằng vi phân công của hợp lực tác dụng lên hệ thống, từ ñó có thể lập ñược phương

trình chuyển ñộng của ñoàn tàu.

Khi ñoàn tàu chuyển ñộng thì ñộng năng của ñoàn tàu bao gồm ñộng năng của khối

lượng tham gia chuyển ñộng tịnh tiến với vận tốc v (ñầu máy và các toa xe không tính

các ñôi bánh xe) và của khối lượng tham gia chuyển ñộng quay (các ñôi bánh xe).

∑+−

= kk T

v)MM(T

2

2

(2-

80)

Ở ñây: M- Khối lượng ñoàn tàu tính cả các ñôi bánh xe

Mk - Khối lượng các ñôi bánh xe

Tk - ðộng năng của một ñôi bánh xe

ðộng năng của bánh xe có khối lượng m khi lăn mà không trượt trong ñiều kiện vận

tốc tâm bánh bằng vận tốc chuyển ñộng tịnh tiến v của ñoàn tàu ñược xác ñịnh theo công

thức sau

22

2

1

2

1ωImvTk += (2- 81)

Trong ñó: I- Mômen quán tính của ñôi bánh xe so với trục quay.

ω- Vận tốc góc

( )2

22

1 DmI = (2- 82)

Trong ñó: D- ðường kính bánh xe

Bởi vì ñiểm tiếp xúc của bánh xe với ray là tâm tức thời ñối với ray nên

22 D

vD.v =⇒= ωω

Thay I và ω vào công thức (2-81) nhận ñược

( )( )

2

2

222

4

3

222

1

2

1

2

1mv

DvD

m..mvTk =+= (2- 83)

ðộng năng của ñoàn tàu (khi bỏ qua ñộng năng của các bộ phận quay ở ñộng cơ kéo

và tính ñến Σm = Mk) ñược xác ñịnh như sau:

)(Mv

)M

M.(

Mv)M.M(

vmvv

MMT k

kk γ+=+=+=+

−= ∑ 1

2

501

250

24

3

2

22222

(2- 84)

Ở ñây, γ=M

M k5.0 - Hệ số khối lượng quay.

Hệ số khối lượng quay ñược xác ñịnh bằng thực nghiệm (xem bảng 2-3). Trong thực

tế lấy γ = 0.06.

Lấy vi phân phương trình trên ta ñược:

dT = vdv.M.(1+γ)

Theo ñịnh luật bảo toàn ñộng năng ta có:

v.dv.M(1+γ) = R.dS= R.v.dt

Từ ñó Mγ+

R=

dt

dv

)1(

Nếu ta nhân cả tử số và mẫu số của vế phải với gia tốc rơi tự do g thì:

)1.(1000

.)()1()(1000

.

)1(.

.

γ+

g

gQ+P

R=

γ+gQ+P

gR=

γ+gM

gR=

dt

dv = r.ξ

Ở ñây: P- Khối lượng ñầu máy (tấn)

Q- Khối lượng ñoàn toa xe (tấn)

Nếu vận tốc ñoàn tàu tính theo km/h và g = 9,81 m/s2 ñổi ra km/h2 thì

ξ = )1.(1000.1000

60.60.81,9 22

γ+ = 120

và gia tốc của ñoàn tàu là

dt

dv = 120.r (km/h2)

hoặc là

dt

dv = 2.r (km/h sau một phút)

Bảng 2- 3. Bảng hệ số khối lượng quay

Kiểu ñầu máy và toa xe γ

ðầu máy hơi nước có tăng ñe 0,04 ÷ 0,06

ðầu máy ñiện và ñiêzen 0,20 ÷ 0,30

Toa xe ñộng cơ 0,10 ÷ 0,15

Toa xe khách 0,04 ÷ 0,05

Toa xe 4 trục có hàng và không hàng 0,03 ÷ 0,04

Toa xe 2 trục có hàng 0,04 ÷ 0,05

Toa xe 2 trục không hàng 0,10 ÷ 0,12

Trong thực tế tính toán người ta lấy γ = 0,06

dt

dV = 120.r (km/h2) (2- 85)

hoặc là

dt

dV = 2.r (km/h cho một phút)

Khi r = 1 (N/kN) thì dt

dV = 2 (km/h cho 1 phút)

Ví dụ: Ở một thời ñiểm nào ñó trên ñường tàu chạy lên dốc 4‰ với V = 40 km/h và

trong thời ñiểm ñó có fk - w0 = 5 (N/KN) thì sau 1 phút:

V = 40 + 2.r.1 = 40 + 2(fk - w).1 = 40 + 2(fk - w0 - wi).1

= 40 + 2(5 - 4).1 = 42 km/h

Khi tốc ñộ tăng thì lực kéo bám Fk giảm (do ψ giảm) và lực cản W tăng, ví dụ qua 1

phút nữa (fk - w0) = 4 (N/KN) thì r = 0 và V = 42 km/h.

Tuỳ theo sự kết hợp của các lực tác dụng vào ñoàn tàu mà có ba chế ñộ chuyển

ñộng:

a. Tàu chuyển ñộng mở máy:

dt

dV = 120(fk - w) (km/h2) (2- 86)

Phụ thuộc vàu tương quan giữa fk và w mà có thể có các trường hợp tàu chạy gia

tốc, ñều và giảm tốc.

b. Tàu chuyển ñộng ñóng máy:

dt

dv = -120 wñ (km/h2) (2- 87)

Xẩy ra trong trường hợp xuống dốc dài trước lúc hãm ñóng máy. Tuỳ theo trắc dọc

và bình diện mà tàu chạy có lúc chậm dần wñ > 0 (thường xuống dốc nhỏ và có nhiều

ñường cong), nhanh dần wñ < 0 (thường xuống dốc lớn), ñều wñ = 0.

c. Khi tàu chuyển ñộng ñóng máy kết hợp với hãm.

dt

dV = -120(wñ + αb) (km/h2) (2- 88)

Khi xuống dốc hãm ñể giữ nguyên tốc ñộ cố ñịnh (hãm cục bộ) thì

wñ + αb = 0 ; ( 0dt

dV= )

Khi hãm ñể tàu dừng thì

wñ + αb > 0 ; ( 0dt

dV< )

Phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu là phương trình cơ bản của sức kéo

ñầu máy. Dựa trên phương trình này có thể xác ñịnh khối lượng cho phép lớn nhất, tốc ñộ

và thời gian chạy tàu, ñồng thời giải ñược các bài toán hãm, xác ñịnh hao phí nhiên liệu

và năng lượng ñiện, công cơ học của ñầu máy và công của lực cản.

2.5.4. Tính khối lượng ñoàn tàu và kiểm tra khối lượng ñoàn tàu theo các ñiều kiện

hạn chế nó.

1. Tính khối lượng ñoàn tàu.

a. Công thức tính khối lượng ñoàn tàu (cả bì).

Với ñường sắt tồn tại khái niệm dốc hạn chế ip. Dốc hạn chế là dốc lớn nhất có chiều

dài không hạn chế mà trên ñó tàu hàng với khối lượng Q do một ñầu máy kéo lên dốc với

vận tốc ñều và bằng vận tốc tính toán nhỏ nhất Vp. Giá trị vận tốc tính toán nhỏ nhất Vp và

lực kéo bám tính toán Fkp của các ñầu máy ñược ñưa ra trong quy trình tính toán sức kéo.

Khi thiết kế tuyến mới người ta tính khối lượng ñoàn tàu Q theo dốc hạn chế. Ta

thấy khi tàu chuyển ñộng ñều thì Fk = W

Fkp = Pg(w'0 + ip) + Qg(w"0 + ip) (N)

Q = g)i"w(

)i'w(PgF

p

pkp

+

+−

0

0 (tấn) (2- 89)

Nếu thay w'0 và w"0 bằng w0 thì

Fkp = (P+Q)g.(w0 + ip)

Q = g)iw(

F

p

kp

+0

- P (tấn) (2- 90)

Nhận xét: Ta thấy rằng:

- Khối lượng ñoàn tàu tỷ lệ nghịch với ip.

- Fk và w0 có quan hệ với V (xem phần 2.5.2), nếu Q lớn thì V nhỏ và Fk phải lớn.

Quan hệ giữa Q và V tốt nhất là lợi dụng ñầy ñủ sức kéo bám.

- Mỗi loại ñầu máy có Fkp và ở ñó có vận tốc tính toán nhỏ nhất Vp (hay là vận tốc

lâm giới).

+ Ở ñầu máy hơi nước Vp lấy theo ñiểm giao cắt giữa ñường hạn chế theo ñiều kiện

bám lăn và ñường năng suất cấp hơi tính toán cho máy hơi.

+ Ở ñầu máy ñiện Vp lấy theo ñiểm giao cắt giữa ñường hạn chế theo ñiều kiện bám

và cường ñộ dòng ñiện.

+ Ở ñầu máy ñiêzen Vp lấy theo giá trị cường ñộ lâu dài.

Công thức (2-85) có thể ñược sử dụng như công thức gần ñúng bởi vì không thể xác

ñịnh w0 nếu không biết Q. Một cách gần ñúng có thể coi w0 ≈ w"0, lúc ñó

Q = g)i+"w(

F

p0

kp - P (tấn) (2- 91)

b. Công thức tính khối lượng hàng của ñoàn tàu.

QH = ∑=

k

i 1

niβiqtt(i)

Trong ñó:

ni - số toa nhóm i (2 trục, 4 trục, 6 trục...)

βi - hệ số sử dụng tải trọng tính toán toa nhóm i (hệ số chất hàng)

qtt(i) - tải trọng tính toán của toa nhóm i

Nếu chỉ biết tổng số toa xe n và tỷ lệ theo số lượng của từng nhóm toa so với tổng số

toa là γi thì khối lượng hàng ñược tính theo công thức:

QH = ∑=

k

i 1

nγiβiqtt(i) = n∑=

k

i 1

γiβiqtt(i)

Khi tính sơ bộ thường người ta sử dụng hệ số sử dụng tải trọng ñoàn tàu η (tỷ lệ

giữa khối lượng hàng và khối lượng cả bì)

η = Q

Q H

Có thể xác ñịnh η khi chỉ cần biết tỷ lệ theo số lượng của từng nhóm toa so với tổng

số toa γi và tải trọng của chúng.

Ta có Q = n ∑=

k

i 1

γiqi

Trong ñó:

qi - khối lượng toa cả bì của từng nhóm

k - số lượng nhóm toa trong ñoàn tàu

η =

‡”

‡”

‡”

‡”

γ

βγ

γ

βγ

k

1=i

ii

k

1=i

)i(ttii

k

1=i

ii

k

1=i

)i(ttii

q

q

=

qn

qn

Thường người ta lấy QH = η.Q (η = 0,6 ÷ 0,7) (2- 92)

Ví dụ: Xác ñịnh khối lượng ñoàn tàu do ñầu máy 2TE116 kéo lên dốc ip = 12‰ biết

Vp = 24,2 km/h, Fkp = 487970 N , P = 271 tấn, toa xe 4 trục có q0 = 18 tấn/trục.

Giải:

w"0 = 0,7 + 18

V0025,0+V1,0+3 2

= 0,7 + 18

2,24.0025,02,24.1,03 2++

=1,08 N/kN

w'0 = 2,2 + 0,01V + 0,0003V2 = 2,2 + 0,01.24,2 + 0,0003.24,22

= 2,62 N/kN

Q = )1208,1(81.9

)1262,2(81,9.271487970

++−

= 3500 (tấn)

Tính theo công thức gần ñúng:

Q = 271)1208,1(81,9

487970−

+ = 3529 (tấn)

Ví dụ: Hãy xác ñịnh hệ số sử dụng tải trọng ñoàn tàu η biết ñoàn tàu bao gồm 40%

toa 4 trục có qbì = 22 tấn, qt t=62 tấn, β = 0,9 ; 60% toa 4 trục có qbì = 21,7 tấn, qt t=50

tấn, β = 0,85.

Giải:

Trước hết ta tính khối lượng toa cả bì:

q1 = 22 + 0,9.62 = 77,8 tấn

q2 = 21,7 + 0,85.50 = 64,2 tấn

η = 2,64.6,08,77.4,0

50.85,0.6,062.90,0.4,0

++

= 0,69

2. Kiểm tra khối lượng ñoàn tàu theo các ñiều kiện hạn chế nó.

a. Kiểm tra theo ñiều kiện khởi ñộng.

Ở các ga ñoàn tàu thường phải dừng. Ở các ñiểm dừng ñó thường có ñộ dốc không

lớn song sau mỗi lần dừng ñoàn tàu lại phải khởi ñộng ñể thực hiện hành trình của mình.

Do ñó ngoài việc khắc phục lực cản cơ bản và lực cản ñường dốc còn phải khắc phục lực

cản khởi ñộng nữa. Khi ñó phương trình cân bằng lực của ñoàn tàu có dạng:

Fk(kñ) = Pg(wkñ + ik(kñ)) + Qg(wkñ + ik(kñ)) (N)

Qkñ = g)i+w(

F

)®k(k®k

)®k(k - P (tấn) (2- 93)

Trong ñó:

Fk(kñ) - lực kéo bám của ñầu máy khi khởi ñộng.

wkñ - lực cản ñơn vị cơ bản và lực cản phụ của ñoàn tàu lúc khởi ñộng.

ik(kñ) - ñại lượng dốc quy ñổi mà trên ñó ñoàn tàu khởi ñộng.

Như vậy kiểm tra ñiều kiện khởi ñộng của ñoàn tàu có thể bằng cách:

+ So sánh Qkñ với Q và nếu Qkñ ≥Q thì tàu khởi ñộng ñược.

+ So sánh ik(kñ) với ik và nếu ik ≤ ikkñ = g)Q+P(

F )®k(k - wkñ (2- 94)

thì tàu khởi ñộng ñược.

Ví dụ. Hãy kiểm tra khối lượng ñoàn tàu do ñầu máy VL80 kéo theo ñiều kiện khởi

ñộng biết ñoàn tàu bao gồm 40% khối lượng là toa 4 trục bi cầu, còn lại là toa 4 trục bi

trượt. Cả hai loại toa có q0 = 18 tấn; ip = 9‰; Vp = 44,3 km/h; Fk(kñ) = 650010N; Fkp =

475785 N; P = 184 tấn.

Giải:

wkñ = 0,4.70,18

142.6,0

718

28

++

+ = 3,85 (N/kN)

Qkñ = g)i+85,3(

650010

)®k(k

- 184

ik(kñ) (‰) 0 1,5 2,5 4 5 6 7 8 9

Qkñ (tấn) 17010 12190 10240 8250 7300 6540 5920 5400 4790

w"0 = 1,38 (N/kN) - với toa xe 4 trục bi cầu

w"0 = 1,66 (N/KN) - với toa xe 4 trục bi trượt

w"0 = 0,4.1,38 + 0,6.1,66 = 1,52 (N/kN)

w'0 = 2,93 (N/kN)

Q = 81,9)952,1(

81,9).993,2.(184475785

++−

= 4400 tấn

Như vậy ñộ dốc lớn nhất mà ñoàn tàu có Q = 4400 tấn có thể khởi ñộng ñược là:

ik ≤ 81,9)4400184(

650010

+ = 10,6‰

Kết luận: ðoàn tàu có khối lượng ñược tính với dốc hạn chế ip = 9‰ ñược kéo bởi

ñầu máy VL80 có thể khởi ñộng ñược thậm chí nếu nó dừng trên dốc 9‰.

Nhận xét: Nếu vì lý do nào ñó mà tàu bắt buộc phải dừng trên dốc lớn thì có khả

năng tàu không khởi ñộng ñược, lúc này hoặc là gọi thêm ñầu máy nữa, hoặc là kéo từng

phần của ñoàn tàu, hoặc là lùi ñoàn tàu tới dốc có thể khởi ñộng ñược.

b. Kiểm tra khi dừng tàu trong phạm vi chiều dài sử dụng của ñường ñón gửi.

Trong trường hợp ñoàn tàu có khối lượng lớn dẫn ñến chiều dài của nó cũng dài thì

cần kiểm tra xem chiều dài sử dụng của ñường ñón gửi có ñủ ñể nó ñỗ không. Muốn ñỗ

ñược phải ñảm bảo ñược ñiều kiện:

Lsd ≥ Ltàu = Lñm + n‡”γk

1=i

ii l. + 10 m (2- 95)

Trong ñó:

Lsd - chiều dài sử dụng của ñường ñón gửi

Lñm = chiều dài ñầu máy

n - số toa trong ñoàn tàu

γi - tỷ lệ về số lượng của từng nhóm toa so với tổng số toa trong ñoàn tàu

li - chiều dài toa xe của mỗi nhóm

10 m - chiều dài dự trữ (ñề phòng ñỗ không ñúng vị trí)

3. Tính ñến ảnh hưởng của một số yếu tố khi xác ñịnh khối lượng ñoàn tàu với

sức kéo ñiêzen.

a. Tính ñến ảnh hưởng của ñiều kiện không khí.

Công suất của ñộng cơ kéo bị giảm ñối với khu vực có ñiều kiện không khí khác

tiêu chuẩn (ñiều kiện chuẩn khi t0môi trường = +200C; áp suất không khí là 760mm

cột thuỷ

ngân)

Ftkp = Fkp(1 - kt - ka) (2- 96)

Trong ñó: kt - hệ số tính ñến việc giảm lực kéo bám do nhiệt ñộ khu vực khác nhiệt

ñộ chuẩn

ka - hệ số tính ñến việc giảm lực kéo bám do áp suất không khí khu vực

khác áp suất tiêu chuẩn.

( kt ; ka xem trong quy trình tính sức kéo ñầu máy)

Ví dụ: Với ñầu máy 2TE10L ở ñiều kiện chuẩn có Fkp = 502270 N thì với t0kk =

300C; áp suất không khí A = 700mm thuỷ ngân thì

Ftkp = 502270.(1− 0,050 − 0,086) = 433600 N

Khối lượng ñoàn tàu có ip = 9‰; P = 258 tấn; w"0 = 2,31 (N/kN); w'0 = 1,38 (N/kN)

thì:

+ Trong ñiều kiện tiêu chuẩn:

Q = 81,9).938,1(

81,9).931,2(258502270

++−

= 4650 tấn

+ Trong ñiều kiện khác tiêu chuẩn:

Q = 81,9).938,1(

81,9).931,2(258433600

++−

= 3980 tấn

b. Tính ñến ảnh hưởng của ñường cong bán kính nhỏ.

ðường khổ 1435 mm, khi tàu vào ñường cong có R ≤ 500m thì hệ số bám lăn giảm

do tăng ñộ trượt của bánh xe.

ψ(r) = ψR

R

1,1500

55,1250

++

Trong ñó:

ψ - hệ số bám lăn trên ñường thẳng

ψ(r) - hệ số bám lăn trên ñường cong

R - bán kính ñường cong

Lúc này khối lượng ñoàn tàu qua dốc hạn chế và ñường cong có R < 500m là:

Q = rp

rp)r(

w"wi

)w'wi(PP

++

++

0

0-ψ1000 (tấn) (2- 97)

ðối với ñầu máy khổ ñường 1000 mm khi chạy trên ñường cong có R ≤ 200m thì

lượng giảm hệ số bám lăn tính theo bảng sau (hoặc là xem quy phạm thiết kế kỹ thuật

ñường sắt khổ 1000 mm)

B¶ng 2- 1. L−îng gi¶m hÖ sè b¸m khi b¸n kÝnh nhá

Bán kính ñường cong

R (m) 200 150 125 100 75 60 40

Lượng giảm hệ số

bám lăn ϕk (%) 9 11 13 15 18 20 25

2.5.5. Kiểm tra khối lượng ñoàn tàu theo ñiều kiện tăng tốc sau khi dừng ở ga.

Khi khởi ñộng và khi tăng tốc ở ga, nếu sau ga là ñoạn lên dốc hạn chế dài, thì ñoàn

tàu khi tới dốc này cần ñạt ñược vận tốc không nhỏ hơn vận tốc tính toán. Nếu không,

vận tốc ñoàn tàu trên dốc này tăng rất chậm làm tăng thời gian chạy tàu và tiêu hao nhiên

liệu.

Với những ñầu máy ñiện dùng dòng ñiện một chiều yêu cầu trên là bắt buộc, nếu

không có thể làm nóng quá mức ñiện trở khởi ñộng.

ðể kiểm tra cần xây dựng ñường cong vận tốc bắt ñầu từ tim ga tới ñầu dốc hạn chế.

Chiều dài ñoạn ñường tăng tốc Sp cần ñủ ñể vận tốc ñoàn tàu ñạt ñược vận tốc tính

toán trước khi ñuôi ñoàn tàu ñi tới ñầu dốc hạn chế (xem hình 2-13a):

a)

Sp

0 6 9

Sga 400

wi, N/KN

b)

Hình 2- 13. Xác ñịnh chiều dài ñoạn tăng tốc

a) Sơ ñồ tính toán (vị trí của ñoàn tàu khi vận tốc của nó cần ñạt vận tốc tính

toán).

b) Quan hệ wi(S) khi tính ñến chiều dài ñoàn tàu.

Tức là:

Sp ≤ Sga + lh + 2

l tµu (2- 98)

trong ñó Sga - Chiều dài nửa nền ga, m.

lh - Chiều dài yếu tố hoãn hòa, m.

ltàu - Chiều dài ñoàn tàu, m.

Quy trình tính toán sức kéo của Nga kiến nghị khi kiểm tra nên lấy lực kéo trong ñồ

thị ñường ñặc tính sức kéo nhỏ hơn lực kéo theo ñiều kiện bám.

Trong một số trường hợp quan trọng, khi kiểm tra cần xây dựng ñường cong vận tốc

có xét ñến chiều dài ñoàn tàu. Theo tài liệu của Nga, chiều dài ñoạn tăng tốc thực tế lớn

hơn từ 150-200m so với tính toán khi coi ñoàn tàu là một chất ñiểm. Từ hình vẽ 2-13b

thấy rằng tính ñến chiều dài của ñoàn tàu sẽ phản ánh sự thay ñổi thực tế lực cản do dốc.

2.6. TÍCH PHÂN PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ðỘNG CỦA ðOÀN TÀU

2.6.1. Mục ñích.

Nhằm xác ñịnh vận tốc và thời gian chạy tàu, tức là V(S) và t(S). Các mối quan hệ

này có thể nhận ñược trên cơ sở phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu:

)V(r.dV

dtξ= (2- 99)

Trong ñó r(V)- hợp lực ñơn vị tác dụng vào ñoàn tàu (phụ thuộc vận tốc chạy tàu,

bình ñồ trắc dọc ...).

ξ = 120

S

Từ công thức trên ta có )V(r.

dVdt

ξ= , tích phân cả hai vế của phương trình này trong

khoảng thay ñổi vận tốc từ vñ tới vc (khi trắc dọc và bình diện không thay ñổi) chúng ta

nhận ñược khoảng thời gian tương ứng với khoảng thay ñổi vận tốc cho trước

∫ ∫∫ =∆=−→=c

d

c

d

c

d

v

v

v

v

dc

t

t Vr

dVttt

Vr

dVdt

)(

1

)( ξξ (2- 100)

ðể nhận ñược quãng ñường tương ứng với số gia vận tốc trên, ta nhân cả hai vế với

v:

)V(r.

dV.Vdt.V

ξ=

mà dS=v.dt, do ñó, lấy tích phân trong khoảng thay ñổi vận tốc chúng ta nhận ñược

quãng ñường cần tìm:

çç çcc c v

v

c

S

S

v

v )V(r

dV.V

ξ

1S∆S-S¨

)V(rξ

dV.VdS

®® ®

=== ® (2- 101)

ðể lấy tích phân ở vế phải của (2-95), (2-96) cần thể hiện r(v) ở dạng giải tích. Trong

phạm vi một ñoạn có dốc không ñổi r(v) ở dạng giải tích như sau:

r(v) = (fk – w) =

=

++

+

+++++−

+ ir

2222

2111k ww

QP

Q)VcVba(P)VcVba(

g)QP(

)v(F(2- 102)

Mối quan hệ Fk(v) ñược ñưa ra bằng ñường ñặc tính sức kéo từ kết quả thử nghiệm

và việc thể hiện nó ở dạng giải tích rất phức tạp. Vì vậy, trong thực tế tính toán sức kéo,

người ta dùng phương pháp tích phân gần ñúng và phương pháp ñồ thị ñể xác ñịnh vận

tốc và thời gian chạy tàu.

2.6.2 Tích phân gần ñúng phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu.

1. Giả thiết:

ðể xác ñịnh gần ñúng vận tốc và thời gian chạy tàu theo phương pháp giải tích,

người ta sử dụng các mối quan hệ (2-95) (2-96) với các giả thiết sau:

Trong khoảng thay ñổi vận tốc từ Vñ ñến Vc , hợp lực r(vtb) coi là không ñổi tương

ứng với vận tốc trung bình 2

VVV c

tb

+= ® , tức là r(Vtb) có thể ñưa ra ngoài dấu tích phân.

Số gia vận tốc ®= V-VV∆ c càng nhỏ thì càng chính xác, trên thực tế hkmv /105 ÷=∆ .

Giả thiết thứ hai là hệ quả của giả thiết thứ nhất, tức là khi coi trong khoảng thay ñổi

vận tốc từ Vñ ñến Vc có r(Vtb) = const thì gia tốc của nó const)V(rξdt

dVa tb === .

Loại chuyển ñộng này ñược gọi là chuyển ñộng biến ñổi ñều (a>0 - tăng dần ñều,

a=0 - ñều, a<0 - giảm dần ñều).

ðối với chuyển ñộng biến ñổi ñều, ta có:

taVVc ∆+= ® (2- 103)

từ ñó a

V-Vt c ®=∆ (2- 104)

và quãng ñường S tàu chạy ñược trong khoảng thời gian t từ vận tốc vñ là

S = 2

)(2

00

attvdtatvVdt d

t

d

t

+=+= ∫∫ (2- 105)

Nếu biết mối quan hệ V(t) (xem hình vẽ 2-14) thì diện tích w bị giới hạn bởi ñường

cong V(t) và trục hoành trong phạm vi khoảng thay ñổi vận tốc, chính là quãng ñường ñi

ñược ∆S.

Hình 2- 14. Mối quan hệ: a- V(t); b- V(S)

2. Tích phân gần ñúng phương trình chuyển ñộng:

a. Tính quãng ñường S:

∫∫−

=−

=∆→=c

d

c

d

v

v tb

dc

tb

dc

tb

S

S Vr

VV

Vr

VVS

Vr

VdVdS

)(240)(2)(

1 2222

ξξ (km) (2- 106)

hay là S = ∑ ∑∑−

=−

=∆c

d

c

d

c

d

v

v

v

v tb

cd

tb

dcS

S Vr

VV

Vr

VVS

)(

)(17,4

)(.120.2

1000).( 2222

(m) (2- 107)

Nếu ñể ý là Vc=Vtb+∆V/2 và Vñ=Vtb-(∆V/2) thì VV2V-V tb22

c ∆=® , do ñó:

∆S = )(.120

.

)(.120.2

..2

)(.2

..2

tb

tb

tb

tb

tb

tb

vr

vv

vr

vv

vr

vv ∆=

∆=

∆

ξ (km) (2- 108)

hay là

∑ ∑= =

∆=

∆=

n

v tb

tbn

vtb

tbS

Stb tb

c

d Vr

VV

Vr

VVS

1 1 )(

.33,81000.

)(.120

. (m) (2- 109)

b. Tính thời gian t:

V V V(t) V(S)

S t

w V2 V1

∆S=w

)(120)()( tb

dc

tb

dcv

v tb

S

S Vr

VV

Vr

VVt

Vr

dVdt

c

d

c

d

−=

−=∆→= ∫∫ ξξ

hay là )V(r120

V

tb

∆= (giờ) (2- 110)

và t = ∑ ∑∑−

=−

=∆c

d

c

d

c

d

v

t

v

t tb

dc

tb

dcv

t Vr

VV

Vr

VVt

)(2

)(

)(120

)(60 (phút) (2- 111)

hay là )V(r.2

Vnt

tb

∆= (phút) (2- 112)

c. Xét các chế ñộ chuyển ñộng:

* Mở máy

S = ∑ −

−c

d

v

v tbk

dc

wf

VV

)(

)(17,4 22

(m) (2- 113)

hay là S = 8,33 ∑= −

∆n

v tbk

tb

tbwf

VV

1 )(

. (m) (2- 114)

t = ∑ −

−c

d

v

v tbk

dc

wf

VV

)(2

)( (phút) (2- 115)

hay là tbk )w-f(2

Vnt

∆= (phút) (2- 116)

* ðóng máy

S = ∑ ∑−

=−

−c

d

c

d

v

v

v

v tbd

cd

tbd

dc

w

VV

w

VV

)(

22

)(

22 )(17,4)(17,4 (m) (2- 117)

hay là S = 8,33 ∑= −

∆n

v tbd

tb

tbw

VV

1 )(

. (m) (2- 118)

t = ∑ ∑−

=−

−c

d

c

d

v

v

v

v tbd

cd

tbd

dc

w

VV

w

VV

)()( 22 (phút) (2- 119)

hay là )tb(w2-

Vnt

®

=∆

(phút) (2- 120)

* ðóng + hãm

S = ∑ ∑ +

−=

+−

−c

d

c

d

v

v

v

v tbd

cd

tbd

dc

bw

VV

bw

VV

)(

)(17,4

)(

)(17,4 2222

αα (m) (2- 121)

hay là S = 8,33 ∑= +−

∆n

v tbd

tb

tbbw

VV

1 )(

.

α (m) (2- 122)

t = ∑ ∑ +

−=

+−

−c

d

c

d

v

v

v

v tbd

cd

tbd

dc

bw

VV

bw

VV

)(2)(2 αα (phút) (2- 123)

hay là tb)bw(2-

Vnt

α∆

+=

®

(phút) (2- 124)

3. Trình tự tính toán V(S) và t(S).

- ðịnh ra ∆V≤(5÷10) km/h.

- Xác ñịnh hợp lực ñơn vị r(Vtb) theo vận tốc trung bình.

- Tính gia tốc trung bình tác dụng vào ñoàn tàu trong khoảng ∆V này:

a=ξr(Vtb)

- Xác ñịnh thời gian mà ứng với nó vận tốc ñoàn tàu ñạt vc:

a

V-Vt c ®=

- Tính quãng ñường ñoàn tàu qua ñược ứng với khoảng thời gian trên khi gia tốc

không ñổi.

2

attVS

2

+= ®

ðể minh họa, trên hình 2-15 trình bày cách tính vận tốc và thời gian chạy tàu theo

phương pháp tích phân gần ñúng trên ñường bằng. Vận tốc ban ñầu của ñoàn tàu bằng 0.

Khoảng thay ñổi vận tốc ∆V=10km/h.

Trong bảng phía trái ñưa ra vận tốc trung bình, hợp lực ñơn vị và gia tốc trung bình

ứng với mỗi khoảng vận tốc.

Hợp lực ñơn vị trung bình trên ñường bằng ñược xác ñịnh theo công thức sau:

QP

QwPw-

g).QP(

Fr

''0

'0)v(k )tb()tb(tb

+

+

+=

trong ñó: )v(k tbF - lực kéo bám ứng với vận tốc trung bình, ñược lấy từ ñường ñặc

tính kéo.

''0

'0 )tb()tb(

w,w - lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy và toa xe tương ứng với

vận tốc trung bình, N/kN.

H×nh 2- 1. X©y dùng ®−êng cong V(S) vµ t(S) theo ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n gÇn ®óng

Nh− vËy ta lËp ®−îc b¶ng x¸c ®Þnh vËn tèc vµ thêi gian ch¹y tµu theo ph−¬ng ph¸p

tÝch ph©n gÇn ®óng øng víi tr¾c däc cã dèc i = 0.

B¶ng 2- 2. X¸c ®Þnh vËn tèc vµ thêi gian ch¹y tµu theo ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n gÇn

®óng.

V

(km/h)

Vtb

(km/h) r(Vtb)

a= ξr(Vtb)

(km/h2) a

V-Vt c ®=

(h)

t

(phót) 2

attVS

2

+= ®

(km)

0

5 11,3 1360 0,0074 0,45 0,037

10

15 11,0 1320 0,0076 0,46 0,118

20

25 8,3 1000 0,0100 0,60 0,25

30

35 5,8 700 0,0143 0,85 0,53

40

45 4,0 480 0,0208 1,25 0,92

50

55 2,5 300 0,0334 2,00 2,02

60

Nhận xét: Dùng phương pháp giải tích khối lượng tính toán quá lớn nên trong thực tế

người ta thường dùng phương pháp ñồ giải. Tuy phương pháp ñồ giải ñộ chính xác kém

hơn nhưng nó dễ thực hiện và dễ kiểm tra hơn.

2.7. PHƯƠNG PHÁP ðỒ GIẢI XÁC ðỊNH VẬN TỐC VÀ THỜI GIAN CHẠY

TÀU

2.7.1. Khái niệm chung. Giống như phương pháp giải tích gần ñúng, phương pháp ñồ giải cũng dựa trên giả

thiết là hợp lực và gia tốc tác dụng vào ñoàn tàu ñược coi là không ñổi trong một khoảng

vận tốc không lớn. Do vậy, trong phạm vi mỗi khoảng vận tốc, ñường cong V(S) là ñư-

ờng parabol bậc 2. Bởi vì xây dựng ñồ thị các ñường parabol này phức tạp nên người ta

thay chúng bằng các ñoạn gãy khúc song song với tiếp tuyến ñường parabol tại ñiểm có

tung ñộ Vtb=(Vñ+Vc)/2.

Trên hình vẽ 2-16 ñưa ra ñường cong chuyển ñộng ñược thể hiện bằng các ñoạn

thẳng:

Hình 2- 15. ðường cong chuyển ñộng ñược biểu hiện bằng các ñoạn thẳng:

a- ðường cong vận tốc; b- ðường cong thời gian.

Bởi vì các ñoạn thẳng này song song với các tiếp tuyến tới ñường cong V(S) nên

chúng tạo thành với trục S góc β.

Ta có tgβ=dS

dV

(2- 125)

Mặt khác tb

tb

V

)V(r

dS

dVξ= (2- 126)

Suy ra tgβ=tb

tb

V

)V(rξ (2- 127)

Nhận xét: Như vậy, ñể xây dựng ñường cong vận tốc ứng với mỗi khoảng vận tốc,

cần kẻ ñường thẳng nghiêng góc β với trục S.

Trên hình vẽ 2-16b ñưa ra ñường cong V(S) và ñường cong t(S) cũng ñược thể hiện

bởi các ñoạn thẳng thay cho ñường cong parabol.

Ta có tgγ = dS

dt=

Vdtdt

= V

1 (2- 128)

hay là tgγ = tbV

1 (2- 129)

Nhận xét: Như vậy ñể xây dựng ñường cong t(S), cần trong phạm vi mỗi ñoạn ∆S

dựng ñoạn thẳng mà tg góc nghiêng γ của nó tới trục ñường S tỷ lệ nghịch với vận tốc

trung bình trong khoảng ñó. Theo ñường cong t(S) này có thể xác ñịnh ñộ tăng thời gian

chạy tàu giữa hai ñiểm bất kỳ theo tỷ lệ xích ñược chọn.

Bản chất của phương pháp ñồ giải là ở chỗ dựng các ñoạn của ñường cong vận tốc và

thời gian, bỏ qua việc xác ñịnh tgβ và tgγ (sẽ trình bày ở phần 2.7.4).

ðể áp dụng phương pháp ñồ giải cần thể hiện thông tin ban ñầu ở dạng ñồ thị. Thông

tin ban ñầu là về sức kéo, về thành phần toa xe và lực cản của nó. Khi vẽ ñồ thị V(S) và

t(S) người ta sử dụng mối quan hệ của hợp lực ñơn vị vào vận tốc hay còn gọi là biểu ñồ

hợp lực ñơn vị ở các chế ñộ mở, ñóng và hãm.

2.7.2. Biểu ñồ hợp lực ñơn vị.

Mối quan hệ của hợp lực ñơn vị vào vận tốc tàu chạy trên ñường bằng ñược gọi là

biểu ñồ hợp lực ñơn vị. Lực cản phụ do dốc và ñường cong không phụ thuộc vận tốc cho

nên có thể bổ sung sau.

Trên biểu ñồ hợp lực ñơn vị có các ñường

+ Tàu chạy mở máy fk-wo = f(V) = )QP(

QwPw-

g)QP(

F "o

'ok

+

+

+ (2- 130)

+ Tàu chạy ñóng máy woñ = f(V) = )(

"'

Q+P

Qw+Pw o®o (2- 131)

+ Tàu chạy có hãm: woñ+αb = f(V) = αδ1000)(

"'

tkto®o φ+

Q+P

Qw+Pw (2- 132)

Biểu ñồ hợp lực ñơn vị ñược xây dựng theo các giá trị vận tốc khác nhau trong

khoảng từ 5÷10km/h.

Muốn vẽ biểu ñồ phải lập bảng theo mẫu (bảng 2-6) từ V = 0 ñến Vcấu tạo không bỏ

qua Vp và vận tốc tại ñiểm gãy của ñường ñặc tính kéo, ñồng thời cần những thông tin

sau:

- Khối lượng ñầu máy và ñoàn toa xe

- Lực kéo ñầu máy theo vận tốc làm việc ñược lấy từ ñặc tính kéo của ñầu máy

theo chế ñộ sử dụng hết công suất.

- Lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của ñoàn toa xe.

- Lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy.

- Số toa có hãm và loại guốc hãm.

- Lực ép tính toán tới trục có hãm

B¶ng 2- 3. TÝnh hîp lùc ®¬n vÞ

v

(km

/h)

F k

(N

)

f k

(N

/kN

)

wo'

(N

/kN

)

Wo' =

Pgω

o' (

N)

wo"

(

N/k

N)

Wo"

= Q

gωo"

(N

)

Wo

= W

o' +W

o" (

N)

F k -W

o (

N)

f k -

wo (

N/k

N)

wo' ®

(N

/kN

)

Wo' ® =

wo' ® P

g (

N/k

N)

Wo® =

Wo' ®

+Wo" ®

(N

)

wo ®

(

N/k

N)

δt

1000

ϕk

t

b

(N/k

N)

wo ®

+ b

(N

/kN

)

wo ®

+ 0

,5b

(N/k

N)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Ghi chú: Cột 1 và 2 lấy theo ñặc tính sức kéo của từng loại ñầu máy, còn từ cột 3

tính theo vận tốc của cột 1.

Biểu ñồ hợp lực ñơn vị ñược xây dựng theo một tỷ lệ xích nhất ñịnh với mục ñích

không chỉ xác ñịnh ñặc tính chạy tàu mà còn xây dựng ñường cong V(S) và t(S):

Hình 2- 16. Biểu ñồ hợp lực ñơn vị

Khi xây dựng biểu ñồ hợp lực ñơn vị, người ta ñặt về bên trái gốc toạ ñộ hợp lực ñơn

vị mang dấu dương, tức là hợp lực có hướng cùng chiều chuyển ñộng, còn về bên phải -

các hợp lực ñơn vị mang dấu âm, tức là có hướng ngược chiều chuyển ñộng.

Qua biểu ñồ hợp lực ñơn vị, ta có thể phân tích ñiều kiện chuyển ñộng của tàu theo

các yếu tố trắc dọc. Theo biểu ñồ hợp lực ñơn vị, có thể xác ñịnh vận tốc cân bằng cho

mỗi dốc bằng cách tìm ñiểm giao của biểu ñồ hợp lực ở chế ñộ mở máy với trục vận tốc.

Vì gia tốc tỷ lệ thuận với hợp lực ñơn vị nên dựa vào nó có thể phân tích ñiều kiện và

ñặc tính chuyển ñộng của tàu theo từng thời ñiểm:

Khi V < Vcb , r = f(V) > 0 : nhanh dần.

Khi V = Vcb , r = f(V) = 0 : ñều.

Khi V > Vcb , r = f(V) < 0 : chậm dần.

Như vậy, ta thấy rằng ñoàn tàu luôn luôn chạy với vận tốc tiến ñến vận tốc cân bằng

trên mỗi dốc. Trong tính toán sức kéo và khi thiết kế trắc dọc, quy luật này ñược sử dụng

ñể xác ñịnh ñặc tính chuyển ñộng và sự thay ñổi vận tốc khi ñoàn tàu vào yếu tố trắc dọc

khác. Nếu ñoàn tàu vào yếu tố trắc dọc có v<vcb của yếu tố trắc dọc ñó thì vận tốc của nó

sẽ tăng và ngược lại.

Ở chế ñộ mở máy trên ñường bằng (i=0), biểu ñồ fk − ωo = f(v) thường nằm phần lớn

bên trái trục vận tốc. Khi vận tốc tăng, hợp lực giảm, bởi vì lực kéo giảm ñi mà lực cản

lại tăng lên. Nếu:

V ≤ Vcb thì fk − ωo > 0 : cùng chiều chuyển ñộng.

V = Vcb thì fk − ωo = 0

V > Vcb thì fk − ωo < 0 : ngược chiều chuyển ñộng.

Ở chế ñộ ñóng và hãm trên ñường bằng thì các biểu ñồ woñ = f(V) và woñ + αb = f(V)

luôn nằm bên phải trục vận tốc, bởi vì các hợp lực mang dấu âm nên ngược chiều chuyển

ñộng.

Biểu ñồ hợp lực ñơn vị cho phép xác ñịnh trị số và dấu của hợp lực với mọi vận tốc

và chế ñộ chạy tàu trên ñường bằng và trên dốc ±i. Khi tàu chạy trên dốc hoặc trong

ñường cong, ta tính theo dốc quy ñổi ± ik và thay ñổi gốc tọa ñộ trên biểu ñồ hợp lực ñơn

vị (lên dốc thì lùi gốc tọa ñộ về phía bên trái, xuống dốc lùi gốc tọa ñộ về phía bên phải

một lượng là ik).

Ở chế ñộ mở máy trên dốc (ik≠0), hợp lực ñơn vị sẽ là fk-w=f(V), và w = wo + wi

=wo ± ik.

Như vậy, với vận tốc và chế ñộ chạy bất kỳ, hợp lực ñơn vị trên dốc khác hợp lực

ñơn vị trên ñường bằng bởi trị số dốc, do ñó biểu ñồ hợp lực ñơn vị có thể ñược dùng cho

mọi loại dốc bằng cách chuyển gốc tọa ñộ sang phải nếu lên dốc hoặc sang trái nếu xuống

dốc.

ðể ý ýrằng với ñoàn tàu có khối lượng ñược tính theo ñiều kiện sử dụng toàn bộ

công suất khi lên dốc hạn chế thì vận tốc cân bằng trên dốc ñó bằng chính vận tốc tính

toán của ñầu máy (vì giả sử Fkp = W tại Vp).

2.7.3. Nắn thẳng trắc dọc. 1. Mục ñích nắn thẳng trắc dọc:

Tốc ñộ chạy tàu ñược tính cho từng yếu tố của trắc dọc, ngoài ra khi ñoàn tàu nằm

trên nhiều yếu tố trắc dọc thì tốc ñộ của nó lại ñược xác ñịnh theo trọng tâm của ñoàn tàu,

vì thế kết quả không chính xác. ðể việc tính tốc ñộ ñược chính xác thì trọng tâm của

ñoàn tàu phải nằm trên một ñộ dốc nào ñó. Việc thay thế một nhóm ñộ dốc kề nhau ñể

cho ñoàn tàu nằm trọn vẹn trên một ñộ dốc ñược gọi là nắn thẳng trắc dọc.

Yếu tố trắc dọc ñược nắn có chiều dài ‡” jt ll = và có ñộ dốc t

12t l

HHi

−=

hoặc là

∑

∑∑

=

== ==k

1jj

k

1jjj

t

k

1jjj

t

l

li

l

li

i

Trong ñó: it - ñộ dốc ñã ñược nắn thẳng.

ij , lj - dốc và chiều dài của từng yếu tốc trắc dọc.

H1, H2 - cao ñộ ñiểm ñầu và cuối của yếu tốc trắc dọc ñược nắn thẳng.

2. Nguyên tắc nắn thẳng:

Khi nắn thẳng trắc dọc, ñể không quá sai lệch so với thực tế cần phải ñảm bảo các

ñiều kiện:

+ Không ñược nắn thẳng các dốc khác dấu với nhau, dốc nằm ngang, dốc ở ga (vì ñể

kiểm tra ñiều kiện khởi ñộng), dốc hạn chế (ñể kiểm tra ñiều kiện hạn chế vận tốc).

+ Qua theo dõi thực tế, khi nắn thẳng so với khi không nắn thẳng trắc dọc thì vận tốc,

thời gian và công cơ học của ñầu máy không khác nhau mấy khi sự chênh lệnh chiều cao

giữa ñộ dốc nắn thẳng và ñộ dốc của từng yếu tố ñược nắn ≤ 2m, tức là:

∆h = |∆hj − ∆ht| ≤ 2m

hay là 1000

li

1000

li j

tj

j − ≤ 2mtj

jii

2000l

−≤→ (2- 133)

Nếu một trong các yếu tố không thỏa mãn ñiều kiện trên thì cần tìm một tổ hợp yếu

tố khác.

+ Nắn thẳng trắc dọc tiến hành riêng biệt cho từng chiều ñi và về.

+ Nếu có ñường cong phải tính cả lực cản phụ do ñường cong gây nên trên ñoạn trắc

dọc ñược nắn thẳng.

ðường 1435mm t

o

rr l

2,12iw ∑α

== lt- chiều dài trắc dọc nắn

thẳng.

ðường 1000mm t

o

rr l

5,7iw ∑α

==

ik = ± it + ir (‰)

Nếu sau khi nắn thẳng, trên trắc dọc vì lý do nào ñó còn lại một số yếu tố không nắn

thẳng ñược, thì trong trường hợp này, dốc tương ñương lực cản ñường cong ñược tính

theo công thức j

o

rr l

2,12iw

∑α== (với ñường 1435mm) hoặc là

j

o

rr liw ∑==

α5,7(với ñường 1000mm). Ở ñây lj là chiều dài yếu tố trắc dọc.

Khi xác ñịnh ∑αo cần cộng góc quay của tất cả các ñường cong trong phạm vi ñoạn

nắn thẳng, không cần ñể ý ñến hướng rẽ. Nếu các ñiểm ñầu và cuối ñoạn nắn thẳng nằm

trên ñường cong thì cần tính góc quay của phần ñường cong nằm trong ñoạn nắn thẳng.

Ví dụ: Có trắc dọc như hình vẽ, hãy tính toán ñể nắn thẳng trắc dọc ñó, biết ip=12‰;

lt=1000m.

%6,50,1

3,0.64,0.13,0.10

l

li

ik

1jj

k

1jjj

t1=

++==

∑

∑

=

=

Kiểm tra khả năng nắn thẳng ñối với nhóm thứ nhất:

4546,510

2000300 =

−<

55526,5

2000400 =

−<

50006,56

2000300 =

−<

9,01000

)4530(2,12

l

2,12i

t

o

r =+

=α

= ∑‰

5,68,0

5,0.83,0..4

l

li

ik

1jj

k

1jjj

t2=

+==

∑

∑

=

=‰

Thứ tự

Chiều dài

từng yếu

ðộ dốc từng

yếu tố

ChiÒu dµi

n¾n

ðộ dốc ñược

nắn thẳng

Tổng góc

quay Σα°

ir ik=±it+ir

Có ñủ khả năng nắn thẳng 3 dốc của

nhóm thứ nhất.

10 2 6 4 8 300 300 300 400 500

α1=30° α2=45°

các yếu

tố tố ñi về thẳng ñi về ®i vÒ

1 300 +10 -10

2 400 +2 -2 1000 +5,6 -5,6 75 0,9 +6,5 -4,7

3 300 +6 -6

4 300 -4 +4 800 -6,5 +6,5 0 0 -6,5 +6,5

5 500 -8 +8

2.7.4. Phương pháp ñồ giải xác ñịnh vận tốc chạy tàu v(S).

2.7.4.1. Xây dựng ñường cong vận tốc v(S) bằng phương pháp Lipest.

1. Chọn tỷ lệ xích.

Trong phương pháp Lipest, chúng ta chọn tỷ lệ xích sao cho không cần phải tính

tgβ= tb

tb

V

)V(rξ . Trên hình vẽ chúng ta xem xét biểu ñồ hợp lực ñơn vị ở chế ñộ kéo.

Hình 2- 17. Bản chất của việc xây dựng ñường cong v(S) theo phương pháp Lipest.

Giả sử cần xây dựng ñoạn ñường cong V(S) trong khoảng ∆V trên hình vẽ bắt ñầu từ

ñiểm a trên dốc 1‰.

Hợp lực r tương ứng với Vtb ñược xác ñịnh bằng cách chuyển gốc tọa ñộ về ñiểm O1.

Ta có tgα = V

r

mặt khác dt

dV1rr

dt

dV

ξ=→ξ=

do ñó tgα = Vdt

dV1

ξ

Chúng ta chọn tỷ lệ xích sao cho tgα = tgβ. Tức là tìm quan hệ thế nào ñó ñể mn

vuông góc với kl. Chúng ta ký hiệu tỷ lệ như sau:

+ Với vận tốc: 1km/h tương ứng m (mm)

+ Với quãng ñường: 1km tương ứng y (mm)

+ Hợp lực ñơn vị: 1N/KN tương ứng k (mm)

Khi xây dựng ñồ thị thì quan hệ giữa các ñại lượng ñược thay bằng quan hệ giữa các

ñoạn thẳng. Như vậy, ñể xác ñịnh một ñại lượng nào ñó, cần lấy ñoạn thẳng của nó nhân

với tỷ lệ tương ứng. Chúng ta biểu diễn tgα ở dạng ñoạn thẳng:

tgα =m

k

dSm

k

Vdt

dV

V

r.

1.

ξ

1.

ξ

1==

Biểu diễn tgβ ở dạng ñoạn thẳng:

tgβ = y

m

dS

dv.

ðể tgα = tgβ ξ=¨=ξ

¨.=..ξ

1¨ 2m

ky

y

m

m

k

y

m

dS

dv

m

k

dS

dv

Quan hệ tỷ lệ trên cho phép ñơn giản hóa việc vẽ ñồ thị.

Thường người ta chọn hai trong ba tỷ lệ trên, còn tỷ lệ thứ ba ñược tính theo biểu

thức trên. Trong tính toán sức kéo, khi thiết kế ñường, chọn y=20mm; m=1mm →

k= 6=20

1.120=

.120 22

y

mmm.

Còn khi giải các bài toán hãm chọn y=120mm; m=1mm; k=1mm.

2. Kỹ thuật xây dựng ñường cong v(S) bằng phương pháp Lipest.

Việc xây dựng bắt ñầu từ v=0 trên ñoạn trắc dọc ga có i=0‰.

+ Trên biểu ñồ fk− ωo = f(v) ta lấy ñiểm 1 là ñiểm giữa của v= 0 và v= 10km/h và kẻ

tia 1-0 (ñiểm 0 là gốc tọa ñộ). Từ ñiểm A tim ga trên trắc dọc vẽ ñường AX1 vuông góc

với tia 1-0 rồi dóng v=10km/h sang cắt AX1 tại ñiểm 1'.

+ Tiếp ñến lấy ñiểm 2 trên biểu ñồ fk − ωo = f(v) là ñiểm giữa của v=10km/h và

v=20km/h vẽ tia 2-0 rồi dóng v=20km/h sang cắt 1'X2 tại ñiểm 2'.

+ Cứ thế tiếp tục cho hết yếu tố i = 0, ta có các ñiểm 1', 2', 3', 4', 5', 6', nối các ñiểm

ñó ta ñược ñường v = f(S) của i = 0;

Tiếp ñến yếu tố trắc dọc i = +3% ta chuyển gốc tọa ñộ sang +3, cũng vẽ tương tự như

trên cho ñến hết yếu tố i=+3%.

Sang yếu tố i=-2‰ ta lại chuyển gốc tọa ñộ sang -2 và quá trình ñược lặp lại như

trên.

Hình 2- 18. Kỹ thuật xây dựng ñường cong v(S) theo phương pháp Lipest.

Chú ý: - Khi chuyển sang yếu tốc trắc dọc mới phải dựa vào biểu ñồ hợp lực ñơn vị

mà xét tốc ñộ tăng hay giảm. Nếu tăng lấy khoảng tốc ñộ trên, nếu giảm lấy khoảng tốc

ñộ dưới (so với yếu tố vừa vẽ).

- Nếu ở yếu tố trắc dọc có i = ip thì vận tốc ấn ñịnh là vp cho hết yếu tố ñó

(chuyển ñộng ñều).

- Khi tàu chạy ñóng máy sử dụng nhánh ñóng máy, còn khi chạy ñóng có hãm

thì sử dụng nhánh ñóng có hãm.

- Trường hợp tại bước cuối cùng khi xây dựng ñường cong v(S) cho một yếu tố

mà hình chiếu ñiểm cuối ñường cong v(S) lại nằm trên yếu tố khác có ñộ dốc khác. Lúc

này cần làm sao cho hình chiếu ñiểm cuối ñường cong v(S) trùng với ñiểm cuối của yếu

tố ñó bằng cách giảm khoảng ∆v (thường thử dần vài lần mới ñạt).

Hình 2- 19. Chọn khoảng ∆v khi chuyển từ yếu tố trắc dọc này sang yếu tố trắc dọc

khác.

2.7.4.2. Xây dựng ñường cong vận tốc v(S) bằng phương pháp Ucrein.

2.7.4.3. Xây dựng ñường cong vận tốc nhờ biểu ñồ vẽ sẵn.

Khi tuyến dài và có nhiều phương án thiết kế thì khối lượng xây dựng ñường cong

vận tốc tăng lên, do vậy người ta sử dụng biểu ñồ vận tốc vẽ sẵn.

Biểu ñồ vận tốc vẽ sẵn là tập hợp các ñường cong vận tốc ñược xây dựng cho loại

ñầu máy và khối lượng toa xe nhất ñịnh với tất cả các trị số dốc có thể gặp trên tuyến.

Trên biểu ñồ vận tốc vẽ sẵn có 3 nhóm ñường cong vận tốc và ñể vẽ chúng có thể

dùng phương pháp Lipest hoặc Ucrein, ñó là:

+ Nhóm vận tốc tăng khi 0 ≤ v ≤ vcb(i) (hoặc là vcấu tạo)

+ Nhóm vận tốc giảm khi vcb(i) < v < vcấu tạo

+ Nhóm vận tốc hãm.

Hình 2- 20. Biểu ñồ vận tốc vẽ sẵn (a) và xây dựng ñường cong

vận tốc v(S) nhờ biểu ñồ vẽ sẵn (b).

ðường cong vận tốc xây dựng theo biểu ñồ vận tốc vẽ sẵn cũng theo tỷ lệ y=20mm;

k=6mm; m=1mm.

ðể minh họa, trên hình 2-21 ñưa ra biểu ñồ vận tốc vẽ sẵn cho các dốc i=0, i= ±5‰

và i=5‰. Phía trái của hình vẽ là biểu ñồ hợp lực ñơn vị ở chế ñộ kéo. Nhờ biểu ñồ hợp

lực ñơn vị chúng ta có thể xác ñịnh ñặc tính thay ñổi vận tốc (tăng hoặc giảm) khi tàu

chuyển từ yếu tố trắc dọc này sang yếu tố khác.

Nếu xây dựng ñường cong v(S) từ lúc tàu dừng thì ñiểm bắt ñầu tàu chạy trên trắc

dọc trùng với ñiểm bắt ñầu trên biểu ñồ vẽ sẵn. Từ hình 2-21a ta có thể tìm ñược ñoạn Oa

của ñường cong vận tốc v(S) ứng với i=0 cho hình 2-21b. Sau ñó ñoàn tàu với vận tốc va

xuống dốc i=5‰, từ hình 2-21a ta lại tìm ñược ñoạn ab của ñường cong vận tốc v(S) ứng

với i=5‰ cho hình 2-21b. Tương tự như trên ñoàn tàu lên dốc i=5‰ với vận tốc vb. Vì

vận tốc cân bằng vcb của dốc i=+5‰ nhỏ hơn vận tốc vb nên khi ñoàn tàu lên dốc 5‰ cần

dùng nhóm vận tốc giảm. Từ hình 2-21a chúng ta xác ñịnh ñoạn bc của ñường cong vận

tốc v(S) ứng với i=-5‰ cho hình 2-21b. Quá trình trên ñược lặp lại cho ñến hết ñoạn

ñường xem xét.

2.7.5. Tính thời gian chạy tàu.

2.7.5.1. Tính thời gian chạy tàu theo vận tốc cân bằng.

Phương pháp tính thời gian chạy tàu theo vận tốc cân bằng không ñòi hỏi phải xây

dựng trước ñường cong v(S). Lúc vạch tuyến, khi phân bố ñiểm phân giới ñể tính phỏng

chừng vận tốc và thời gian chạy của một ñôi tàu, người ta sử dụng phương pháp này.

Giả thiết của phương pháp này là trên mỗi yếu tố trắc dọc tàu chuyển ñộng ñều với

vận tốc cân bằng vcb(i) và khi trọng tâm tàu chuyển sang yếu tố trắc dọc khác thì vận tốc

thay ñổi ñột ngột. Với những giả thiết này, ñồ thị vận tốc có dạng sau:

Hình 2- 21.Vận tốc cân bằng trên các yếu tố trắc dọc khác nhau.

ðồ thị vận tốc và ñường cong vận tốc ñược xây dựng bởi các phương pháp ñồ giải

khác nhau rất lớn. Ở một số yếu tố, vận tốc thực tế lớn hơn, còn một số yếu tố khác vận

tốc thực tế nhỏ hơn. ðể chính xác hơn, ở phương pháp này ngời ta cộng thêm thời gian

khi tăng tốc trên ñoạn ra ga và giảm tốc trên ñoạn vào ga vì ở các ñoạn này, vận tốc bị

tăng lên nhiều so với vận tốc thực tế. Như vậy, thời gian tàu chạy trên mỗi hướng của cả

khu gian là:

t = Σ ti li + tp.z

trong ñó: ti- thời gian tàu chạy với vận tốc ñều trên ñoạn dốc cho trước có chiều dài

1km.

)(

60

icbi v

t = (phút/1km)

li- chiều dài mỗi yếu tố trắc dọc (km).

tpz- thời gian cộng thêm khi tăng, giảm tốc gần ga; tpz = 3 phút.

Muốn xác ñịnh vận tốc cân bằng vcb(i) cho từng ñộ dốc phải dựa vào biểu ñồ hợp lực

ñơn vị. Khi xuống dốc lớn và dài, vận tốc của tàu ñược xác ñịnh bởi vận tốc cấu tạo hoặc

vận tốc tối ña theo ñiều kiện hãm.

Sử dụng vận tốc cân bằng có những sai sót khá lớn so với thực tế. Sai số về thời gian

chạy tàu từ 20-25% nếu trắc dọc gãy khúc nhiều, sai số 10% nếu gãy khúc ít.

2.7.5.2. Xây dựng ñường cong t(S) bằng phương pháp Lêbeñép.

1. Lập luận phương pháp Lêbeñép.

Ở phần 2.7.1, ta ñã chứng minh tgγ = tbv

1. Như vậy, ñể xây dựng ñường cong t(S)

bằng phương pháp Lêbeñép cần dựa vào ñường cong v(S) ñã có bằng cách trong phạm vi

mỗi ñoạn ∆S dựng ñoạn thẳng mà tg góc nghiêng γ của nó tới trục ñường S tỷ lệ nghịch

với vận tốc trung bình trong khoảng ñó.

ðể nhận ñược các góc γ bằng phương pháp ñồ thị, người ta ñặt về bên trái gốc tọa ñộ

O (hình 2-23) một khoảng cách b (mm) rồi từ ñó kẻ ñường phụ trợ song song với trục

tung.

Khoảng cách b ñược chọn sao cho ñường thẳng mn khi nối gốc tọa ñộ với ñiểm giữa

của khoảng vận tốc trên ñường phụ trợ, hợp với trục tung một góc δ bằng góc γ.

Khi xác ñịnh các giá trị này cần nhân chúng với tỷ lệ tương ứng.

Từ tam giác Ocd có tgδ=vm

b

Từ tam giác aef có y

x

vy

x

S

t 1=

∆∆

, trong ñó x - tỷ lệ của thời gian.

Hình 2- 22. Bản chất của việc xây dựng ñường cong t(S) theo phương pháp Lêbêñép.

ðể xác ñịnh khoảng cách b, chúng ta cho tgγ=tgδ. Khi ñó:

vm

b

y

x

v=

1 (2- 134)

từ ñó m

b

y

x=

và khoảng cách cần tìm b=y

mx .

Nếu tgγ=tgọ thì ñường thẳng mn vuông góc với lk, tức là ñể xây dựng ñường cong

t(S) cần tìm vị trí của ñường thẳng mn và kẻ ñường vuông góc với nó trong phạm vi ñoạn

∆S tương ứng.

Thông thường người ta chọn tỷ lệ của thời gian x=600, tức là 1 giờ tương ứng với

600mm, hay là 1 phút - 10mm. Khi ñó nếu y=20mm và m=1mm thì

b= 3020

600.1==

y

mxmm.

2. Kỹ thuật xây dựng ñường cong t(S).

Trên hình 2-24 trình bày cách xây dựng ñường cong t(S). ðầu tiên chọn khoảng ∆v,

rồi qua ñiểm giữa của nó dựng ñường phụ trợ (ñiểm a1). Sau ñó kẻ ñường 1-1 qua gốc

tọa ñộ O. ðường vuông góc với 1-1 trong phạm vi ∆S1 là một ñoạn của ñường cong t(S).

Tiếp theo chọn khoảng ∆v sau (hình chiếu ñiểm giữa trên ñường phụ trợ là ñiểm a2),

rồi kẻ ñường 2-2. ðường vuông góc với ñường 2-2 trong phạm vi ∆S sẽ ñi qua ñiểm cuối

của ñoạn ñường cong t(S) trước ñó. Quá trình tiếp tục cho ñến hết ñoạn ñường xem xét.

ðường cong t(S) và V(S) ñược xây dựng trên cùng một hình vẽ. ðường cong t(S)

tăng liên tục, còn ñường cong V(S) có thể tăng hay giảm tùy theo dốc trắc dọc.

Thời gian chạy tàu từ thời ñiểm khởi ñộng ñến bất cứ thời ñiểm nào khác ñược xác

ñịnh theo tỷ lệ ñã chọn bởi tung ñộ của ñường cong t(S) ở ñiểm xem xét.

Nếu ñường cong t(S) gần vượt quá khổ giấy của hình vẽ thì người ta ngắt quãng nó ở

vị trí tung ñộ là bội số của 10 phút, sau ñó ñặt ñiểm ngắt quãng trên trục ñường và quá

trình xây dựng ñường cong t(S) lại ñược tiếp tục. Thời gian chạy tàu ñược xác ñịnh là

tổng tung ñộ của các ñoạn riêng biệt của t(S).

Hình 2- 23. Kỹ thuật xây dựng ñường cong t(S) bằng phương pháp Lêbêñép.

2.7.5.3. Xác ñịnh thời gian chạy tàu bằng phương pháp ðegterép.

a. Bản chất của phương pháp ðegterép.

Phương pháp tính thời gian tàu chạy do ðegterép ñưa ra dựa trên ñường cong v(S) ñã

ñược xây dựng. ðegterép sử dụng tính chất tỷ lệ của cạnh ñáy và chiều cao của tam giác

cân.

Giả thiết của phương pháp ðegterép: Khác với phương pháp Lipest và Lêbeñép ở

chỗ phương pháp này cho rằng trong khoảng thời gian ∆t = t2 - t1 ≤ 1 phút thì hợp lực và

gia tốc là một ñại lượng không ñổi. Như vậy, tốc ñộ của tàu lúc ñó bằng vtb, do ñú quãng

ñường ∆S tàu chạy tỷ lệ với vtb, tức là vtb tăng thì ∆S cũng tăng. Quan hệ ñó dùng tam

giác cân ñể biểu thị theo tỷ lệ xích sau: v tỷ lệ với chiều cao là m, ∆S tỷ lệ với chiều dài là

y.

α

vtb

∆S

Hình 2- 24. Quan hệ giữa chiều cao và cạnh ñáy của tam giác cân

Như vậy =∆

tbv

S 1

2 tgα tương ứng với ∆t/2 nào ñó

hay tgα = m

yt

m

y

v

S

tb 22

∆=

∆

lấy 1km = y = 20mm

1km/h = m = 1mm

Nếu lấy ∆t = 1 phút thì tgα = 6

1'1.

60

10=

Như vậy tam giác cân có cạnh ñáy ñúng bằng 1km = 20mm, chiều cao 60km/h =

60mm thì ∆t = 1 phút.

Nếu lấy ∆t = 2

1phút thì tgα =

12

1

2

1.

60

10'

=

Như vậy tam giác cân có cạnh ñáy ñúng bằng 1km = 20mm, chiều cao 120km/h =

120mm thì ∆t = 2

1 phút.

b. Cách xác ñịnh thời gian chạy tàu bằng tam giác ðegterép

Hình 2- 25. Tam giác 1 phút và Hình 2- 26. Xác ñịnh thời gian tam giác 1/2 phút chạy tàu theo tam giác 1 phút của ðegterép.

ðặt liên tiếp các tam giác cân ñồng dạng sao cho ñỉnh của nó nằm trên ñường cong

vận tốc, thời gian chạy tàu bằng ñúng số tam giác.

Chú ý: Nếu không ñủ một tam giác thì tính thời gian theo tỷ lệ của khoảng ∆t.

c. Ưu khuyết ñiểm của phương pháp ðegterép.

tgα = tt

∆=∆

101

20

2

Ưu ñiểm: - Có thể ñặt liên tiếp các tam giác cân cùng chiều hoặc ngược chiều chuyển

ñộng.

- Phương pháp này tương ñối dễ vẽ so với phương pháp Lêbeñép và ñộ

chính xác gần bằng phương pháp Lêbeñép khi vận tốc chạy tàu không có sự biến ñộng

lớn. Trường hợp cần chính xác hơn nếu sử dụng các tam giác 1/2 phút và thậm chí tam

giác 1/4 phút.

Nhược ñiểm: Không xét ñến ñường cong thực tế v(S) tại những ñiểm ñổi dốc.

2.8. GIẢI CÁC BÀI TOÁN HÃM 2.8.1. Nội dung của các bài toán hãm.

Hãm có quan hệ lớn ñến an toàn chạy tàu (hạn chế vận tốc khi xuống dốc, chạy

chậm dần khi ñến ñiểm phân giới). ðiều kiện hãm và kết quả hãm ñược quyết ñịnh bởi

các yếu tố:

1- Cự ly hãm Sh (m)

2- Lực hãm và hệ số hãm tính toán ọt

3- ðộ dốc trắc dọc mà trên ñó tàu phải hãm i‰

4- Vận tốc lúc bắt ñầu hãm vñ và lúc kết thúc hãm vc.

Cự ly hãm Sh(m) là khoảng cách ñược tính từ lúc bắt ñầu hãm ñến khi ñoàn tàu dừng

hẳn, cự ly hãm thường dựa vào chế ñộ hãm khẩn cấp và gọi là cự ly hãm tính toán. Theo

quy trình quy ñịnh:

Sh = 1000m ñối với xuống dốc ñến 6‰ (0-6‰)

Sh = 1200m ñối với xuống dốc lớn hơn 6‰ (>6‰)

Cự ly hãm Sh bao gồm cự ly chuẩn bị hãm Scb và cự ly hãm thực tế Stt :

Sh = Scb + Stt (m) (2-

135)

Cự ly chuẩn bị hãm phụ thuộc thời gian chuẩn bị hãm. Thời gian chuẩn bị tcb hãm là

khoảng thời gian bắt ñầu thao tác hãm ñến khi bắt ñầu giảm tốc ñộ, trong khoảng thời

gian này, lực hãm ñược coi như chưa xuất hiện và ñoàn tàu ñã ñi ñược một ñoạn Scb

Scb = vđ. tcb . 278,06,3

.

60.60

1000=

tv= cb® vđ.tcb (m) (2- 136)

Vận tốc ñoàn tàu mà ở ñó sự hãm bắt ñầu gọi là vận tốc bắt ñầu hãm, còn vận tốc xác

lập do kết quả của hãm gọi là vận tốc kết thúc hãm. Khi dừng ñoàn tàu thì vận tốc kết

thúc hãm bằng 0.

Thời gian chuẩn bị tcb phụ thuộc vào kiểu hãm, chiều dài ñoàn tàu và tốc ñộ trên ñó

tàu hãm.

1- Khi hãm tự ñộng cho tàu hàng.

t = a - b

ei

tcb = 7 - b

i t10 (sec) khi ltàu ≤ 850m. (2- 137)

tcb = 9 - b

i t12 (sec) khi 850 <ltàu ≤ 1200m. (2- 138)

tcb = 11 - b

i t15 (sec) khi ltàu > 1200m. (2- 139)

2- Khi hãm tự ñộng cho tàu khách.

tcb = 4 - b

i t5 (sec) (2- 140)

3- Khi hãm ñiện gió.

tcb = 2 (sec)

Trong ñó: a, e - các hệ số thực nghiệm.

it- ñộ dốc ñược nắn thẳng (khi xuống dốc it có dấu (−), lên dốc có dấu (+)).

b- lực hãm ñơn vị ứng với vận tốc bắt ñầu hãm vñ (không ñể ý ñến dấu của

lực hãm).

Cự ly hãm thực tế Stt ñược xác ñịnh theo công thức

( )

( )( )‡”‡”

ω

-17,4

ω-

-17,4 2222 c

®

c

®

v

v t®o

c®v

v t®o

®ctt

i+b+

vv=

i+b+

vv=S (m) (2- 141)

2.8.2. Các bài toán hãm và phương pháp giải chúng.

Tất cả các bài toán hãm có thể ñược chia thành 2 nhóm khi có số liệu ñộ dốc i‰.

Nhóm thứ nhất: bài toán ñược thiết lập dựa trên lực hãm của ñoàn tàu ñã biết thông

qua suất hãm ọt , thông số phải xác ñịnh có thể là cự ly hãm Sh = f(ọt , i, vñ, vc), cú thể là

vận tốc bắt ñầu hóm vñ = f(Sh , i, ọt , vc), cú thể là vận tốc kết thỳc hóm vc = f(Sh , i, ọt , vñ).

Những bài toán thuộc loại này ñược giải ñơn giản nhất là lập một phương trình với một

ẩn số, hoặc lập hai phương trình với hai ẩn số, hoặc theo phương pháp ñồ thị bằng cách

xây dựng ñường v=f(S) ở chế ñộ hãm.

Nhóm thứ hai: bài toán ñược thiết lập trên cơ sở ñã biết cự ly hãm Sh và vận tốc bắt

ñầu hãm vñ. Cần phải xác ñịnh lực hãm của ñoàn tàu thông qua việc tính suất hãm ọt =

f(Sh , i, vñ, vc). ðể giải quyết bài toán này, tiện lợi hơn cả là sử dụng phương pháp ñồ thị

theo trình tự sau:

a) Cho trước một số suất hãm nào ñó, chẳng hạn ọt = 0,2; 0,3; 0,5

b) Với mỗi suất hãm ấy ta tính woñ + b = f(v) và xây dựng ñồ thị tương ứng.

H×nh 2- 2.

c) Ứng với mỗi ñường cong f(v) = woñ + b, ta xây dựng các ñồ thị v = f(S) theo vị trí

hãm trên tuyến biểu thị bởi it (‰).

Hình 2- 27.

d) Ứng với mỗi cự ly hãm thực tế Stt ñã cho, ta xây dựng ñường cong Scb = f(v) theo

phương trình: Scb = 0,278vñ.tcb và nhận ñược các giao ñiểm tương ứng với các ñường

cong v=f(S) ở các trị số δt khác nhau. Chính giao ñiểm này xác ñịnh vận tốc cho phép lớn

nhất trên ñộ dốc ñã cho và cũng là vận tốc bắt ñầu hãm phù hợp với các giá trị δt ở hình

vẽ.

H×nh 2- 3.

e) Cuối cùng phải xây dựng ñồ thị δt= f(v) theo hình trên. Lực này căn cứ vào vận tốc

bắt ñầu hãm ñã cho. Giả sử v = 80km/h, ta tìm ñược suất hãm tương ứng δt =0,35.

f) VìQ

kn

Q

kTi

t

.== ∑δ suy ra số trục có hãm sẽ là

k

Qn t

T

δ= .

2.8.3. Kiểm tra hạn chế vận tốc theo ñiều kiện hãm (tìm vận tốc vñ).

Tức là xác ñịnh vận tốc lớn nhất có thể cho phép theo ñiều kiện hãm khi tàu chạy

trên dốc. Giải bài toán này là tìm trị số vñ thỏa mãn phương trình:

Sh = Stt + Scb

( )‡”

ω

-17,4 22c

®

v

v t®o

c®tt

i+b+

vv=S (m) (2- 142)

63

--,

tvSSSS cb

hcbhtt®== (m) (2- 143)

Bài toán trên có thể giải ñược bằng phương pháp thử dần khi tăng dần trị số vñ rồi

xác ñịnh Scb và Stt. Trị số vñ cần tìm là trị số mà ứng với nó Scb + Stt = Sh. Sơ ñồ khối của

thuật toán giải bài toán xác ñịnh vận tốc cho phép theo ñiều kiện hãm ñược ñưa ra trên

hình 2-31

Hình 2- 28. Sơ ñồ khối thuật toán xác ñịnh vận tốc cho phép theo ñiều kiện hãm.

Những lực tác dụng vào ñoàn tàu ñược tính theo vcb của mỗi khoảng ∆v. Khoảng ∆v

cần lấy nhỏ ñể tránh cộng dồn sai số, trong tính toán chọn ∆v = 2km/h. Khi ñó vñ =vtb +

∆v/2 = vtb +1; vc = vtb -∆v/2-1, do ñó vñ2 – vc

2 = 4vtb. Lúc này công thức (2-134?) tính cho

∆S có dạng:

∆S = 1000(vñ2 – vc

2)/ [ 2.120 (b + wñ + i)] = 16,67 vtb / (b + wñ + i)

Bài toán này giải theo phương pháp ñồ thị ñơn giản hơn bằng cách sau: người ta xây dựng hai ñường cong v(S) và Scb(v), tung ñộ giao cắt của hai ñường này chính là vñ. ðể xây dựng ñồ thị, người ta chọn tỷ lệ sau: m=1mm; k=1mm; y=120mm. ðường

cong v(S) ñược xây dựng theo các phương pháp ñã nêu theo hướng ngược chiều

chuyển ñộng của ñoàn tàu, bắt ñầu từ vận tốc v=0 dựa vào biểu ñồ hợp lực ñơn vị khi

i, δt, Sh

Stt=0

b= 1000δt ϕht

QP

QwPww

"o

'o

o+

+= ®®

®

∆S=16,67v/(b+wo®+i)

Stt = Stt+ ∆S

Scb = 0,278v

−b

eia

B¾t ®Çu

Scb + Stt ≥ Sh

In v®

KÕt thóc

Cã

Kh«ng

v = v + 2

hãm ωoñ+b cho các ñộ dốc từ ip ñến -ip trên ñoạn tuyến thiết kế, và cũng trên ñồ thị ñó

xây dựng ñường chuẩn bị hãm:

6,3

)( cb®cb

tv=vf=S (m)

Scb là một ñường ñược coi là thẳng khi ta cho vñ=0 và vñ=vcấu tạo, còn tcb tính theo ñộ

dốc của Scb. Từ gốc tọa ñộ ñặt về phía ngược lại một ñoạn Sh, ñiểm ñó ñược lấy làm gốc

tọa ñộ ñể xác ñịnh Scb. Các ñường Scb của ip ñến -ip sẽ cắt các ñường v=f(S) theo ñiều kiện

hãm của ip ñến -ip. Ta dóng sang bên cạnh vẽ ñược vñ=f(i), ñó là vận tốc ñầu vñ quy ñịnh

cho mỗi ñộ dốc khi hãm.

H×nh 2- 4.

2.8.4. Xác ñịnh vận tốc cuối trên ñoạn hãm vc.

Khi ñã có vñ, Scb tính ñược Stt và bằng phương pháp ñồ thị, xác ñịnh ñược vc trên các

ñộ dốc ñó như sau: ðặt vñ ở trục tung rồi kẻ ñường song song trục hoành cắt ñường

v=f(S) theo ñiều kiện hãm của ñộ dốc ñó tại ñiểm a, từ ñiểm a kẻ ñường song song trục

tung làm tọa ñộ mới. Từ ñó xác ñịnh trên trục hoành một ñoạn bằng Stt, vẽ ñường song

song trục tung cắt ñường v=f(S) vừa nêu ở ñiểm b và từ ñiểm b này ta xác ñịnh ñược vc.

H×nh 2- 5.

2.8.5. Tính ñến ñiều kiện hãm khi xây dựng ñường cong vận tốc v(S).

ðường cong vận tốc trên khu gian ñược xây dựng trong ñiều kiện sử dụng toàn bộ

lực kéo ñoàn tàu ñể ñạt vận tốc cao nhất. Tuy nhiên, vận tốc tàu không ñược vượt quá:

- Vận tốc cấu tạo của ñầu máy vcấu tạo

- Vận tốc cho phép theo ñiều kiện hãm trên dốc ñó.

- Vận tốc quy ñịnh khi qua ghi hoặc qua những nơi có yêu cầu hạn chế vận tốc (ví

dụ như cầu cống, kết cấu tầng trên của ñường, ñường cong có bán kính nhỏ, ñường sắt

qua thành phố ...).

- Vận tốc cho phép theo cấu tạo các bộ phận chạy của toa xe.

Muốn vậy phải sử dụng hãm thông thường có ñiều hòa, vì vậy ñường biểu diễn

v=f(S) là một ñường thẳng. ðường cong vận tốc trên những ñoạn gần nơi cần hạn chế vận

tốc này ñược xây dựng theo biểu ñồ f(v)=ωñ+αb. Bởi vì ñiểm ở trắc dọc mà tại ñó tàu

cần có vận tốc hạn chế là ñiểm cho trước, do ñó việc xây dựng ñường cong v(S) tốt nhất

nên bắt ñầu từ ñiểm này theo hướng ngược chiều chuyển ñộng của ñoàn tàu. Trường hợp

ngược lại bắt buộc phải tìm ñiểm bắt ñầu hãm bằng cách thử dần.

Hình 2- 29. ðường cong vận tốc v(S) ở ñoạn gần ga khi tàu

vào ñường nhánh và có dừng.

Trên hình vẽ ñưa ra ví dụ xây dựng ñường cong v(S) khi tàu vào ga. Nếu ñón tàu tại

ñường ñón gửi (ñường nhánh) thì vận tốc khi tàu chạy qua ghi không ñược vượt quá vận

tốc cho phép của ghi. Bởi vì trong tính toán sức kéo, ñoàn tàu ñược coi là một chất ñiểm

có lực ñặt tại trọng tâm (ñặt tại ñiểm giữa) nên ñể ñảm bảo ñầu máy qua ghi với vận tốc

cho phép thì khi xây dựng ñường cong v(S) cần tính ñến chiều dài ñoàn tàu bằng cách ñặt

từ ghi một ñoạn ltàu/2 về phía ngược chiều chuyển ñộng.

ðể tìm ñiểm bắt ñầu hãm thông thường (T), ñường cong vận tốc ñược xây dựng từ

tim ga (ñiểm 0) theo hướng ngược chiều chuyển ñộng từ v=0. Bởi vì khi tàu dừng, ñiểm

giữa của nó trùng với tim ga. ðường cong vận tốc ñược xây dựng theo biểu ñồ hợp lực

khi hãm thông thường f(v)=ωñ + αb từ v=0 tới v=vghi (ñiểm p). Trên các ñường từ p ñến

m, vtàu=vghi. Tàu trên quãng ñường này phụ thuộc vào dốc của trắc dọc, có thể chạy mở

máy, có thể chạy ñóng máy, cũng có thể hãm (nếu i>ωoñ).

Từ ñiểm m (cách tim ga một ñoạn là lga/2 + ltàu/2), vẽ tiếp ñường v=f(S) trong chế ñộ

hãm thông thường về phía ngược chiều chuyển ñộng cho tới khi cắt ñường v=f(S) vẽ theo

chiều chuyển ñộng từ ga trước ñó (ñiểm T). Trên hình vẽ các mũi tên chỉ hướng xây dựng

các ñoạn ñường cong vận tốc.

Trong thực tế khi tới gần ga, nhiều khi ñể tàu giảm vận tốc, người ta cho tàu chạy

ñóng máy chứ không chạy mở máy hạn chế công suất. Lúc này ñường cong vận tốc ñược

xây dựng theo biểu ñồ ωoñ (v). Ở hình vẽ trên ñường cong vận tốc khi chạy ñóng máy

ñược thể hiện bằng các nét gạch.

2.9. TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG

2.9.1. Nội dung tính năng lượng.

a) Công cơ học của ñầu máy RM.

b) Công cơ học của lực cản RC.

c) Chi phí ñiện năng cho ñầu máy ñiện.

d) Chi phí dầu ñiezen cho ñầu máy ñiezen.

e) Chi phí lượng hao hơi, hao nước và hao than cho ñầu máy hơi nước.

Dựa trên các chỉ tiêu này trong quá trình thiết kế người ta tính ñược chi phí khai

thác, ñiều này là cần thiết khi lập phương án tuyến theo quan ñiểm kinh tế.

2.9.2. Các chế ñộ chuyển ñộng của tàu.

ðể tính toán năng lượng cần xác ñịnh chế ñộ chuyển ñộng của tàu trên từng ñoạn

trắc dọc theo ñường cong vận tốc v(S).

+ Tàu chạy mở máy: tức là sử dụng toàn bộ công suất của ñầu máy ñể nhận ñược

vận tốc lớn nhất và thời gian ít nhất.

+ Tàu chạy ñóng máy: ngắt ñộng cơ kéo và lực kéo không tồn tại.

+ Tàu chạy ñóng máy kết hợp hãm.

+ Tàu chạy có hạn chế công suất.

Khi xác ñịnh chế ñộ chạy tàu cần chú ý là tàu lúc nào cũng thể hiện hết lực kéo ñể

ñạt ñến vận tốc lớn nhất, vì vậy:

+ Khi tàu chưa ñạt vận tốc tối ña hay vận tốc giới hạn cho phép nào ñó (như vận

tốc lớn nhất theo ñiều kiện hãm hay vận tốc hạn chế qua ghi ...) thì tàu ñang chạy ở

chế ñộ mở máy.

+ Khi tàu ñạt ñến vận tốc tối ña (hay giới hạn) có thể xảy ra:

* Tàu chạy ñóng máy, khi ñó tàu sử dụng ñộng năng dự trữ từ trước hay

tàu chạy nhờ sức hút của ñất (xuống dốc).

* Tàu chạy có hãm.

* Tàu chạy theo chế ñộ hạn chế cụng suất ñầu mỏy.

Ví dụ: Xem xét một ñoạn ñường mà trên ñó, vận tốc tàu bị hạn chế v=80km/h do

ñiều kiện hãm.

Hình 2- 30. Xác ñịnh chế ñộ chuyển ñộng của ñoàn tàu.

Trường hợp xuống dốc i=8‰, trước khi ñạt vận tốc 80km/h thì tàu chạy mở máy, khi

v=80km/h thì có ωi=8N/kN; ωoñ=3N/kN, như vậy ñể v=const thì hợp lực ñơn vị phải

bằng 0, hay là cần một lực hãm ñơn vị là bT=ωi-ωoñ.

Trường hợp xuống dốc i=2‰, ωi=2N/kN; ωoñ=3N/kN (ứng với v=80km/h), như vậy

ñể v=const thì hợp lực ñơn vị phải bằng 0 hay là cần một phần lực kéo là fhc=ωoñ - ωi.

Kết luận: Như vậy ñể xác ñịnh chế ñộ chạy tàu trong trường hợp chuyển ñộng ñều

cần so sánh i với ωoñ.

a) Nếu i>ωoñ thì cần hãm ñiều hòa với trị số bct=i-ωoñ hay là Bct=g(P+Q)(i-ωoñ).

b) Nếu i=ωoñ thì cần ñóng máy.

c) Nếu i<ωoñ thì cần bổ sung lực kéo trị số fhc=ωoñ -i hay là Fhc=g(P+Q)(ωoñ - i).

2.9.3. Xác ñịnh công cơ học của ñầu máy.

Công cơ học của ñầu máy là công của lực kéo trên tất cả các ñoạn ñường mà tàu

chạy mở máy. Trên một quãng ñường nào ñó từ S1 ñến S2, công cơ học ñược thể hiện ở

dạng tích phân là:

∫=2

1

S

S

kM dSFR (MJ) (2- 144)

Theo công thức trên ta thấy Fk=f(v) mà v luôn thay ñổi nên tính toán theo phương

pháp giải tích rất phức tạp, do ñó nên dùng phương pháp ñồ giải.

Theo phương pháp ñồ giải, dựa vào ñường cong v(S) vẽ ñồ thị Fk(S). ðồ thị Fk(S) vẽ

ngay trên cùng một hình vẽ với ñồ thị v(S) với tỷ lệ tùy ý sao cho vẽ ñược dễ dàng. Mặt

khác ñường cong này dựa vào ñường ñặc tính lực kéo Fk = f(v) của loại ñầu máy ta ñang

xét, nhưng trị số Fk thì tương ứng với các trị số vận tốc lấy ở ñường v=f(S) (cần lấy ñược

hết những ñiểm ñặc trưng của ñường v=f(S) và số ñiểm không nên lấy ít quá ñể ñảm bảo

mức ñộ chính xác).

Cách vẽ trên tương ứng với trường hợp ñầu máy chạy hết công suất có sử dụng lực

kéo lớn nhất, còn những ñoạn lực kéo bằng Fk=0 (tức là chạy ñóng máy) thì ngắt ñường

biểu diễn Fk=f(S) ra. Với những ñoạn chạy theo chế ñộ hạn chế công suất của ñầu máy,

tức là giữ cho vận tốc cố ñịnh (chạy ñều) như là qua ghi, qua cầu dài mà không ñược

vượt quá vận tốc giới hạn nào ñó thì lực kéo:

Fk=Wk=ωo(P+Q)g ± ik(P+Q)g =g (P+Q)(ωo ± ik) (2- 145)

Khi vẽ xong ñường Fk=f(S), ta tính diện tích hình bị giới hạn bởi ñường ñó và trục

hoành, trục tung, sau ñó nhân với tỷ lệ xích thì có công:

RM=Ωq (MJ). (2- 146)

Việc chọn tỷ lệ xích ñược tiến hành như sau:

+ Nếu 1cm trên trục tung có m kilô Niutơn và 1cm trên trục hành có y kilômét thì

giá trị của diện tích 1cm2 là q=my MJ

+ Ta chọn 1km = 20mm

10KN= 2,5mm

2.9.4. Xác ñịnh công cơ học của lực cản.

Công cơ học của lực cản RC xác ñịnh mức ñộ hao mòn các bộ phận chuyển ñộng của

ñoàn tàu và của kiến trúc tầng trên. Từ ñó xác ñịnh các khoản chi phí khai thác tương ứng

liên quan ñến sự hao mòn ñó.

Khi thiết kế tuyến mới, ñể so sánh các phương án tuyến thiết kế phải tính ñược công

cơ học của lực cản.

Công cơ học của lực cản ñược xác ñịnh như sau:

RC = Rω + Rb (2- 147)

+ Rω - công cơ học của lực cản, bao gồm công cơ học của lực cản cơ bản và lực

cản phụ do ñường cong:

Rω =g (P+Q)(ωo + ωr).Si.10-3 (MJ) (2- 148)

Ở ñây, Si - chiều dài ñoạn ñường ñang xét, km.

+ Rb - công cơ học của lực hãm

Rb =g (P+Q)b.Sb.10-3 (MJ)

(2- 149)

Trong ñó Sb- các quãng ñường có hãm, km.

Như vậy, Rc = g[(P+Q)(ωo + ωr).Si + (P+Q)b.Sb].10-3 (MJ) (2- 150)

10N.km = 0,5cm2

→ 1cm2 = 20KN.km = 20MJ

Tính RC theo công thức trên rất phức tạp vì phải tính nó trên từng yếu tố cho nên

trong thực tế người ta tính RC theo RM khi sử dụng ñịnh luật biến ñổi ñộng năng.

∆T = RM − RC − Rh (2- 151)

Trong ñó ∆T- ñại lượng biến ñổi ñộng năng, MJ

∆T= (P+Q)(1+γ) 32

22

10.6,3.1

−− dc vv

Rh - công tích lũy thế năng, MJ.

Từ ñó RC = RM − Rh − ∆T (2- 152)

Rc = Rm − g(P+Q)∆h.10-3 - 4,17(P+Q)(vc2− vñ

2).10-3 (MJ)

Theo công thức trên, Rc phụ thuộc vñ, vc, vào cao ñộ ñiểm ñầu, ñiểm cuối của ñoạn

ñang xét, còn vận tốc và cao ñộ của các ñiểm trung gian trong ñoạn ñường ñó không ảnh

hưởng gì tới công của lực cản.

- Nếu ở ñoạn ñang xét có Hñ = Hc; vñ = vc → Rc = Rm

- Nếu vñ = vc nhưng Hñ ≠ Hc thì

+ Hc > Hñ → Rc < Rm

+ Hc < Hñ → Rc > Rm

- Nếu Hñ = Hc nhưng vñ ≠ vc thì

+ vc > vñ → Rc < Rm

+ vc < vñ → Rc > Rm

- Nếu tàu có dừng ở hai ga thì vñ = vc và Rc = Rm − g(P+Q)∆h.10-3 (MJ)

- Vì |Rh | ở chiều ñi và chiều về như nhau nên RM(ñi) + RM(về) = RC(ñi) + RC(về)

2.9.5. Tính tiêu hao nhiên liệu ở ñầu máy ñiezen.

Lượng tiêu hao nhiên liệu của ñầu máy ñiezen thường căn cứ vào trạng thái vận hành

của ñầu máy có hoặc không sử dụng sức kéo ñể tính toán và ñược xác ñịnh bằng tổng các

lượng tiêu hao nhiên liệu trong các khoảng thời gian ở chế ñộ chạy mở máy (có sử dụng

sức kéo) và chạy ñóng máy, hãm hoặc dừng tàu (không sử dụng sức kéo). Ttrong các

khoảng thời gian này, lượng tiêu hao nhiên liệu coi là không ñổi với vận tốc chạy tàu

trung bình).

‡”1

n

=i

®®mm tg+tG=E (kg)

Trong ñó: Gm - lượng tiêu hao nhiên liệu ñơn vị trong chế ñộ kéo sau 1 phút chạy

tàu ứng với vận tốc trung bình của ñầu máy và tay máy ở vị trí nhất ñịnh (kg/phút).

tm - thời gian ñộng cơ ñiezen làm việc ở vận tốc trung bình (phút).

gñ - lượng tiêu hao nhiên liệu ñơn vị của ñộng cơ ñiezen khi tàu chạy

ñóng máy (kg/phút).

tñ - thời gian tàu chạy ñóng máy (phút).

n - số khoảng thời gian ñược phân chia, trong ñó mỗi khoảng có vận

tốc trung bình khác nhau.

Các trị số của G và gñ lấy theo ñồ thị tiêu hao nhiên liệu ñầu máy trong quy trình

tính sức kéo.

Bảng 2-4. Vận tốc quay của trục khuỷu ñộng cơ ñiezen và lượng tiêu hao nhiên liệu

khi tàu chạy ñóng máy

Loại ñầu máy Vận tốc vòng quay trục

(vòng/phút)

Lượng tiêu hao nhiên liệu

(kg/phút)

D4H 600 0,12

D11H 650 0,20

D9E 450 0,16

D13E 450 0,16

D18E 450 0,16

Bảng 2- 5. Tiêu hao nhiên liệu của ñầu máy ñiezen Liên Xô cũ Tí10 khi tàu chạy mở

máy.

Thứ tự v® vc vtb Tiêu hao nhiên

yếu tố km/h liệu (kg/phút)

1 0 13 6,5 3,0

2 13 25 19 5,65

3 25 20,5 22,7 5,65

Khi tính lượng tiêu hao nhiên liệu của ñầu máy ñiezen cần lập thành bảng (xem bảng

2-9)

Bảng 2- 6. Bảng tính tiêu hao nhiên liệu của ñầu máy ñiezen.

Thứ tự

Tình

huống

Vận tốc

(km/h)

Chạy mở máy

Chạy ñà, hãm,

dừng

Tiêu hao

yếu tố vận hành

v® vc vtb ∆t Gm ∆t g® nhiên liệu

trắc dọc ñầu máy (phút) (kg/phút) (phút) (kg/phút) E (kg)

Lượng tiêu hao nhiên liệu của ñầu máy có thể tính sơ bộ cho 10kN.km công cơ học

của ñầu máy khi chạy mở máy là 0,80÷0,85kg. Khi ñó tiêu hao nhiên liệu của ñầu máy là

Em = (0,80 ÷ 0,85)RM (kg).

Suất tiêu hao nhiên liệu tính cho 100 nghìn kN.km công vận chuyển (cả bì).

LQP

Ee

)(

10. 4

+= (2- 153)

Trong ñó : L - Chiều dài ñoạn tuyến tính toán, km.

2.9.6. Tiêu hao năng lượng ñiện của ñầu máy ñiện.

Tiêu hao năng lượng ñiện ñể kéo ñoàn tàu ñược xác ñịnh theo biểu thức sau:

çct

t

ec dtI

UA

®60

= (2- 154)

Trong ñó: Uc - ðiện áp lưới tại cầu tiếp ñiện, V;

Ie - Dòng ñiện phụ thuộc thời gian, A.

Khi thay tích phân bằng tổng các số gia hữu hạn và chuyển từ W.h sang kW.h, chúng

ta nhận ñược:

ç ∆ c

tb

t

t

ec tI

UA

®100060

=)(.

ðể xác ñịnh giá trị )( tbeI cần xây dựng ñường cong Ie(S) dòng ñiện của ñầu máy ñiện

theo quãng ñường. ðường cong này ñược xây dựng trên cơ sở ñặc tính dòng ñiện ñầu

máy theo vận tốc chạy tàu Ie(v).

Lượng tiêu hao ñiện của ñầu máy ñiện A ñược tính trên cơ sở lượng tiêu hao ñiện khi

ñầu máy có sử dụng sức kéo Ay và lượng tiêu hao ñiện khi không sử dụng sức kéo Ao của

chạy ñà, hãm và dừng tàu

A= Ay + Ao

Lượng tiêu hao ñiện có thể tính theo “dòng hữu ích” ampe hoặc có thể tính theo “ñơn

vị thời gian”.

1. Lượng tiờu hao ñiện tớch theo “dũng hữu ớch”.

Lượng tiêu hao ñiện khi có sử dụng sức kéo

Ay = 100060.

.)(

‡” ∆tIUtbec

(kW/h)

Trong ñó: )( tbeI - Dòng ñiện hữu ích bình quân khi có sử dụng sức kéo, A.

∆t- Khoảng thời gian trong mỗi giãn cách vận tốc, phút.

ðường cong Ie=f(v) là ñường ñặc tính dòng ñiện ñầu máy theo vận tốc chạy tàu.

ðể thuận lợi, ta lập bảng (2-10):

Bảng 2- 7. Bảng tính tiêu hao ñiện khi dùng “dòng ñiện hữu ích”.

Thø tù

gi¶n

c¸ch

Ph−¬ng

thøc ®iÒu

khiÓn

VËn tèc

®Çu v®

(km/h)

VËn tèc

cuèi vc

(km/h)

VËn tèc

b×nh qu©n

vtb (km/h)

Thêi gian

vËn hµnh

∆t (phót)

Dßng ®iÖn

h÷u Ých b×nh

qu©n )( tbeI (A)

Ie.∆t

(A.phót

)

Lượng tiêu hao ñiện khi không sử dụng sức kéo (chạy ñà, hãm, dừng)

Ao = ( )100060.

.‡” ∆ opc tIUo (kW/h)

Trong ñó: opI - Dòng ñiện khi không sử dụng sức kéo (A); ở trạng thái chạy

ñà, hãm gió ép, dừng ở ga opI = 2A, khi hãm ñiện trở

opI = 10A

∆to- thời gian tương ứng với opI , phút.

2. Lượng tiêu hao tính theo ñơn vị thời gian:

A= Ay + Ao = Σ (ay.∆t) + Σ (ao.∆to) (kW.h)

Trong ñó: ay- Lượng tiêu hao ñiện ñơn vị thời gian (kW.h/phút) của ñầu

máy ở vị trí tay gạt và tốc ñộ nào ñó,

∆t - Thời gian tương ứng với các ay, phút.

ao - Lượng tiêu hao ñiện ñơn vị thời gian (kW.h/phút) của chạy

ñà, hãm, dừng tàu, lấy ao= 0,83; ở hãm ñiện trở ao= 4,17

∆to - Thời gian tương ứng với các ao , phút.

Cách tính toán trên cũng ñược lập thành bảng (xem bảng 2-11)

Bảng 2- 8. Bảng tính lượng tiêu hao ñiện theo

“Lượng tiêu hao ñiệnñơn vị thời gian”.

Thứ tự

giản

cách tốc

ñộ

Phương

thức

ñiều

khiển

Vận tốc

ñầu vñ

(km/h)

Vận tốc

cuối vc

(km/h)

Vận tốc

bình quân

vtb (km/h)

Thời gian

vận hành

∆t (phút)

Lượng tiêu

hao ñiện ñơn

vị thời gian a

(kW.h/phút)

Lượng

tiêu hao

ñiện A

(kW.h)

Lượng tiêu hao ñiện tính cho 100 nghìn kN.km công vận chuyển

LQP

Aa

)(

.

+

10=

4

Trong ñó: L- Chiều dài ñoạn tuyến tính toán.

2.10. TÍNH SỨC KÉO ðẦU MÁY TRÊN MÁY TÍNH ðIỆN TỬ

2.10.1. ðặt vấn ñề.

Khi thiết kế ñường sắt mới và cải tạo ñường sắt cũ phải thực hiện một khối lượng

tính sức kéo rất lớn ñối với các loại ñầu máy và khối lượng ñoàn tàu khác nhau. Khi giải

bài toán lựa chọn loại sức kéo và tiêu chuẩn khối lượng thì số lượng các phương án tính

sức kéo rất lớn.

Trong những trường hợp này sử dụng máy tính ñiện tử là hiệu quả nhất vì nó cho

phép nhận ñược kết quả nhanh chóng và có thể mở rộng phạm vi các vấn ñề nghiên cứu.

ðể tính sức kéo trên máy tính ñiện tử ñòi hỏi giải quyết một loạt các vấn ñề có tính

nguyên tắc, bao gồm:

1- Lựa chọn phương pháp số hợp lý ñể giải phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu.

2- Cung cấp thông tin về:

a- Lực kéo ñầu máy

b- Lực cản cơ bản của ñầu máy và ñoàn xe

c- Trắc dọc và bình ñồ ñoạn tuyến thiết kế

d- Hạn chế vận tốc chạy tàu

Cũng như khi giải những bài toán khác, trên máy tính ñầu tiên cần xác lập thuật toán

tính sức kéo và xác ñịnh ñộ chính xác khi tính toán. Sau ñó lập chương trình tính sức kéo.

Tựy theo mục ñớch lập chương trỡnh tớnh sức kộo trờn mỏy tớnh chỳng ta cú thể

xỏc ñịnh khụng chỉ vận tốc và thời gian chạy tàu mà cũn tớnh cụng cơ học của lực kộo và

lực cản, cũng như xỏc ñịnh tiờu hao năng lượng ...

Việc sử dụng máy tính ñiện tử cho phép không những tăng nhanh quá trình tính toán

sức kéo mà còn giải hàng loạt những bài toán khó giải ñược bằng phương pháp thông

thường. Ví dụ như máy tính cho phép xây dựng ñường cong v(S) cho sức kéo ñiện có

tính ñến ñiện áp thực tế trên mạng tiếp xúc và lựa chọn ñược chế ñộ ñiều khiển ñoàn tàu

hợp lý cũng như giải quyết các bài toán phức tạp khác.

2.10.2. Phương pháp số giải phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu.

ðể giải phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu trên máy tính có thể sử dụng phương

pháp giải tích gần ñúng (xem 2.6) dựa trên giả thiết là trong khoảng vận tốc nhất ñịnh ∆v

hợp lực không ñổi. ðể nâng cao ñộ chính xác của kết quả có thể giảm khoảng ∆v.

Tuy nhiên phương pháp này không hoàn toàn thuận tiện khi sử dụng máy tính, bởi vì

ñiểm cuối của ñoạn ñường tương ứng với khoảng ∆v ñã cho có thể nằm ngoài yếu tố trắc

dọc ñang xét. Vì vậy trong chương trình máy tính cần kiểm tra bằng cách giảm khoảng

∆v cuối cùng, hay nói cách khác là chọn vận tốc cuối sao cho ở ñó hình chiếu ñứng của

ñiểm cuối ñường cong v(S) trùng với ñiểm cuối của yếu tố trắc dọc.

Việc kiểm tra và lựa chọn trên ñã ñược thực hiện khi xây dựng ñường cong vận tốc

v(S) theo phương pháp Lipest. Nhưng khi giải trên máy tính thì việc lựa chọn giá trị

khoảng ∆v cuối cùng sẽ mất nhiều công sức.

Vì vậy tốt nhất là giải phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu cho một ñoạn ñường

∆S nào ñó, tức là biết vận tốc ñầu vñ của khoảng ∆v cần tìm vc của khoảng ñó.

vc = vñ + ∆v (2- 155)

Khi ñó ta cho rằng lực kéo và lực cản của chuyển ñộng không ñổi trong khoảng ∆S

và tương ứng với nó có khoảng ∆v.

ðể giải phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu có thể dùng nhiều phương pháp khác

nhau. Một trong những phương pháp ñó là phương pháp ƠLe. Phương pháp này ñơn giản

và rõ ràng mặc dù hiệu quả không cao.

Ở phương pháp ƠLe phương trình vi phân ñược thay bằng phương trình biến phân.

Nếu nhân cả hai vế phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu )v(rdt

dvξ= với

v

1 ta có )v(r

v

)v(r

dS

dv1=ξ= .

Thay ñạo hàm bằng tỷ lệ, ta có:

)v(rdS

dvi

i1= , hoặc là )v(r

S

vvi

ii1

1 =∆

−+

trong ñó ∆S - số gia quãng ñường, ñược lấy không ñổi.

Vận tốc ở ñiểm cuối khoảng ∆S là

vi+1 = vi +r1 (vi) ∆S.

Ý nghĩa hình học của phương pháp ƠLe (hình 2- 34) là ở chỗ qua ñiểm ai ta xác ñịnh

ñược tiếp tuyến ñường cong thực tế aiai+1 . Như vậy thay bằng ñường cong v(S) ñi qua

ñiểm ban ñầu (vo, So) chúng ta nhận ñược ñường gãy khúc ƠLe gần giống với nó. Nếu

chọn ñược ∆S nhỏ vô cùng thì ñường gãy khúc ƠLe trùng với ñường cong thực tế.

vi

ai

ai+1

ai+1

•

•

•

v

Hình 2- 31. Ý nghĩa hình học của phương pháp ƠLe.

Trên hình 2-36a biểu diễn ñường gãy khúc ƠLe trong trường hợp vận tốc tăng. Lúc

này vận tốc nhận ñược nhờ tính toán lớn hơn vận tốc thực tế bởi vì trên suốt ñoạn ∆S hợp

lực ñơn vị lấy theo vận tốc ban ñầu và nó nhỏ hơn vận tốc thực tế.

Hình 2- 32. ðường gãy khúc ƠLe:

a- Vận tốc tăng; b- Vận tốc giảm

Phương pháp ƠLe có thể ñược áp dụng với một chế ñộ chạy tàu và chỉ cần thay ñổi

hợp lực ñơn vị r(v) phù hợp với các chế ñộ ñó.

Sai số tích lũy ở phương pháp ƠLe phụ thuộc vào giá trị ∆S ñược chọn, và như vậy

vào các khoảng chia trên ñoạn ñường tính toán. Như vậy ñể nâng ñộ chính xác lên k lần

cần tăng số ñiểm chia lên k lần. ðiều này dẫn ñến tăng khối lượng tính toán và ñó là

nhược ñiểm của phương pháp ƠLe.

Như thực tế tính sức kéo ñã chỉ ra, kết quả tính toán chấp nhận ñược khi ∆S=100m

và v≥30÷40km/h, khi ∆S=50m và v<30km/h. Trong chương trình có thể thay ñổi bước

tính phụ thuộc vận tốc.

Khi tàu chạy ñóng máy có hãm bình thường, ta có thể thể hiện hợp lực ñơn vị ở dạng

giải tích như hàm số của vận tốc.

S4 S0

v0

S

v

S1 S2 S3 S5

•

•

•

§−êng gyy khóc ¥Le

S4 S0

v0

S

v

S1 S2 S3 S5

• •

•

§−êng gyy khóc ¥Le

a) b)

0 0

rh(v) = woñ + 0,5b = a1+b1v+c1v2 + 0,5.270 tv

vδ

++

1005

100 (2- 156)

trong ñó: δt - hệ số hãm tính toán

và quãng ñường ∆S = ∫ ξ

c

d

v

v h )v(r

vdv (2- 157)

Ở ñây ñoạn vc - vñ có thể lấy tùy ý chứ không phải cố ñịnh như trong trường hợp tích

phân gần ñúng.

2.10.3. Lượng thông tin xuất phát. ðể tính sức kéo trên máy tính cần phải biết lượng thông tin về ñầu máy, khối lượng

và thành phần ñoàn tàu, trắc dọc và bình ñồ ñoạn tuyến.

Lượng thông tin về ñầu máy và toa xe gồm khối lượng ñầu máy P, khối lượng ñoàn

tàu Q, lực cản ñơn vị cơ bản và lực kéo tùy theo vận tốc tàu. Lực cản ñơn vị cơ bản của

ñầu máy và toa xe ở chế ñộ kéo và ñóng máy ñược xác ñịnh theo công thức thực nghiệm:

w0' = a + bv + cv2 (2- 158)

Bất cứ một lượng thông tin nào cũng phải ñược biểu thị dưới dạng công thức ñể ñưa

vào chương trình máy tính. ðể có ñược lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy wo' và của toa

xe wo" cần phải chương trình hóa một cách ñầy ñủ công thức (2-352).

Chương trình xác ñịnh lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của ñoàn tàu bao gồm:

1- Xác ñịnh tải trọng trục cho các loại toa khác nhau có trong thành phần của ñoàn

tàu qo(i).

2- Xác ñịnh tỷ lệ các loại toa theo khối lượng αi.

3- Xác ñịnh lực cản ñơn vị bình quân của ñoàn toa xe.

+++= ∑

= )i(q

vdvcbaw iii

i

k

ii

"

0

2

10 α

4- Xác ñịnh lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy

w0' = a + bv + cv2

5- Xác ñịnh lực cản ñơn vị bình quân của cả ñoàn tàu

QP

QwPww

"'

+

+= 00

0

Các số liệu xuất phát cho sơ ñồ khối trên của chương trình tính sức kéo là:

1- Khối lượng hàng và bì của toa xe trong một ñoàn tàu.

2- Tỷ lệ tính theo số lượng mỗi loại toa xe có trong ñoàn tàu.

3- Các hệ số công thức thực nghiệm của lực cản cơ bản của mỗi loại ñầu máy và mỗi

loại toa xe.

Thể hiện lực kéo ở dạng giải tích có khó khăn vì ñường ñặc tính kéo Fk(v) ñược xác

ñịnh từ thử nghiệm ngoại trừ ñoạn ñường ñặc tính kéo có lực kéo ñược giới hạn theo

ñiều kiện bám có dạng biểu thức giải tích như sau:

Fk = 1000gPΨ(v)

Trong ñó Ψ(v)- hệ số bám lăn tính toán là hàm của vận tốc. Lực kéo ñầu máy ñược

giới hạn bởi ñiều kiện bám lăn trong vùng tốc ñộ v∈(0, v1) (v1 là vận tốc tại ñiểm giao cắt

giữa ñường hạn chế lực kéo theo ñiều kiện bám và ñường hạn chế lực kéo theo công suất

kéo của ñộng cơ)). Nếu v> v1 thì lực kéo ñược giới hạn bởi công suất kéo của ñộng cơ,

tức là khi v∈(v1, vcấutạo ). ðường ñặc tính kéo của ñầu máy ñiêzen có thể ñược coi là

ñường hypecbôn và trong phạm vi v∈(v1, vcấutạo ) có thể lấy:

v

NFk =

N - công suất của ñầu máy tại vp và tương ứng với nó có lực kéo Fkp (C cố ñịnh

ñối với mỗi loại ñầu máy C=Fk.v=const).

Trắc dọc của ñoạn ñường ñược cho dưới dạng số. Mỗi yếu tố trắc dọc là một cặp số

có số thứ tự gồm giá trị ñộ dốc và chiều dài của nó. ðộ dốc i‰ tính theo từng chiều lên

dốc là dấu (+), xuống dốc là dấu (-).

Có thể lập một chương trình con ñể nắn thẳng trắc dọc. ðường cong ở bình ñồ ñược

tính tương ñương như lực cản của một ñộ dốc. Dốc này cũng ñược tính theo một chương

trình con.

Ngoài ra cần có thông tin về hạn chế vận tốc do ñường cong, ñầu máy toa xe và trạng

thái ñường.

2.10.4. Thuật toán tính lực kéo. Chương trình tính lực kéo cần phải ñược xây dựng sao cho khi chạy tàu qua ñoạn

ñường ∆S có thể xác ñịnh vận tốc của ñoàn tàu, thời gian thông qua và các chỉ tiêu khác ở

cuối ñoạn ñó như: công cơ học của lực kéo, lực cản và chi phí về nhiên liệu .v.v...

Chương trình cần xác ñịnh ñược thời ñiểm ñoàn tàu chuyển từ yếu tố trắc dọc này sang

yếu tố trắc dọc khác cũng như thời ñiểm khi ñoàn tàu ñã qua hết ñoạn ñường. Ở cuối mỗi

ñoạn cần xác ñịnh tổng thời gian chạy tàu, công cơ học của lực kéo và lực cản, tiêu hao

năng lượng.

Trong chương trình cần kiểm tra và giới hạn vận tốc chạy tàu khi xuống dốc dài.

Các kí hiệu:

- k số thứ tự các yếu tố trắc dọc.

- Rm công cơ học của lực kéo ñầu máy trên các ñoạn.

- ik ñộ dốc yếu tố k.

- lk chiều dài yếu tố k.

- t thời gian chạy tàu trên tất cả các ñoạn.

- ∆Rm gia số công cơ học của lực kéo trên ñoạn ∆S.

- vtb vận tốc trung bình trong ñoạn ∆S.

- n tổng số yếu tố trắc dọc trên ñoạn ñường.

Trình tự thuật toán như sau:

Bước 1: Nhập số liệu Fkp, ip, vp, ik, lk

Bước 2: Tính lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy w'0

Bước 3: Tính lực cản ñơn vị cơ bản của toa xe w0"

Bước 4: Tính trọng lượng ñoàn tàu:

g)iw(

g)iw(PFQ

p"

p'

kp

+

+−=

0

0

Bước 5: Tính thời gian chạy tàu gồm:

- Tính lực kéo fk phụ thuộc vào vận tốc:

+ Khi v ≤ vp thì:

QP

P

g)QP(

Ff kp

k +=

+= ∑ψ1000

+ Khi v > vp thì: 1v)QP(

Nf k +

=

- Tính lực cản ñơn vị cơ bản của ñoàn tàu theo v1

QP

QwPww

''

+

+= 00

0

- Tính vận tốc của ñoàn tàu trên các ñoạn ∆S (∆S ≤ 100m) tính theo từng chiều.

Trên khu gian vận tốc theo một chiều bắt ñầu vñ=0 ở ga xuất phát và kết thúc vc=0 ở

ga sau. ñoàn tàu chuyển ñộng trên khu gian vận tốc thay ñổi phụ thuộc vào ñộ dốc của

các yếu tố trắc dọc và tốc ñộ phải ñược khống chế theo tốc ñộ cấu tạo của ñầu máy. vmax

≤ vct.

Ở ñoạn cuối khu gian ñể ñoàn tàu dừng lại ở ga, do ñó ta phải xác ñịnh vận tốc ở

ñoạn ñóng kết hợp với hãm.

- Tàu chạy theo chế ñộ mở máy

vi +1 = vi +120(fk - w0 - i) i

i

v

s∆

- Tàu chạy theo chế ñộ ñóng có hãm.

vi +1 = vi + ξw0ñ + αb.

= vi + 120 i

i

i

i"'

v

sip??

v

v..,

QP

QwPw ∆

+

+

++

+

+

1005

1002705000

Ở ñây vi (ở mẫu số) khi ở ga xuất phát lấy bằng v khởi ñộng = 10km/h.

- Tính thời gian chạy tàu:

∑=

∆=

n

i tb

i

v

st

1

60 , trong ñó 2

1 iitb

vvv

+= +

Bước 6: Tính công cơ học của lực kéo.

Rm = ∑Fki ∆Si. 10-3 (tấn/km)

Trong ñó, tb

ki v

NF =

Bước 7: Tính công cơ học của lực cản

Rc = ∑ [Rm - (P+Q)∆h 10-3 - 4,2(P+Q)(vc - vñ) 10-6]

Bước 8: Tính lượng tiêu hao nhiên liệu E

E = ∑ Gmtm + gñtñ (kg)

Máy tính in kết quả của v, t, Fk, Rm, Rc, E trên từng ñoạn ∆S.

Hình 2- 33. Sơ ñồ thuật toán tính lực kéo.

v®, vct , P, Q, C, M T=0; RM=0; A=1

i, l S = 0

Kết thúc

B¾t ®Çu

Khôn

S>L

v ≥ vct

KhônKhôn

v ≥ v1

v=vct T=T+v

SL −C

C

v

CF =

w >| i

R = R +(w- | i |)(P

C

Kết thúc yếu tố v ; t

C

Khôn

F =

g)QP(

Ff

+= ;

∆v =120∆S (f - w - i)/v v = v +∆v; S =S +∆S

T = T + 60/(v - 0,5∆v)

R = R + F∆S.10-3

A=M

Kết thúc toàn ñoạn T ; R

Khôn

C

CHƯƠNG 3

ðIỀU TRA KINH TẾ

3.1. Ý NGHĨA, NHIỆM VỤ, PHÂN LOẠI, NỘI DUNG ðIỀU TRA KINH TẾ

3.1.1. Ý nghĩa và nhiệm vụ ñiều tra kinh tế.

1. Ý nghĩa.

Mục tiêu cuối cùng của ngành giao thông vận tải nói chung và ñường sắt nói

riêng là không ngừng thỏa mãn nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách ngày

càng tăng, tiến tới giảm chi phí xã hội, giảm giá thành vận tải.

Kết quả ñiều tra kinh tế ñóng vai trò hết sức quan trọng trong việc: lựa chọn

phương thức vận tải, lựa chọn vị trí tuyến ñường, ấn ñịnh năng lực cho các công trình

thiết kế mới và chọn phương án thiết kế cải tạo ñường hiện có.

ðể thực hiện ñược ñiều ñó, trước hết phải biết ñược nhu cầu vận chuyển hiện tại

và tương lai trong vùng thu hút của tuyến thiết kế. Xác ñịnh một cách ñầy ñủ, chính

xác nhu cầu vận tải của các ngành kinh tế bằng các phương thức khác nhau trong

vùng thu hút là nhiệm vụ cơ bản của công tác ñiều tra kinh tế.

2. Nhiệm vụ ñiều tra kinh tế.

Nhiệm vụ cụ thể của ñiều tra kinh tế là: Thu thập những số liệu kinh tế kỹ thuật,

những kế hoạch phát triển của các ngành kinh tế có liên quan ñến quy mô và kết cấu

của công trình, mức ñộ ảnh hưởng của tuyến ñường sau khi xây dựng ñến các công

trình khác trong khu vực.

Trong thực tế, căn cứ vào tác dụng của công tác ñiều tra mà ñề ra nhiệm vụ cụ

thể.

Khi thiết kế ñường sắt mới, nhiệm vụ ñiều tra kinh tế là:

- Xác ñịnh vai trò và ý nghĩa của ñường thiết kế phụ thuộc vào ñặc tính quan hệ

kinh tế vận tải mà ñường cần phục vụ; xác ñịnh ý nghĩa của ñường thiết kế trong

mạng ñường sắt ñang khai thác và mối quan hệ của nó với các loại hình giao thông

khác; xác ñịnh các chỉ tiêu về hiệu quả xây dựng ñường thiết kế.

- Xác ñịnh khối lượng vận chuyển hàng hóa và hành khách vào các năm tính

toán; ảnh hưởng của ñường thiết kế tới cấu trúc và khối lượng vận chuyển hàng hóa

và hành khách của các ñường ñang khai thác trong khu vực ñường thiết kế.

- ðưa ra các phương án có thể về hướng tuyến từ quan ñiểm ñảm bảo vận tải liên

khu vực và trong khu vực cũng như nhu cầu của các khu vực kinh tế trong vùng hấp

dẫn của ñường thiết kế.

- Xác ñịnh các chỉ tiêu hiệu quả của chi phí ñể xây dựng ñường thiết kế.

-Thiết lập các chỉ tiêu kinh tế về hoạt ñộng của ñường thiết kế và ảnh hưởng của

chúng tới việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của ñường thiết kế cũng như tới hoạt

ñộng của mạng ñường sắt ñang khai thác.

Khi thiết kế cải tạo ñường cũ, nhiệm vụ ñiều tra kinh tế cũng tương tự như với

ñường mới, cụ thể là:

- Lập luận về sự thay ñổi có thể, vai trò và ý nghĩa của ñường cải tạo ñể ñáp ứng

nhu cầu vận chuyển ngày càng tăng.

- Xác ñịnh khối lượng vận chuyển tính toán của ñường cải tạo vào các năm tính

toán, cũng như tính ñến ảnh hưởng của việc tăng cường năng lực ñường cải tạo tới

cấu trúc và khối lượng vận chuyển luồng hàng của mạng ñường sắt ñang khai thác và

của các loại hình giao thông khác trong khu vực ñường sắt cải tạo.

- Xác ñịnh các chỉ tiêu kinh tế về hoạt ñộng của ñường cũ khi tăng cường năng

lực.

3.1.2. Phân loại ñiều tra kinh tế, ñiều tra kinh tế theo giai ñoạn thiết kế.

1. Phân loại ñiều tra kinh tế.

Cho ñến nay có nhiều cách phân loại ñiều tra, dưới ñây ta ñiểm qua một số cách

phân loại ñiều tra chính.

- Phân loại theo ngành vận tải.

- Phân loại theo tính chất, nhiệm vụ ñiều tra.

- Phân loại theo phạm vi ñiều tra.

- Phân loại theo khối lượng công tác ñiều tra.

Phân loại theo ngành vận tải bao gồm: ñiều tra ngành ñường sắt, ñiều tra ngành

ñường thủy, ôtô, hàng không v.v...

Phân loại theo tính chất, nhiệm vụ ñiều tra bao gồm: ñiều tra phục vụ cho việc

lập kế hoạch vận tải, ñiều tra phục vụ cho việc thiết kể cải tạo hoặc xây dựng mới

tuyến ñường hoặc thiết kế quy hoạch mạng lưới ñường, ñiều tra phục vụ cho việc sửa

ñổi hay bổ sung kế hoạch vận chuyển.

Phân loại theo phạm vi ñiều tra bao gồm: ñiều tra tổng quát và ñiều tra theo từng

vấn ñề.

Phân loại theo khối lượng công tác bao gồm: ñiều tra sơ bộ và ñiều tra chi tiết.

Theo mục ñích thiết kế ñường sắt, người ta còn chia ra ñiều tra ñộc lập và ñiều

tra mạng lưới.

ðiều tra ñộc lập nhằm mục ñích phục vụ cho việc chọn phương án thiết kế một

tuyến ñường nối giữa hai hay nhiều ñiểm kinh tế ñã ñược ấn ñịnh trước.

Nhiệm vụ của ñiều tra ñộc lập là: Nghiên cứu tỡnh hỡnh phỏt triển kinh tế trong

vựng tuyến ñi qua, tỡm ra quan hệ giữa kinh tế với vận tải trong vựng, xỏc ñịnh ý

nghĩa tuyến ñường, khối lượng hàng hóa và hành khách mà tuyến sẽ ñảm nhận trong

những năm khai thác. Mặt khác, kết quả ñiều tra ñộc lập cũng phải xác ñịnh ñược vai

trò của tuyến thiết kế trong việc ñảm bảo quan hệ với các vùng lân cận về tính chất,

khối lượng cần vận chuyển của các vùng tuyến sẽ phải ñảm nhận.

Nhiệm vụ của ñiều tra ñộc lập khi cải tạo ñường sắt cũng giống như khi thiết kế

ñường mới. Trên ñường cải tạo, nhờ vào việc nghiên cứu các số liệu thống kê về vận

chuyển có thể xác ñịnh chính xác hơn vai trò của ñường khi phục vụ nền kinh tế và

lập ñược danh sách khách hàng cũng như khả năng thay ñổi của nó trong tương lai.

ðiều tra mạng lưới là loại ñiều tra kinh tế nhằm giải quyết những quan hệ vận tải

phức tạp. Nhiệm vụ của nó là: Nghiên cứu những mối liên quan giữa hai hay nhiều

vùng kinh tế ñể lập luận về cơ cấu mạng lưới giao thông phù hợp cho nhiều vùng

kinh tế nào ñó.

ðiều tra mạng lưới cũng ñược tiến hành trong trường hợp phải thiết kế một

tuyến ñường sắt nối giữa các vùng kinh tế với nhau.

ðiều tra mạng lưới ñặc biệt cần thiết khi phải so sánh vận tải ñường sắt với các

dạng vận tải khác.

Nội dung khi phải thiết kế một tuyến ñường sắt, ta phải kết hợp ñiều tra ñộc lập

tuyến và ñiều tra mạng lưới. Bởi vì khi thiết kế một tuyến ñường không cho phép chỉ

xét ñộc lập tuyến ñó mà không chú ý tới những tuyến ñường khác có liên quan.

2. ðiều tra kinh tế ở các giai ñoạn thiết kế.

ðiều tra kinh tế có thể tiến hành ở giai ñoạn tiền thiết kế (lập dự án) cũng như

các giai ñoạn thiết kế.

ðiều tra mạng lưới chỉ tiến hành ở giai ñoạn dự án, loại ñiều tra này có ý nghĩa

quan trọng trong những trường hợp sau:

a. Khi cần thiết ñưa ra các phương án có thể của các mối quan hệ vận tải và ñịnh

ra những hướng tuyến mà theo ñó về sau cần tiến hành ñiều tra ñộc lập.

b. ðối với những công trình ñặc biệt phức tạp và các mạng giao thông ñể trước

khi ñiều tra ñộc lập cần lựa chọn loại hình giao thông hoặc là ñưa ra các phương án

có ảnh hưởng nhất tới ñiều kiện giảm tải cho các ñường sắt ñang khai thác.

c. Trước khi bắt ñầu ñiều tra ñộc lập cần lập luận hiệu quả và thời hạn xây dựng

các công trình giao thông hoặc là lập luận các phương thức cải tạo mạng giao thông

hiện có.

ðiều tra ñộc lập về nguyên tắc ñược tiến hành trong giai ñoạn thiết kế, chỉ trong

những trường hợp ñặc biệt mới tiến hành trong giai ñoạn lập dự án. ðiều tra ñộc lập

ở giai ñoạn lập dự án có thể rất cần thiết ñối với những công trình phức tạp có chiều

dài lớn trong ñiều kiện chưa rõ ràng khi nối chúng với các ñường sắt ñã có hoặc là

những công trình có các phương án thiết kế khác nhau cơ bản.

Như chúng ta ñã biết, ở giai ñoạn tiền thiết kế có thể cần lập dự án tiến khả thi

và dự án khả thi. Sản phẩm chủ yếu của ñiều tra khi ñiều tra mạng lưới và ñiều tra

ñộc lập ở giai ñoạn tiền thiết kế là những chương kinh tế quan trọng.

Ở giai ñoạn thiết kế, trên cơ sở ñiều tra kinh tế ñộc lập cần lập chương kinh tế

của thiết kế kỹ thuật với ñộ chi tiết cần thiết của các số liệu kinh tế, trước hết là khối

lượng vận chuyển hàng hoá và hành khách ñể thiết kế ñường và các công trình riêng

biệt trên ñường.

Ở giai ñoạn này cần ñiều tra kinh tế ñể lập luận loại ñường, năng lực thiết kế và

các thông số lỹ thuật cơ bản của ñường cũng như loại và năng lực của các công trình

trên ñường. Việc tính toán khối lượng vận chuyển ñược căn cứ theo loại hàng và ga

ñể lập luận vị trí ga cũng như tiết bị cơ giới cho ga.

Ở giai ñoạn lập bản vẽ thi công về nguyên tắc không cần ñiều tra kinh tế. Ở ñây

có thể chỉ yêu cầu chi tiết hoá hoặc làm rõ số liệu tính toán khối lượng vận chuyển

hàng hoá và hành khách khi thiết kế các công trình riêng biệt.

3.1.3. Loại hàng chuyên chở và những chỉ tiêu khối lượng vận chuyển trên

ñường thiết kế.

3.1.3.1. Loại hàng chuyên chở.

Khi xác ñịnh khối lượng vận chuyển trong các năm tính toán của tuyến thiết kế,

người ta phân ra các loại hàng chuyên chở sau:

1. Khi xét nhiều phương thức vận tải, người ta chia ra vận tải ñơn thức và vận tải

ña phương thức.

Vận tải ñơn thức (nhất nguyên) do một hình thức vận tải ñảm nhận, vận tải ña

phương thức gồm hai hay nhiều hình thức vận tải thực hiện.

2. Khi xét một phương thức vận tải, người ta phân biệt vận tải suốt và vận tải ñịa

phương.

Vận tải suốt bao gồm toàn bộ hàng hóa và hành khách phải chuyên chở theo

ñường thiết kế từ ga bên ngoài ñường thiết kế ñến ga khác cũng nằm ngoài ñường ñó.

Tất cả các vận tải khác gọi là vận tải ñịa phương. Hàng chuyên chở ñịa phương cũng

ñược thực hiện qua các ga của ñường thiết kế và chia ra hàng chở vào, chở ra và

chuyên chở nội bộ, chuyên chở giữa các ga (xem hình vẽ 3.1)

Theo quan ñiểm thiết kế tuyến, chuyên chở hành khách ñược phân ra chở suốt,

chở ñịa phương và chở ngoại ô.

Hình 3- 1. Các loại hình vận chuyển hàng.

3.1.3.2. Những chỉ tiêu vận chuyển của tuyến thiết kế.

Nhờ ñiều tra kinh tế xác ñịnh ñược những chỉ tiêu về khối lượng công tác của

tuyến thiết kế ñảm nhận trong những năm tính toán. Chỉ tiêu ñó bao gồm:

1. Khối lượng hàng ñược vận chuyển theo năm - GVC bao gồm hàng chở vào GV,

chở ra Gr, chở nội bộ Gn, chở suốt GS (tấn/năm).

GVC = GV + Gr + Gn + GS (3- 1)

Khối lượng hàng hóa vận chuyển này ñược tính riêng cho từng chiều, từng ñoạn

của tuyến ñường.

2. Hàng hóa chở ñi, Gñi , bao gồm hàng chở ra, chở nội bộ (tấn/năm).

Gñi = Gr + Gn (3- 2)

3. Khối lượng hàng hóa chở ñến, Gñến , bao gồm hàng chở vào và chở nội bộ

(tấn/năm).

Gñến = Gv + Gn (3- 3)

4. Hàng chở ñịa phương GVC(ñ.p) bao g toàn bộ hàng xếp lên, dỡ xuống trên các

ga của tuyến thiết kế, tức là toàn bộ hàng chở ñi và chở ñến (tấn/năm).

GVC(ñ.p) = Gñi + Gñến = Gr + GV + 2Gn

(3- 4)

5. Sản lượng hàng hóa vận chuyển theo tấn-km - GT.KM (Tải lượng vận chuyển

hàng hóa, lượng chu chuyển hàng hóa).

Là hoạt ñộng vận chuyển hàng hóa ñược tính bằng tấn-km. Nó cũng ñược tính

riêng cho từng chiều, từng ñoạn ñường hoặc toàn tuyến thiết kế.

GT.KM = ‡”gl (3- 5)

Trong ñó: g - khối lượng của từng loại hàng hóa vận chuyển (tấn/năm) (theo

loại hình vận tải).

l - cự ly vận chuyển tương ứng từng loại hàng chạy trên tuyến hoặc

ñoạn ñường (km).

Cần phân biệt sản lượng vận chuyển hàng hóa theo tải trọng (khối lượng có hiệu

quả của hàng hóa không kể bì) và theo tổng trọng (khối lượng hàng hóa kể cả bì).

Trong các tài liệu thống kê, nhiều khi nói rõ tổng trọng tức là gồm trọng lượng hàng

hóa, khối lượng toa xe và ñầu máy. Trong trường hợp không nêu rõ thì coi ñó là sản

lượng vận chuyển hàng hóa theo tải trọng.

Ở dạng ñầy ñủ, công thức (3-4) có thể viết như sau:

GT.KM = ‡” .. vv lg + rr lg .‡” + LG+lg Snn ..‡” (3- 6)

gv, gr, gn, GS - khối lượng từng loại hàng hóa chuyên chở (tấn/năm).

lv, lr, ln - cự ly vận chuyển tương ứng từng loạt hàng (km).

L - chiều dài ñường hay ñoạn ñường tham gia chở suốt (km).

6. Cường ñộ hóa vận G (T.KM/KM.năm).

Cường ñộ hóa vận là một trong những số ño quan trọng của vận chuyển hàng

hóa, quyết ñịnh năng lực cần thiết của ñường ñể ñảm bảo lượng vận chuyển này:

L

G=G KMT. (3- 7)

Trong ñó: L - chiều dài toàn bộ tuyến thiết kế (km).

Cường ñộ hóa vận xác ñịnh luồng hàng trung bình trong một năm trong giới hạn

một ñoạn ñường, một tuyến ñường hay toàn bộ mạng lưới ñường. Cường ñộ hóa vận

có số ño (ñơn vị ño) là T-km trên 1km ñường trong năm (T-km/km năm hoặc là triệu

T-km/km năm).

Cần chú ý trong công thức (3-6), tử số là toàn bộ sản lượng vận chuyển các loại

hàng của tuyến ñường trong một năm. Vì mỗi loại hàng hóa khác nhau ñược vận

chuyển với cự ly khác nhau trong năm nên trong công thức (3-6) không ñược ñơn

giản hóa T.km/km.năm thành T/năm.

ðối với vận chuyển hành khách cũng tính toán tương tự như vận chuyển hàng.

Tức là khối lượng hành khách ñược vận chuyển theo năm ký hiệu: KVC; lượng hành

khách vận chuyển theo km ký hiệu: Kk.km, và cường ñộ khách vận K

(khách.km/km.năm).

Lượng khách vận chuyển theo km ñược tính tương tự như sản lượng vận chuyển

hàng hóa theo km cho từng loại hành khách ñược vận chuyển.

‡” 0- ln=K kmk (Kh.km) (3- 8)

Trong ñó: n0 - Số lượng khách ñược chuyên chở (kh) theo từng loại ñoàn

tàu (tàu ñịa phương, tàu liên vận)

l - Cự ly vận chuyển bình quân (km)

Cường ñộ khách vận cũng ñược tính bằng công thức:

L

KK KMK−= (3- 9)

Các chỉ tiêu vận chuyển nêu trên ñặc trưng cho công tác vận tải của ñường

thiết kế.

3.1.4. Tài liệu ban ñầu ñể ñiều tra kinh tế và nội dung cơ bản của ñiều tra kinh

tế phục vụ thiết kế ñường sắt.

3.1.4.1. Tài liệu ban ñầu ñể ñiều tra kinh tế.

ðể xác ñịnh vai trò và ảnh hưởng của ñường thiết kế tới sự phát triển của nền

kinh tế khu vực và ñể ñảm bảo mối quan hệ vận tải cần thiết ( ?), cũng như xác ñịnh

khối lượng vận chuyển tính toán thì ñiều tra kinh tế cần dựa trên các số liệu thống kê

và số liệu kế hoạch. Trong trường hợp chung cần những số liệu sau:

1- Số liệu thống kê về bố trí sản xuất, số lượng sản phẩm và nhu cầu nguyên vật

liệu cũng như mối quan hệ vận tải của tất cả các ngành trong khu vực;

2- Số liệu dân cư vào năm ñiều tra gần nhất;

3- Các nghị quyết chỉ thị hoặc dự kiến về việc phát triển các ngành của nền kinh

tế tại khu vực trong tương lai;

4- Các số liệu kế hoạch về việc phát triển tất cả các ngành quan trọng trong khu

vực;

5- Các số liệu thống kê hoặc kế hoạch về ñặc ñiểm và khối lượng trao ñổi hàng

hóa hiện tại hay là tương lai giữa các khu vực với nhau khi không và có tính ñến

ñường thiết kế.

Việc tập hợp, xử lý và phân tích những tài liệu này ñòi hỏi trước hết phải xác

ñịnh rõ là tài liệu thống kê và kế hoạch nào, theo ñối tượng công trình nào và với

mục ñích nào có ýý nghĩa quan trọng tới công dụng và cấp của ñường thiết kế trong

mạng lưới giao thông.

Ở ñây, loại ñiều tra kinh tế và giai ñoạn thiết kế ñóng vai trò quan trọng. ðiều tra

thiết kế mạgn lưới cần bao quát tất cả khu vực, ñiều tra kinh tế ñộc lập ở giai ñoạn

thiết kế kỹ thuật có thể hạn chế ở việc ñiều tra kinh tế vận tải khu vực chịu ảnh

hưởng trực tiếp của ñường, còn ñiều tra kinh tế ở giai ñoạn bản vẽ thi công có thể

hạn chế ở việc ñiều tra kinh tế liên quan ñến việc thiết kế những thiết bị và công trình

trên ñường sắt.

ðiều tra kinh tế tại chỗ khu vực có công trình giao thông cần thiết kế là quan

trọng và công phu nhất. Sự cần thiết của loại ñiều tra này là do cần nghiên cứu trên

thực ñịa các số liệu về tài nguyên thiên nhiên cũng như các cơ sở kinh tế và sự phát

triển ngành công nghiệp liên quan tới chúng trong tương lai. Ngoài ra cần phải ñiều

tra tình hình hoạt ñộng của các ñường sắt ñang khai thác và thu thập các số liệu về

mối quan hệ giữa vận tải và kinh tế ở từng nhà máy và từng ngành kinh tế (từ ñâu

chuyển nguyên vật liệu và thiết bị ñến, chở ñi ñâu các sản phẩm làm ra ...)

ðối với ñường sắt cũ, tài liệu quan trọng ñể xác ñịnh mức tăng của khối lượng

vận chuyển không chỉ là số liệu trong tương lai mà còn là số liệu thống kê trong

nhiều năm khi sử dụng ñường sắt theo từng ñoạn ñường, từng ga hàng và ñầu mối.

Những loại ñiều tra này thường ñược thực hiện bởi các nhà kinh tế chuyên

ngành trong sự hợp tác chặt chẽ với các tổ chức sản xuất và các tổ chức lập kế hoạch

theo những chương trình ñã ñược thực hiện trước ñó. Những chương trình này có

danh mục các tài liệu cần thu thập trong quá trình làm việc với các Bộ ngành, các cơ

quan nghiên cứu khoa học và tư vấn thiết kế liên quan.

3.1.4.2. Nội dung cơ bản của ñiều tra kinh tế phục vụ thiết kế ñường sắt.

Nội dung công tác ñiều tra kinh tế phụ thuộc vào vai trò của ñường thiết kế trong

mạng lưới ñường, mục ñích ñiều tra, loại ñiều tra, nhiệm vụ ñiều tra và giai ñoạn

thiết kế.

Nội dung giai ñoạn lập dự án và giai ñoạn thiết kế khác nhau nhiều.

ðiều kiện kinh tế ở giai ñoạn lập dự án trong những trường hợp phức tạp có

nhiệm vụ chủ yếu là nêu ra các tiền ñề về kinh tế ñể hình thành mối liên kết vận tải

trên cơ sở dự báo việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên và sự phát triển nền kinh tế

trong vùng ñiều tra.

Khi ñiều tra mạng lưới nhiệm vụ nêu trên thực chất là xác lập các yêu cầu kinh

tế trong vùng ñiều tra ñể phát triển hợp lý mạng giao thông chung trên cơ sở cải tạo

ñường ñang khai thác và xây dựng ñường mới trong sự kết hợp kinh tế hợp lý với các

loại hình giao thông khác. Trong quá trình ñiều tra kinh tế mạng lưới các phương án

hướng tuyến ñược nghiên cứu và ñánh giá cũng như xác lập ñược khối lượng vận

chuyển tính toán tương ứng với các phương án này và tập hợp ñược các tài liệu cần

thiết ñể ñiều tra ñộc lập.

Khi ñiều tra kinh tế ñộc lập ở giai ñoạn lập dự án, nhiệm vụ nêu trên sẽ dễ dàng

hơn, bởi vì chỉ cần xác lập các yêu cầu kinh tế với các phương án tuyến cạnh trạnh

của ñường thiết kế.

ðiều tra kinh tế ñộc lập phục vụ giai ñoạn thiết kế kỹ thuật một tuyến ñường sắt

phải ñạt ñược những nội dung cơ bản sau:

- Thu thập những tài liệu cần thiết ñể xác ñịnh lượng chu chuyển hàng hóa ñịa

phương (tải lượng) và số lượng hành khách cần chuyên chở trên ñường thiết kế trong

những năm tính toán.

- Thu thập tài liệu ñủ ñể xác ñịnh tải lượng hàng hóa chở suốt (nếu có) của

ñường thiết kế.

- Tính toán tổng quát cường ñộ hóa vận và cường ñộ khách vận trong những

năm tính toán.

- Phân tích những ñặc ñiểm kinh tế của ñường thiết kế và hoàn thành chương

trình ñiều tra kinh tế tương ứng với giai ñoạn thiết kế của ñường.

Một trong những nội dung quan trọng của ñiều tra kinh tế là xác ñịnh khối lượng

vận chuyển yêu cầu của ñường thiết kế trong những năm tính toán. Những tính toán

này phải dựa vào tài liệu thống kê, và trong những trường hợp cần thiết phải tiến

hành ñiều tra sơ bộ về kinh tế và vận tải tại khu vực ñường ñi qua, tức là khu vực hấp

dẫn của ñường.

Khu vực hấp dẫn của ñường thiết kế là một vùng ñịa lý mà trên ñó là các ñiểm

dân cư, ñiểm kinh tế có nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách trên ñường thiết

kế.

Khu vực hấp dẫn ñược phân ra khu vực hấp dẫn trực tiếp, khu vực hấp dẫn trung

chuyển (khu vực hấp dẫn chuyển tải). Khu vực hấp dẫn của ñường ñược xác ñịnh

bằng phương pháp biểu ñồ, biểu ñồ phân tích và phương pháp phân tích.

Ở ñây ta không nghiên cứu sâu sắc về các phương pháp nêu trên, song cũng cần

phân biệt rõ khu vực hấp dẫn của ga, của ñoạn ñường và của toàn bộ tuyến ñường

sắt.

Trên hình vẽ 3-2 chỉ ra khu vực hấp dẫn từng ga (I, II, III, IV) và khu vực hấp

dẫn của hai ñoạn ñường sắt A - B và B - C.

H×nh 3- 1. S¬ ®å khu vùc hÊp dÉn trùc tiÕp.

ðể xác ñịnh khu vực hấp dẫn cần sơ bộ nghiên cứu vùng (thường lớn hơn khu

vực hấp dẫn) mà trên ñó có các trung tâm sản xuất hàng hóa, các khu dân cư, các mỏ

khoáng sản. Chúng có ảnh hưởng ñáng kể tới khối lượng vận chuyển của ñường thiết

kế. Vùng trên ñược gọi là khu vực ñiều tra sơ bộ.

Kết quả của việc ñiều tra kinh tế ñược thể hiện bằng kết quả tính toán khối lượng

vận chuyển yêu cầu của ñường thiết kế.

Tính toán khối lượng vận chuyển yêu cầu ñược tiến hành theo trình tự sau:

- Xác ñịnh các khu vực ñiều tra sơ bộ, thu thập tài liệu và nghiên cứu những ñặc

tính kinh tế của các khu vực ñó.

- Nghiên cứu những ñặc tính của các quan hệ kinh tế vận tải mà ñường thiết kế

có thể phải ñảm nhận, ñồng thời xác ñịnh vai trò của ñường thiết kế trong việc vận

chuyển hàng hóa nội bộ và hàng hóa chở suốt.

- Xác ñịnh các trung tâm sản xuất hàng hóa mà tuyến có thể ñi qua, ñồng thời dự

kiến những phương án hướng tuyến có thể ñi qua các trung tâm tạo hàng ñó.

- Xác ñịnh khu vực hấp dẫn trực tiếp.

- Xác ñịnh khối lượng hàng hóa và hành khách vận chuyển (chở vào, chở ra, chở

nội bộ) trong các năm tính toán.

- Xác ñịnh khối lượng hàng vận chuyển suốt trong những năm tính toán.

- Xác ñịnh cường ñộ hóa vận của ñường thiết kế theo chiều và theo nhóm hàng.

Tùy theo giai ñoạn thiết kế mà xác ñịnh cho cả ñường, cho từng ñoạn hoặc cho từng

ga.

- Xác ñịnh số lượng khách vận chuyển yêu cầu (gồm chở ngoại ô, chở xa, chở

suốt) trong những năm tính toán với mức ñộ chính xác tùy theo giai ñoạn thiết kế.

3.1.5. Thời hạn tính toán của ñiều tra kinh tế.

ðể ñảm bảo năng lực của ñường thiết kế trong năm ñầu khai thác và những năm

tương lai, việc ñiều tra kinh tế phải xác ñịnh ñược khối lượng hàng hóa vận chuyển

năm và những chỉ tiêu cơ bản khác của tuyến thiết kế theo những giai ñoạn khai thác

khác nhau. Thời hạn này không ñược nhỏ hơn 10 năm ở giai ñoạn thiết kế kỹ thuật

và không ñược nhỏ hơn 15 năm ñối với giai ñoạn lập dự án.

ðể xác ñịnh năng lực tính toán của từng công trình ñường sắt thì theo quy phạm

cường ñộ hóa vận ñược xác ñịnh vào các năm tính toán thứ hai (ñược coi là năm

ñường bắt ñầu ñưa vào khai thác), năm thứ năm, thứ mười nếu có thể thì xa hơn nữa.

Trong trường hợp không ñầy ñủ số liệu dự báo về mức tăng khối lượng vận

chuyển ở những năm tương lai thì việc ñiều tra kinh tế ít nhất cũng phải ấn ñịnh mức

tăng của khối lượng hàng hóa vận chuyển trong tương lai. Lúc này cho phép coi khối

lượng hàng hóa vào những năm sau tăng theo quy luật tuyến tính ? và như vậy cường

ñộ hóa vận của ñường Gt trong năm tính toán t có thể ñược xác ñịnh từ năm xuất phát

- Gn như sau:

Gt = Gn +b (t-n) (3- 10)

Trong ñó: n - năm tính toán xuất phát (năm muộn nhất, ở năm nay khối lượng

vận chuyển ñược xác ñịnh trực tiếp).

t - năm cần tính khối lượng hàng hóa vận chuyển.

b - mức tăng khối lượng hàng chuyên chở theo năm, triệu

T.km/km.năm.

Khi tính toán khối lượng hàng hóa vận chuyển trong năm tương lai cần chú ý

không chỉ tới sự thay ñổi về khối lượng mà còn tới sự thay ñổi về tính chất hàng hóa

và chiều vận chuyển (sự thay ñổi luồng hàng, cơ cấu sản lượng theo từng loại

hàng...). Những sự thay ñổi này có thể là do phát triển những ngành mới và những

nhà máy mới hoặc là do xây dựng ñường sắt mới và cải tạo ñường cũ.

3.2. KHU VỰC HẤP DẪN TRỰC TIẾP, KHỐI LƯỢNG HÀNG HÓA VẬN

CHUYỂN CỦA ðỊA PHƯƠNG.

Khu vực hấp dẫn trực tiếp là khu vực ñịa lý mà trên ñó các cơ sở sản xuất và tiêu

thụ, khu vực dân cư yêu cầu ñược vận chuyển hàng hóa và hành khách trực tiếp ñến

tuyến thiết kế.

Trình tự tính toán khối lượng hàng hóa vận chuyển của ñịa phương của ñường

thiết kế gồm các bước sau:

- ðề xuất những phương án có thể về hướng của tuyến thiết kế.

- Xác ñịnh khu vực hấp dẫn trực tiếp.

- ðiều tra kinh tế trong khu vực hấp dẫn trực tiếp.

- Tính toán dân số.

- Tính toán khối lượng hàng chuyên chở theo từng chủng loại.

- Xác ñịnh sản lượng (tải lượng) và cường ñộ hóa vận khi vận chuyển hàng

tại chỗ.

- Xác ñịnh khối lượng hành khách yêu cầu vận chuyển.

Sau ñây chúng ta ñi sâu nghiên cứu các bước nêu trên.

3.2.1. Phương án hướng tuyến. Việc lựa chọn hướng tuyến ñặc biệt quan trọng, nó ñược chọn cụ thể ở giai ñoạn

thiết kế kỹ thuật trên cơ sở không chỉ ñiều tra kinh tế mà còn chủ yếu là khảo sát kỹ

thuật. Song trong quá trình ñiều tra kinh tế, ta chỉ nêu những phương án tuyến một

cách ñại cương nhất của tuyến ñể xác ñịnh những vị trí tiếp giáp của tuyến thiết kế

với mạng lưới ñường hiện tại, ñể xác ñịnh khu vực hấp dẫn của tuyến cũng như ñiều

kiện liên kết tuyến với các khu công nghiệp và khu dân cư. Việc lựa chọn phương án

hướng tuyến ñặc biệt chú ý ñến những yếu tố; vai trò tuyến ñường trong toàn mạng

lưới, tỷ lệ hàng chở suốt, ñiều kiện tiếp ray với ñường hiện tại và ñiều kiện liên kết

vận tải của mạng với tuyến thiết kế, khối lượng vận chuyển trong tương lai và các

ñiều kiện ñịa hình, ñịa chất, xây dựng trong khu vực tuyến ñi qua.

ðối với ñường sắt ưu tiên hàng chở suốt thì cố gắng sao cho tuyến thẳng ñể

tránh kéo dài cự ly chở suốt. ðối với ñường có ý nghĩa ñịa phương nên chú ý tới

những phương án hướng tuyến gần hơn các trung tâm kinh tế và vùng dân cư. Yếu tố

ảnh hưởng lớn nhất ñến phương án hướng tuyến là khối lượng hàng hóa vận chuyển.

Khối lượng vận chuyển tính toán và mức tăng của nó càng lớn thì càng nên chọn

hướng tuyến thẳng xét về mặt kinh tế.

Theo ñiều kiện ñịa hình hướng tuyến ñi men sông hoặc men ñường phân thủy.

Ví dụ như ñường Artamônôvô-Itim (hình 3-3) cần phải vận chuyển hàng chở suốt là

than ñá từ phía Nam lên Tây Bắc thay cho ñường cũ phải qua ga Renxkaia. Ngoài

việc vận chuyển hàng chở suốt, ñường mới cần phục vụ cho cụm công nghiệp ở

Koxulinô. Ở ñây người ta ñưa ra hai phương án hướng tuyến, ñó là phương án ven

sông và phương án men ñường phân thủy, các phương án này ñều tiếp ray ở ga Itim.

Nếu như ñường mới chỉ dùng ñể chở suốt thì phương án men sông Trenka hợp lý

nhất; nhưng vì phải khắc phục cho cụm công nghiệp Koxulinô nên người ta nghiêng

về phương án men ñường phân thủy mặc dù có khó khăn hơn so với phương án men

sông xét về ñiều kiện ñịa hình.

Với phương án men ñường phân thủy cũng có thể có hai cách ñi, ñó là hoàn toàn

ñi men ñường phân thủy rồi xây dựng ñường nhánh vào cụm công nghiệp Koxulinô

hoặc là mới ñầu ñi men ñường phân thủy, sau ñó ñi vào thung lũng sông Iana ñể vào

cụm công nghiệp Koxulinô. Ưu ñiểm về kinh tế của từng phương án có thể ñược xác

ñịnh khi ñiều tra kinh tế. Việc quyết ñịnh lựa chọn phương án tuyến chỉ ñược thực

hiện sau khi ñã khảo sát kỹ thuật.

Nói chung, vạch ra phương án hướng tuyến phải kết hợp các ñiều kiện ñịa hình

và kinh tế. ðể sơ bộ ñánh giá những phương án tuyến ta có thể sử dụng những chỉ

tiêu như chiều dài tuyến và các chỉ tiêu khác ñể so sánh.

Trong trường hợp cần thiết, ñề xuất hai hoặc ba phương án hướng tuyến có thể

ñể cùng ñiều tra kinh tế, có khi phải ñề xuất vài cách ñi của một phương án tuyến ñể

tiến hành ñiều tra kinh tế và thạm chí khảo sát kỹ thuật từng cách ñi ñể chọn phương

án hợp lý nhất. Ngoài ra trong quá trình vạch ra phương án tuyến cần chú ý ñến sự

kết hợp giữa vận tải ñường sắt với loại hình vận khác. Nói một cách tổng quát là cần

chú ý tới sự phát triển hợp lý của mạng lưới giao thông thống nhất trong khu vực

tuyến ñi qua.

ðể xác ñịnh khu vực hấp dẫn, bên cạnh việc lập luận hướng tuyến tổng thể của

ñường thiết kế, cần sơ bộ bố trí các ga theo yêu cầu (tức là nơi dừng tàu có bốc và dỡ

hàng, ñón và trả khách).

Bước ñầu bài toán này ñược giải quyết bằng cách xác ñịnh các khu công nghiệp

và dân cư lớn dọc theo hướng tuyến của ñường thiết kế có sử dụng dịch vụ vận tải

ñường sắt.

Hình 3- 2. Các phương án tuyến ñường sắt Artamônôvô-Itim

3.2.2. Xác ñịnh khu vực hấp dẫn trực tiếp.

Xác ñịnh phạm vi khu vực hấp dẫn trực tiếp có thể tiến hành bằng nhiều phương

pháp khác nhau, trong ñó phương pháp phân tích ñem lại kết quả chính xác nhất.

Phương pháp phân tích dựa trên việc xác ñịnh khu vực hấp dẫn các loại hàng ñịa

phương từ các nơi sản xuất hàng. Ở ñây chỉ tiêu cơ bản ñể gom các nơi sản xuất hàng

vào khu vực hấp dẫn của ñường thiết kế hoặc ñường cải tạo là giá thành vận chuyển

hàng từ nơi sản xuất tới ga ñường sắt gần nhất có tính cả giá thành vận chuyển tiếp

theo bằng ñường sắt tới nơi tiêu thụ. Khi không có số liệu về giá thành vận chuyển

thì tính ñịnh lượng theo giá cước vận chuyển cũ.

Như vậy, bản chất của phương pháp phân tích xác ñịnh khu vực hấp dẫn trực

tiếp là so sánh giá thành vận chuyển 1 tấn hàng trên ñường thiết kế và ñường cũ gần

kế từ hai nơi gửi tới ñiểm chung bất kỳ trên ñường sắt (ñối với hàng chở ñi) hoặc là

từ một ñiểm chung ñến ñường sắt tới hai nơi ñến (ñối với hàng chở ñến).

Giả sử hàng hóa ñược vận chuyển bằng ôtô ñến ñường sắt, sau ñó lại vận chuyển

bằng ñường sắt ñến nơi giao hàng, khi ñó sự so sánh trên có thể thực hiện theo công

thức sau:

C = cô.lô + cS.lS + ∑ cct

(3- 11)

Trong ñó:

cô, cS - chi phí vận chuyển 1 tấn hàng bằng phương tiện ôtô và bằng ñường

sắt ñi 1km.

lô, lS - cự ly vận chuyển hàng bằng ôtô tới ga ñường sắt gần nhất và chiều dài

vận chuyển bằng ñường sắt từ ga nhận hàng ñến tận ga trả hàng.

ct - giá thành chuyển tải 1 tấn hàng.

Nằm trong khu vực hấp dẫn của ñường thiết kế có các nơi sản xuất hàng và cả

các nơi tiêu thụ hàng. Ở những nơi này giá trị C với ña số hàng ñịa phương chuyển

tới một trong các ga của ñường thiết kế sẽ nhỏ hơn so với khi chuyển tới ga gần nhất

của ñường ñang khai thác.

Ví dụ, giả sử từ trạm a một khối lượng lớn hàng ñược gửi tới ga A (hình 3-4).

Trong trường hợp này hàng từ trạm a ñược vận chuyển bằng phương tiện ôtô tới ga

O rồi từ ñó theo ñường sắt tới ga A hoặc là từ trạm a tới ga B của ñường thiết kế rồi

từ ñó theo ñường sắt tới ga A. Thoạt nhìn phương án hai hợp lý hơn, tuy nhiên khi

xét ñến những ñiều kiện cụ thể thấy rằng trạm a bị ngăn cách với ga B bởi một con

sông lớn, mặt khác từ trạm a tới ga O có ñường ôtô, còn tới ga B hoặc C cần phải ñi

ñường vòng qua các cầu lớn (gần ga C). ðể kết luận có nên ñưa trạm a vào khu vực

hấp dẫn của ñường thiết kế hay không cần tiến hành so sánh theo công thức (3-9)

giữa giá thành vận chuyển hàng bằng ôtô tới ga cũ và ga thiết kế với giá thành vận

chuyển hàng bằng ñường sắt ñến cùng một ñiểm chung trên ñường sắt. Ở ñây ñiểm

chung là ga A. Tính toán tương tự cho các cụm sản xuất và tiêu thụ còn lại chúng ta

xác ñịnh ñược khu vực hấp dẫn của ñường thiết kế là một ñường bao các trung tâm

kinh tế và khu dân cư (hình 3-4).

Khu vực hấp dẫn chung của ñường thiết kế (ga A- ga E) ñược xác ñịnh từ khu

vực hấp của các ga B, C, D. Các khu vực hấp dẫn của các ga tiếp ray không nằm

trong khu vực hấp dẫn của ñường.

Như vậy ñể xác ñịnh giới hạn khu vực hấp dẫn bằng phương pháp phân tích,

chúng ta cần nghiên cứu trước những tài liệu sau:

- Quan hệ kinh tế vận tải liên khu vực và trong khu vực của từng ñiểm kinh

tế, hành chính, dân cư và các ñường giao thông trong khu vực.

- Các ñịa ñiểm giữ hàng ñi và các tuyến cho hàng ñến, các ñịa ñiểm cho hàng

ñến và các tuyến ñể gửi hàng ñi.

- §iÒu kiÖn vËn chuyÓn hµng trªn ®−êng thiÕt kÕ vµ trªn c¸c ®−êng ®ang khai

th¸c còng nh− c¸c ®−êng nh¸nh vµ ®−êng «t« trong khu vùc.

- ðiều kiện ñịa hình và các ñiều kiện thiên nhiên khác.

Khi xác ñịnh ranh giới khu vực hấp dẫn ta phải xét ñến quan hệ giữa các trung

tâm tạo nguồn hàng và các trung tâm tiêu thụ trong khu vực nghiên cứu, tới các vùng

khác ñể xác ñịnh số lượng và chiều luồng hàng chở vào, chở ra.

Xác ñịnh giới hạn khu vực hấp dẫn cũng cần chú ý ñến khả năng thay ñổi ñiều

kiện vận tải trong tương lai. Nếu cải tạo ñường sắt khổ hẹp thành ñường khổ rộng thì

khu vực hấp dẫn sẽ ñược mở rộng ra. Trong khu vực hấp dẫn có thể sẽ xây dựng

thêm ñường sắt khác thì phải xác ñịnh khu vực hấp dẫn ở hai giai ñoạn tính toán.

Khu vực hấp dẫn ở giai ñoạn một dùng ñể xác ñịnh cường ñộ hóa vận ở giai ñoạn

khai thác thứ nhất. Khu vực hấp dẫn theo giai ñoạn hai dùng tính toán trong giai ñoạn

thứ hai sau khi tiến hành xây dựng thêm ñường mới.

Hình 3- 3. Xác ñịnh khu vực hấp dẫn trực tiếp.

3.2.3. ðiều tra kinh tế trong khu vực hấp dẫn.

Nội dung công tác ñiều tra kinh tế trong khu vực hấp dẫn ñược tiến hành theo

ñúng yêu cầu nhiệm vụ ñiều tra cho từng giai ñoạn thiết kế.

Trong các tài liệu thống kê, kế hoạch, ñổi mới hàng công nghiệp, người ta chỉ

nêu riêng cho những xí nghiệp lớn, vùng ñông dân cư và thường ghi theo ñơn vị

hành chính. Vì vậy khi tính toán kinh tế cho khu vực hấp dẫn cần tách riêng những

cơ sở này và sẽ tiến hành tính toán trực tiếp. Những cơ sở công nghiệp và ñiểm dân

cư còn lại sẽ tính toán tổng hợp theo khu vực hoặc từng thành phần trong khu vực

hấp dẫn.

ðối với hàng nông nghiệp, ñiều tra kinh tế trong phạm vi ñơn vị hàng chính, còn

ñối với hàng lâm nghiệp thì ñiều tra trong phạm vi khu vực khai thác và chế biến.

3.2.4. Tính toán dân số. Tính toán dân số trong khu vực hấp dẫn nhằm xác ñịnh khối lượng vận chuyển

hành khách, nhu cầu tiêu thụ sản phẩm tại chỗ cũng như các mặt hàng công, nông,

dịch vụ cần ñưa ñến. Tính toán dân số cũng tiến hành ở những năm tính toán như

khối lượng hàng hóa và khối lượng hành khách vận chuyển yêu cầu.

Số dân tính toán ñược xác ñịnh dựa vào tài liệu ñiều tra dân số của những năm

gần nhất và tài liệu thống kê về tốc ñộ tăng dân số của Tổng cục Thống kê, vào mức

tăng dân số ñô thị và nông thôn, vào số liệu quy hoạch thành phố.

Những tính toán trên ñây ñược tiến hành cho từng ñơn vị hành chính nằm trong

khu vực hấp dẫn. Mức tăng hay giảm dân số do hai trường hợp:

- Dân số tăng giảm tự nhiên, do sinh ra và chết ñi.

- Dân số tăng giảm do di chuyển tức là do yêu cầu của sự sắp xếp lại lao ñộng

và yêu cầu phát triển kinh tế.

Tính toán dân số tăng giảm tự nhiên ở năm tính toán phải dựa vào tài liệu thống

kê dự báo.

Tính toán dân số do di chuyển dựa vào tài liệu kế hoạch phát triển kinh tế và kế

hoạch di dân trong khu vực. Trường hợp thiếu tài liệu kế hoạch di chuyển thì dựa vào

ñịnh mức sản xuất của các xí nghiệp, từ ñó xác ñịnh ñược số người di chuyển bình

quân theo từng năm.

3.2.5. Xác ñịnh khối lượng vận chuyển yêu cầu trong khu vực hấp dẫn.

Xác ñịnh khối lượng vận chuyển yêu cầu là nội dung cơ bản của ñiều tra kinh tế,

mức ñộ chính xác, ñầy ñủ về khối lượng vận chuyển trong tương lai có tính chất

quyết ñịnh cho phương án chọn thiết kế sau này. Kết quả tính toán khối lượng vận

chuyển yêu cầu trong khu vực ñiều tra phải thể hiện ñầy ñủ nhu cầu vận chuyển của

từng nguồn hàng trên tuyến thiết kế trong những năm khai thác.

Cho ñến nay, tồn tại hai nhóm phương pháp tính toán khối lượng vận chuyển

yêu cầu là phương pháp ngoại suy và phương pháp trực tiếp.

Nhóm phương pháp ngoại suy gồm phương pháp thống kê, phương pháp tương

tự, phương pháp hệ số vận chuyển.

Việc lựa chọn phương pháp tính toán khối lượng vận chuyển phải dựa vào mức

ñộ chi tiết, yêu cầu chính xác của giai ñoạn thiết kế, ñiều kiện có thể của khu vực hấp

dẫn, tính chất kinh tế và xu hướng phát triển trong khu vực.

Trong các phương pháp nêu trên, phương pháp tính toán trực tiếp tuy khối lượng

tính toán lớn nhưng chính xác. Phương pháp này dựa vào sự phân tích tỉ mỉ các số

liệu thống kê, kế hoạch về phát triển kinh tế trong khu vực rồi tính toán trực tiếp khối

lượng vận chuyển theo từng loại hàng của từng xí nghiệp trong khu vực và cho từng

ngành.

ðối với hàng công nghiệp rất ña dạng, có nhiều chủng loại khác nhau: công

nghiệp tư liệu sản xuất, công nghiệp khai khoáng, công nghiệp tiêu dùng v.v... Mỗi

ngành sản xuất, mỗi xí nghiệp lại có những sản phẩm riêng. Vì vậy, cần tiến hành

tính toán khối lượng vận chuyển theo các bước sau:

- Lập danh sách các xí nghiệp hiện có trong khu vực hấp dẫn.

- Lập danh sách các xí nghiệp ñang xây dựng và sẽ ñược xây dựng trong khu

vực.

- Phân loại các xí nghiệp theo ngành (nhiên liệu, khai thác, luyện kim, hóa

chất..).

- Xác ñịnh khối lượng hàng hóa ñược sản xuất ra của từng xí nghiệp.

ðối với mỗi xí nghiệp ñều tính theo:

+ Sản phẩm sản xuất ra:

⋅ Số lượng từng loại sản phẩm ñược sản xuất ra trong mỗi năm tính toán.

⋅ Số lượng sản phẩm ñược chở ra khỏi khu vực theo tuyến thiết kế.

⋅ Sản phẩm còn lại chở ñi ñâu, bằng phương tiện nào.

+ Nhu cầu tiêu thụ:

⋅ Số lượng, chủng loại nhiên liệu, nguyên liệu, bán thành phẩm và những vật

liệu tiêu thụ khác cần thiết phải chở ñến cho xí nghiệp ñể chế tạo ra sản phẩm.

⋅ Những ñiểm cung cấp nguyên vật liệu, chở từ ñâu ñến, khối lượng bao

nhiêu, bằng phương thức nào.

Với các xí nghiệp ñang xây dựng và sẽ xây dựng thì dựa vào tài liệu ñịnh mức

và tài liệu quy hoạch ñể tính toán.

ðối với hàng nông nghiệp, quá trình ñiều tra cần thu thập ñầy ñủ những số liệu

về các loại sản phẩm chính như: cây trồng, cây lương thực, cây công nghiệp, cây ăn

quả, sản phẩm chăn nuôi gia súc v.v...

Ngoài ra cần thu thập ñầy ñủ những số liệu về:

- Diện tích canh tác cho từng loại cây trồng, thời vụ canh tác, chế ñộ luân

canh, sản lượng hàng năm.

- Diện tích ñất ñai sử dụng cho từng ngành: trồng trọt, chăn nuôi, công

nghiệp, thủy lợi, kiến trúc.

- Sản lượng hàng năm ñối với từng loại cây trồng.

- Nhu cầu tiêu thụ của nhân dân, cho công nghiệp chế biến, cho chăn nuôi,

làm giống, dự trữ và các nhu cầu khác trong khu vực.

Trên cơ sở những số liệu thu thập nêu trên của công nghiệp, nông nghiệp, ta lập

bảng cân ñối giữa sản xuất và tiêu thụ cho từng loại sản phẩm và hiệu số giữa sản

xuất và tiêu thụ. Nếu biết ñược ñịa chỉ các nhà phân phối số sản phẩm còn lại, ta có

thể xác ñịnh ñược lượng hàng hóa cần vận chuyển ñi hoặc ñến.

3.2.6. Xác ñịnh khối lượng hàng hóa vận chuyển yêu cầu của ñịa phương.

Xác ñịnh khối lượng hàng hóa vận chuyển yêu cầu của ñịa phương ñược tiến

hành trên cơ sở xử lý kết quả phân tích trao ñổi hàng hóa giữa nơi sản xuất và nơi

tiêu thụ trong vùng hấp dẫn cũng như dựa trên việc nghiên cứu quan hệ vận tải liên

khu vực và trong khu vực cho cả một khu vực lớn có khu vực hấp dẫn nằm trong nó.

ðối với từng nhóm hàng cần xác ñịnh rõ các trạm gửi ñi, trạm nhận, tuyến vận

chuyển. Khi thiết lập các tuyến vận chuyển hàng ñịa phương chở vào và chở ra thì

cần chú ý ñến sự phân bố hợp lý việc vận chuyển theo các loại hàng giữa các phương

thức vận tải khác nhau. Sự phân bố hợp lý ñó ñược tiến hành trên cơ sở:

- Chi phí vận chuyển nhỏ nhất

- Hợp lý tuyến vận chuyển hàng tức là loại trừ ñi ñường vòng quá xa.

- Cần tránh vận chuyển hàng trên ñường sắt với cự ly quá ngắn.

- Tính ñến mùa vận chuyển và thời gian giao hàng.

- Tính ñến tăng nhanh quay vòng những giá trị vật chất trong nền kinh tế.

Sau khi xác ñịnh ñược khối lượng hàng hóa cần chuyên chở trên ñường thiết kế,

ta có thể hệ thống ñược lượng hàng hóa chở ñến, chở ñi vào thời gian tính toán cho

tất cả các loại hàng chủ yếu theo từng ga của ñường sắt thiết kế, ñồng thời tiến hành

lập biểu ñồ về luồng hàng ñịa phương theo năm tính toán cho từng loại hàng. Biểu

luồng hàng có dạng như hình vẽ (3.5)

Hình 3- 4. Bảng luồng hàng.

Từ các biểu luồng hàng của các loại hàng hóa ta có thể xác ñịnh ñược theo năm

tính toán về khối lượng hàng chở ra, chở vào, chở nội bộ cho từng chiều, khối lượng

bốc dỡ của từng ga, tổng số hàng ñi, ñến của từng ñoạn ñường.

Việc kết hợp nơi sản xuất với nơi tiêu thụ và thiết lập các tuyến vận chuyển hợp

lý dựa trên số liệu trao ñổi hàng liên vùng trong tương lai và những tính toán kinh tế.

Tối ưu hóa việc kết hợp nơi sản xuất với nơi tiêu thụ có thể ñược giải như giải bài

toán vận tải.

Nhờ lập các sơ ñồ trên cho từng loại hàng vào từng năm tính toán, chúng ta tổng

hợp tất cả các loại hàng vào từng năm thì nhận ñược các số liệu cần thiết ñể xác ñịnh

tổng khối lượng vận chuyển hàng hóa ñịa phương.

3.3. TẢI LƯỢNG HÀNG HÓA, LUỒNG HÀNG, LUỒNG TOA XE CỦA

ðƯỜNG THIẾT KẾ

3.3.1. Khối lượng hàng vận chuyển, tải lượng hàng hóa, luồng hàng.

Nhờ tính toán lượng hàng vận chuyển ñịa phương, hàng chở suốt trên ñường

thiết kế chúng ta có thể tổng kết số liệu về khối lượng hàng hóa vận chuyển ở những

năm tính toán theo từng chủng loại hàng và từng phương tiện vận tải. Tùy theo giai

ñoạn thiết kế và ñối tượng cần ñiều tra kinh tế mà mức ñộ chi tiết của các số liệu này

cũng như việc chính xác hóa chúng theo khu gian và ga có khác nhau. Ở ñây tải

lượng hàng hóa GT.KM, cường ñộ hóa vận G phải tính cho từng chiều và cho các khu

gian.

Những chỉ tiêu này trực tiếp ảnh hưởng ñến năng lực thiết kế của ñường và các

công trình trên ñường. Trong những trường hợp cần thiết cần xác ñịnh cả khối lượng

hàng chở ñi (Gñi) chở ñến (Gñến) vì chúng quyết ñịnh sự phát triển của ga và trang

thiết bị xếp dỡ ở ga.

Kết quả tính toán lượng hàng chuyên chở ñịa phương, chở suốt ñược ñưa vào

bảng biểu tương ứng, số liệu này làm cơ sở ñể tính toán tải lượng hàng hóa, cường ñộ

hóa vận chuyển của ñường thiết kế theo từng chiều, từng ñoạn ñường ở những năm

tính toán.

ðặc tính công tác vận chuyển hàng hóa của từng ga và của ñường thiết kế có thể

biểu diễn bằng ñồ thị vẽ luồng hàng theo từng chiều, từng loại hàng có tính ñến việc

kết nối với luồng hàng ở các ñầu mối ở năm tính toán.

Trên hình vẽ (3-6) ñưa ra ñồ thị các luồng hàng vào năm tính toán của một trong

các ñường thiết kế. Trên ñồ thị biểu diến các luồng hàng (nghìn tấn) theo chiều, loại

hàng và các ñoạn ñường. ðồng thời trên ñồ thị cũng chỉ ra kết nối các luồng hàng ở

các ñầu mối và luồng hàng trên những ñoạn tiếp giáp của ñường cũ.

Hình 3- 5. Luồng hàng của ñường

thiết kế

Hình 3- 6. Luồng hàng theo chiều và

theo loại phương tiện

Hình 3- 7. ðồ thị mức tăng khối

lượng vận chuyển

Tương tự như thế cũng xây dựng ñược luồng hàng theo chiều, theo loại phương

tiện vận tải (chở suốt, chở ñến, chở ñi và chở nội bộ). Trên các ñồ thị này (hình 3-7)

khối lượng hàng chở ñến và chở ñi thay ñổi ở từng ga và nó ñược thể hiện trong

phạm vi các ñoạn ñường bằng tích lũy ñều hàng chở ñi và phân phối ñều hàng chở

ñến. Chở nội bộ cũng ñược ñưa lên ñồ thị bằng dòng trung bình ñều trên mỗi ñoạn.

Mức tăng vận chuyển theo năm, loại hàng và chiều có thể biểu diễn bằng ñồ thị

(hình 3-8). Trên ñồ thị có thể thể hiện sự thay ñổi khối lượng vận chuyển vào các

năm tính toán cho từng chiều và từng loại hàng.

3.3.2 Luồng toa xe của ñường thiết kế. ðể phục vụ cho việc tính toán có liên quan ñến công tác tổ chức vận chuyển sau

này trên ñường thiết kế, cần phải xác ñịnh: số lượng luồng toa xe cần thiết, tỷ lệ các

loại toa xe trong ñoàn tàu, tỷ lệ giữa khối lượng hàng (hiệu trọng) và tổng khối lượng

của ñoàn tàu (tổng trọng), những ñại lượng khác ñặc trưng cho việc sử dụng năng lực

thông qua của ñường và phương tiện kỹ thuật của nó.

Khối lượng luồng toa xe cần thiết trong tương lai phụ thuộc vào khối lượng hàng

chuyên chở trong tương lai (hiệu trọng) theo chủng loại hàng và theo chiều chuyển

ñộng, vào các thông số cơ bản của toa xe ñể vận chuyển các hàng ñó vào khả năng

tận dụng những toa xe rỗng.

Việc lựa chọn loại toa xe phù hợp ñể chở loại hàng này hay hàng khác phụ thuộc

vào số lượng, chủng loại toa xe hiện có và sẽ có của Tổng công ty ðường sắt.

Trong thực tế hiện nay, ñường sắt thế giới tồn tại loại toa xe hai trục, bốn trục,

sáu trục và tám trục. Ở ñường sắt nước ta phổ biến là toa xe hai trục và bốn trục.

Tổng luồng toa xe có hàng trên một chiều của ñường sắt ñược xác ñịnh theo

công thức:

∑=

=k

j

jBB1

(3- 12)

Trong ñó: Bj - luồng toa xe của loại toa xe j

k - số loại toa xe tham gia vận chuyển luồng hàng cho trước.

Mặt khác

‡”1

m

i

jij bB=

= (3- 13)

bji - luồng toa xe của loại toa xe j cần thiết ñể vận chuyển loại hàng i.

m - số loại hàng ñược vận chuyển trong toa xe loại j.

Trong trường hợp một loại hàng hóa nào ñấy có thể chở bằng một loại toa xe

hay bằng nhiều loại toa xe khác nhau, khi ñó:

jj

iji

jiq.

.gb

β

α= (3-12)

Trong ñó: gi - khối lượng của loại hàng i có xét ñến hệ số vận chuyển không

ñều trong năm, tấn.

αij - tỷ lệ về khối lượng của loại hàng i ñược chở trong toa xe loại

j.

βj - hệ số sử dụng tải trọng của toa xe j.

qj - tải trọng toa xe j, tấn.

Số lượng luồng toa xe rỗng ñược xác ñịnh từ số lượng toa xe có hàng (toa xe

nặng) theo từng chiều vận chuyển có xét ñến khả năng sử dụng nó ñể chở hàng theo

từng chiều và từ ñiều kiện chuyển các toa xe rỗng ñể vận chuyển hàng trên các

ñường khác.

Khi thiết kế ñường mới hoặc cải tạo ñường cũ phải luôn chú ý việc sử dụng tối

ña cơ sở vật chất kỹ thuật hiện có bằng cách dùng mọi biện pháp tăng hệ số sử dụng

tải trọng toa xe và giảm cự ly vận hành của toa xe rỗng. Nếu ñường thiết kế song

song với ñường sắt hiện ñang khai thác, việc giảm cự ly vận hành toa xe rỗng có thể

ñạt ñược bằng cách ñiều phối hợp lý toa xe rỗng từ ñường thiết kế sang ñường hiện

có và ngược lại.

Trong trường hợp không có ñường cũ song song hoặc là không thể sử dụng xe

rỗng ñể chở hàng theo hướng ngược lại thì bắt buộc phải ñiều xe rỗng trở lại trên

ñường thiết kế.

Trong trường hợp không giới hạn việc sử dụng loại toa xe này hay loại toa xe

khác ñể chở hàng theo các chiều vận chuyển và tổng lượng luồng toa xe nặng chiều

ñi Bñi lớn hơn tổng lượng luồng toa xe nặng chiều về Bvề thì số toa xe rỗng Brvề cần

chở về ñược xác ñịnh:

Brvề = Bñi - Bvề (3- 14)

Ngược lại nếu Bvề > Bñi thì:

Brñi = Bvề - Bñi (3- 15)

Trường hợp phải chở những loại hàng có tính chất khác nhau thì phải dùng

những loại xe khác nhau, thí dụ: hướng ñi chở chất lỏng như xăng, dầu, hướng về

phải chở gạo, than. Khi ñó phải ñiều xe rỗng quay trở lại hướng xuất phát và số toa

xe rỗng ñược xác ñịnh:

Brñi = ∑

n

1

Brjñi

(3- 16)

Brvề = ∑

+

k

n 1

Brjvề

Trong ñó: Brjñi = Bjvề - Bjñi với j=1, 2, ... n, và Bjvề > Bjñi ;

Brjvề = Bjñi - Bjvề với j=n+1, ... k, và Bjñi > Bjvề

Tổng luồng toa xe rỗng và toa xe nặng trên từng chiều vận chuyển sẽ là:

BTñi = Bñi + Br

ñi

BTvề = Bvề + Br

về

ðể ñảm bảo bình thường cho công tác vận chuyển trên ñường thiết kế thì BTñi =

BTvề .

Trong một số trường hợp, ñể xác ñịnh số lượng và chiều dài ñoàn tàu, chiều dài

sử dụng của ñường ñón gửi ở ga, ta cần phải biết luồng hàng theo tổng trọng, tải

trọng bình quân theo mét dài của ñầu máy toa xe, tỷ lệ giữa hiệu trọng hàng và tổng

trọng hàng. Những số liệu trên ñược xác ñịnh như sau:

- Luồng hàng theo tổng trọng của luồng xe nặng trên một hướng:

∑+=k

jtoaxejT.HT.T gBGG1

(3- 18)

- Luồng bằng tổng trọng kể cả luồng xe rỗng:

∑∑ ++=n

jtoaxe

r

j

k

jtoaxejT.H

*

T.T gBgBGG11

(3- 19)

- Tải trọng bình quân theo mét dài luồng xe nặng:

∑=

k

jj

T.Tbq

l.B

GP

1

(3- 20)

- Tải trọng bình quân theo mét dài của tổng luồng toa xe:

∑∑ +

=n

j

r

j

k

jj

*

T.T*

q.b

l.Bl.B

GP

11

(3- 21)

- Tỷ lệ hiệu trọng và tổng trọng cho luồng xe nặng:

TT

HT

G

G=ξ (3- 22)

- Tỷ lệ hiệu trọng và tổng trọng có xét ñến luồng toa xe rỗng

*

TT

HT*

G

G=ξ (3- 23)

Trong ñó: gjtoaxe, lj - khối lượng và chiều dài của toa xe j.

(3- 17)

Theo các công thức (3-17) - (3-22) các số liệu cho chiều về ñược tính tương tự

chiều ñi.

3.4. XÁC ðỊNH KHỐI LƯỢNG HÀNG CHỞ SUỐT

3.4.1. Tiền ñề ñể xác ñịnh chở suốt.

Bất cứ một ñường sắt mới không cụt cũng tạo ra những tuyến mới vận chuyển

hàng. Những tuyến này cho phép hoặc là giảm cự ly vận chuyển, hoặc là giảm giá

thành vận chuyển, hoặc là cải thiện việc phân phối vận chuyển trên một số tuyến của

mạng ñường sắt ñang khai thác. Như vậy, trên những ñường này thường có hàng chở

suốt, tức là chở từ trạm ñầu tới trạm cuối của ñường mà không cần sắp xếp lại hàng.

Chở suốt cũng có ở một số ñường cụt nếu như những ñường này ñược dùng ñể

vận tải suốt (Ví dụ như ở Liên bang Nga có ñường Tưnña-Berkakit chở hàng suốt từ

vùng Vlañivôxtốc và Khabarôpxcơ tới Iarkutxcơ).

Tài liệu ban ñầu ñể xác ñịnh khối lượng hàng chở suốt là số liệu trao ñổi hàng

liên vùng. Hiện nay, ñể xác ñịnh trao ñổi hàng liên vùng, toàn bộ diện tích nước ta

ñược chia ra 64 tỉnh, thành phố. Ở mỗi vùng, trên cơ sở những số liệu thống kê người

ta xác ñịnh ñược cán cân cung cầu theo từng mặt hàng chủ lực rồi từ ñó dự báo ñược

khối lượng hàng chở vào, chở ra và chở nội bộ vào những năm tính toán.

3.4.2. Phương pháp xác ñịnh khối lượng chở suốt.

Nhu cầu từng loại hàng cần chở vào và chở ra ở những vùng kinh tế nằm ngoài

khu vực hấp dẫn trực tiếp của ñường mới cho phép ta xác ñịnh gần ñúng việc từ

những vùng nào và ở hướng nào có thể có hàng chở suốt.

Gắn kết các vùng sản xuất với các vùng tiêu thụ ñược tiến hành trên cơ sở phân

tích toàn diện việc trao ñổi liên vùng vào những năm thống kê ñã tính ñến việc ñưa

vào sử dụng những nhà máy mới và những ñường sắt mới. Khi có hàng chở suốt, chỉ

tiêu ñể xác ñịnh các hướng vận chuyển hợp lý là trị số nhỏ nhất của chi phí vận

chuyển toàn bộ.

Nếu như biết rằng với loại hàng nào ñó toàn bộ khối lượng sẽ ñược vận chuyển

trên ñường sắt thì việc gắn kết vùng sản xuất với vùng tiêu thụ một cách sơ bộ có thể

thực hiện theo chỉ tiêu nhỏ nhất của công tác vận chuyển.

Khi giải những bài toán này, người ta sử dụng các phương pháp quy hoạch tuyến

tính và trường hợp ñặc biệt của loại này là "bài toán vận tải".

Bài toán vận tải ñược phát biểu như sau: Giả sử với loại hàng nào ñó có n trạm,

từ những trạm ñó cần chở ñi a1, a2, ... an (nghìn tấn) hàng loại này và có m trạm, tới

những trạm này cần chở tới b1, b2, ... bm (nghìn tấn) loại hàng này. Cự ly vận chuyển

từ mỗi trạm sản xuất i tới mỗi trạm tiêu thụ j là lij. Cần xác ñịnh từ những người gửi i

nào tới những người nhận j nào và với khối lượnh hàng Xij nào cần vận chuyển.

Giải bài toán này là cần tìm cực trị của hàm mục tiêu

min‡”‡”1 1

=lXn

=i

ij

m

=j

ij

với những ràng buộc, ;‡”1

i

n

=j

ij a=x

;‡”1

j

m

=i

ij b=x

xij ≥ 0 (i =1, 2, ..., n; j =1, 2, ..., m)

ðể giải bài toán này có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, trong ñó một số

ñã ñược giảng dạy trong môn toán học của các trường ñại học (phương pháp

Potensial, phương pháp Simptec ...).

3.5. XÁC ðỊNH KHỐI LƯỢNG VẬN CHUYỂN HÀNH KHÁCH

3.5.1. ðặc ñiểm tính toán. Cùng với khối lượng hóa vận, khối lượng khách vận có ảnh hưởng lớn ñến năng

lực thiết kế của ñường vì nó có liên quan ñến việc thiết kế các công trình phục vụ

hành khách.

Cho ñến nay vẫn chưa có phương pháp tính toán chính xác khối lượng vận

chuyển hành khách mà người ta chỉ tính toán mang tính ñịnh hướng.

ðối với những ñường sắt ñang sử dụng mà cần cải tạo thì việc tính khối lượng

vận chuyển hành khách dễ dàng hơn vì có thể dựa trên các số liệu thống kê cũng như

các tài liệu mang tính kế hoạch trong tương lai.

Tài liệu ban ñầu ñể tính khối lượng vận chuyển hành khách bao gồm: khu vực

hấp dẫn trực tiếp ñược quy ñịnh cho ñường thiết kế; dân số trong khu vực hấp dẫn

vào những năm tính toán; số liệu thống kê và tài liệu mang tính kế hoạch trong tương

lai về khối lượng vận chuyển hành khách và mức tăng của nó trên các tuyến ñường

sắt và các ñường khác nằm trong khu vực ñường thiết kế hoặc là trong những ñiều

kiện tương tự.

3.5.2. Các phương pháp tính khối lượng vận chuyển hành khách.

Các phương pháp xác ñịnh khối lượng tính toán vận chuyển hành khách khác

nhau ñối với chở suốt, chở ñịa phương và chở ngoại ô.

Xác ñịnh khối lượng khách vận chở suốt dựa vào số liệu thống kế dự báo, dựa

vào khối lượng hành khách chuyên chở của những tuyến có ñiều kiện tương tự có xét

ñến ñiều kiện phục vụ và khả năng vận chuyển hành khách của các dạng vận tải khác

theo cự ly và mức ñộ tiện nghi (ôtô, tàu thủy, máy bay...).

Xác ñịnh khối lượng khách vận chở ñịa phương rất phức tạp. Bằng cách tương

ñối người ta tính khối lượng hành khách cần chuyên chở trong năm bằng tỷ lệ số

hành khách cần chuyên chở trong năm (do số liệu thống kê) nhân với số dân trong

khu vực hấp dẫn.

Xác ñịnh khách vận chở ngoại ô thường, người ta lấy hệ số ñi lại của nhân dân

hoặc số tàu khách bình quân trong năm trên một người dân nhân với số dân trong

khu vực. Ngoài ra có thể tham khảo những báo cáo về khối lượng khách cần chuyên

chở ở những tuyến khác có ñiều kiện tương tự.

Khối lượng khách vận chở ngoại ô chỉ tính toán cho những tuyến nối giữa những

thành phố công nghiệp lớn và những trung tâm hành chính.

Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất ñến khối lượng khách vận chở ngoại ô là sự biến ñổi

số khách trong các ngày làm việc, ngày nghỉ và các tháng trong năm.

Những số liệu này dựa trên kết quả phân tích số liệu thống kê và ñiều chỉnh phù

hợp cho năm tính toán.

Khối lượng khách vận trong năm tính toán ñối với tuyến thiết kế cải tạo chủ yếu

dùng tài liệu thống kê, kế hoạch, biểu ñồ chạy tàu theo từng chiều vận chuyển theo

từng loại phương thức vận tải.

Khối lượng khách vận yêu cầu ở năm tính toán trên ñường cải tạo hoặc ñường

mới ñược tính bằng số ñôi tàu chở suốt, chở ñịa phương, chở ngoại ô trong một ngày

ñêm ở tháng vận chuyển cao nhất (thường vào mùa hè hoặc dịp Tết). Còn khối lượng

khách vận ở các ga ñược tính là số lượng hành khách ñược gửi ñi từ các ga của

ñường thiết kế.

Trong trường hợp sự thay ñổi không lớn về luồng khách trên từng ñoạn tuyến thì

số ñoàn tàu khách (hk) trên toàn tuyến ñược xác ñịnh bằng công thức:

k

kk H.265

.Kn

γ= (3- 24)

Trong ñó: K - cường ñộ khách vận trên ñoạn ñường theo một chiều trong

năm Kh-km/km.

γk - hệ số vận chuyển khách không ñều trong năm.

Hk - số hành khách trung bình trong một ñoàn tàu.

Trường hợp có sự thay ñổi lớn về luồng khách trên từng ñoạn ñường thì khối

lượng khách vận trên ñường thường ñược xác ñịnh theo ñoạn ñường có luồng khách

lớn nhất.

3.6. CÁC CHỈ TIÊU ðIỀU TRA KINH TẾ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG

ðẾN VIỆC XÁC ðỊNH CÁC YẾU TỐ THIẾT KẾ KỸ THUẬT CỦA TUYẾN

ðƯỜNG.

3.6.1. Các chỉ tiêu cơ bản của ñiều tra kinh tế.

Nhờ tiến hành ñiều tra kinh tế mà xác ñịnh ñược những chỉ tiêu cơ bản. Những

chỉ tiêu này là tài liệu xuất phát ñể khảo sát và thiết kế kỹ thuật tuyến ñường và các

công trình trên ñường. Các chỉ tiêu về khối lượng vận chuyển trên ñường trong

những năm khai thác tính toán là một trong các chỉ tiêu cơ bản nhất. Ngoài ra những

chỉ tiêu này cho phép xác ñịnh:

a- Thành phần và khối lượng vận chuyển theo từng chiều chuyển ñộng của

từng loại hàng.

b- Tỷ lệ về khối lượng vận chuyển theo chiều chuyển ñộng.

c- Biến ñộng về khối lượng vận chuyển theo thời gian.

d- Cự ly vận chuyển bình quân theo từng loại chuyên chở (chở vào, chở ra,

chở nội bộ) và theo chiều chuyển ñộng.

e- Hiệu quả kinh tế nhận ñược do việc giảm cự ly vận chuyển hàng chở suốt

khi chuyển sang ñường mới và do ñiều phối khối lượng vận chuyển từ các phương

thức vận tải khác sang ñường sắt.

Việc xác ñịnh các chỉ tiêu a, b, c ñã ñược trình bày ở những bài trước của

chương này.

Sự chênh lệch về khối lượng vận chuyển theo chiều vận chuyển thường ñược

xác ñịnh bằng tỷ lệ giữa cường ñộ hóa vận tính toán của chiều hàng nhẹ với chiều

hàng nặng.

nÆng

nhÑ

G

G=K

Hệ số này tính toán cho từng năm, nó ñược dùng làm chỉ tiêu ñánh giá việc sử

dụng năng lực và trang bị kỹ thuật cho từng chiều, ñồng thời ñặc trưng cho tính ổn

ñịnh hay biến ñộng các luồng hàng theo từng chiều, hay nói cách khác ñặc trưng cho

số lượng ñoàn tàu cần thông qua theo từng chiều. Hệ số K càng gần tới 1 thì năng lực

thiết kế càng ñược sử dụng một cách triệt ñể.

Hệ số ba ñộng (hệ số vận chuyển không ñều theo thời gian) là một yếu tố khách

quan, nó cần ñược tính ñến khi tổ chức chạy tàu trên các ñường ñang khai thác và cả

khi thiết kế ñường mới. Tính vận chuyển hàng theo mùa (hàng nông nghiệp, hàng

tiêu dùng ...) làm cho luồng hàng không ñều trong năm. Vận chuyển hàng hóa theo

mùa tiêu thụ (dịp Tết, Nô-en ...) kéo theo nhu cầu về nhiên liệu, máy móc ...

ðể giảm hệ số ba ñộng, khi vận chuyển các mặt hàng nông sản, người ta dùng

biện pháp như xây dựng thêm kho dự trữ, song cũng không thể loại trừ hết tình trạng

biến ñộng vận chuyển khi vận chuyển những loại hàng này trong năm. Vì vậy người

ta thường thiết kế tuyến với năng lực dự trữ từ 15-20%.

Hệ số ba ñộng trong năm là tỷ số giữa lượng hóa vận (hoặc cường ñộ hóa vận)

trong tháng vận chuyển lớn nhất trên lượng hóa vận (hoặc cường ñộ hóa vận) của

tháng trung bình.

tb

max

G

G=γ (3- 25)

Hệ số ba ñộng trong năm xác ñịnh theo từng loại hàng theo cả tổng lượng hàng

vận chuyển, theo từng chiều và cho tất cả các năm khai thác tính toán.

Ngoài việc vận chuyển không ñều trong năm, trên ñường sắt còn có chạy tàu

không ñều trong tháng, trong tuần và cả trong ngày.

Có sự không ñều này là do giảm xếp và dỡ hàng vào những ngày nghỉ, ngày lễ vì

trong những ngày này các nhà máy giảm hoạt ñộng, do cần tiến hành sửa chữa, do

thay ñổi thời tiết và các yếu tố ngẫu nhiên khác.

Khi thiết kế ñường mới và cải tạo ñường cũ thì gần các ga ñầu mối hoặc khu dân

cư lớn cần chú ý tới sự chạy tàu không ñều trong ngày, trong tuần do có tàu khách ñô

thị. Sự không ñều này là do cần tăng năng lực thông qua vào giờ cao ñiểm ñể ñưa và

ñón người lao ñộng tới nơi làm việc và trở về nhà hoặc là vào những ngày nghỉ và

ngày lễ.

3.6.2. Ảnh hưởng của các chỉ tiêu kinh tế ñến việc xác ñịnh các yếu tố thiết kế kỹ

thuật.

Chúng ta biết rằng, mỗi tuyến ñường sắt ñược xây dựng ñều nhằm mục ñích thỏa

mãn tối ña nhu cầu phát triển nền kinh tế quốc dân về vận chuyển hàng hóa và hành

khách trong những năm trước mắt và tương lai. Tài liệu ñiều tra kinh tế là những tài

liệu cơ bản xuất phát ban ñầu nhằm phục vụ cho việc phân tích lựa chọn những giải

pháp thiết kế.

Những chỉ tiêu ñặc trưng cho ý nghĩa ñường thiết kế trên cơ sở ñiều tra kinh tế

là:

- Khối lượng hóa vận và khách vận trong các năm khai thác thứ 5, 10 và 15.

- Tốc ñộ tàu khách, tàu hàng trong tương lai theo cấo ñường thiết kế.

- ðiều kiện ñịa hình, ñịa chất, thủy văn, ñiều kiện xây dựng, ñiều kiện khai

thác.

- Tốc ñộ tăng lượng hóa vận, khách vận trong tương lai.

- Tỷ lệ giữa hàng chở suốt, hàng chở ñịa phương, hệ số vận chuyển không

ñều.

3.6.3. Yêu cầu tài liệu ñiều tra kinh tế. Những tài liệu thu thập ñược và kết quả tính toán khi ñiều tra kinh tế ñược tập

hợp ñưa vào chương kinh tế của tài liệu thiết kế.

ðể ñảm bảo ñầy ñủ tất cả những tài liệu về kinh tế khi lập hồ sơ thiết kế ñường

mới thì ở chương kinh tế của hồ sơ cần phản ánh những dữ liệu cơ bản sau:

1- Ý nghĩa tuyến ñường trong hệ thống mạng giao thông thống nhất toàn quốc.

Vai trò tuyến ñường trong khu vực hấp dẫn trực tiếp ñể phục vụ vận chuyển sản

phẩm, phục vụ các ñiểm dân cư, khu nông, công nghiệp, hành chính, quốc phòng...;

Ý nghĩa tuyến ñường trong việc hợp lý hóa hàng vận chuyển trên mạng lưới giao

thông khu vực trong việc tạo ra các tuyến vận tải mới ñể tránh quá tải và sử dụng

hiệu quả các ñường sắt hiện có, và trong sự phát triển vận tải liên hợp với các

phương thức vận tải khác.

2- Kinh tế khu vực hấp dẫn trực tiếp: Lập luận về chọn hướng tuyến, bố trí ga,

hàng hóa và hành khách, ñiểm phân giới, ñặc ñiểm về diện tích và các khu dân cư,

khu công nghiệp, tình hình ñịa chất, thủy văn, khoáng sản, các ñường sắt, các ngành

công nghiệp, xí nghiệp quan trọng, ñặc tính sản phẩm công nghiệp, ñặc ñiểm nông

nghiệp trong vùng, vốn ñầu tư xây dựng trong khu vực thiết kế...

3- Vận chuyển hàng ñịa phương: Lập luận khối lượng hàng chở vào, chở ra, chở

nội bộ theo từng loại hàng và chiều vận chuyển cũng như trên từng ñoạn ñường và

từng ga.

4- Vận chuyển hàng chở suốt: Lập luận khối lượng, ñặc ñiểm hàng vận chuyển

cần trao ñổi giữa các vùng trên từng ñoạn ñường vận chuyển, từng chiều vận chuyển

và từng loại hàng.

5- Tổng khối lượng hàng vận chuyển kể cả hàng vận chuyển do yêu cầu sửa

chữa, xây dựng cho chính bản thân ñường thiết kế.

6- Cơ sở xác ñịnh hệ số ba ñộng, yêu cầu năng lực ñường thiết kế.

7- Tính toán luồng toa xe, ñặc tính việc sử dụng toa xe, ñầu máy.

8- Luồng hành khách; tính toán khả năng chở ñi, chở ñến hành khách trên từng

ga chính.

9- Năng lực thông qua của tàu hàng và tàu khách trên ñường và từng ñoạn

ñường theo từng chiều.

10- Cơ sở kinh tế ñể chọn hướng tuyến và các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản ñể thiết kế

khi so sánh phương án.

11- Tổng kết và kết luận.

Ở chương kinh tế của hồ sơ thiết kế thường bên cạnh thuyết minh có bảng tính

còn có thêm các bản ñồ, ñồ thị, sơ ñồ luồng hàng và luồng tàu ñể minh họa thêm.

CHƯƠNG 4

BÌNH ðỒ VÀ TRẮC DỌC ðƯỜNG SẮT

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

1. Tuyến ñường sắt: là ñường xác ñịnh vị trí không gian của trục dọc ñường sắt

tại mức vai ñường. Trên ñường thứ hai hoặc ñường sắt có nhiều ñường người ta xác

ñịnh tuyến cho mỗi ñường.

B

cao ®é vai ®−êng

chiÒu réng nÒn ®−êng

C

A

D

O

Tim

Hình 4- 1. Tuyến ñường sắt

2. Bình ñồ tuyến: là hình chiếu của tuyến trên mặt phẳng nằm ngang. Trên bình

ñồ tuyến là các ñoạn thẳng ñược nối với nhau bởi những ñoạn cong có góc chuyển

hướng khác nhau.

3. Trắc dọc: là hình chiếu của tuyến ñã ñược duỗi thẳng ra trên mặt phẳng ñứng.

Trên trắc dọc tuyến là các yếu tố có ñộ dốc khác nhau và ñược nối với nhau tại ñiểm

ñổi dốc.

Các yếu tố bình ñồ và trắc dọc nhiều khi ñược gọi là các yếu tố của tuyến.

Chúng xác ñịnh ñặc tính của ñường sắt về mặt xây dựng và khai thác.

Bình diện và trắc dọc ñường sắt cần ñảm bảo an toàn chuyển ñộng cho ñoàn tàu

có khối lượng tính toán với vận tốc chạy tàu cho phép lớn nhất, tức là không ñược

trật bánh và ñứt móc. Việc thay ñổi vị trí tuyến trong không gian không ñược gây tác

ñộng ñột ngột tới ñường ray và ñầu máy toa xe cũng như không gây bất tiện cho

hành khách, tức là cần ñảm bảo êm thuận khi tàu chạy.

4.1. YẾU TỐ BÌNH ðỒ ðƯỜNG SẮT Ở KHU GIAN

4.1.1. ðường thẳng và ñường cong. a. ðường thẳng: ñược xác ñịnh bằng chiều dài và hướng của nó, chiều dài ñoạn

thẳng ñược tính từ cuối ñường cong nọ ñến ñầu của ñường cong kia. Hướng của một

ñường nào ñó là góc hợp bởi ñường ñó với một ñường khác ñã ñược chọn làm gốc.

Hướng gốc ñược chọn có thể là kinh tuyến thực, kinh tuyến từ, kinh tuyến trục của

múi. Tương ứng với chúng có các khái niệm: góc phương vị thực, góc phương vị từ,

góc ñịnh hướng.

R

1 § B

δ l 1

1 β

B¾c

§

1

2

1 α l

2 α

2

R 2

β 2

Hình 4- 2. ðường thẳng và ñường cong.

δ - góc phương vị (theo kim la bàn trong máy kinh vĩ) quay theo chiều kim

ñồng hồ : δ = 0 ÷ 3600.

αi - góc chuyển hướng

βi - góc trong

αi = 1800 - βi (4- 1)

Ri - góc hai phương 0÷ 900

R1 = 1800 - (δ + α1) (4- 2)

Nếu ñịa hình cho phép nên thiết kế ñoạn thẳng dài một vài km hoặc dài hơn

chiều dài ñoàn tàu.

Trên tuyến ñường sắt liên lục ñịa Úc có ñoạn thẳng dài nhất thế giới là 530km.

Trên một tuyến ñường sắt của Áchentina có ñoạn thẳng dài 330km. Ở Nga có ñoạn

thẳng dài 95km trên tuyến Karbưsevo-Irtưskoe.

b. ðường cong: dùng khi tránh chướng ngại, tránh vùng ñịa chất xấu hoặc giảm

khối lượng công trình.

ðường cong có thể là ñường cong tròn hoặc ñường cong có hoà hoãn.

Thông số của mỗi ñường cong là góc chuyển hướng α (0, rad), bán kính ñường

cong R (m), hướng rẽ (phải hoặc trái), chiều dài ñường cong hoà hoãn L0 (m).

Các yếu tố ñường cong ñược xác ñịnh như sau:

Hình 4- 3. a. ðường cong tròn; b. ðường cong có hoà hoãn

ðường tang T0 = Rtg2

α (m) (4- 3)

T = T0 + 2

0L (m) (4- 4)

Chiều dài ñường cong KT0 = 180

0απR (m) (4- 5)

KT = KT0 + L0 (m) (4- 6)

Phân cự P0 = R(sec2

α - 1) (m) (4- 7)

P = P0 + δ = R(sec2

α - 1) +

R

L

24

20 (m) (4- 8)

δ - lượng dịch trong khi có ñường cong hoà hoãn.

Lưu ý: Công thức tính các yếu tố ñường cong trên ñường cong có hoà hoãn là

công thức gần ñúng.

Các yếu tố ñường cong ñược tính sẵn trong bảng cắm ñường cong, khi thiết kế

cần phải ghi ñầy ñủ các yếu tố ñường cong trên bình ñồ cũng như trên trắc dọc.

c. Những nhược ñiểm của ñường cong bán kính nhỏ.

- Hạn chế vận tốc chạy tàu: vận tốc chạy tàu qua ñường cong phụ thuộc vào siêu

cao ray lưng, vào ñiều kiện ổn ñịnh và bền vững của ñường cong, ñầu máy toa xe,

vào ñiều kiện ñảm bảo tiện nghi cho hành khách. Do vậy nếu vận tốc chạy tàu qua

ñường cong giảm so với ñường thẳng thì thời gian chạy tàu tăng dẫn ñến chu trình

ñầu máy toa xe kéo dài và làm tăng số lượng ñầu máy toa xe. Mặt khác do hãm tàu

làm tiêu phí ñộng năng dẫn ñến chi phí vận chuyển tăng. Vận tốc tối ña khi tàu vào

ñường cong có thể tính theo công thức sau:

[Vmax] = 3,6 RAhS

gR lt =+ )]([

1

α (km/h) (4- 9)

Trong ñó

[αlt] - gia tốc ly tâm dư cho phép (m/s2)

S1 - cự ly giữa hai trục ray (m)

g - gia tốc trọng trường (m/s2)

h - siêu cao ray lưng (m)

R - bán kính ñường cong (m)

3,6 - hệ số ñổi từ m/s ra km/h

Ở nước ta hiện nay vận tốc tối ña khi tàu vào ñường cong cho cả hai khổ ñường

ñược tính theo công thức:

Vmax = 4,1 R (km/h) (4- 10)

V giíi h¹n

K

V

L tµu L tµu

2 2

Hình 4- 4. Hạn chế vận tốc chạy tàu khi qua ñường cong bán kính nhỏ

Bảng 4- 1. Vận tốc lớn nhất qua ñường cong theo bán kính.

Vmax(km/h) R (m) 250 300 350 400 500 600 700 800 1000 1200 1500

4,1 R 65 75 80 85 90 100 110 120 130 145 160

Tương lai dự kiến muốn tăng vận tốc tầu lên 100 km/h thì bán kính ñường cong

tròn R ≥ 500m, muốn tăng vận tốc tàu khách lên 120 km/h thì R ≥ 700m. Trường hợp

thông thường trong khu gian sử dụng bán kính sau: 4000, 3000, 2500, 2000, 1800,

1500, 1200, 1000, 800, 700, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350 ,300, 250, 200, 150,

100 m.

ðường 1435 mm quy ñịnh Rmax = 4000 m

ðường 1000 mm quy ñịnh Rmax = 3000 m

- Giảm hệ số bám lăn giữa bánh xe ñầu máy với ray ϕk do trên ñường cong ray

ngoài và ray trong có ñộ dài không bằng nhau nên có hiện tượng bánh ngoài vừa lăn

vừa trượt dẫn ñến sức kéo bám của ñầu máy bị giảm và có khi phải giảm bớt khối

lượng ñoàn tàu.

Fk ≤ 1000Ψk ∑ P g (N)

Trong ñó ∑ P - khối lượng bám của ñầu máy.

Theo tài liệu thí nghiệm của Viện nghiên cứu khoa học ñường sắt Liên bang Nga

thì

R = 400 m ; Ψ giảm 7,5 %

R = 300 m ; Ψ giảm 14 %

R = 200 m ; Ψ giảm 22 %

- Tăng duy tu bảo quản kiến trúc tầng trên.

+ R giảm nên ray chóng mòn do bánh trượt trên ray lực ly tâm ñẩy ngang.

+ ðộ hao mòn của ray w phụ thuộc cường ñộ vận chuyển, bán kính ñường cong,

chiều dài khung cứng toa xe, vận tốc chạy tàu, tải trọng trục...

+ Trong ñường cong bán kính nhỏ tà vẹt và phụ kiện phải tăng và chóng hỏng.

(mm /triÖu tÊn t¶i träng)

w 2

R (m) Hình 4- 5. ðồ thị biểu diễn hao mòn ray theo bán kính

- Chi phí sửa chữa ñầu máy và toa xe tăng chủ yếu do chi phí cho các bộ phận

chuyển ñộng như vành ñai bánh xe.

- Làm cho ñường bị dài thêm ra

T T

T T

2 R 1 R

1 K

1 2

2 K α

2 1

Hình 4- 6. Làm cho ñường dài thêm ra khi R2 < R1

Nếu α = const và giảm R1 -> R2 thì ñường dài thêm ra một ñoạn

∆L = 2(T1 - T2) + K2 - K1 (m) (4- 11)

Thường trong thực tế khi R giảm thì luôn tăng α ñể bám ñịa hình, do α tăng lại

càng làm ñường dài thêm ra.

4.1.2. Bán kính tối thiểu và bán kính hạn chế.

Bán kính tối thiểu là bán kính nhỏ nhất dùng tuỳ theo cấp ñường, vận tốc chạy

tàu, khối lượng vận chuyển và ñiều kiện ñịa hình.

Bán kính hạn chế là bán kính nhỏ nhất ñược phép dùng tuỳ theo cấu tạo của ñầu

máy toa xe, nó không thể nhỏ hơn nữa nếu không tàu chạy không an toàn.

Ví dụ: Rhc = 75 m cho ñầu máy loại nhỏ; Rhc = 150 m cho ñầu máy loại

lớn.

Bảng 4- 2. Bán kính nhỏ nhất ở chính tuyến

Thứ

tự Khổ ñường Cấp ñường

ðịa hình

thông thường

ðịa hình

khó khăn

ðịa hình ñặc

biệt khó khăn

1

1435mm

quốc gia

cao tốc

I ; II

III

1500

700

400

1200

350

300

250

200

2 1000mm

quốc gia

chủ yếu

thứ yếu

400

300

200

150

150

100

4.1.3. ðường cong hoà hoãn (ñường cong chuyển tiếp). a. Tác dụng của ñường cong hoà hoãn.

ðể các lực phụ (chủ yếu là lực ly tâm) không phát sinh ñột ngột khi tàu chạy từ

ñường thẳng vào ñường cong và ngược lại hoặc chuyển từ ñường cong nọ sang

ñường cong kia.

J = 0

2

R =

α

R = R

mV 2 J =

R =

ρ

N§

T§

R

R = R 1 ρ

mV J =

1

J = mV 2

TC

NC

J = 0

Hình 4- 7. ðường cong hoà hoãn.

Thực hiện siêu cao ray lưng.

N§ NC o

o KT' L o L o

T§ TC

h

Hình 4- 8. Vuốt siêu cao trên ñường cong hoà hoãn

Thực hiện nới rộng cự ly (gia khoan) từ ñường thẳng vào ñường cong.

N§

o

T§

o L

TC

NC

So

Sct

k L

Hình 4- 9. Nới rộng cự ly trên ñường cong hoà hoãn

b. Chiều dài ñường cong hoà hoãn.

L0 = i

h

(4- 12)

mà: h = R

V 2max3,7

hoặc là h = R

V 208,11

(ñường 1435 mm khi lấy S1=1,5m) (4- 13)

hmax = 125 mm

h = R

V 2max4,5

hoặc là h = R

V 204,8

(ñường 1000 mm khi lấy S1=1,07m) (4- 14)

hmax = 95 mm

Trong ñó: h - siêu cao ray lưng

Vmax - vận tốc lớn nhất của tàu khi qua ñường cong

R - bán kính ñường cong

i - ñộ vuốt dốc siêu cao

Chiều dài ñường cong hoà hoãn L0 phải thoả mãn các ñiều kiện sau:

+ ðộ vuốt dốc siêu cao phải ñảm bảo ñể bánh xe ở trục sau không bò lên mặt

ñỉnh ray bụng, muốn vậy:

i ≤ i0 (4- 15)

i0 = 1‰ với ñường 1435 mm ; ñường cải tạo i0 = 2‰

i0 = 2‰ với ñường 1000 mm ; ñường cải tạo i0 = 2,5‰

+ Vận tốc nâng cao bánh xe ray lưng không phát triển quá nhanh, muốn vậy:

i ≤ i2

i2 = max

1

KV (4- 16)

ở ñây Vmax - vận tốc lớn nhất (km/h)

K - hệ số ñổi ñơn vị khi f0 = 28 mm/s thì K = 10

1 km/h

khi f0 = 35 mm/s thì K = 8

1 km/h

f0 - vận tốc nâng cao bánh xe cho phép

i2 = V

fVdt

dh

vdt

dh

ds

dh 1.

1. 0===

Trường hợp bất lợi nhất V = Vmax thì i2 = max

0

V

f

hay i2 = max

1

KV L0 =

f

hV

6,3max (4- 17)

Bảng 4- 3. Siêu cao ñường cong tính theo hmax = 125 mm

(ñường 1435 mm)

R (m)

V (km/h) 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1200

1400

1600

1800

35

25

25

20

15

15

15

10

10

10

10

10

10

10

10

10

60

50

40

35

30

25

25

20

20

20

15

15

15

15

15

15

10

10

10

95

75

65

55

50

40

40

35

30

30

25

25

25

20

20

20

20

15

15

10

10

11

0

90

80

70

60

55

50

45

40

40

35

35

30

30

30

25

25

20

15

12

5

10

5

95

85

75

70

60

55

55

50

45

45

40

40

35

30

25

120

110

95

90

80

75

70

65

60

55

50

50

50

40

35

30

25

12

5

11

0

10

5

95

90

80

75

70

70

65

60

50

125

115

110

100

95

90

85

80

75

65

55

50

40

125

115

110

100

95

90

75

65

60

50

120

115

110

90

80

70

60

2000

3000

4000

10 15

15

10

10

25

20

20

10

10

25

15

10

45

40

35

30

20

15

40

35

20

45

30

25

55

35

25

Bảng 4- 4. Siêu cao ñường cong tính theo hmax = 80 mm

(ñường 1000 mm)

R (m)

V (km/h) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

R (m)

V (km/h) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

15

15

10

5

5

5

5

5

5

25

20

15

10

10

10

5

5

5

5

5

5

5

5

5

40

30

20

15

15

10

10

10

10

10

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

60

40

30

25

20

15

15

15

10

10

10

10

10

10

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

80

50

40

35

25

25

20

20

15

15

15

10

10

10

10

10

10

10

10

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

70

55

40

35

30

25

25

20

20

20

15

15

15

15

15

10

10

10

10

10

10

10

5

5

5

5

5

5

80

60

55

45

40

35

30

25

25

20

20

20

20

15

15

15

15

15

10

10

10

10

10

10

10

5

5

5

65

60

55

45

40

35

35

30

30

25

25

20

20

20

20

15

15

15

15

15

10

10

10

10

10

10

10

80

65

55

50

45

40

35

35

30

30

25

25

25

20

20

20

20

15

15

15

15

10

10

10

10

10

80

70

60

55

50

45

40

35

35

30

30

30

25

25

25

25

20

20

15

15

15

15

15

15

10

80

70

60

55

50

45

40

40

35

35

35

30

30

30

25

25

20

20

20

15

15

15

15

15

80

70

65

60

55

50

45

45

40

40

35

35

30

30

25

25

25

20

20

20

20

15

15

Bảng 4- 5. Chiều dài hoà hoãn (ñường 1435 mm quốc gia)

Chiều dài hoà hoãn L0 (m) ST

T R (m)

ðường cao tốc Cấp I Cấp II Cấp III

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

4000

3000

2500

2000

1800

1500

1200

1000

800

700

600

550

500

450

400

350

300

250

200

70 - 50 - 40

90 - 80 - 60

110 - 90 - 70

140 - 110 - 90

170 - 140 - 110

220 - 180 - 140

240 - 190 - 150

220 - 180 - 140

40 - 30 - 30

50 - 40 - 40

60 - 50 - 50

80 - 70 - 60

90 - 80 - 70

100 - 90 - 80

140 - 120 - 100

160 - 140 - 120

170 - 150 - 130

170 - 140 - 120

150 - 130 - 110

150 - 130 - 110

140 - 120 - 110

130 - 110 - 100

130 - 110 - 90

120 - 100 - 90

100 - 90 - 80

100 - 80 - 70

100 - 80 - 70

30 - 20 - 20

40 - 30 - 30

50 - 40 - 40

60 - 50 - 50

70 - 60 - 50

80 - 70 - 60

100 - 90 - 80

120 - 100 - 90

150 - 130 - 120

150 - 130 - 110

140 - 120 - 110

130 - 100 - 100

120 - 100 - 90

120 - 100 - 90

110 - 90 - 80

110 - 90 - 80

100 - 80 - 70

90 - 80 - 70

90 - 80 - 70

20 - 20 - 20

20 - 20 - 20

30 - 20 - 20

30 - 30 - 30

40 - 30 - 30

50 - 40 - 40

60 - 50 - 40

70 - 60 - 50

70 - 60 - 50

80 - 70 - 60

90 - 80 - 70

90 - 80 - 70

80 - 70 - 60

80 - 70 - 60

70 - 60 - 50

70 - 60 - 50

Ghi chú: Chiều dài ñường cong hoà hoãn trong bảng ghi 3 số: trị số lớn, trị số

trung gian và trị số nhỏ.

Nói chung tận lượng dùng trị số lớn. Trường hợp khó khăn ở trắc dọc lõm, ñoạn

xuống dốc lớn và dài, tàu hàng một trong hai hướng ñạt gần vận tốc tối ña thì cần

dùng trị số lớn. Ở những ñoạn tàu hàng vận tốc dạt trị số trung bình có thể dùng trị số

trung gian. Ở ñoạn trắc dọc lồi, các ñoạn nằm sát trắc dọc lồi, vận tốc tàu hàng cả hai

hướng chỉ bằng vận tốc tính toán nhỏ nhất thì có thể dùng trị số nhỏ.

Bảng 4- 6. Chiều dài hoà hoãn (ñường 1000 mm)

Chiều dài ñường cong hoà hoãn L0 (m) ST

T R (m)

ðường chủ yếu ðường thứ yếu ðường chuyên dụng

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

1000

900

800

700

600

550

500

45

400

35

300

250

200

150

100

30 - 20

30 - 20

40 - 30 - 20

40 - 30 - 20

50 - 40 - 30

50 - 40 - 30

60 - 50 - 40

60 - 50 - 40

60 - 50 - 40

60 - 50 - 40

60 - 50 - 40

60 - 50 - 40

50 - 40 - 30

40 - 30

20 - 10

30 - 20

30 - 20

30 - 20

30 - 20

40 - 30

40 - 30

40 - 30

40 - 30

20 - 10

30 - 20

30 - 20

30 - 20

30 - 20

40 - 30

40 - 30

40 - 30

40 - 30

4.1.4. ðoạn thẳng giữa hai ñường cong. Khi thiết kế bình diện ñường sắt trong những trường hợp khó khăn thường phải

bố trí ñường cong liên tiếp nhau và ñoạn thẳng giữa hai ñường cong rất ngắn thậm

chí là không có. Chuyển ñộng của ñoàn tàu qua những ñường cong này không ñược

êm thuận và an toàn, làm xuất hiện những dao ñộng của ñầu máy toa xe và gắn liền

với nó là gia tốc gây bất tiện cho hành khách, cũng như làm xuất hiện những lực gây

bất lợi ñến tác ñộng qua lại giữa ñầu máy toa xe và ñường. Vì vậy ñoạn thẳng giữa

hai ñường cong phải ñủ dài ñể dao ñộng tắt dần và ổn ñịnh trước khi ñoàn tàu vào

ñường cong tiếp theo.

Khi chuyển ñộng trên ñường cong hoà hoãn do vuốt siêu cao ray ngoài làm

quay ñầu máy toa xe quanh trục dọc của nó. Trên những ñường cong ngược chiều sự

quay này vẫn tiếp tục cùng một hướng khi chạy từ ñường cong này sang ñường cong

khác (xem hình 4.10a). Khi không có ñoạn thẳng ở giữa hai ñường cong trái chiều sự

quay nói trên không bị gián ñoạn và vẫn ñảm bảo ñộ êm thuận chuyển ñộng.

Trong trường hợp hai ñường cong cùng chiều hướng quay của ñầu máy toa xe

khi chuyển từ ñường cong này sang ñường cong khác thay ñổi (xem hình 4.10b), vì

vậy ñể ñảm bảo ñộ êm thuận của chuyển ñộng cần ñoạn thẳng ñệm giữa hai ñường

cong với chiều dài cần thiết.

Hình 4- 10. Chuyển vị góc của ñầu máy toa xe theo trục dọc khi chuyển ñộng

qua các ñường cong:

a. ngược chiều ; b. cùng chiều

Ở một số nước như ðức, Áo người ta thường nối các ñường cong ngược chiều

mà không cần ñoạn thẳng ñệm, lúc này vuốt siêu cao ñược thực hiện trên cả hai ray

(xem hình 4-11) giống như ở các nước Liên Xô cũ dùng trong hầm và ñường tàu ñiện

ngầm.

Hình 4- 11. Sơ ñồ nối các ñường cong ngược chiều không có

ñoạn thẳng ñệm và vuốt siêu cao theo cả hai ray:

a. bình diện ; b. trắc dọc ñỉnh ray

Phân tích tài liệu của nước ngoài thấy rằng với ñường cong ngược chiều nếu ñủ

ñặt ñoạn thẳng ñệm nên thiết kế ñoạn thẳng ñệm, nếu ñoạn thẳng ñệm quá ngắn thì

bỏ ñoạn thẳng ñệm và kéo dài ñường cong chuyển tiếp sẽ có lợi hơn.

ðể xác ñịnh chiều dài ñoạn thẳng ñệm giữa hai ñường cong hoà hoãn người ta

thường dùng công thức sau:

d = n

V (4- 18)

Trong ñó: d - chiều dài ñoạn thẳng ñệm, m

V - vận tốc chạy tàu, km/h

n - hệ số thường dùng trên ñường sắt của các nước: n = 2 ÷ 5

Công thức trên nhận ñược từ ñiều kiện tắt dần các dao ñộng ngang sau q chu kỳ

với tần số dao ñộng riêng q1.

d = 16,3 q

Vq (4- 19)

Trong ñó q = 2 ÷ 3 và q1 = 1,5 ÷ 2,5 Hz ; n = 2 ÷ 4,5.

Trong thực tế thiết kế của ta hiện nay khi hai ñường cong cùng chiều mà ñoạn

thẳng ñệm thiếu và hai bán kính có trị số như nhau có thể làm thành một ñường cong.

Nếu mức chênh siêu cao của hai ñường cong nhỏ hơn hay bằng giới hạn nào ñó (thí

dụ nhỏ hơn hay bằng siêu cao của ñường cong có R = 2000m) thì có thể trực tiếp nối

chúng với nhau.

2000

111

21

≤−RR

(4- 20)

Trường hợp ngược lại thì phải dùng ñường cong chuyển tiếp ñể nối hai ñường

cong ñó với nhau và chiều dài ñường cong chuyển tiếp này là

L = i

hh

100012 −

(4- 21)

Trong ñó:

h1, h2 - siêu cao của ñường cong

i - ñộ vuốt dốc siêu cao tính theo Vmax của ñường cong có bán kính

nhỏ hơn.

Quy ñịnh về chiều dài ñoạn thẳng ñệm giữa hai ñường cong cùng chiều và

ngược chiều ñược ñưa ra trong các quy phạm thiết kế kỹ thuật ñường sắt khổ 1435

mm và 1000 mm.

4.1.5. Góc quay nhỏ nhất.

Trong thực tế thiết kế bình diện ñường sắt có thể cần ñặt góc quay α rất nhỏ,

khi ñó chiều dài ñường cong không lớn. Với những trường hợp này cần kiểm tra xem

có ñặt ñược ñường cong hoà hoãn hay không.

T§T§

N§0

NCTC

K min

TC0

α

Lo/2

Lo/2 Lo/2 Lo/2

Hình 4- 12. ðoạn cong tròn Kmin có siêu cao không ñổi

ðể ñặt ñược ñường cong hoà hoãn cần có ñiều kiện:

α0 ≥ Rπ

180(L0 + Kmin) =

R

3,57(L0 + Kmin) (4- 22)

Trong ñó: Kmin - chiều dài ñường cong tròn nhỏ nhất cần thiết ñể ñoàn tàu

chuyển ñộng ñược êm thuận, lớn hơn cự ly cứng nhắc lớn nhất của toa xe, thường

Kmin = 14 m cho ñường 1435 mm và ñường 1000 mm.

Trường hợp biết α, L cần tìm bán kính nhỏ nhất ñể ñặt ñược ñường cong hoà

hoãn:

R ≥ 0

3,57

α(L0 + Kmin) (m) (4- 23)

Trường hợp biết α, R cần tìm chiều dài ñường cong hoà hoãn lớn nhất:

L0 ≤ 3,57

0αR - Kmin (m)

(4- 24)

Trên ñường 1435 mm và ñường 1000 mm khi bán kính lớn hơn trị số sau thì

không cần ñặt hoà hoãn:

Bảng 4- 7. Giới hạn về bán kính R không cần ñặt hòa hoãn

ðường 1435 mm ðường 1000 mm Cấp ñường

Quốc gia Chuyên dụng Quốc gia Chuyên dụng

I > 4000 > 2000 >1000 (chủ yếu) > 500

II

III

> 4000

>1000

> 1000

>1000

>500 (thứ yếu)

4.1.6 Những yếu tố bình ñồ ñường ñôi. Khi thiết kế bình diện ñường ñôi cần ñảm bảo khoảng cách cần thiết giữa hai

tim ñường - gọi là cự ly giữa hai ñường M. Trên ñường thẳng M không nhỏ hơn

4,2m ñối với ñường khổ 1000mm và 1435mm (theo Quy phạm kỹ thuật khai thác

ñường sắt Việt nam 1999).

Trên ñoạn ñường cong theo yêu cầu về khổ giới hạn, ñể ñảm bảo ñầu máy và

toa xe của các ñoàn tàu gặp nhau chuyển ñộng ñược an toàn thì khoảng cách nhỏ

nhất giữa hai tim ñường là:

M = 4,2 + ∆ (m)

Trị số nới rộng ∆ phụ thuộc vào bán kính ñường cong và siêu cao ray lưng.

ðường cong trên ñường ñôi thông thường ñược thiết kế ñồng tâm. Vì vậy bán

kính cong của một ñường RI lấy theo quy phạm thiết kế thì bán kính cong của ñường

còn lại sẽ là

RII = RI ± M

Chiều dài ñường cong chuyển tiếp trên ñường ñôi lấy theo quy phạm thiết kế

phụ thuộc vào bán kính ñường cong và khu vực vận tốc có ñường kính cong ñó.

Việc nới rộng cự ly giữa hai tim ñường từ ñường thẳng vào ñường cong (có

lượng nới rộng ∆) ñược thực hiện trong phạm vi ñường cong chuyển tiếp. Người ta

thực hiện nới rộng cự ly giữa hai tim ñường bằng cách dùng ñường cong chuyển tiếp

của ñường trong có lượng xê dịch (xem hình 4-13).

Hình 4- 13. ðảm bảo khổ giới hạn khi nới rộng cự ly giữa hai ñường

δtr = δng + ∆ (4- 25)

Trong trường hợp khi ñường cong của hai ñường nằm trên khu vực vận tốc như

nhau (ñặt trên ñoạn bằng dài, trên dốc lồi hoặc dốc lõm) thì theo quy phạm, người ta

chọn chiều dài ñường cong chuyển tiếp cho ñường ngoài, rồi sau ñó tính δng và cuối

cùng theo công thức (4-25) tìm δtrong.

Khi ñã xác ñịnh δtr, chúng ta tìm ñược chiều dài ñường cong chuyển tiếp của

ñường trong theo công thức Lo≈ δR+2 (4- 26)

Theo quy ñịnh trong quy phạm, chiều dài ñường cong chuyển tiếp tính theo (4-

26) làm tròn về phía lớn hơn với bội số của 10m.

Trong trường hợp tổng quát, trên các ñường có khu vực vận tốc không như

nhau, lúc này theo quy phạm người ta chọn chiều dài ñường cong chuyển tiếp cho

ñường có khu vực vận tốc lớn hơn (tức là cho ñường mà trên ñó tàu chạy xuống dốc).

Sau khi ñã xác ñịnh trị số lượng dịch δ cho trường hợp này, cần tính lượng dịch cần

thiết δ cho ñường thứ hai. Nếu ñường thứ hai là ñường trong thì trị số δtr ñược tính

theo (4-25). Nếu là ñường ngoài thì:

δng = δtr - ∆ (4- 27)

Khi ñã xác ñịnh lượng dịch δ cho ñường thứ hai thì có thể tìm chiều dài ñường

cong chuyển tiếp của nó theo công thức (4-26) .

Trong trường hợp cá biệt khi ñộ nới rộng ∆ lớn dẫn ñến δng tính theo công thức

(4-27) có thể âm hoặc rất nhỏ thì chiều dài ñường cong chuyển tiếp tính theo công

thức (4-26) có thể nhỏ hơn trị số cho phép theo quy phạm cho khu vực vận tốc ñó.

Lúc này cần tính lại và chọn chiều dài ñường cong chuyển tiếp của ñường ngoài theo

quy phạm ứng với khu vực vận tốc tương ứng rồi theo các công thức (4-25) và (4-26)

tìm δtr và Lotr.

Như hình 4-13, do δtr>δng và Lotr>Long nên ñiểm Nð của ñường cong trong nằm

xa hơn ñiểm Nð của ñường ngoài về phía ñoạn thẳng ñệm. ðiều này dẫn ñến khó

khăn khi thiết kế ñường cong liên tiếp trên ñường ñôi trong ñiều kiện bình diện phức

tạp, khi mà muốn ñặt ñoạn thẳng ñệm ngắn nhất giữa các ñường cong này.

Trong trường hợp trên, nếu chiều dài ñường cong hoàn hòa của ñường trong lớn

hơn trị số nhỏ nhất quy ñịnh trong quy phạm theo vùng vận tốc thì có thể giảm chiều

dài ñường cong chuyển tiếp của ñường trong Lotr và lấy bằng chiều dài của ñường

ngoài Long nhưng cần phải làm ñể trong phạm vi ñoạn thẳng ñệm giữa các ñường

cong hoãn hòa có cự ly giữa hai ñường là 4,2+∆ (hình 4-14).

Hình 4- 14. Các ñường cong liên tiếp trên ñường ñôi.

Như vậy ñể có ñoạn thẳng ñệm tối thiểu khi thiết kế ñường cong liên tiếp trên

ñường ñôi có thể phải ñể cự ly giữa hai ñường không ñổi trong suốt toàn ñoạn (trên

cả hai ñường cong và ñoạn thẳng ñệm giữa chúng). Cự ly này tương ứng với ñường

cong có yêu cầu ñộ nới rộng lớn nhất. Giải pháp này ñược chọn chỉ với ñiều kiện nếu

tiết kiệm ñược chi phí công trình bằng cách cho các ñỉnh ñường cong gần nhau.

4.2. NHỮNG YẾU TỐ TRẮC DỌC ðƯỜNG SẮT

4.2.1. Khái niệm chung. Các yếu tố trắc dọc ñường sắt ñược xác ñịnh bởi trị số dốc, chiều dài dốc và

phương pháp nối chúng tại các ñiểm ñổi dốc.

Trị số dốc có ñơn vị ‰, là tỷ số giữa hiệu số cao ñộ (m) và chiều dài theo hình

chiếu bằng của hai ñiểm ngoài cùng yếu tố trắc dọc.

i = tgα = L

h∆ ‰ (4- 28)

A H

L

H

i

B

h

Hình 4- 15. Dốc dọc i

Chiều dài yếu tố trắc dọc là chiều dài dốc tính theo hình chiếu bằng.

ðiểm giao cắt của các yếu tố trắc dọc liền nhau ñược gọi là ñiểm ñổi dốc.

Khoảng cách giữa các ñiểm ñổi dốc liền nhau xác ñịnh chiều dài các yếu tố trắc dọc.

4.2.2. Phân loại dốc trắc dọc. Khi thiết kế ñường sắt người ta phân ra:

a. Các dốc giới hạn: ñộ dốc lớn nhất của các yếu tố trắc dọc, bao gồm dốc hạn

chế ip, dốc cân bằng icb, dốc gia cường igc, dốc quán tính ij.

b. Các dốc thiết kế (các dốc vận doanh): Dốc thực tế itt, dốc trung bình itb (hay

còn gọi là dốc nắn thẳng trong tính sức kéo), dốc tương ñương lực cản ñường cong ir,

dốc dẫn xuất ik, dốc có hại ich và dốc vô hại ivh.

4.2.3. Dốc hạn chế ip.

1. ðịnh nghĩa:

Dốc hạn chế là dốc lớn nhất có chiều dài không hạn chế mà trên ñó tàu hàng với

khối lượng tính toán Q do một ñầu máy kéo lên dốc với vận tốc ñều và bằng vận tốc

tính toán của ñầu máy Vp.

Dốc hạn chế và khối lượng ñoàn tàu có quan hệ sau:

ip = gQP

gQwPwFkp

)(

)"'( 00

+

+− ‰ (4- 29)

Trong ñó các ký hiệu ñược trình bày ở chương 1.

Tuyến ñường sắt Hà Nội - Hải Phòng, Hà Nội - Lạng Sơn , Hà Nội - Lào Cai,

Hà Nội - Sài Gòn (năm 1895 - 1933) ñều thiết kế tuyến với dốc ip = 6‰.

2. Ảnh hưởng của ñộ dốc hạn chế tới một số chỉ tiêu.

Ảnh hưởng của ip tới chiều dài tuyến: ñộ dốc hạn chế càng nhỏ thì chiều dài

tuyến càng lớn: i1 > i2 L1 < L2.

L

L

( % ) p i

1

L (km)

h i 1

2

i 2

Hình 4- 16. L = f(ip)

Ảnh hưởng của ip tới công trình phí: vì khối lượng cầu cống ñất ñá, kết cấu tầng

trên... tỷ lệ với chiều dài tuyến, do ñó ip càng nhỏ thì công trình phí càng lớn và

ngược lại. A (®ång)

( % ) i p Hình 4- 17. A = f(ip)

Ảnh hưởng của ip tới khối lượng ñoàn tàu: qua công thức nhận thấy cùng một

ñầu máy, dốc ip càng lớn thì khối lượng kéo ñược càng giảm.

( % ) i p

Q (tÊn)

Hình 4- 18. Q = f(ip)

Ảnh hưởng của ip tới vận doanh phí E:

E = Ett + Egt (ñồng/năm)

Trong ñó: Ett -vận doanh phí trực tiếp (các chi phí tỷ lệ với số lượng chuyển

ñộng của ñoàn tàu)

Egt -vận doanh phí gián tiếp (các chi phí trông nom bảo quản các kết

cấu cố ñịnh)

( % ) p i

E (®ång/n¨m)

E

E

gt

tt

E

Hình 4- 19. E = f(ip)

Nhận xét: - ip có vai trò rất quan trọng trong thiết kế.

- A và E có quan hệ ngược nhau với ip.

3. Yếu tố quyết ñịnh chọn ip.

Chọn ip căn cứ vào:

a. Ý nghĩa tuyến ñường.

b. Khối lượng và mức ñộ phát triển hàng hoá chuyên chở.

c. ðiều kiện ñịa hình.

d. ðộ dốc ip của mạng lưới ñường sắt.

e. Khả năng cung cấp ñầu máy và chiều dài sử dụng của ñường ñón gửi.

ðịa hình càng khó khăn càng nên sử dụng dốc hạn chế lớn, khối lượng vận

chuyển càng lớn càng nên sử dụng các ñoàn tàu có khối lượng lớn.

Lựa chọn dốc hạn chế hợp lý nhất dựa trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật.

Khi thiết kế ñường sắt có chiều dài lớn qua những khu vực có ñiều kiện ñịa hình

khác nhau, nếu thấy ñược có thể sử dụng các trị số dốc hạn chế khác nhau cho từng

khu ñoạn. ðiều cần chú ý là trên những khu ñoạn có dốc hạn chế nhỏ nên dùng ñầu

máy công suất nhỏ, còn trên những khu ñoạn có dốc hạn chế lớn nên dùng ñầu máy

khỏe hơn ñể ñảm bảo thống nhất ñược khối lượng của ñoàn tàu trên suốt chiều dài

ñường sắt. 4. Trị số lớn nhất và nhỏ nhất của ip.

Trị số lớn nhất của dốc hạn chế ipmax phụ thuộc vào:

a. Khối lượng ñoàn tàu khi lên dốc hạn chế

b. Vận tốc chạy tàu khi xuống dốc theo ñiều kiện hãm.

Ở Việt Nam, trong "Quy phạm thiết kế ñường sắt" có quy ñịnh ñộ dốc hạn chế

lớn nhất với ñường 1000 mm và ñường 1435mm (xem bảng 4-8), ñường thứ yếu

ipmax = 20‰.

Bảng 4- 8. ðộ dốc hạn chế lớn nhất của ñường sắt ipmax

ðộ dốc lớn nhất

Khổ ñường Cấp ñường Dốc hạn chế (A)

ðộ dốc thêm sức

kéo

1435

quốc gia

I , II

III

12

20

20

25

1000

quốc gia

chủ yếu

thứ yếu

12

20

22

30

Trị số nhỏ nhất của dốc hạn chế ipmin phụ thuộc vào ñiều kiện khởi ñộng của

ñoàn tàu với khối lượng tính toán Q, ñể ñoàn tàu khởi ñộng ñược thì Q ≤ Qkñ hay là

dốc hạn chế mà trên ñó ñảm bảo Q=Qkñ ñược coi là dốc hạn chế nhỏ nhất.

Pgi+w

F=

gi+w

gi+wPF

®kk®k

®kk

p

pkp -)()"(

)'(-

)(min0

min0

Từ ñó: ipmin = ®®k

kp

F

F(wkñ + ikkñ) -

®®kF

Pg(wkñ + ikkñ).(w'0- w"0) - w"0 (4- 30)

Phân tích biểu thức trên nhận thấy rằng ipmin ñạt trị số nhỏ nhất khi ikkñ = 0 và nó

phụ thuộc loại ñầu máy (tức là phụ thuộc ®kk

kp

F

F và

®kkF

Pg) và loại toa xe (tức là phụ

thuộc wkñ , w"0).

Ở chương 1 ta có lực cản khi tàu khởi ñộng wkñ = 4 (N/KN)

Như vậy với tình hình ñầu máy toa xe hiện tại, ñể ñảm bảo ñoàn tàu khởi ñộng

ñược thì dốc hạn chế nhỏ nhất ipmin = 4‰. ở Việt Nam lấy ipmin = 4‰.

Tương lai, ñầu máy toa xe lắp ổ bi ñũa, trở lực khởi ñộng thấp, ta có thể dùng

ipmin < 4‰.

4.2.4. Dốc cân bằng icb. a. ðiều kiện sử dụng dốc cân bằng icb.

Thực tế thiết kế một tuyến ñường có thể gặp luồng hàng hai chiều chênh lệch

nhau rõ rệt và ñiều ñó ñược thể hiện bởi hệ số chênh lệch K

K = nhnh

ihih

G

G

γγ

<< 1 (4- 31)

Trong ñó:

Gih, Gnh - lượng hàng vận chuyển của chiều ít hàng và chiều nhiều

hàng.

γih, γnh - hệ số ba ñộng (hệ số vận chuyển không ñều trong năm của

chiều ít hàng và chiều nhiều hàng.

γ = tbg

gmax > 1 , thường γ = 1,1 ÷ 1,2

gmax - lượng hàng vận chuyển của tháng lớn nhất trong năm.

gtb - lượng hàng vận chuyển trung bình của các tháng trong năm.

Hệ số K tính trong khoảng thời gian khai thác tính toán (năm 2, 5, 10).

Nếu ñịa hình cho phép và K ổn ñịnh trong một thời gian dài thì người ta sẽ thiết

kế cho mỗi chiều một ñộ dốc hạn chế và dốc hạn chế của chiều ít hàng ñược gọi là

dốc cân bằng.

Hiệu quả sử dụng dốc hạn chế khác nhau cho mỗi chiều là ở chỗ chiều ít hàng

dùng dốc cân bằng (dốc hạn chế lớn hơn) sẽ làm giảm chiều dài tuyến và giá thành

xây dựng.

b. ðịnh nghĩa dốc cân bằng icb.

Dốc cân bằng là dốc lớn nhất có chiều dài không hạn chế của chiều ít hàng mà

trên ñó ñoàn tàu với số toa của chiều nhiều hàng nhưng khối lượng nhỏ hơn ñược

kéo lên dốc do một ñầu máy dùng chung cho cả chiều nhiều hàng với vận tốc bằng

vận tốc tính toán nhỏ nhất Vp.

Người ta tính icbmax xuất phát từ ñiều kiện ñoàn tàu chuyển ñộng ñều trên dốc

cân bằng với vận tốc Vp.

Ta cú: Fkp = Wnh = Wih

Hay là Fkp= Pg(w'0+ ip) + gQnh(w"0nh+ ip) = Pg(w'0+ icbmax) + gQih(w"ih+

icbmax)

Từ ñó icbmax = gQP

gwQPwF

ih

ihihkp

)(

)"'( 00

+

+− (‰)

(4- 32)

Khối lượng ñoàn tàu của chiều ít hàng ñược tính theo công thức sau:

Qih = n(Kαqtt + qbì) (tấn)

Trong ñó:

n - số toa trong ñoàn tàu

α - hệ số chất hàng

qtt, qbì - khối lượng hàng tính toán và khối lượng bì của một toa.

Phụ thuộc vào ñịa hình của chiều ít hàng người ta chọn icb trong khoảng

ip < icb < icbmax

Thông thường icb ≥ ip + 3‰ (4- 33)

Nói chung, ñường sắt cấp I khổ 1435, ñường sắt chủ yếu khổ 1000 mm không

ñược dùng dốc cân bằng. Trong trường hợp bắt buộc phải dùng thì phải ñược Bộ

Giao thông vận tải duyệt.

Tuyến ñường sắt Cầu Giát - Nghĩa ðàn (Nghệ An) thiết kế tuyến dùng dốc cân

bằng icb = 11‰ và ip = 6‰.

4.2.5. Dốc gia cường igc. Trên những ñoạn gặp ñịa thế cao liên tiếp ñể giảm chiều dài tuyến cho phép

dùng dốc lớn hơn dốc hạn chế và phải tăng ñầu máy.

ðịnh nghĩa igc: Dốc gia cường là dốc giới hạn lớn hơn dốc hạn chế, tàu vượt qua

do nhiều ñầu máy kéo lên dốc với khối lượng Q.

Công thức tính toán xuất phát từ giả thiết tàu chuyển ñộng ñều trên dốc gia

cường:

ΣFkp = W = W' + W" = W'0 + W'igc + W"0 + W"igc

Hay là ΣFkp = ΣPgw'0 + ΣPgigc + Qgw"0 + Qgigc

Nếu các ñầu máy khác loại thì

igc = gQP

QgwPgwFkp

)(

"' 00

+Σ

−Σ−Σ (‰)

Nếu các ñầu máy cùng loại thì

igc = gQnP

QgwnPgwnFkp

)(

"' 00

+

−− (‰)

ở ñây n - số ñầu máy trong ñoàn tàu.

Nếu sử dụng hai ñầu máy kéo ñoàn tàu thì:

igc = gQP

QgwPgwFkp

)2(

"'2)1( 00

+

−−+ λ (‰) (4- 34)

ở ñây λ - hệ số sử dụng ñầu máy thêm,

λ = 0,95 khi ñầu máy thứ hai ở ñầu và ở giữa ñoàn tàu

λ = 0,90 khi ñầu máy thứ hai ở cuối ñoàn tàu.

Lưu ý:

- Ứng với mỗi trị số ip có một trị số igc vì Q ñược tính theo ip.

- Trong "Quy phạm thiết kế ñường sắt" ứng với mỗi ip người ta ñưa ra igc tương

ứng (xem bảng 4-9).

Bảng 4- 9. Dốc lớn nhất 2 ñầu máy kéo igc

ñường 1435 mm ñường 1000 mm Dốc hạn chế

(‰) Hơi nước ðiêzen ðiện Hơi nước

4

6

8,5

12,0

8,5

12,5

8,5

13,0

8,5

12,0

Các khu gian tuyến ñường sắt : ðồng Mỏ - Bản Thí (Lạng Sơn), Ghềnh - Bỉm

Sơn (Thanh Hoá) ñã thiết kế dốc gia cường với trị số dốc igc = 12‰.

4.2.6. Dốc quán tính ij. Ngoài những chỗ lên cao liên tiếp, nhiều khi gặp những ñoạn cục bộ có thể

giảm ñược khối lượng ñào ñắp thì người ta sử dụng dốc quán tính.

ðịnh nghĩa ij: Dốc quán tính là dốc giới hạn lớn hơn dốc hạn chế ip, tàu vượt

qua do công của ñầu máy và do ñộng năng dự trữ ñược.

Dốc quán tính ñược sử dụng có hiệu quả trong trường hợp trước khi lên dốc ij

có ñoạn tàu xuống dốc với vận tốc lớn và ñạt ñược ñộng năng dự trữ lớn (xem hình

4-20).

Khác với các dốc giới hạn khác, dốc quán tính có chiều dài giới hạn do vậy ta

phải giải quyết hai bài toán, ñó là tính chiều dài dốc quán tính khi biết trị số dốc quán

tính ij và ngược lại.

0 p i j i j i p i

0 p i p i

V

® V

c V

S S

Hình 4- 20. Dốc quán tính.

Hai bài toán trên ñược giải quyết dựa vào ñịnh luật "sự biến ñổi ñộng năng bằng

công tích luỹ ñược của ñầu máy", cụ thể là:

∆T = Rm - Rc - Rh

Trong ñó:

∆T - lượng biến ñổi ñộng năng

∆T = Tc - Tñ = (1+γ)

2-

2

22®c V

mV

m

= m(1+γ)

2

- 22®c VV

=

++2

3600

1000)γ1)((1000 QP

2

- 22®c VV

= 41,7(P+Q)(Vc

2 -

Vñ2)

Ở ñây V (km/h) ñổi ra m/s; (P+Q) (tấn) ñổi ra kg.

Rm - công cơ học của ñầu máy : Rm = Fktb.S

Rc - công cơ học của lực cản : Rc = (P+Q)g.w0tb.S

Rh- công tích luỹ thế năng: Rh = (P+Q)g.(Hc - Hñ).103 =

(P+Q)g.∆h.103

do ∆h = ij.S Rh = (P+Q)g.ij.S

Vñ , Vc - vận tốc ñầu và vận tốc cuối trên dốc ij ; Vc ≥ Vp

Ta có:

41,7(P+Q)(Vc2 - Vñ

2) = Fktb.S - (P+Q)g.w0tbS - (P+Q)g.ij.S

Từ ñó: ij = fktb + S

VV c® )-(17,4 22

- w0tb (‰) (4- 35)

Hay ngược lại:

S = ktbjtb

c®

fi+w

VV )-(17,4

0

22

(m) (4- 36)

ij; S - Dốc quán tính và chiều dài ñoạn dốc ñó.

Ví dụ: ðoàn toa xe có khối lượng 4700 tấn xác ñịnh theo ñiều kiện chuyển ñộng

ñều trên dốc hạn chế ip với vận tốc lâm giới Vp = 24 km/h, ñược kéo bởi ñầu máy

2TE10L có khối lượng 258 tấn. Vận tốc ñoàn tàu tại chân dốc là 60 km/h và ñoạn lên

dốc có chiều dài 2100m. Tính ñộ dốc quán tính lớn nhất biết

Fktb = 302148N ; w0tb = 1,8 N/KN

Giải:

ij = fktb + S

VV c® )-(17,4 22

- w0tb

= 81,9).2584700(

302148

+ +

2100

)2460(17,4 22 − - 1,8 = 10,3 ‰

ðường khôi phục hay cải tạo, vì dẫn ñến khối lượng cải tạo lớn có thể có dốc cá

biệt lớn hơn ip tức lợi dụng ñộng năng ñể vượt.

ðường sắt khổ 1435, khổ 1000, ñường chuyên dùng làm mới nói chung không

ñược thiết kế dốc lớn hơn dốc hạn chế bằng cách lợi dụng ñộng năng của ñoàn tàu.

4.2.7. Dốc vận doanh (dốc thiết kế).

a. Dốc thực tế itt: là dốc thiết kế của một yếu tố trắc dọc.

A B C D

ittAB = L

HH AB − (‰)

(4- 37)

Trong ñó:

HA - cao ñộ ñiểm ñầu

HB - cao ñộ ñiểm cuối

L - chiều dài yếu tố trắc dọc

b. Dốc trung bình itb: là dốc của một ñoạn giữa hai ñiểm cho trước mà không

xét ñến những ñiểm trung gian.

itbAD = L

HH AD

Σ

− (‰) (4- 38)

Trong ñó: ΣL - chiều dài các yếu tố giữa hai ñiểm cho trước.

c. Dốc tương ñương với lực cản ñường cong ir: khi tàu qua ñường cong chịu lực

cản do ñường cong wr gây nên, vì vậy có thể thay lực cản wr tương ñương với ñộ dốc

ir. Trị số:

wr = ir

d. Dốc dẫn xuất ik (dốc tính ñổi): là tổng ñại số của dốc thực tế và dốc tương

ñương với lực cản ñường cong:

ik = ±i + ir (4- 39)

Trong ñó:

i (+) khi tàu lên dốc

i (-) khi tàu xuống dốc

ir (+) vì lực này ngược chiều chuyển ñộng.

e. Dốc có hại ich và dốc vô hại ivh.

Khi tàu xuống dốc vận tốc tăng lên, dốc lớn và dài vận tốc tăng càng nhanh. ðể

vận tốc ñoàn tàu không vượt quá vận tốc cho phép chạy trên dốc ñó phải hãm tàu.

ðoạn dốc phải hãm ñể giảm vận tốc làm hao mòn bánh xe ñầu máy toa xe và

ñường ray ñược gọi là dốc có hại ich.

Nếu tàu xuống dốc mà không phải hãm gọi là dốc vô hại ivh.

cã h¹i V = f(s)

0 3 8 0

V (km/h)

§o¹n dèc

Vmax Vgh

Hình 4- 21. ðoạn dốc có hại

Có thể tìm ivhmax từ ñiều kiện chuyển ñộng ñóng máy với vận tốc Vmax=Vgh ta

có:

Wñ = W'0ñ + Wi = 0

Pgw'0ñ + Qgw"0 + ivhmax(P+Q)g = 0

từ ñó: ivhmax = - QP

QwPw d

+

+ 00 "' (‰)

(4- 40)

Trong thực tế thiết kế sơ bộ lấy ivhmax = 4‰. Muốn biết chính xác ñoạn dốc nào

là có hại phải vẽ ñường cong V = f(S).

Nói chung, ñoạn dốc có hại có i > 4‰ và H > 10m.

4.2.8. Chiều dài các yếu tố trắc dọc. ðể giảm khối lượng công trình (công tác ñất, công trình nhân tạo ...) cần thiết

kế những yếu tố trắc dọc ngắn có ñộ dài khác nhau ñể bám sát ñịa hình. Tuy nhiên sẽ

gặp nhiều nhược ñiểm trong khai thác vì khi ñoàn tàu chuyển ñộng từ yếu tố này

sang yếu tố khác lực cản phụ do dốc thay ñổi dẫn ñến hợp lực tác dụng vào ñoàn tàu

cũng thay ñổi và do ñó xuất hiện lực dọc và gia tốc dọc làm ảnh hưởng ñến ñộ bền

của toa xe và tiện nghi cho hành khách.

Ảnh hưởng lớn nhất tới trị số của lực dọc trong ñoàn tàu không phải là các ñiểm

ñổi dốc riêng biệt mà là hình dạng của trắc dọc. Khi ñoàn tàu nằm ñồng thời trên các

ñiểm ñổi lồi lõm (hoặc là lõm lồi) thì trong ñoàn tàu lực dọc thay ñổi lớn và có tính

xung kích làm ảnh hưởng ñến hàng hoá, hành khách và ñầu máy toa xe (xem hình 4-

22).

Hình 4- 22. ðoàn tàu nằm trên 2 ñiểm ñổi dốc.

Vì vậy dưới một ñoàn tàu không nên có quá một ñiểm ñổi dốc hay là ld > lt.

Trường hợp khó khăn ld ≥ 2

tL tức lúc này tàu nằm trên hai ñiểm ñổi dốc nhưng dù

khó khăn thế nào thì ld ≥ 200m vì có giảm ld nữa thì khối lượng công trình cũng

không giảm ñược là bao nhiêu.

Các trường hợp dùng dốc có ld = 200m:

a. ðoạn bằng chia dốc trên hình lồi.

200

0 p i i p

Hình 4- 23. Ld = 200m chia dốc lồi

b. ðoạn dốc hoà hoãn.

0 i < i p 200

i p

Hình 4- 24. Dốc hoà hoãn ở chân dốc có hại

Hình 4- 25. Dốc hòa hoãn ở dốc lồi.

c. ðoạn tranh thủ ñi hết dốc hạn chế.

i - i p r i p r p i - i 200

Hình 4- 26. ði dốc ip

Bảng 4- 10. Chiều dài ngắn nhất của ñoạn dốc (m)

ðộ dốc hạn chế Khổ

ñường Cấp ñường 4 5 - 6 7 - 8 9 10-12 13-20 21-25

1435 mm

quốc gia I II

500

350

400

300

400

250

400

200

350

200

350

200

200

1000 mm chủ yếu

thứ yếu

350

250

300

200

250

200

200

150

200

150

200

150

150

4.2.9. Nối các yếu tố trắc dọc. Khi ñầu máy hoặc toa xe của ñoàn tàu qua ñiểm ñổi dốc thì có hiện tượng bánh

dẫn bị treo và móc nối bị lệch (xem hình 4-27 và 4-28).

ip ip ≤ ip /2 ≤ ip /2 200 200

Hình 4- 27. Sơ ñồ bánh dẫn bị treo

Hình 4- 28. Sơ ñồ móc nối bị lệch

Những nghiên cứu tại Phân viện cơ học ở thành phố ðnhepetrôpxcơ thuộc Viện

hàn lâm khoa học Ucraina và tại Trường ðại học ñường sắt ðnhepetrôpxcơ chỉ ra

rằng ñể ñảm bảo cường ñộ cho các móc nối ñoàn tàu và ñộ êm thuận cần thiết khi

chuyển ñộng thì gia tốc dọc trong ñoàn tàu không ñược vượt quá (0,1÷0,15)g, trong

ñó g-gia tốc trọng trường.

Do vậy ñể gia tốc không vượt quá trị số cho phép nêu trên khi tàu chuyển từ yếu

tố này sang yếu tố kia cần nối hai yếu tố trắc dọc. Có hai cách nối:

1. Nối bằng ñường cong tròn.

Bán kính ñường cong tròn phụ thuộc vào chiều dài ñoàn tàu, khối lượng ñoàn

tàu và vận tốc chạy tàu.

Bán kính ñường cong tròn nối dốc ñứng ñược xác ñịnh như sau:

Rñ = ®a

V

.6,3

2max (m) (4- 41)

Theo kinh nghiệm khai thác khi chạy tàu tốc ñộ cao ñể hành khách không khó

chịu khi chịu gia tốc thẳng ñứng khi tàu qua ñiểm ñổi dốc, ở Nga lấy ad = 0,2 ÷ 0,3

m/s2, từ ñó Rñ = 15000; 10000; 5000; 3000 tuỳ thuộc cấp ñường, ở ðức và Áo Rñ =

(0,25 ÷ 0,4)V2max, ở Nhật Bản trên ñường sắt Tôkaiñô Rñ = 10000m; ở Pháp trên

ñường cao tốc Rñ = 20000m, còn ở nước ta trên ñường chủ yếu (khổ 1000 mm),

ñường cấp 1, 2 (khổ 1435 mm) lấy Rñ = 10000m, còn lại ñường cấp 3 khổ 1435mm

và các cấp khổ 1000mm lấy Rñ = 5000m.

α = α −(−α ) =α +α x A 2 1 1

T

O

R

1 α

T§ h

y

2 α

TC

§

2

Hình 4- 29. ðường cong ñứng

Từ hình vẽ theo quan hệ hình học ta có:

Tñ = Rñ.tg2

α ; vì α nhỏ nên tg

2

α ≈

2

1tgα

nên Tñ = 2

®Rtgα

Mặt khác α = /α1 - α2/ nên

tgα = 21

21

1 αααα

tgtg

tgtg

+

−

Do α1, α2 nhỏ nên tgα1tgα2 ≈ 0 , ñặt tgα1 = i1 ; tgα2 = i2 ta có:

Tñ = 2000

∆

1000

-.

221 iR

=iiR ®® (4- 42)

Ở ñây ∆i - hiệu số ñại số các dốc liền nhau.

Nếu Rñ = 10000m thì Tñ = 5∆i (m)

Nếu Rñ = 5000m thì Tñ = 2,5∆i (m)

Xét tam giác vuông Tð,A,O có

(y+Rñ)2 = x2 + Rñ

2

y2 + 2yRñ + Rñ2 = x2 + Rñ

2

Vì y nhỏ nên y2 bỏ qua, do ñó

2yRñ = x2 y = ®R

x

2

2

(m) (4- 43)

khi x Tñ thì y h = ®R

T

2

2

(m) (4- 44)

Chú ý: Khi ∆i = 3‰; R = 10000m thì h = 0,011m. Như vậy h là một ñại lượng

rất nhỏ, do vậy chỉ làm ñường cong nối dốc ñứng khi ∆i > 3‰ và Rñ = 10000m hoặc

khi ∆i > 4‰ và R = 5000m.

Ví dụ: Tính chiều sâu ñào ñất tại ñiểm ñổi dốc B biết cao ñộ mặt ñất thiên nhiên

là 350,5 m, cao ñộ thiết kế là 346,36 m, i1 = 5‰, i2 = -3‰, Rñ = 10000 m.

Giải:

Tại ñiểm B có:

∆i = /5 - (-3)/ = 8‰

Tñ = 5∆i = 40 m

h = ®R

T

2

2

= 10000.2

402

= 0,08 m

Cao ñộ thiết kế tại ñiểm B sau khi ñã bố trí ñường cong nối dốc ñứng là 346,36-

0,08=346,28m.

Chiều sâu ñào ñất tại ñiểm B là 350,5 - 346,28 = 4,22 m.

2. Nối bằng hình cắt lượn cong.

Dùng ñường cong tròn nối dốc ñứng có bán kính vài chục nghìn mét sẽ rất khó

khăn khi thi công và khai thác sau này. Vì vậy khi thiết kế trắc dọc, nhiều khi người

ta thay ñường cong tròn bằng hình cắt lượn cong.

ðường lượn cong gồm những ñoạn thẳng ngắn có ñộ dốc thay ñổi dần theo

dạng lượn cong (xem hình 4-30).

Khi chiều dài các ñoạn thẳng lượn cong ngắn (vài chục mét) trắc dọc ñường gần

giống ñường cong. Trắc dọc dạng này ñảm bảo ñộ êm thuận cao khi chạy tàu nhưng

có khó khăn nhất ñịnh lúc bảo dưỡng ñường vì cần phải tuân thủ hiệu số ñại số rất

nhỏ của các ñoạn thẳng (không quá 2‰). Vì vậy loại trắc dọc này chỉ nên dùng trên

những ñoạn có kết cấu tầng trên khỏe mới dễ dàng giữ ñường ñúng vị trí thiết kế.

( % ) i = 6

5 6 3 4 1 2

1

1 0 3 2 5 4 6

( % ) i = 6 2

li

Hình 4- 30. Hình cắt lượn cong

Quy phạm quy ñịnh chiều dài các ñoạn lượn cong li ≥ 50m, trường hợp khó

khăn li ≥ 25m và hiệu trị số ñộ dốc của các ñoạn thẳng lượn cong ∆i ≤ 1‰ với ñường

cấp 1, ∆i ≤ 1,5‰ với ñường cấp 2, ∆i ≤ 2‰ với ñường cấp 3.

4.3. PHÂN BỐ ðIỂM PHÂN GIỚI

4.3.1. Mục ñích phân bố ñiểm phân giới.

Khi thiết kế ñường mới phải phân bố ñiểm phân giới ñể ñảm bảo thông xe liên

tục và an toàn số lượng cần thiết các ñoàn tàu cũng như ñảm bảo công tác khai thác

(nhận và trả hành khách, hàng hoá, lập tàu, giải thể tàu, nhường tàu, khám và sửa

chữa ñầu máy toa xe, lấy nhiên liệu, lấy nước, thay tổ lái, thay ñầu máy, cắt móc toa

xe ...).

ðể thoả mãn mục ñích ñó khoảng cách giữa các ñiểm phân giới phải hợp lý,

không ñược quá ngắn hoặc quá dài.

4.3.2. Phân loại ñiểm phân giới.

ðiểm phân giới có phát triển ñường: các ga.

ðiểm phân giới không phát triển ñường: trạm tín hiệu khi ñóng ñường bán tự

ñộng, các cột tín hiệu thông qua khi ñóng ñường tự ñộng.

ðoạn ñường sắt giữa hai ñiểm phân giới ñược gọi là khu gian.

Khu gian giữa hai ga ñược gọi là khu gian giữa ga, giữa hai trạm tín hiệu hoặc

giữa trạm tín hiệu và ga ñược gọi là khu gian giữa trạm, giữa hai cột tín hiệu khi

ñóng ñường tự ñộng hoặc giữa cột tín hiệu và ga ñược gọi là phân khu.

Trên ñường ñón hoặc từng ñường của ñường ñôi mỗi khu gian chỉ ñược phép có

một ñoàn tàu chiếm dụng.

4.3.3. Yêu cầu cơ bản khi phân bố ga.

Phân bố ga là vấn ñề phức tạp vì ga khống chế năng lực thông qua. Mặt khác

khối lượng vận chuyển luôn thay ñổi và ngày một tăng cho nên phải căn cứ vào khối

lượng vận chuyển trong tương lai ñể phân bố, nếu không thì sau này phải ñầu tư

nhiều ñể cải tạo.

Bố trí ga mau, khả năng thông qua lớn nhưng thời gian ñầu phải ñầu tư nhiều,

vả lại tuyến bị dài thêm (do tổn thất cao ñộ, do ga ñặt trên dốc nhỏ hoặc bằng). Mặt

khác ga nhiều thì tàu phải ñỗ nhiều lần làm tăng số lần gia giảm tốc và tốc ñộ lữ hành

thấp, ảnh hưởng xấu tới chỉ tiêu khai thác. Bố trí ga thưa, có giảm ñược phí tổn công

trình nhưng năng lực thông qua sẽ thấp, dẫn ñến sau một thời gian lại phải cải tạo.

Khi phân bố ga cần ñảm bảo những yêu cầu về vận chuyển hành khách, hàng

hóa và thao tác kỹ thuật. Ga hành khách cần ñặt gần các khu dân cư có luồng khách

lớn, còn ga hàng hóa gần những nơi tập trung khối lượng lớn hàng hóa cần vận

chuyển.

Phân bố ga ñược coi là yếu tố hết sức quan trọng, ngang hàng các yếu tố khác

như bề rộng và cao ñộ nền ñường, tải trọng cầu cống, chiều dài ga ...

4.3.4. Nội dung phân bố ñiểm phân giới.

Là ñảm bảo khả năng thông qua cần thiết. ðối với ñường ñơn khả năng thông

qua cần thiết ñược xác ñịnh theo thời gian một cặp tàu chiếm dụng một khu gian khó

khăn nhất (khu gian khó khăn nhất là khu gian có chu kỳ chạy tàu lớn nhất).

Khả năng thông qua của ñường sắt là số tàu hoặc cặp tàu thông qua trong một

ngày ñêm:

N = T

1440 (cặp tàu/ngày ñêm) (4- 45)

Trong ñó: 1440 - số phút trong một ngày ñêm

T (phút) - chu kỳ chạy tàu ở khu gian khó khăn nhất

( A A

T

τ B

1 t τ 2 t A B

B

T

t 1 t 2

a) b)

Hình 4- 31. Biểu ñồ tàu chạy

a) Biểu ñồ tàu chạy có dừng ở ga; b) Biểu ñồ tàu chạy suốt qua ga.

Chu kỳ chạy tàu là khoảng thời gian cần thiết ñể thông qua một cặp tàu trên khu

gian. Chu kỳ chạy tàu ñược xác ñịnh từ thời ñiểm gửi ñoàn tàu ñầu tiên của nhóm ra

khu gian ñến thời ñiểm gửi ñoàn tàu ñầu tiên của nhóm tàu sau ra khu gian cũng theo

chiều ấy.

Khi tàu có dừng ở ga (xem hình 4-31a):

T = t1 + t2 + τA+ τB (phút) (4- 46)

Trong ñó:

t1, t2 - thời gian tàu chạy trên khu gian khó khăn nhất kể cả thời gian

tăng thêm khi giảm tốc vào ga, tăng tốc ra ga.

τA, τB - thời gian tàu dừng ở ga

t1, t2 phụ thuộc vào:

+ Loại ñầu máy

+ Khối lượng ñoàn tàu

+ Hình dáng bình diện và trắc dọc khu gian

+ Chiều dài khu gian

τA, τB phụ thuộc vào:

+ Sơ ñồ ñường trong ga

+ Hệ thống thông tin tín hiệu

+ Tác nghiệp ở ga

ðể ñảm bảo khả năng thông qua cần thiết thì:

+ Trường hợp tàu có dừng ở ga:

t1 + t2 = N

1440 - (τA + τB) (phút) (4- 47)

+ Trường hợp tàu chạy suốt qua ga (xem hình 4-31b):

t1 + t2 = T

1440 (phút) (4- 48)

Trên ñường ñơn khả năng thông qua khi tàu có dừng ở ga có thể ñạt ñến 24-40

ñôi tàu/ngày ñêm, còn khi tàu chạy suốt qua ga ñến 60-72 ñôi tàu/ngày ñêm.

Muốn cho số ga nhường tránh ñạt mức tối thiểu cần phải ñảm bảo ñiều kiện

tương ñẳng về thời gian (ñảm bảo sao cho thời gian chuyển ñộng ở các khu gian như

nhau). Khi tàu chạy suốt không ñỗ cần ñặc biệt chú ý tới ñiều kiện trên.

4.3.5. Nguyên tắc phân bố ñiểm phân giới.

Có hai nguyên tắc:

1. Phân bố theo tiêu chuẩn thống nhất:

ðược áp dụng ñối với tuyến ñường quốc gia, cụ thể như sau:

- Nếu có một loại ñầu máy thì thống nhất tiêu chuẩn khả năng thông qua N.

- Nếu có nhiều loại ñầu máy khác nhau thì thống nhất thời gian tiêu chuẩn tàu

chạy trung bình tñi + tvề của nhiều ñầu máy.

Chú ý: Cũng có khi tiêu chuẩn về thời gian ñược cho theo một loại ñầu máy cụ

thể, lúc này ñiều kiện tương ñẳng về thời gian tàu chạy ở các khu gian ñược ñảm bảo

cho ñầu máy ñó nhưng khi chuyển sang loại ñầu máy khác thì ñiều kiện này dễ bị

phá vỡ. Còn phân bố theo thời gian trung bình (của một cây số) thì ñối với một loại

ñầu máy nào ñó không ñạt ñược mức ñộ tương ñẳng cao nhưng khi chuyển sang một

loại ñầu máy khác thì ñiều kiện tương ñẳng không bị vi phạm quá ñáng.

Qua nghiên cứu quan hệ giữa cự ly và giá thành vận chuyển của tấn/km với các

loại ñầu máy, các loại thông tin tín hiệu, người ta tìm ra cự ly ga có lợi nhất là 8 ÷ 12

km.

Căn cứ vào thời gian tàu chạy và cự ly ga kinh tế nhất người ta quy ñịnh thời

gian bình quân tàu chạy theo hai chiều với ñường khổ 1000 mm không vượt quá 38'.

Dưới ñây thông qua cự ly kinh tế người ta quy ñịnh thời gian tàu chạy tñi+ tvề

của khu gian theo ñộ dốc hạn chế ip với ñầu máy ñiêzen của ñường khổ 1435 mm.

Bảng 4- 11. tñi + tvề theo ip của ñường khổ 1435 mm

ip (‰) 4 - 5 6 - 7 8 - 9 10 - 12

tñi + tvề (phút) 36' 34' 32' 30'

Chú ý:

Nếu trắc dọc giữa hai ga là hình lõm mà nền ga so với khu gian cao hơn hoặc

bằng 4m thì thời gian ñi về của khu gian có thể tăng thêm 4 phút (do trắc dọc khu

gian hình lõm nên khi ra ga có khả năng tăng tốc nhanh chóng).

Tổng số thời gian chạy tàu (cả ñi và về) tiêu chuẩn trên hai khu gian ở ga cấp

nước phải trừ ñi 10', nếu lấy nước một hướng thì trừ ñi 8' ñối với ñường khổ 1000

mm.

ðối với khu gian gần ga khu ñoạn và ñoàn tàu mỗi hướng của ga khu ñoạn ñều

có tác nghiệp kỹ thuật nên phải trừ ñi 6' ñối với ñương khổ 1000 mm.

Khi tàu chạy trên ñường cong còn chịu lực cản do ñường cong nên ảnh hưởng

ñến thời gian chạy tàu, trong quy phạm thiết kế có nêu ảng hưởng của góc quay tới

thời gian kéo dài.

2. Phân bố theo tiêu chuẩn riêng của từng tuyến.

ðược áp dụng cho ñường sắt ñịa phương phục vụ cho một vùng kinh tế nhất

ñịnh, cụ thể là dựa vào khối lượng chuyên chở vào năm thứ 10 ñể tính ra thời gian

tàu chạy tñi + tvề.

Số ñôi tàu hàng cần thiết vào năm thứ 10 là:

nh = HQ

G

36510 (ñôi tàu/ngày ñêm) (4- 49)

Khả năng thông qua cần thiết vào năm thứ 10 là:

N = (1 + p)(nh + nkek + nlel) (ñôi tàu/ngày ñêm) (4- 50)

Trong ñó:

p - hệ số dự trữ khả năng thông qua p = 20% với ñường ñơn

p = 15% với ñương ñôi

nk, nl - số ñôi tàu hàng, tàu kẻ năm thứ 10

G10 - khối lượng hàng vận chuyển yêu cầu năm thứ 10

ek, el - hệ số tính ñổi từ tàu khách, tàu lẻ ra tàu hàng: ek = 1,2 ; el = 1,5

(el = 1,5 tức là cho 2 chuyến tàu lẻ chạy bỏ qua 3 chuyến tàu hàng)

Tính thời gian chạy tàu cần thiết vào năm thứ 10:

tñ + tv = N

1440 - (τA + τB) (phút)

Như vậy biết tñ + tv ta tiến hành phân bố ñiểm phân giới.

4.4. YÊU CẦU BÌNH ðỒ, TRẮC DỌC TẠI ðIỂM PHÂN GIỚI

4.4.1. Chiều dài ga.

Chiều dài ga có ý nghĩa quan trọng, phải xét nó theo sự phát triển tương lai. Bởi

vì khi cải tạo kéo dài nền ga không những khối lượng công trình tăng lên mà phải

sửa chữa cả bình diện, trắc dọc hai ñầu ga, thậm chí phải cải lại phương hướng của

cả một ñoạn ñường.

Chiều dài ga phụ thuộc:

a. Sơ ñồ phát triển ñường trong ga (sơ ñồ ga): ga xếp dọc, xếp ngang, nửa dọc

nửa ngang. Ga xếp ngang có chiều dài ga ngắn nhất.

b. Chiều dài sử dụng của ñường ñón tiễn: chiều dài sử dụng của ñường tiếp phát

ñược tính từ cột tín hiệu xuất phát ñến mốc xung ñột, từ mốc xung ñột này tới mốc

xung ñột kia, hoặc từ cột tín hiệu này ñến cột tín hiệu kia. Chiều dài sử dụng của

ñường tiếp phát lsd sẽ ñược xác ñịnh theo chiều dài ñoàn tàu có tính ñến hướng phát

triển tương lai.

Trong quy phạm thiết kế có quy ñịnh các tiêu chuẩn lsd phụ thuộc vào chiều dài

ñoàn tàu nhằm mục ñích thống nhất hoá chiều dài ga, từ ñó có thể thống nhất hoá

tiêu chuẩn khối lượng. Ví dụ lsd = 300; 400; 500; 650 ... m.

c. Số ñường trong ga và số hiệu ghi: Số ñường ở ga với mỗi loại sơ ñồ ga và

chiều dài sử dụng lsd có ảnh hưởng lớn ñến chiều dài ga. Số ñường này tính theo khối

lượng vận chuyển năm thứ 5 (nếu là ga khu ñoạn hay ga lớn) và năm thứ 2 (nếu là ga

trung gian hay ga nhường tránh).

Chiều dài ga ñược thể hiện trên hình 4-32:

i i

L s©n ga

Lga T'

o

L sd

T"

o

0 0

Hình 4- 32. Chiều dài ga

Trong ñó:

lsd - chiều dài sử dụng của ñường tiếp phát, lsd = ltàu + 10 m

ltàu - chiều dài ñoàn tàu

10m - chiều dài dự trữ ñề phòng tàu ñậu không ñúng vị trí

Lga - chiều dài ga tính từ hai ñầu ghi ngoài cùng

ðể ñảm bảo thống nhất tiêu chuẩn chiều dài ga cho các loại ga người ta quy

ñịnh:

ðối với ga xếp dọc

Lga = 2lsd + c (m) (4- 51)

ðối với ga xếp ngang hoặc nửa dọc nửa ngang

Lga = lsd + c (m) (4- 52)

Ở ñây: c là chiều dài phụ thuộc loại và sơ ñồ ga, số ñường trong ga, số hiệu

ghi.

Lsân ga - chiều dài toàn bộ nền ga ñược kéo dài về 2 phía thêm chiều

dài ñường tang nối dốc ñứng ñể không phải ñặt ghi trong

phạm vi ñường cong ñứng.

Lsân ga = Lga + T' + T" (m) (4- 53)

Thường trong quy phạm thiết kế cho biết Lsân ga theo Lsd.

Nếu sau ga là ñoạn lên dốc lớn thì cần ñảm bảo ñiều kiện tăng tốc cho ñoàn tàu

ñạt ñến vận tốc tính toán của ñầu máy Vp khi tới ñầu dốc hạn chế (xem 2.5.5).

Trường hợp khối lượng ñoàn tàu ñược xác ñịnh từ ñiều kiện chuyển ñộng ñều trên

dốc hạn chế ip thì chiều dài ñoạn tăng tốc có thể ñược tính gần ñúng theo công thức.

Lp = tbp

p

ii

V

−1,1

17,4 2

(4- 54)

Trong ñó: itb - dốc trung bình tính ñổi trên ñoạn tăng tốc (‰).

Lp - chiều dài ñoạn tăng tốc (m).

Công thức trên tương ứng với công thức nhận ñược trong tính toán sức kéo ñầu

máy khi tích phân phương trình chuyển ñộng. Ở ñây hệ số 1,1 tính tới việc tăng lực

kéo khi khởi ñộng và tăng tốc so với lực kéo tính toán trên dốc hạn chế, cũng như

tính tới sự khác nhau của lực cản chuyển ñộng ñoàn tàu khi tăng tốc và trên dốc hạn

chế.

Nếu chiều dài ga không thỏa mãn chiều dài cần thiết ñoạn tăng tốc (có tính tới

việc bố trí ñoàn tàu trong phạm vi ga theo sơ ñồ ga) thì cần kéo dài ga về phía lên

dốc ñể ñạt chiều dài cần thiết theo ñiều kiện tăng tốc.

4.4.2. Yêu cầu bình ñồ tại ñiểm phân giới.

Ga nên ñặt trên ñường thẳng, nếu ñặt trên ñường cong gặp những khó khăn sau:

a. Khó bố trí và khai thác ghi.

b. Tăng lực cản khởi ñộng (phát sinh wr).

c. Kéo nhiều tín hiệu phát tàu (giảm tầm nhìn các tín hiệu ñường và ghi).

d. Các ñộng tác kỹ thuật khó (khó dồn tàu).

Những khó khăn trên tăng lên khi giảm bán kính ñường cong.

Trường hợp ñịa hình khó khăn khi mà ñặt ga trên ñường thẳng làm tăng khối

lượng công trình hoặc là làm cho ñường bị dài thêm ra cho phép ñặt ga trên ñường

cong có R ≥ 1000 m.

Ga không nên làm trên ñường cong trái chiều (nhất là ga xếp ngang do làm

giảm tầm nhìn của tài xế và khó dồn tàu), ga xếp dọc có thể bố trí trên ñường cong

trái chiều nhưng phải ñảm bảo một ñoàn tàu nằm vừa trên ñó và ñảm bảo ñủ tầm

nhìn ñể dồn tàu an toàn và ñể tàu chạy qua ga không phải giảm vận tốc.

Trong ga có thể ñặt siêu cao, ñường cong hoà hoãn, ñoạn thẳng giữa các ñường

cong như ở trên khu gian nhưng ghi phải ñặt trên ñoạn thẳng.

Ga xếp dọc cho khẳ năng thông qua lớn hơn ga xếp ngang, chọn loại nào tuỳ

theo ñiều kiện ñịa hình.

c)

b)

a)

Hình 4- 33. Các loại hình ga:

a. Ga xếp ngang; b. Ga nửa dọc nửa ngang; c. Ga xếp dọc

4.4.3. Yêu cầu trắc dọc tại ñiểm phân giới.

Ga nên ñặt trên ñoạn bằng, nếu ñịa hình khó khăn khi mà ñặt ga trên ñoạn bằng

dẫn ñến tăng khối lượng công tác nền hoặc làm tuyến dài ra thì cho phép ñặt trên dốc

nhưng phải ñảm bảo các ñiều kiện sau:

1. ðảm bảo ñiều kiện khởi ñộng.

ik(ga) ≤ ikkñ = gQ+Pn

Fn

®

®kk®

)( - wkñ

(4- 55)

Trong ñó:

ik(ga) - dốc dẫn xuất của ga

ikkñ - dốc dẫn xuất khởi ñộng

nd - số ñầu máy kéo

Nếu dùng một ñầu máy kéo thì:

ik(ga) ≤ ikkñ = gQP

Fkkd

)( + - wkñ

thay Qkñ = Q = giw

giwPF

p

pkp

)"(

)'(

0

0

+

+− vào công thức trên ta có:

ik(ga) ≤ ik(kñ) = )''-'(-

)''(

00

0)(

wwPgF

i+wF

kp

p®kk - wkñ

(4- 56)

Từ công thức trên nhận thấy rằng nếu khối lượng ñoàn tàu ñược xác ñịnh theo

ñiều kiện chuyển ñộng ñều với vận tốc tính toán trên dốc hạn chế thì ñộ dốc lớn nhất

mà trên ñó ñoàn tàu khởi ñộng ñược phụ thuộc vào ñộ dốc hạn chế. Ngoài ra ikkñ còn

phụ thuộc loại ñầu máy (phụ thuộc giá trị Fkkñ và Fkkñ - Pw'0) cũng như vào ñoàn toa

xe (phụ thuộc giá trị w"0 và wkñ).

Ở Việt Nam thống nhất lấy:

ikkñ = ip - 4 (‰) (4- 57)

2. ðảm bảo ñoàn tàu dừng trong phạm vi chiều dài sử dụng của ñường ñón tiễn

lsd nhờ lực ép má phanh của ñầu máy (khi nhả má phanh các toa xe ñể nạp gió hoặc

trước khi khởi ñộng) thì cần có ñiều kiện sau:

(nñP + Q)gi ≤ 1000ϕktΣKt + (nñP + Q)gwkñ (4- 58)

Trong ñó:

ΣKt - tổng lực ép tính toán của các má phanh lên các trục của ñầu

máy, KN.

ϕkt - hệ số ma sát tính toán giữa các má phanh và vành bánh xe ; có

thể

lấy ϕkt = 0,25.

Từ ñó: ik(ga) ≤ gQ+Pn

K

®

t

)(

Σ250 + wkñ (4- 59)

thay Q = gi+w

F

p

kp

)(

Σ

0

- nñP vào công thức trên ta có:

ik(ga) ≤ kp

pt

F

i+wK

Σ

)(Σ250 0 + wkñ (4- 60)

Ở nước ta lấy ik(ga) ≤ 6‰.

3. ðảm bảo ñiều kiện toa riêng ñứng một mình không bị trôi (thường xét ở các

ga có cắt móc toa xe).

Trong thời gian dồn các toa xe bị cắt khỏi ñoàn tàu dưới tác dụng của trọng lực

kết hợp với gió thổi có thể bị trôi. Qua thí nghiệm ñộ dốc mà trên ñó lực cản cân

bằng với khối lượng bằng 2,5‰. Như vậy ở hai ga liền nhau một trong hai ga không

ñược thiết kế dốc lớn hơn 2,5‰ ñể ñảm bảo cắt toa vì lý do kỹ thuật (toa hỏng).

4.4.4. Thiết kế ñoạn chạy suốt nhằm nâng cao khả năng thông qua của ñường

sắt.

4.4.4.1. Tàu chạy suốt và phân bố trục chạy suốt.

Việc dừng tàu tại ga ñể các tàu khác hướng tránh nhau làm giảm khả năng thông

qua, làm tăng tiêu hao nhiên liệu ñể giảm tốc và tăng tốc, cũng như tăng thời gian

chạy tàu trên ñường.

Nếu như có khả năng ñảm bảo một cách tuyệt ñối việc ñến trục tránh của các

ñoàn tàu khác hướng vào cùng một thời ñiểm và với cùng một vận tốc thì các ñoàn

tàu này có thể thông qua ga mà không dừng. Chiều dài ñoạn tránh không dừng (ñoạn

chạy suốt) có thể lấy bằng chiều dài sử dụng của ñường ñón gửi (hình 4-34a), còn

trắc dọc của nó có thể ñược thiết kế như trắc dọc khu gian khi không xét ñến việc

dừng tàu.

Hình 4- 34. Các sơ ñồ có thể cho ñoàn tàu chạy suốt và chiều dài cần thiết của

ñoạn ñường ñôi:

a- Khi các tàu tránh nhau cùng một thời ñiểm ñến trục chạy suốt tính toán

b- Khi tàu lẻ chậm

c- Khi tàu chẵn chậm

Tuy nhiên, vì nhiều nguyên nhân khách quan như thời tiết, tình trạng của ñoàn

tàu, sự khác nhau về khối lượng và vận tốc của các ñoàn tàu tránh nhau mà có khi

không ñảm bảo ñược các ñoàn tàu khác hướng tránh nhau tại ga vào cùng thời ñiểm.

Trên thực tế các ñoàn tàu không thể tới trục tránh của ga vào cùng thời ñiểm, do

vậy ñể ñảm bảo tránh tàu không dừng trong trường hợp này cần kéo dài ñoạn ñường

ñôi ở ga về phía tàu chậm.

Trên hình 4-34b trình bày cách kéo dài ñoạn ñường ñôi về hướng ñến ga của tàu

lẻ do chậm tàu của hướng này (các ñường gạch nối là vị trí các ñoàn tàu vào thời

ñiểm tàu chẵn ñến trục tránh tính toán không dừng-trục chạy suốt tính toán). Trên

hình 4-34c kéo dài ñoạn ñường ñôi ñược thực hiện về hướng ñến ga của tàu chẵn cho

chậm tàu của hướng này (các ñường gạch nối là vị trí các ñoàn tàu vào thời ñiểm tàu

lẻ ñến trục chạy suốt tính toán). ðể chạy tàu không dừng ở ga khi tránh nhau trong

những trường hợp này thì trắc dọc ñoạn ñường ñôi kéo dài có thể thiết kế như trắc

dọc ở khu gian.

Muốn chạy suốt cho tất cả các ñoàn tàu tránh nhau ứng với mọi thời ñiểm ñến ga

khác nhau thì cần ñặt trục chạy suốt thực tế trong phạm vi toàn khu gian. Nói cách

khác, cần ñặt ñường thứ hai trên chiều dài toàn khu gian, tức là cần thiết kế ñường

ñôi. Giải pháp này ñược sử dụng khi khả năng thông qua lớn. Như vậy với những

trường hợp trên cần tiêu chuẩn hóa thời gian lệch nhau của các ñoàn tàu tới trục chạy

suốt tính toán và tương ứng với nó là chiều dài ñoạn ñường ñôi ñể thực hiện chạy

suốt.

Theo các tài liệu nghiên cứu của Liên Bang Nga thời gian lệch nhau của các tàu

tới trục tránh tính toán ñược lấy từ 1,5-2 phút.

Khi tuân thủ các ñiều kiện trên thì các ñoàn tàu thông qua không cần dừng và

bình ñồ trắc dọc của các ñoạn ñường ñôi khi chạy suốt có thể ñược thiết kế theo tiêu

chuẩn ở khu gian.

Khi các ñiều kiện trên bị vi phạm, tức là sự không cùng thời ñiểm của các tàu tới

trục chạy suốt tính toán vượt qua 2 phút thì tàu ñến trước phải dừng. ðiều này dẫn

ñến trong phạm vi ñoạn ñường ñôi cần thiết kế các yếu tố bình diện và trắc dọc ñảm

bảo cho các ñoàn tàu dừng, ñứng và khởi ñộng ñược.

Như vậy, ñể chạy suốt chỉ cần ñoạn ñường ñôi có chiều dài tương ứng, còn việc

không thỏa mãn tiêu chuẩn chạy suốt và dừng tàu bắt buộc lại xác ñịnh sự cần thiết

thay ñổi trắc dọc và bình ñồ trong phạm vi ñoạn ñường ñôi này.

Tìm vị trí các ñoạn ñường ñôi và trục chạy suốt tính toán khi thiết kế ñường mới

ñược tiến hành như phân bố các ga thông dụng theo 2 bước. ðầu tiên phân bố một

cách tương ñối khi tính thời gian ñi và về theo quy phạm thiết kế sau ñó chính xác

hóa trên cơ sở tính sức kéo.

Chiều dài ñoạn ñường ñôi ñể các ñoàn tàu tránh nhau không dừng có thể ñược

xác ñịnh theo nhiều phương pháp.

4.4.4.2. Sử dụng phương pháp giải tích xác ñịnh ñoạn ñường ñôi ñể các ñoàn tàu

tránh nhau không dừng (chạy suốt).

Chiều dài tính toán ñoạn chạy suốt là các khoảng cách Lpc, Lpl tính từ trục chạy

suốt (TCS) ñến tín hiệu ra ga về phía tàu chẵn hoặc tàu lẻ (xem hình 4-35), phụ thuộc

chủ yếu vào chiều dài ñoàn tàu, vận tốc chạy tàu, chiều dài hãm tàu và thời ñiểm ñến

trục chạy suốt không giống nhau của các ñoàn tàu tránh nhau. Như ñã nói ở trên, việc

không cùng thời ñiểm ñến của các ñoàn tàu làm tăng chiều dài ñoạn ñường ñôi, tuy

nhiên việc không cùng thời ñiểm ñược xét ñến trong tính toán nhằm tăng ñộ tin cậy

trong khai thác chạy suốt.

Chúng ta sử dụng các ký hiệu sau:

Vc, Vl- vận tốc chạy tàu hướng chẵn và hướng lẻ, km/h.

tchậm- thời gian tính toán chậm giờ của một trong các ñoàn tàu (thực tế thiết kế

lấy 1,5- 2 phút).

Thời gian tchậm có thể coi như tổng số của 2 bộ phận là t1 + t2

tm - thời gian chuyển tuyến bao gồm thời gian bẻ ghi và mở tín hiệu (khi ñiều

ñộ tập trung 0,1- 0,2 phút, khi ñóng mở ñường và ñiện khí tập trung 0,2- 0,3 phút).

Shc, Shl - chiều dài ñoạn hãm tàu theo hướng chẵn và lẻ

lt - chiều dài ñoàn tàu( m).

Hình 4- 35. Sơ ñồ xác ñịnh chiều dài ñoạn chạy suốt của các ñoàn tàu

khi hạn chế vận tốc của ñoàn tàu ñầu tiên tới trục chạy suốt

(chiều dài ñoàn tàu như nhau khi tàu chẵn chậm).

1. Khi hạn chế tốc ñộ chạy tàu tới TCS.

a. Khi chiều dài ñoàn tàu chẵn và lẻ như nhau:

+ Giả sử rằng tàu chẵn bị chậm:

Khi xác ñịnh chiều dài tính toán ñoàn tàu chạy suốt về phía ñến của tàu lẻ Lpl

(hình 4-35) người ta giả thiết tàu chẵn bị chậm. Vào thời ñiểm khi mà tàu lẻ chạy qua

trục tránh nhau không dừng (trục chạy suốt) thì tàu chẵn ở cách trục một khoảng

cách là 16,7.Vctchậm (vị trí thứ nhất hình 4-35).

Ở vị trí thứ hai của tàu chẵn vào thời ñiểm khi nó giải phóng ghi ra cho tàu lẻ

(tức là khi ñuôi tàu chẵn ở cùng mặt cắt với mốc xung ñột của ghi vào của nó) ñầu

tàu lẻ cần ở khoảng cách không nhỏ hơn 16,7.tmVl + Shl so với tín hiệu ra ga của

hướng lẻ. ðiều kiện này xác ñịnh khả năng dừng tàu lẻ trước tín hiệu ra ga nếu như

sự chậm giờ tàu chẵn vượt quá giá trị tchậm.

Khoảng thời gian tàu chẵn ñi khoảng cách từ vị trí 1 ñến vị trí 2 ñược ký hiệu là

t1. Nếu bỏ qua khoảng cách giữa mốc xung ñột ở ghi vào và tín hiệu ra ga thì với ñộ

chính xác chấp nhận ñược thời gian t1 có thể ñược xác ñịnh như sau :

c

tplchËmc

1 16,7V2

lL-t16,7V

t+

= (4- 61)

Trong khoảng thời gian t1 tàu lẻ ñi ñược một khoảng cách :

hl)ml

tpl St16,7V

2

lL −−−

Tức là:

l

hlmlt

Pl

1 16,7V

St16,7V2

lL

t−−−

= (4- 62)

Giải ñồng thời các phương trình (4-61) và (4-62) ta tìm ñược :

lc

chlmchËmlctP(l) VV

VS)t(tV16,7V

2

lL

+

+++= (4- 63)

+ Tương tự ta có thể tìm ñược Lpc với trường hợp tàu lẻ bị chậm :

lc

lhcmchËmlctpc VV

VS)t(tV16,7V

2

lLË

+

+++= (4- 64)

b. Khi chiều dài ñoàn tàu chẵn và lẻ khác nhau:

Lập luận như trường hợp chiều dài ñoàn tàu bằng nhau các công thức (4-63) và

(4-64) có dạng sau:

lc

chlmchËmlcctlltc

PlV+V

VS+)t+(tV16,7V+V0,5l+V0,5l=L (4- 65)

lc

lhcmchËmlcctlltc

PcV+V

VS+)t+(tV16,7V+V0,5l+V0,5l=L (4- 66)

Vận tốc ñoàn tàu và chiều dài hãm ñược tính bởi sức kéo ñầu máy. Ở ñây vận

tốc ñoàn tàu ñến ñầu tiên bị hạn chế bởi trị số cho phép khi thông qua ñèn tín hiệu

màu vàng, ñèn này ñược ñặt trước ñèn vào ga một khoảng cách khoảng 1000m

nhưng không nhỏ hơn chiều dài ñoàn tàu. Chiều dài hãm theo quy ñịnh tính sức kéo

ñược tính với trường hợp hãm bình thường. Khi cùng lúc các ñoàn tàu vượt qua trục

tránh hoặc là khi có sự lệch nhau về thời gian không lớn thì không ñòi hỏi phải giảm

tốc (vẫn tuân thủ vận tốc khi qua ghi vào ñường bên).

Với mục ñích cải thiện các chỉ tiêu khai thác khi cho tàu chạy suốt có thể tính

chiều dài trục chạy suốt mà không cần hạn chế vận tốc thậm chí cả khi các tàu qua

trục chạy suốt không cùng lúc.

2. Khi không hạn chế tốc ñộ chạy tàu.

Khi ñuôi tàu chẵn qua mốc xung ñột, ñầu tàu lẻ còn phải trước tín hiệu tuyến

một khoảng cách trong ñó có chiều dài hãm S’hl. ðèn màu này cần thiết kế ñể giảm

vận tốc theo yêu cầu và và ñoàn tàu vượt qua quãng ñường 16,7.Vl .tm trong thời gian

thông tuyến.

a. Khi chiều dài ñoàn tàu bằng nhau.

So sánh và giải các phương trình tương tự như các phương trình (4-61) (4-62) ta

nhận ñược công thức xác ñịnh chiều dài tính toán từ TCS tới tín hiệu ra ga theo

hướng lẻ và hướng chẵn với trường hợp tàu thông qua không hạn chế vận tốc :

⇒lc

cthhlmchËmlct

PlVV

)Vl(S')t(tV16,7V

2

lL

+

++++= (4- 67)

⇒lc

lorhcmchËmlct

PcVV

)Vl(S')t(tV16,7V

2

lL

+

++++= (4- 68)

Hình 4- 36. Sơ ñồ xác ñịnh chiều dài ñoạn chạy suốt của các ñoàn tàu

khi không hạn chế vận tốc của ñoàn tàu ñầu tiên tới trục chạy suốt

(chiều dài ñoàn tàu như nhau khi tàu chẵn chậm).

b. Khi chiều dài ñoàn tàu chẵn và lẻ khác nhau

Tương tự như cách chứng minh ở các công thức trên ta có

lc

cthhlmchËmlcctlltc

PlVV

)VlS)t(tV16,7VV0,5lV0,5lL

+

+++++=

( (4- 69)

lc

lthhcmchËmlcctlltc

pcVV

)VlS)t(tV16,7VV0,5lV0,5lL

+

+++++=

( (4- 70)

Ở công thức (4-67) (4-68) (4-69) (4-70) ngoài các ñại lượng ñã biết còn có

chiều dài ñoạn giữa tín hiệu tuyến và tín hiệu vào lth. Bởi vì S’hl+ lth > Shl và S’hc+ lth

> Shc nên chiều dài ñoạn chạy suốt khi tàu thông qua không hạn chế vận tốc lớn hơn

so với trường hợp hạn chế vận tốc của tàu ñầu tiên tới trục chạy suốt. Tuy nhiên khi

khối lượng vận chuyển lớn việc phải chi phí xây dựng ñể làm ñoạn ñường ñôi có

chiều dài lớn về nguyên tắc vẫn hợp lý.

Nếu thời gian thực tế chậm giờ của tàu hướng ngược lại vượt quá trị số tính toán

tchậm thì tàu chạy theo biểu ñồ (ñúng giờ) cần dừng trước tín hiệu ra. Trong trường

TCS

hướng chẵn

hướng lẻ L Pl

L f

i i kd l t

i>i kd

hướng lẻ

TCS

D L

i kd i

L yb

i > i kd l t

L pl L y

hướng chẵn

hợp này dốc trắc dọc ñoạn chạy suốt trước tín hiệu ra với chiều dài bằng chiều dài

ñoàn tàu cần ñảm bảo ñiều kiện khởi ñộng tàu bằng hãm ñầu máy, tuy nhiên và trong

mọi trường hợp ñộ dốc này không ñược vượt quá 100/00.

Nếu ñặt yếu tố trắc dọc như trên (với i < ikð) vào vị trí mà làm tăng khối lượng

xây dựng hoặc làm kéo dài tuyến thì có sử dụng một trong các giải pháp sau :

+) Có thể kéo dài ñoạn ñường ñôi ñến yếu tố trắc dọc mà tại ñó ñảm bảo khởi ñộng

(xem hình). Trong trường hợp này chiều dài thực tế ñoạn ñường ñôi Lφ sẽ chỉ phụ

thuộc vào ñiều kiện trắc dọc của ñoạn ñường này

Hình 4- 37. Kéo dài ñoạn chạy suốt khi chuyển tín hiệu ra ga ra xa trục chạy suốt

+) Có thể kéo tín hiệu ra tới gần trục chạy suốt (TCS) (nếu có yếu tố trắc dọc

khởi ñộng ñược) một khoảng cách Ly (xem hình 4-38). ðiều này cũng ñòi hỏi cũng

phải kéo dài ñoạn ñường ñôi ∆L, bởi vì trong trường hợp này tàu chậm cần giải

phóng ghi vào một thời gian càng sớm càng tốt ñể dành thời gian cho tàu chạy theo

biểu ñồ (trong trường hợp này là tàu lẻ), ñể ñi ñược quãng ñường LPl- Ly thời gian

này là :

l

yPl

16,7V

LLt

−=

Quãng ñường ñi ñược trong khoảng thời gian này của tàu chẵn là :

cl

yPl

V

L

V

LL ∆=

− ⇒ ∆L =

l

cyPl

V

)VL(L − (4- 71)

Nếu như lượng kéo dài ñến Lφ ở trường hợp ñầu không lớn hơn nhiều so với

lượng kéo dài ∆L ở trường hợp hai thì nên sử dụng giải pháp ñầu vì trong trường hợp

này tạo ra ñược dự trữ bổ ñể thực hiện chạy suốt khi tàu chẵn chậm quá thời gian quy

ñịnh.

Hình 4- 38. Kéo dài ñoạn chạy suốt khi kéo tín hiệu ra ga tới gần trục chạy suốt.

4.4.4.3. Sử dụng phương pháp ñồ thị xác ñịnh ñoạn ñường ñôi ñể các ñoàn tàu

tránh nhau không dừng (chạy suốt).

Ưu ñiểm của phương pháp ñồ thị là ở chỗ có thể tính ñến sự thay ñổi vận tốc

chạy tàu. ðể ñạt ñược ñiều này, người ta sử dụng các ñường cong V(S) và t(S) ñã

ñược xây dựng cho hai chiều khác nhau.

Trong ñó ñường cong thời gian của các ñoàn tàu tránh nhau ñược xây dựng sao

cho chúng cắt nhau tại trục chạy suốt (hình 4-39). ðể tính ñến khả năng ñến ñoạn

chạy suốt không cùng thời ñiểm trên ñồ thị cần kẻ các ñường cong thời gian có tính

ñến chậm giờ (các ñường gạch nối trên hình 4-39). Các ñiểm a và b chỉ ra ranh giới

vị trí có thể của trục chạy suốt thực tế khi các tàu ñến ga không cùng thời ñiểm.

Chúng ta sẽ xác ñịnh chiều dài cần thiết của ñoạn chạy suốt từ phía ñến của tàu

lẻ (phía trái hình 4-39), Muốn thế giữa ñường cong t'l(S) của tàu lẻ ñến muộn và

ñường cong tc(S) của tàu chẵn ñến ñúng giờ cần ñặt chiều dài hãm cho ñoàn tàu

hướng chẵn Sh(c) (khoảng cách các ñiểm c và e trên hình 4-39). Bởi vì vị trí của các

ñiểm này không ñược biết trước, nên trước tiên xây dựng gần ñiểm a ñường cong

hãm V(S) thể hiện chiều dài hãm thực tế Stt (ñường cong c'd'), sau ñó ñặt chiều dài

chuẩn bị hãm Scb và xác ñịnh chiều dài hãm toàn bộ Sh (ñiểm e'). Khi ñã xác ñịnh

ñược các ñiểm c' và e' trên các ñường cong t(S) chúng ta nhận ñược các ñiểm c và e.

Nếu các ñiểm không nằm trên một ñường nằm ngang thì cần bắt ñầu hãm tàu muộn

hơn hoặc là sớm hơn và cần xây dựng lại.

Khi ñã nhận ñược vị trí ñúng của ñiểm c', tức là trọng tâm của tàu chẵn trong

trường hợp phải dừng tàu bắt buộc, cần ñặt từ ñiểm này về phía ra xa trục chạy suốt

chiều dài nửa ñoàn tàu. Và như vậy, vị trí tín hiệu ra ñã ñược xác ñịnh, tức là chiều

dài tính toán Lp(c). Tương tự như trên cũng xác ñịnh chiều dài Lp(l) (vế phải hình 4-39)

trong trường hợp tàu chẵn chậm giờ và ñường cong hãm ñược xây dựng cho tàu lẻ.

Nếu như ở cuối ñoạn chạy suốt trắc dọc không ñảm bảo khởi ñộng trong trường

hợp dừng tàu trước tín hiệu ra ga thì vì nguyên nhân này nên chuyển tín hiệu ra ga tới

gần trục chạy suốt (như chỉ ra trên hình 4-38), lúc này chiều dài cần thiết ñoạn kéo

dài ñường ñôi ∆L có thể ñược xác ñịnh theo ñồ thị như ñã chỉ ra trên hình 4-40.

Từ vị trí mới ấn ñịnh của tín hiệu ra ga (ñược bố trí với khoảng cách Ly từ trục

chạy suốt) về phía tới trục chạy suốt ñặt nửa chiều dài ñoàn tàu. ðiểm c' nhận ñược

sẽ xác ñịnh vị trí trọng tâm của ñoàn tàu lẻ ñã dùng. Sau khi ñã xây dựng ñường cong

hãm c'k' (chiều dài thực tế hãm Stt) và ñã ñặt chiều dài chuẩn bị hãm Scb chúng ta

nhận ñược chiều dài hãm toàn bộ Sh(l) (ñiểm a'). Vào thời ñiểm này ñuôi tàu chẵn bị

chậm cần ở cùng mặt cắt với mốc xung ñột. Vì vậy khi từ ñiểm a kẻ ñường nằm

ngang tới ñiểm giao cắt với ñường cong thời gian của ñoàn tàu chẵn bị chậm (ñiểm

c) và khi ñặt từ ñiểm c về phía tính từ trục chạy suốt một nửa chiều dài ñoàn tàu,

chúng ta tìm ñược vị trí mốc xung ñột, tức là ñiểm cuối của ñoạn ñường ñôi.

Hình 4- 39. Xác ñịnh chiều dài ñoạn chạy suốt bằng phương pháp ñồ thị.

Hình 4- 40. Xác ñịnh chiều dài ñoạn chạy suốt khi chuyển tín hiệu ra ga

tới gần trục chạy suốt.

4.5. THIẾT KẾ BÌNH ðỒ, TRẮC DỌC ðƯỜNG SẮT

Khi thiết kế bình ñồ và trắc dọc ñường sắt cần:

a. Tuân thủ tất cả những yêu cầu ñể ñảm bảo chạy tàu an toàn, êm thuận và liên

tục.

b. Tính ñến những yêu cầu khai thác, tức là ñạt ñược những chỉ tiêu khai thác

cao nhất do bình ñồ và trắc dọc khống chế.

c. Tính ñến những yêu cầu xây dựng theo quan ñiểm sử dụng thuận lợi nhất các

thiết bị thi công cơ giới cho các hạng mục xây lắp (nền ñường, công trình nhân tạo

...), cũng như theo quan ñiểm "chọn" thời gian thi công hợp lý nhất.

d. Tuân thủ các yêu cầu kinh tế, tức là ñạt ñược tương quan hợp lý giữa kinh phí

xây dựng và chi phí khai thác. Những chi phí này phụ thuộc vào hình dáng bình ñồ

và trắc dọc.

Những yêu cầu trên ñây một phần ñã ñược phân tích khi xem xét các yếu tố

bình ñồ và trắc dọc ở khu gian và ñiểm phân giới. Dưới ñây chúng ta nghiên cứu một

cách tổng thể các yêu cầu này khi thiết kế bình ñồ và trắc dọc ñường sắt trong những

ñiều kiện khác nhau.

4.5.1. Thiết kế trắc dọc theo ñiều kiện ñảm bảo chạy tàu an toàn và êm thuận.

Những yêu cầu ñể chạy tàu an toàn và êm thuận là cơ sở của tất cả các tiêu

chuẩn thiết kế trắc dọc và bình ñồ ñường sắt, trong ñó cần chú ý tới những yêu cầu

sau:

a. ðảm bảo tàu chạy không bị ñứt móc ñầu máy toa xe.

b. ðảm bảo ñường thiết kế không bị ngập nước.

c. ðảm bảo ñường sắt giao cắt an toàn với các ñường khác.

4.5.1.1. Thiết kế trắc dọc ñảm bảo tàu chạy không bị ñứt móc ñầu máy toa xe.

Hiện tượng mất an toàn là do ñứt móc ñầu máy toa xe. ðứt móc nối có thể do

chủ quan người tài xế, do kéo quá tải nhưng ñứt móc dễ sinh ra ở những nơi mà móc

nối ñổi trạng thái làm việc một cách ñột ngột.

Người ta nghiên cứu trạng thái làm việc của móc nối trên trắc dọc thấy rằng ñứt

móc hay xẩy ra khi móc nối làm việc từ ép chặt chuyển sang kéo căng ñột ngột (chân

dốc lõm, dốc bậc thang, dốc lồi ở chân dốc lõm) ở một ñộ chênh về cao ñộ và một trị

số dốc nhất ñịnh, còn trường hợp từ kéo căng chuyển sang ép chặt thì ít xảy ra.

ðể tránh hiện tượng này người ta thiết kế trắc dọc sao cho móc nối làm việc từ

từ. ðiều này ñược thể hiện ở hiệu ñại số của hai dốc liền nhau và chiều dài của

những dốc ñó ñủ ñể ñảm bảo ñộ êm chuyển ñộng của ñoàn tàu, chiều dài nhỏ nhất ≥

200m.

ðể ñảm bảo an toàn chạy tàu quy phạm quy ñịnh như sau: hiệu số ñại số lớn

nhất của hai ñộ dốc liền nhau trên trắc dọc không ñược vượt quá trị số ñộ dốc hạn

chế hướng xe nặng ∆i ≤ ip, ngoại trừ ba trường hợp ñoạn dốc có hại dưới ñây khi ip ≥

8‰ thì ∆i ≤ ip/2 và khi ip < 8‰ thì ∆i ≤ 4‰.

* Dốc lõm ( một phía hoặc hai phía)

i > 4 % p i i /2

i > 4 % H>10m H>10m

* Dốc bậc thang

i i

< 2 l t

i i /2

2 l t

% i > 4

i > 4 % p

p

i i /2 p

p i i /2 H>10m

H>10m

H>10m

i > 4 %

i > 4 %

Chú ý:

- Dốc bậc thang ñược ngăn cách bởi dốc bằng 0‰ hoặc dốc nhẹ 1 ÷ 2 ‰.

- Khi xác ñịnh H cần xem kỹ nếu xuống dốc nối bằng nhiều ñoạn dốc mà trong

ñoạn này có dốc ≤ 4‰ nhưng chiều dài dốc < 2lt thì vận tốc ñoàn tàu chạy trên dốc

này vẫn chưa ñược hoà hoãn. Vì vậy tính chiều cao H phải tính từ ñỉnh (chỗ nối tiếp

giữa ñoạn không có hại có chiều dài ≥ 2lt và ñoạn có hại) tính ñi. Ngược lại nếu ñoạn

có dốc i ≤ 4‰ (dốc vô hại) có chiều dài ≥ 2lt thì vận tốc ñoàn tàu chạy trên dốc này

ñược hoà hoãn vì vậy tính chiều cao xuống dốc cần phân ñoạn ra.

* Dốc lồi ở chân dốc lõm

> 2 l t

< 2 l t

% i > 4

p i i /2 i i p

H>10m

ðoạn dốc lồi ở chân dốc lõm xảy ra hiện tượng móc nối làm việc từ ép chặt

sang kéo căng do ñó làm dốc ñệm nhẹ ở giữa ñể ñảm bảo ở chân dốc lõm và ñỉnh

dốc lồi ∆i ≤ ip/2 , còn nơi khác thì ∆i ≤ ip.

4.5.1.2. Thiết kế trắc dọc theo ñiều kiện tránh ngập nước.

ðể thoả mãn ñiều kiện này thì tại những vùng có nước uy hiếp phải chú ý thiết

kế ñể nền ñường không bị ngập. Muốn vậy cao ñộ vai ñường của ñường dẫn vào cầu

lớn, cầu trung, cao ñộ vai ñường của nền ñường ñắp qua cầu nhỏ và cống, cũng như

cao ñộ vai ñường dọc theo sông, theo hồ chứa nước hoặc qua vùng trũng phải xác

ñịnh theo mực nước tính toán Hp.

+ ðối với ñường cấp 1, cấp 2 có HP = H100

+ ðối với ñường cấp 3 có HP = H50

ðể ñảm bảo nền ñường ñược an toàn không bị phá hoại khi ñạt ñến mực nước

tính toán thì cao ñộ vai ñường là:

Hvai ñường ≥ HP + H s + hd + 0,5 m (m)

Trong ñó:

H s - chiều cao sóng vỗ (m)

hd - chiều cao nước dềnh (m)

0,5m - chiều cao ñề phòng nước mao dẫn qua nền.

4.5.1.3. Thiết kế bình ñồ và trắc dọc ñường sắt tại nơi giao cắt với các ñường khác.

1. ðường sắt gặp ñường sắt cũ.

Chủ yếu là giao ở cao ñộ khác nhau, ít khi giao bằng vì giao bằng hạn chế năng

lực của nhau và gây khó khăn cho khai thác.

Khi giao cắt lập thể chủ yếu phải ñảm bảo tĩnh không thông tàu.

Nếu ñường sắt thiết kế ñi trên ñường sắt cũ thì cao ñộ vai ñường tối thiểu của

ñường sắt thiết kế là: Hmin = Hñr + h + c - b (m)

Trong ñó:

Hñr - cao ñộ ñầu ray của ñường cũ (m)

h - tĩnh không (xem quy phạm) (m)

c - chiều cao dầm tính từ ñáy dầm tới ñáy ray (m)

b - khoảng cách từ ñáy ray ñến vai ñường thiết kế (m)

Nếu ñường sắt thiết kế ñi dưới ñường sắt cũ thì cao ñộ vai ñường tối ña của

ñường sắt thiết kế là: Hmax = Hñr - hrc - c - h - hrm - b'

Trong ñó:

hrc, hrm - chiều cao ray ñường sắt cũ và ñường thiết kế

b' - khoảng cách từ ñáy ray tới vai ñường thiết kế (m)

b

H min

c

H ®r h

H max

H dr a. b.

h r m

b'

h rc

Hình 4- 41. Sơ ñồ giao cắt lập thể giữa ñường sắt cũ và ñường sắt thiết kế

a. ðường thiết kế phía trên ñường cũ

b. ðường thiết kế phía dưới ñường cũ

2. ðường sắt thiết kế gặp ñường ô tô.

Có thể giao bằng hoặc giao lập thể.

Giao lập thể phải ñảm bảo tĩnh không cần thiết cho phương tiện giao thông ñi

dưới.

Giao bằng phải ñảm bảo tầm nhìn cho người lái, góc giao không ñược quá nhỏ,

tốt nhất là 900, ñiểm giao không nên ñặt trong nền ñào vì hạn chế tầm nhìn.

Khi ñường sắt thiết kế cắt ñường bộ nhiều lần hoặc vị trí giao không ñạt yêu cầu

phải có phương án cải ñường ô tô.

3. ðường sắt gặp sông.

Cần xác ñịnh mực nước tính toán theo quy phạm và xác ñịnh có thông thuyền

hay không cũng như cấp thông thuyền.

Khi gặp chướng ngại như qua sông lớn có thể xem xét phương án ñi hầm dưới

lòng sông.

4.5.2. Thiết kế bình ñồ và trắc dọc ñảm bảo tàu chạy không bị gián ñoạn (ñảm

bảo tàu chạy liên tục).

ðể ñảm bảo tàu chạy liên tục khi thiết kế trắc dọc và bình diện ñường sắt cần

các ñiều kiện sau:

1. Lực cản thực tế không ñược vượt quá lực cản tính toán.

Muốn vậy phải triết giảm các dốc giới hạn ở những nơi có ñường cong.

Khối lượng ñoàn tàu tính theo ñiều kiện chuyển ñộng ñều với vận tốc tính toán

VP theo ñộ dốc ip, do ñó khi có ñường cong thì ñoạn có dốc ip phải giảm ñi một ñại

lượng tương ñương với wr hay là phải giảm ñi một lượng là ir, như vậy dốc thực tế là

i = ip - ir (i = icb - ir ; i = igc - ir). Ở ñây ir ñược tính theo các công thức nêu ở phần sốc

kéo ñầu máy phụ thuộc vào khổ ñường và quan hệ giữa chiều dài ñường cong và

chiều dài ñoàn tàu.

Khi R ≤ 400m hệ số bám lăn của bánh xe ñầu máy và ray giảm dẫn ñến lực kéo

bám giảm, do vậy ñể ñảm bảo kéo hết Q tính toán phải triết giảm thêm một lượng là

iϕ.

Ta có iϕ = fk - fkr = fk(1 - k

kr

f

f)

Trường hợp tàu chuyển ñộng ñều trên dốc giới hạn ta có:

fk = w0 + ip

từ ñó iϕ = (w0 + ip) (1 - k

kr

f

f)

Nhưng k

kr

k

kr

k

kr

krkr

kk

f

f

F

F

PgF

PgF

ϕϕ

ϕ

ϕ==⇒

Σ≤

Σ≤

1000

1000

Cuối cùng:

iϕ = (w0 + ip)(1 - k

kr

ϕϕ

)

Ở ñây:

Fk, fk ; Fkr, fkr - lực kéo toàn phần và lực kéo ñơn vị trên ñường thẳng

và trên ñường cong ở vận tốc V = Vp.

w0 - lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của ñoàn tàu ở vận tốc V = Vp.

ϕkr - hệ số bám tính toán trong ñường cong bán kính nhỏ

ϕkr = ϕk.R

R

1,1500

55,1250

++

ϕk - hệ số bám trên ñường thẳng ở vận tốc V = Vp

Lưu ý: Phía lên dốc cũng phải triết giảm iϕ trên chiều dài bằng chiều dài ñoàn

tàu vì khi ñầu máy vào ñường cong, hệ số ma sát giữa bánh cái và ray giảm tức khắc

trong khi ñoàn tàu còn nằm ngoài ñường cong.

2. Lực cản thực tế không vượt quá lực cản tính toán ở nơi có hầm.

i p

l t

p β i h l + l t

i p

Hình 4- 42. Triết giảm dốc trong hầm

Tàu vào hầm chịu lực cản phụ trong hầm, do vậy khi lh > 300m phải giảm ñộ

dốc giới hạn từ 10 ÷ 25 % tuỳ theo chiều dài hầm : ih ≤ βip, (trong ñó β là hệ số triết

giảm dốc ở hầm).

Lưu ý: Cần giảm ñại lượng dốc không chỉ trong hầm mà cả ở ñoạn phía lên dốc

một ñoạn bằng chiều dài ñoàn tàu.

3. Lực cản thực tế không vượt quá lực cản tính toán ở nơi lên dốc vào ga.

l i - 4 p i ga

l i - 4 p

t s©n ga L t

Hình 4- 43. Triết giảm dốc ñoạn vào ga

Do một nguyên nhân nào ñó mà tàu chưa ñược phép vào ga mà phải dừng ngoài

ga thì ñoạn dốc nơi tàu dừng phải ñảm bảo ñiều kiện khởi ñộng, muốn vậy

i ≤ ip - 4 và li ≥ lt

4. ðề phòng cát bay.

Cần chọn hướng tuyến theo chiều hoạt ñộng thường xuyên của gió. Nếu không

thể ñặt hướng tuyến dọc theo ñúng chiều gió hoặc theo một góc nghiêng nhỏ nào ñấy

thì lúc ñầu dùng tấm chắn ñể che sau ñó phải trồng cây như thông hoặc phi lao ñể

phòng cát bay, cũng có thể giải quyết những ñoạn ñường ñắp thấp bằng nền ñắp cao

hơn.

4.5.3. Bố trí ñiểm ñổi dốc theo bình ñồ và công trình nhân tạo.

Trong thực tế có thể gặp trường hợp ñường cong nối dốc ñứng của trắc dọc

trùng với ñường cong hoà hoãn của bình diện. Lúc này ray lưng vừa phải thực hiện

ñường cong ñứng vừa phải thực hiện ñường cong nằm và phải vuốt siêu cao. Vì vậy

ñể thuận lợi khi bảo dưỡng và sửa chữa ñường ray ở những vị trí này người ta không

ñể ñường cong nối dốc ñứng trùng với ñường cong hoà hoãn, muốn thế ñiểm ñổi dốc

phải cách ñiểm ñầu hoặc ñiểm cuối ñường cong hoà hoãn một khoảng cách tối thiểu

là Tñ.

>T ® >T ® >T ® >T ®

N§

T§

NC TC

5 12 0 7

Hình 4- 44. Bố trí ñiểm ñổi dốc theo bình ñồ

Tñ = 5∆i khi Rñ = 10000 m

Tñ = 2,5∆i khi Rñ = 5000 m

Chú ý: Khi ∆i ≤ 3‰ với ñường cấp 1,2 khổ 1435 mm và ∆i ≤ 4‰ với ñường

khổ 1000mm và các cấp còn lại khổ 1435mm thì ñiểm ñổi dốc ñặt ở ñâu cũng ñược

vì không phải làm ñường cong nối dốc ñứng.

Ngoài ra nếu cầu thép không có máng ba lát thì ñiểm ñổi dốc cũng phải ñặt ở

ngoài cầu một khoảng cách tối thiểu là Tñ vì trên cầu thực hiện ñường cong nối dốc

ñứng có nhiều khó khăn. Với cầu bê tông cốt thép và cống thì coi như không có trở

ngại gì, vì thế ñiểm ñổi dốc ñặt ở ñâu cũng ñược.

i 1

>T ® 2 i

Hình 4- 45. Bố trí ñiểm ñổi dốc trên cầu thép không có máng ñá ba lát

4.5.4. Thiết kế bình ñồ và trắc dọc ñường sắt trong phạm vi các công trình nhân

tạo.

ðường thiết kế qua cầu sắt (không có ñá ba lát) nên ñặt trên ñoạn thẳng và

bằng, hãn hữu cho phép ñặt trên dốc ≤ 3‰ bởi nếu quá dốc công trình phức tạp áp

dụng ñịnh hình khó khăn.

ðối với cầu có ñá ba lát có thể ñặt trên dốc lớn cũng như trên ñường cong theo

quy phạm.

ðường thiết kế qua hầm yêu cầu về bình ñồ và trắc dọc cao hơn ở ngoài khu

gian. Trắc dọc trong hầm phải ñảm bảo thoát nước, thông gió và an toàn. Dốc có thể

thiết kế một mái hoặc hai mái tuỳ theo ñịa hình. Hầm nên nằm trên ñoạn ñường

thẳng, khó khăn có thể ñặt trên ñường cong theo quy phạm. Nếu hầm ñặt trên ñường

cong thì thi công phức tạp, thông gió kém và tầm nhìn giảm.

4.5.5. Những yêu cầu kinh tế khi thiết kế trắc dọc. Những yêu cầu nêu trên về an toàn, liên tục và êm thuận chạy tàu khi thiết kế

trắc dọc phải tuân thủ ñiều kiện kinh tế sao cho phí tổn xây dựng nhỏ nhất. Những

yêu cầu về thuận lợi cho khai thác khi thiết kế trắc dọc cũng cần ñược tính ñến ñể có

tương quan lợi nhất về phí tổn công trình và chi phí khai thác.

Trong nhiều trường hợp có thể cải thiện các chỉ tiêu khai thác trắc dọc ñường

thiết kế mà không cần tăng khối lượng công tác xây dựng bằng cách thiết kế hợp lý

hơn. Nhưng thường thì muốn ñảm bảo các chỉ tiêu khai thác thì phải tăng khối lượng

công trình. Do ñó phải ñề ra nhiều phương án có thể về vị trí ñường thiết kế và ñánh

giá một cách khách quan ưu khuyết ñiểm của từng phương án. Khi so sánh không

phải chỉ tính có khối lượng công tác, giá xây dựng, chi phí khai thác mà còn phải nêu

cả những ñặc tính chất lượng khai thác mà nhiều khi không thể ñánh giá bằng tiền

ñược. Nếu số lượng chuyển ñộng lớn, vận tốc và khối lượng tàu lớn thì yêu cầu khai

thác càng phải ñược chú trọng cho nên phải biết chọn hình dáng của trắc dọc. Có 2

trường hợp: Nếu ñường sắt thiết kế qua ñèo (lên cao), khi ñặt dốc thoải, có thể kéo

dài ñường ra, thì nên thiết kế theo các dốc giới hạn (ip, icb, igc) và nên tận lượng các

dốc ñó. Nếu ñịa hình cho phép có thể dùng các dốc khác nhau mà không tăng thêm

chiều dài thì vấn ñề tận lượng dốc giới hạn lại thành không cần thiết.

Nếu chiều dài khu gian lớn (>15km-20km) thì trắc dọc theo một chiều hình vẽ

4-46 sẽ ñảm bảo những chỉ tiêu khai thác tốt nhất. Nếu chiều dài khu gian ngắn hơn

thì hình dáng có lợi là hình dáng theo kiểu lõm hình 4-47 mà không có dốc có hại.

0 i 0 i 0

Hình 4- 46. Bố trí trắc dọc theo 1 chiều.

0 i ivh max 0 ivh max i 0

Hình 4- 47. Bố trí trắc dọc theo hình dốc lõm.

Trắc dọc theo kiểu lõm có ưu ñiểm là khi xuống dốc ñộng năng tích lũy ñược

nhiều và khi lên dốc vào ga thì ñiều kiện tự nhiên làm cho vận tốc giảm dần ñi, số

ñộng năng dự trữ ñược dùng hầu hết và khi vào ga thì tàu ñứng lại dễ dàng. Như vậy

kinh phí khai thác sẽ giảm ñi nhiều. Nếu ñặt ga ở chỗ trũng (vực) thì phải chú ý ñến

chiều dài sân ga sao cho thích hợp ñể ñáp ứng ñược với vận tốc cao.

Theo quan ñiểm kinh tế thì ñộ dốc, chiều dài các yếu tố và những chỗ ñổi dốc

của trắc dọc phải chọn sao cho thích hợp với ñịa hình có kết hợp với bình ñồ của

tuyến và việc phân bổ các công trình nhân tạo. Chiều dài các yếu tố phải sao cho ñủ

dài, số lần gãy khúc càng ít càng tốt.

Nếu nền ñắp quá cao (20m÷25m) có thể so sánh phương án làm cầu cạn và nền

ñào sâu quá thì có thể so sánh với phương án làm hầm.

Trong một số trường hợp dùng cầu cạn và hầm có lợi hơn vì có thể giá thành hạ

hơn. Ngoài ra có khi xây dựng cầu cạn ñỡ tốn công, nhất là nếu cầu cạn xây bằng

những kết cấu ñúc sẵn.

Ngoài những quan ñiểm thuần túy về kinh tế còn có những trường hợp phải

thay nền ñắp bằng cầu cạn, như vậy ñường sắt sẽ vững vàng hơn. Cụ thể là khi:

a. Gặp những chỗ trượt cần làm những cầu cạn có khẩu ñộ lớn ñể thoát số ñất

trượt ñó.

b. Thay nền ñắp bằng cầu cạn, ở những ñoạn qua bãi sông ñến cầu chính, ta gọi

là cầu dẫn.

c. Tuyến ñi qua các ñịa ñiểm có công trình xây dựng cũ làm cầu cạn sẽ ñỡ phải

phá hoặc rời các công trình ñó ñi.

4.5.6. Những số ño về bình ñồ và trắc dọc.

ðể ñánh giá bình ñồ và trắc dọc của ñường thiết kế, nhất là khi so sánh một số

phương án cần có những số ño về bình ñồ và trắc dọc.

1. Về bình ñồ.

a. Chiều dài toàn bộ L(km).

b. Chiều dài ñoạn thẳng Lt, chiều dài ñường cong Lc theo km và tỷ lệ % của

chúng so với chiều dài tuyến.

c. Số góc quay (số ñường cong trên toàn tuyến) và số góc quay cho 1 km.

d. Số ñộ góc quay Σα cho toàn tuyến và cho 1 km, Σα/L.

e. Bán kính trung bình của ñường cong

Rtb = ααπ Σ

Σ=

Σ

Σ cc LL 3,57180

g. Chiều dài các ñường cong với các bán kính khác nhau.

h. Số ñiểm phân giới trên ñường thẳng và trên ñường cong.

2. Về trắc dọc.

a. Chiều dài của những ñoạn dốc nằm ngang, chiều dài các ñoạn dốc (km) và tỷ

lệ % của chúng.

b. Chiều dài của những dốc có trị số dốc khác nhau (bao gồm cả những ñoạn ñi

dốc hạn chế, ñi dốc vô hại ...)

c. Tổng chiều cao phải khắc phục của từng chiều.

d. Số ñiểm phân giới trên ñường bằng và trên ñường dốc.

Trên ñây là một số chỉ tiêu nêu lên một vài ñặc tính của tuyến ñường. ðể ñánh

giá ñầy ñủ cần phải so sánh các ñặc tính vận doanh, khối lượng công tác, giá thành

xây dựng, chi phí khai thác của từng phương án.

1

CHƯƠNG 5

ðỊNH TUYẾN ðƯỜNG SẮT

5.1. THIẾT KẾ CHỌN TUYẾN

5.1.1. Chọn hướng tuyến.

Xác ñịnh tuyến là chọn hướng tuyến trên bản ñồ hoặc trên mặt ñất, xác ñịnh

vị trí không gian của tuyến bố trí và các công trình kiến trúc. ðây là công tác trọng

yếu, quyết ñịnh trong toàn bộ quá trình khảo sát và thiết kế.

Muốn làm tốt công tác vạch tuyến cần phải xem xét tổng hợp các nhân tố về

mọi phương diện, tiếp cận công tác vạch tuyến theo từng bước, chia nó ra từng giai

ñoạn, mỗi giai ñoạn ñều phải thiết kế tỉ mỉ, so sánh chọn nhiều phương án. Nội dung

các bước làm phải từ tổng quát ñến chi tiết. Quá trình công tác ñi từ diện tới giải, từ

giải tới tuyến, cho tới khi xác ñịnh ñược vị trí tim tuyến cụ thể. ðặc ñiểm này quyết

ñịnh mối quan hệ giữa nội nghiệp và ngoại nghiệp trong quá trình vạch tuyến. ðo

ñạc và thu thập ñiều tra ngoại nghiệp là căn cứ ñể vạch tuyến nội nghiệp, ngược lại

vạch tuyến nội nghiệp lại chỉ ñạo việc ño ñạc, ñiều tra ngoại nghiệp của giai ñoạn

thiết kế sau. Qua nhiều lần lặp ñi lặp lại như vậy, cuối cùng mới xác ñịnh ñược tuyến

ngoài thực ñịa.

Bước khởi ñầu của công tác vạch tuyến ñường sắt là vạch hướng cơ bản của

tuyến.

Giữa ñiểm ñầu và ñiểm cuối của tuyến thiết kế, do tình hình cụ thể khác nhau

như vị trí các thành phố (thị xã, thị trấn, thị tứ), sự phân bố tài nguyên, khu công

nghiệp, nông nghiệp, ñiều kiện tự nhiên v.v… nên thường có một số hướng có thể

khác nhau ñể chọn tuyến. Thí dụ trên hình 5-1, nếu nối trực tiếp ñiểm ñầu, ñiểm cuối

và thành phố phải ñi qua A,B,C thì tuyến phải nhiều lần vượt qua sông lớn, xuyên

qua núi cao, và khu vực ñịa chất không tốt, như vậy không những phải ñầu tư lớn mà

chất lượng ñường lại kém, hơn nữa còn có thể gặp những hiểm hoạ lớn. ðể hạ giá

thành công trình, tiết kiệm chi phí vận doanh, loại trừ các nguy cơ gặp phải các hiểm

hoạ tiềm tàng, có thể căn cứ vào các ñiều kiện tự nhiên, chọn ñịa ñiểm có lợi ñể

tuyến vượt qua như ñịa ñiểm thích hợp của cầu ñặc biệt lớn, hoặc cầu lớn và phức

tạp ở vị trí D, E; tránh vùng ñịa chất phức tạp ở F,G qua các vị trí H, I. Những ñiểm

này còn gọi là ñiểm khống chế. Như vậy giữa 2 ñiểm A,B có 2 hướngư tuyến có thể

là ADFB và AGEB, giữa B và C cũng có 2 hướng tuyến là BHC và BIC. Một nhiệm

vụ cơ bản của chọn tuyến là chọn phương án hợp lý nhất trong số các phương án ñó

ñể làm căn cứ thiết kế ở giai ñoạn tiếp theo.

2

Hình 5.1. Xác ñịnh hướng tuyến

Các tuyến ñường trục dài lại càng phải ñặc biệt chọn tốt hướng tuyến, nhất là

các tuyến ñường dài hàng ngàn km, trong phạm vi rộng từ vài chục ñến vài trăm km

sẽ hình thành ít nhất 3 phương án chính là phương án ñi giữa, phương án ñi theo

hướng ñông và phương án ñi theo hướng tây. Có thể nhận thấy ngay tuyến giữa ngắn

nhất, giá thành công trình nhỏ, có lợi cho việc phát triển kinh tế cho vùng xung

quanh nên chọn làm phương án kiến nghị cho giai ñoạn sau, sau khi khảo sát kỹ ñịa

chất theo qui trình của giai ñoạn tương ứng thấy rằng ñịa chất không tốt sẽ làm giá

thành xây dựng cao, và nó không phù hợp với việc sử dụng tài nguyên ñể bố trí các

khu công nghiệp, nên quyết ñịnh loại bỏ phương án ñi giữa. Tuy tuyến ñi theo phía

tây có chiều dài lớn nhất, giá thành cao, xây dựng công trình có nhiều khó khăn,

nhưng lại có thuận lợi cho việc khai thác tài nguyên núi rừng, xây dựng các khu công

nghiệp có ñầu tư nước ngoài, có ñi qua các vùng dân tộc thiểu số, phục vụ thực hiện

các chính sách phát triển vùng sâu, vùng xa, phát huy tác dụng sương sống trong

mạng lưới ñường, vì vậy xác ñịnh xây dựng tuyến theo phương án ñi theo phía tây.

Do ñó việc tìm ra vị trí ñúng của tim ñường là một công việc tổng hợp về khảo sát và

thiết kế, ñòi hỏi phải có cái nhìn tổng thể về các mặt ñịa hình, ñịa chất, thuỷ văn...

xây dựng và khai thác,và về các mặt kinh tế vĩ mô có liên quan.

Tuyến ñường ngắn, ñơn giản có thể ñịnh tuyến ngay tại thực ñịa.

Ngày nay các bản ñồ ñịa hình ñược ño ñạc từ máy bay, GPS - máy ñịnh vị

toàn cầu nhờ vệ tinh, máy toàn ñạc ñiện tử, máy quyét Scaner v.v.. nhờ các phần

mềm tự ñộng hóa thiết kế: Nôva, Softdesk, Hài Hòa…và sự phát triển của toán học,

phương án tuyến tối ưu ñược chọn trên cơ sở rất nhiều các phương án ñề xuất v.v..

Tất cả ñã nhằm hướng ñến chứng minh tính tối ưu của phương án chọn.

3

Thực tiễn cho ñến nay, do sự phức tạp của bài toán vẫn phải kết hợp, giữa bộ

óc của người kỹ sư có kinh nghiệm và các chương trình chạy máy vi tính tốc ñộ cao,

bộ nhớ lớn ñể ñề xuất phương án có tính thuyết phục cao.

Mỗi phương án tuyến phải ñảm bảo tương quan hợp lý giữa chiều dài, khối

lượng công tác, chi phí xây dựng và khai thác, nó phải ñảm bảo ñược những yêu cầu

nhất ñịnh như:

Bình ñồ và trắc dọc phải thỏa mãn các chuẩn tắc của quy trình, quy phạm

thiết kế cho loại cấp ñường tương ứng.

Nền ñường và các công trình trên tuyến phải ñảm bảo ñược các yêu cầu về ổn

ñịnh, về an toàn, ñộ êm thuận, không làm tiêu biến nhiều năng lượng dành ñể tăng

tốc ñộ và về sự chuyển ñộng liên tục.

Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng ñến việc xác ñịnh hướng tuyến, ở ñây chúng

ta xem xét các nhân tố chủ yếu sau:

5.1.1.1. Ý nghĩa của tuyến thiết kế và sự phối hợp với các công trĩnh xây

dựng khác của khu vực tuyến ñi qua.

Hướng tuyến cần cố gắng ñi thẳng nhằm rút ngắn cự ly và thời gian chuyên

chở hàng hoá, hành khách ñi suốt. Những tuyến ñường sắt mang tính chất ñịa

phương lại cần gần với các thành phố, khu công nghiệp, hầm mỏ ñể thuận tiện cho

công tác chuyên chở hành khách và hàng hoá của ñịa phương. Chọn hướng tuyến còn

phải phối hợp nhịp nhàng với quy hoạch mạng lưới ñường và các hạng mục xây

dựng khác của khu vực có tuyến ñi qua. Cần căn cứ phương hướng luồng hàng hoá

hành khách ñể chọn ga nối tiếp ray, cố gắng giảm vận chuyển ngược chiều, thuận lợi

cho việc nối tuyến ñường trục, hoặc ñường nhánh quy hoạch. Cần xem xét kết hợp

một cách hợp lý với mạng lưới giao thông khác của ñịa phương, ñồng thời phải thoả

mãn các yêu cầu quốc phòng.

5.1.1.2. Hiệu quả kinh tế và yêu cầu vận tải của tuyến thiết kế.

Hướng tuyến ñược chọn cần phục vụ tối ña cho các trung tâm kinh tế, các cơ

sở công nghiệp, hầm mỏ, vừa thúc ñẩy sự phát triển nền kinh tế ñịa phương vừa mở

rộng khối lượng chuyên chở, tăng thêm thu nhập cho ngành vận tải ñường sắt, nhằm

ñạt tới hiệu quả kinh tế cao hơn.

5.1.1.3. ðiều kiện tự nhiên.

Các ñiều kiện tự nhiên về ñịa hình, ñịa chất, khí tượng, thuỷ văn v.v... quyết

ñịnh ñộ khó dễ và chất lượng vận doanh của tuyến ñường, nó có ảnh hưởng trực tiếp

ñến việc chọn hướng tuyến. Khi chọn hướng tuyến cần tránh những trở ngại của tự

4

nhiờn như cỏc khu vực ñịa chất ñặc biệt xấu, khu vực thiếu nước, khu ñộng ñất

mạnh, cỏc dóy nỳi cao, vực sõu v. v…

5.1.1.4. Các tiêu chuẩn kĩ thuật chủ yếu và ñiều kiện thi công của tuyến

thiết kế.

Các tiêu chuẩn kĩ thuật chủ yếu của tuyến thiết kế có ảnh hưởng nhất ñịnh

tới việc chọn hướng tuyến. Cùng một nhiệm vụ vận chuyển như nhau, sử dụng ñầu

máy có công suất lớn thì có thể sử dụng ñộ dốc tối ña tương ñối lớn, làm cho tuyến

có thể ñi gần tới hướng ñường thẳng hơn.

Thời hạn thi công, trình ñộ thi công v.v... có ảnh hưởng lớn ñến việc chọn

tuyến ở khu vực miền núi khó khăn, có khi lại là nhân tố có tính quyết ñịnh. Hiện

nay tuyến ñường ñèo Hải Vân của ta có một số hầm ngắn và phải ñi dốc rất lớn vì

chưa có công nghệ hiện ñại làm hầm cực dài.

Các nhân tố nêu trên có ảnh hưởng lẫn nhau, cần phải xem xét một cách tổng

thể mới có thể tìm ñược hướng tuyến lý tưởng.

5.1.2. Chọn ñiểm nối ray.

Phương án nối ray của tuyến thiết kế với tuyến hiện có là nhân tố quan

trọng ảnh hưởng ñến hướng cục bộ của tuyến ñường. Chọn ga nối ray trong thiết kế

chọn tuyến chủ yếu là giải quyết hai vấn ñề: Chọn ñiểm nối ray và hướng nối ray.Sau

ñây lần lượt trình bày hai vấn ñề này.

5.1.2.1. Chọn ñiểm nối ray.

Các nhân tố ảnh hưởng tới chọn ñiểm nối ray là:

- Quy hoạch mạng lưới ñường: Thông thường ñiểm nối ray của ñường trục

quan trọng quốc gia ñã ñược xác ñịnh trong quy hoạch mạng lưới ñường, khi thiết kế

chọn tuyến, cần ñược xem xét ñầy ñủ. ðiểm nối ray của ñường trục thông thường và

ñường thứ yếu cũng cần trưng cầu ý kiến và xem xét ñầy ñủ ý kiến quy hoạch của

các bộ ngành ñể có thể xác ñịnh hợp lý.

- Hướng tuyến: Phương án nối ray và hướng tuyến có ảnh hưởng lẫn nhau

khi thiết kế cần xem xét một cách tổng hợp.

- Chiều luồng hành khách, hàng hoá chủ yếu ñi thuận chiều, hành trình vận

chuyển cố gắng rút ngắn.

- Sự phân bố ga khu ñoạn hiện có và ñiều kiện nối ray ở ñịa phương. Ga nối

ray cần cố gắng chọn ở ga khu ñoạn của tuyến ñường hiện có, như vậy sẽ giảm chi

phí ñầu tư cho thiết bị lập tầu và thiết bị ñầu máy, và có thể cải thiện ñiều kiện quản

lý vận doanh.

5.1.2.2. Chọn hướng nối ray.

5

Sau khi xác ñịnh ñược ga nối ray còn phải xem xét nối vào ñiểm nào của ga

nối ray. Chủ yếu phải xét tới 2 ñiểm:

- Chiều luồng hành khách hàng hoá chủ yếu: cần cố gắng giảm vận chuyển

một chiều.

- Quy hoạch thành phố và ñiều kiện dẫn vào của tuyến mới. Nói chung, khu

dân cư ở các thành phố thường dày ñặc, cần cố gắng giảm thiểu các khối lượng công

trình phải di dời.

Tuyến nối dẫn vào khu ñầu mối: không nên nối ray trực tiếp vào ga lập tầu,

nói chung nên nối ray vào ga trước khu ñầu mối hoặc một ga thích ñáng trong khu ñầu

mối.

5.1.3. Sự phân bố ga.

5.1.3.1. Các nguyên lý cơ bản phân bố ga.

Ga là ñơn vị cơ sở hoàn thành sản xuất và kinh doanh vận tải. Các ga cần ñược

phân bố hợp lý ñể ñảm bảo ñường sắt có ñủ năng lực thông qua cần thiết, tiến hành

các tác nghiệp kĩ thuật cần thiết và các nghiệp vụ vận chuyển hành khách và hàng

hoá.

ðể ñảm bảo ñường sắt có ñủ năng lực thông qua nhất ñịnh, người ta phân

ñường sắt thành một số khu gian dọc tuyến ñường, mỗi một khu gian chỉ cho phép

một ñoàn tầu chiếm dụng. Hình 5-2 là sơ ñồ khu gian ñường ñơn, lấy cột tín hiệu vào

ga làm ranh giới khu gian

Hình 5-2. Sơ ñồ khu gian ñường ñơn

Sự phân bố ga liên quan mật thiết với việc phục vụ vận tải hàng hoá, hành

khách trong khu vực và phát triển kinh tế quốc dân. Khối lượng công tác của các ga

(nhất là các ga loại lớn từ khu ñoạn trở lên) nhân viên nhiều, vì vậy có các thiết bị và

vật kiến trúc dầy ñặc, làm cho ñầu tư vào ga lớn, chiếm dụng ñất nhiều, hơn nữa sau

khi xây dựng xong khó di dời.

Do các lý do trên phân bố ga là một trong những vấn ñề trọng ñiểm của chọn

tuyến ñường sắt. Quá trình thông thường là trước hết kết hợp phân bố ga khu ñoạn

6

với thiết kế vòng quay ñầu máy, sau ñó kết hợp xác ñịnh tuyến trên bản vẽ, và bảo

ñảm năng lực thông qua cần thiết, tiến hành phân bố ga dọc ñường thường là ga

nhường tránh và ga vượt tóm lại cần kết hợp tuyến với ñiểm mới có thể ñược vị trí

tuyến lý tưởng và phân bố ga thích ñáng.

5.1.3.2. Các nhân tố ảnh hưởng ñến sự phân bố ga khu ñoạn.

Sự phân bố ga khu ñoạn ảnh hưởng rất lớn ñến chọn hướng tuyến, khối lượng

công trình, ñiều kiện vận doanh, nhất là ñối với hiệu suất vận dụng ñầu máy. Vì vậy

cần kết hợp với vòng quay ñầu máy ñề ra một số phương án phân bố, tiến hành so

sánh cẩn thận về kinh tế kĩ thuật, từ ñó chọn ra phương án hợp lý về kinh tế và thuận

tiện về khai thác.

Các nhân tố ảnh hưởng ñến sự phân bố ga khu ñoạn có rất nhiều, nhưng chủ

yếu là các mặt sau ñây:

Vị trí ga khu ñoạn cần xem xét kết hợp với chọn ga nối ray, có thể lợi dụng

ñoạn cơ bản hiện có như hình 5-3 (c),(d). Cần căn cứ tình hình luồng xe, ñiều kiện

cải tạo và năng lực của ñoạn ñầu máy của tuyến hiện có ñể so sánh, xác ñịnh.

Hình 5-3

Cần cố gắng gần với thành phố thị xã và xí nghiệp, hầm mỏ lớn ñể ñáp ứng

nhu cầu tập kết, phân tán luồng hàng hoá, hành khách ñồng thời cải thiện ñiều kiện

sản xuất sinh hoạt của công nhân viên ñường sắt. Vị trí ga cần phối hợp với quy

hoạch phát triển thành phố thị xã.

7

Ga khu ñoạn cần bố trí ở nơi ñịa hình bằng phẳng, ñịa chất tốt, ít chiếm

ruộng ñất nông nghiệp, tiện cho sử lý “ 3 thải “(khí thải, nước thải,xỉ thải), nguồn

nước và nguồn ñiện tiện lợi.

ðể giảm bớt ñầu tư vào các thiết bị giải thể, lập tầu và các thiết bị chỉnh bị

ñầu máy phụ trợ, ga khu ñoạn nên bó trí tại các ñịa ñiểm thay ñổi trọng lượng ñoàn

tầu và ñịa ñiểm cắt móc ñầu máy phụ trợ.

5.1.3.3. Bố trí ga dọc ñường, ga nhường tránh hoặc ga vượt tầu.

Mục ñích phân bố ga dọc ñường, ga nhường tránh, ga vượt tầu ñể bảo ñảm

năng lực thông qua cần thiết và phục vụ nhu cầu vận tải hành khách hàng hoá của

thành thị, nông thôn dọc tuyến. Quy mô các loại ga này không lớn, nhưng số lượng

nhiều. Sự phân bố chúng có ảnh hưởng lớn ñến ñến công tác vận doanh, ñầu tư công

trình của tuyến thiết kế và sản xuất công nông nghiệp, ñời sống vật chất,văn hoá của

cộng ñồng dân cư dọc tuyến. Các ñiểm chính trong phân bố các loại ga này như sau:

Phải thoả mãn nhu cầu chuyên chở hàng năm của nhà nước và số ñôi tầu

khách.

Ga nhường tránh và ga vượt ñược phân bố theo tiêu chuẩn thời gian chạy tầu

hàng của năng lực thông qua. Sự phân bố các ga của tuyến ñường ñôi mới xây dựng

cần căn cứ các loại tầu khác nhau, số ñôi tầu khách và tốc ñộ chạy tầu khác nhau mà

sử dụng các tiêu chuẩn khác nhau. Trong “ Quy phạm ñường “ còn quy ñịnh thời

gian vận hành một chiều của tầu hàng giữa các ga không nên vượt quá các số hiêụ

ghi ở bảng sau:

Bảng 5-1. (thiếu)

140 ≤ 120

≤ 30 > 30 ≤ 20 21 ∼ 40 > 40

25 20 30 25 20

40 35 45 40 --

ðiều kiện khó khăn, thời gian vận hành tầu hàng của khu gian cá biệt có thể

lớn hơn quy ñịnh ở biểu trên 1-2 phút.

Các ga dọc ñường có làm nghiệp vụ hành khách, hàng hoá: căn cứ lượng vận

tải trung bình hàng ngày, kết hợp với sự phát triển các phương thức vận tải khác ở

ñịa phương ñể bố trí một cách hợp lý, ñồng thời phải kết hợp với quy hoạch ñịa

phương. ðối với ga dọc ñường có làm tác nghiệp kỹ thuật cần phải thoả mãn yêu cầu

8

tác nghiệp kỹ thuật ñường ñơn cần nhỏ hơn thời gian vận hành ñi về tối ña giữa các

ga có quy ñịnh như sau:

Khu gian liền kề ga khu ñoạn giảm 4 phút

Các ga tác nghiệp kỹ thuật khác, nếu vì thời gian tác nghiệp kĩ thuật ảnh

hưởng ñến năng lực thông qua của khu gian, mặt khác trong tương lai cũng không dễ

khắc phục thì có thể căn cứ theo nhu cầu giảm bớt thời gian chạy của khu gian liền

kề.

ðể xét tính tương ñẳng về năng lực thông qua giữa các khu gian, có thể sử

dụng hệ số tương ñẳng

j = ∑=

n

i

i

nT

T

1 max

Trong công thức trên: n: số lượng các khu gian

Ti: chu kì trong biểu ñồ chạy tầu khu gian thứ i (phút)

Tmax: Chu kỳ trong biểu ñồ chạy tầu của khu gian hạn chế

Cần xét kết hợp các ñiều kiện ñịa hình, ñịa chất, thuỷ văn và ñiều kiện vận

doanh của ñường sắt.

Khi xây dựng một ñoạn cá biệt ñường ñơn, nếu vì bố trí ga gây ra khối lượng

công trình lớn thì sau khi so sánh kinh tế kĩ thuật có thể thiết kế thành ñường ñôi ñể

kéo dài cự ly giữa các ga, giảm khối lượng công trình.

ðối với tuyến ñường mới trong tương lai xa là ñường ñôi, tương lai gần là

ñương ñơn nên phân bố ga theo tiêu chuẩn ñường ñôi. Trường hợp thời kì tương lai

gần không ñáp ứng ñược nhu cầu năng lực thông qua, có thể sử dụng biện pháp quá

ñộ như tăng thêm ga nhường tránh; nếu thực sự có căn cứ kinh tế kĩ thuật cũng có thể

bố trí ga theo yêu cầu lượng vận chuyển của thời kỳ gần, thiết kế các công trình quá

ñộ cần kết hợp xa với gần, cố gắng giảm thiểu các công trình phải dỡ bỏ.

Cự ly giữa các ga tối thiểu khi xây dựng ñường mới: ñường ñơn không nên

dưới 8 km, ñường ñôi không nên dưới 15 km cự ly giữa các ga trong khu ñầu mối

không nên dưới 5 km. Cự ly giữa các ga quá ngắn sẽ tăng thêm chi phí công trình,

chi phí vận doanh và các chỉ tiêu vận doanh kém.

Các ga mở theo phân kỳ của ñường xây dựng mới ñược xác ñịnh theo năng

lực của ñường thông qua của lượng vận tải hàng hoá, hành khách ở các năm thiết kế

và nhu cầu vận tải của ñịa phương.

Những yếu tố ảnh hưởng ñến việc lựa chọn tuyến.

Các yếu tố do các yêu cầu kinh tế ñề ra: ý nghĩa tuyến ñường, yêu cầu ñảm

bảo các quan hệ vận tải và kinh tế, tính chất và số lượng chuyên chở, ñiều kiện phân

9

bố ga ñầu và cuối ñiều kiện chọn ga nối với tuyến ñường sắt cũ và với các tuyến

ñường giao thông khác.

Những yếu tố do các ñiều kiện thiên nhiên ñề ra, như tính chất ñịa hình, ñiều

kiện xây dựng, ñịa chất và ñịa chất thuỷ văn, việc chọn ñặt các cầu, cống v.v... các

ñiều kiện khí hậu (gió, mưa, nhiệt ñộ v.v.....)

Do kết quả nghiên cứu các yếu tố nêu trên ta ñề xuất ra những phương án có

thể về chiều tuyến giữa hai ñiểm ñầu và cuối và những ñiểm mà ñường sắt ñi qua.

Do ñó khi vạch tuyến, ta phải nêu những phương án có thể và ñặt tuyến cho

mỗi phương án.

5.1.4. Phương án có thể.

Nó phụ thuộc trước hết vào ñiểm ñầu, ñiểm cuối và ñiểm khống chế.

Hình 5-4. - ðường chim bay - - - - - - - - -

- ðường nôi các ñiểm khống chế MABCK

Khi vạch các phương án có thể về chiều tuyến, ta tạm ấn ñịnh cho mỗi

phương án ñại lượng ñộ dốc hạn chế hoặc ñại lượng dốc giới hạn phù hợp với tình

hình ñịa hình của nó, trị số dốc hạn chế giống nhau. Rõ ràng ta thấy rằng phương án

có thể về chiều tuyến một mặt phụ thuộc vào ñiểm ñầu, ñiểm cuối, các ñiểm buộc

phải ñi qua. Nhưng mặt khác chính ñộ dốc hạn chế ảnh hưởng lớn ñến ñiều kiện sử

dụng các chiều tuyến ñã nêu. Khi ñã có những phương án có thể về chiều tuyến, ra

thực ñịa ñối chiếu và ño ñạc bổ sung, về nội nghiệp tiến hành chỉnh lý, thiết kế, sơ bộ

nêu lên các thông số kỹ thuật cơ bản, so sánh phương án, dùng các chỉ tiêu khái quát,

loại bớt các phương án, giữ lại một số phương án có khả năng cạnh tranh tính khái

toán công trình.

10

Sau bước làm nhiên cứu tiền khả thi, ta tiến hành ño ñạc, lấy tài liệu xung

quanh các phương án cạnh tranh, như làm bình ñồ tỉ lệ lớn, khảo sát ño ñạc phục vụ

cho việc thiết kế công trình các loại. Trên cơ sở những tài liệu và số liệu thu thập

ñược ở ngoài thực ñịa, ta tiến hành thiết kế bình ñồ, trắc dọc cho các phương án

tuyến ñã ñược vạch trên bình ñồ tỷ lệ lớn vừa xây dựng, thiết kế bố trí chung các

công trình nhân tạo, so sánh phương án tuyến (lúc này nói chung chỉ còn là so sánh

các phương án cục bộ), chọn phương án tốt nhất. Trong bước này ta phải xác ñịnh

các thông số kỹ thuật cơ bản, cuối cùng phải làm khái toán công trình. Sau khi dự án

nghiên cứu khả thi ñược duyệt, ta tiến hành khảo sát thu thập số liệu theo hướng dẫn

của quy trình khảo sát ở bước tương ứng ñể có căn cứ thiết kế kỹ thuật tuyến và các

công trình.Việc ñịnh vị các công trình nhân tạo có thể còn phải ñược chỉnh lý lại ở

bước sau:

ðịnh tuyến ngoài thực ñịa là ñặt tuyến ñược thiết kế trên bình ñồ làm trong

giai ñoạn lập dự án khả thi ra ngoài thực ñịa. Bắt ñầu từ ñiểm ñầu tiên của tuyến

(thường ñược ñặt trên bệ cố ñịnh do tự tạo hoặc tự nhiên có) ta xác ño góc phương vị

bắc ñến cánh tuyến ñầu tiên,ño dài theo hướng tuyến ñó ñến ñỉnh thứ 2, làm tương tự

cho các ñỉnh tiếp theo và ñến ñiểm cuối cùng của tuyến thiết kế. Trên bình ñồ ta phải

tìm mối liên hệ giữa cánh tuyến thiết kế và ñường sườn bình ñồ, mối liên hệ ñó ñược

thể hiện lại ở ngoài thực ñịa căn cứ vào các cọc của ñường sườn bình ñồ. Ta biết rằng

về mặt toán học ñể xác ñịnh một ñường thẳng chỉ cần hai ñiểm, nhưng trên thực tế ño

trên bản ñồ và ño trên thực ñịa có những sai số của nó, do vậy 1 cánh tuyến có thể

lấy 3 - 4 hoặc hơn nữa số ñiểm liên hệ, tuỳ thuộc ở chiều dài và ñịa hình của cánh

tuyến. Tất nhiên những ñiểm liên hệ không dễ dàng nằm trên một ñường thẳng, chỉnh

lý và nắn nó, tuỳ theo tình hình trắc ngang, nói rộng ra tuỳ theo ñịa hình cụ thể.

ðịnh ñỉnh, ñóng ñường cong, ño cự ly, ñi cao ñạc và làm trắc ngang v.v... tất

cả các công việc ñó phục vụ cho thiết kế kỹ thuật sau này. Căn cứ vào tuyến ñã ñược

ñịnh ở thực ñịa, xác ñịnh vị trí, ño ñạc lấy số liệu, phục vụ cho việc thiết kế kỹ thuật

các công trình nhân tạo. Trong giai ñoạn thiết kế kỹ thuật ta thiết kế tính toán hình

học các công trình, tính toán khối lượng xây dựng và khai thác và phải làm dự toán

công trình.

Tiếp theo bước thiết kế kỹ thuật là bước bản vẽ thi công: Thiết kế các bản vẽ

thể hiện công nghệ và quy trình thi công tỉ mỉ các hạng mục của mỗi công trình từ

nền ñường ñến các công trình nhân tạo, lập tiến ñộ thi công toàn tuyến và các công

trình trên tuyến.

11

Tuỳ theo tình hình cụ thể về tổng mức ñầu tư, có thể kết hợp bước 1 và 2

thành lập dự án nghiên cứu khả thi, kết hợp bước 3 và 4 thành thiết kế kỹ thuật - thi

công, tuyến ñường dễ về ñịa hình, ít phức tạp về kết cấu, không có thiết kế ñặc biệt

sự kết hợp ñó là phù hợp. Các dự án nhóm C có tổng mức ñầu tư nhỏ hơn 30 tỷ

(VNð) cho phép thiết kế 2 giai ñoạn. Các dự án nhóm A có tổng mức ñầu tư lớn

hơn 200 tỷ (VNð) phải thiết kế ñầy ñủ 4 giai ñoạn.

Thiết kế ñại tu các tuyến ñường ngắn, ñơn giản có thể tiến hành 1 giai ñoạn,

ñịnh tuyến ngay tại thực ñịa ñể thiết kế kỹ thuật - thi công.

5.1.5. ðường chim bay, ñiểm khống chế.

ðường ngắn nhất là ñường nối liền hai ñiểm ñầu cuối, cuối và ñiểm ñi qua

một con ñường.

ðường ngắn nhất là ñường chim bay, ñường chim bay xác ñịnh trên mặt ñất

khoảng cách ngắn nhất giữa hai ñiểm. Trên một khoảng cách lớn, thực tế ñường

chim bay không phải là ñường thẳng mà là ñường cong ôm lượn theo hình cầu của

quả ñất, nó chính là một ñường vòng cung, nếu ta cắt mặt ñất bằng một mặt phẳng ñi

qua hai ñiểm ñầu, cuối và tâm ñiểm của quả ñất. Khi thiết kế ñường sắt với chiều dài

tới 1000km vẫn quy ước ñường chim bay có thể là một ñường thẳng nối liền hai

ñiểm ñầu cuối trên bản ñồ. Khi tuyến phải qua một hay nhiều ñiểm thì ñường chim

bay là ñường gãy khúc nối từ ñiểm ñầu qua các ñiểm ñi tới ñiểm cuối. ðiểm mà

ñường thiết kế phải ñi qua, ghé qua, hay ñi gần qua là các cứ ñiểm kinh tế quan

trọng, ñịa ñiểm tạo thành hàng lớn, ñịa ñiểm ñông dân cư lớn v.v....

ðường chim bay không thể coi như một phương án ñược, nó chỉ là chỗ dựa

ñể ta ñánh giá các ñiều kiện dẫn tuyến, hướng vào ñó dẫn tuyến làm sao hạn chế

ñược chiều dài tuyến ñường.

Các chướng ngại trong vạch tuyến có thể thể chia ra làm hai nhóm:

a. Chướng ngại bình diện: Sông lớn, thành phố, thị xã, thị trấn, hồ, vùng bùn

lầy, vùng mỏ, khu vực cấm (vườn quốc gia, phải bảo tồn), nơi ñịa chất xấu v.v.....

b. Chướng ngại cao thấp: núi, ñường phân thuỷ cao, các gò ñất cao, vực thẳm,

bờ sông cao ñang lở v.v....

Gặp các chướng ngại này một là ta phải vượt qua, hai là phải ñi vòng.

ðiều khống chế là ñiểm mà tuyến nên ñi qua khi vượt qua hay tránh những

chướng ngại. Khi ñịnh tuyến ta phải tìm ra ñược một số phương án về các ñiểm

khống chế.

Nếu ñi vòng tuyến sẽ dài, nhưng khối lượng công tác sẽ nhỏ. Nếu vượt qua

chướng ngại thì từng khối lượng công tác sẽ lớn và giá thành cao, có khi việc khai

12

thác gặp nhiều cản trở (ta luy ñường ñẽ bị sụt vào mùa mưa), nhưng ñược lợi là chiều

dài tuyến giảm. Nếu là những chướng ngại không vượt qua ñược như rừng cấm, khu

mỏ thì tìm ra các ñiểm khống chế cho ñường ñi vòng.

Muốn ấn ñịnh các ñiểm khống chế ta phải nghiên cứu kỹ lưỡng trên bản ñồ

về chiều ñi của các ñường phân thuỷ, ñỉnh núi sông thung lũng v.v.... nêu ra các ñèo,

chỗ trũng hay các ñiểm thuận lợi khác mà tuyến có thể ñi qua.

Những ñiểm khống chế khi ñi vòng chướng ngại phải không ñi chệch quá so

với chiều tuyến qua các cứ ñiểm cần thiết.

Trên hình vẽ 5-2 nêu các ñiểm khống chế ABCD ñi vòng tránh sông, ñầm

lầy, núi cao, thị trấn.

5.1.6. Sơ bộ dẫn tuyến.

Khi ñã có ñiểm ñầu, ñiểm cuối, cứ ñiểm kinh tế (ñiểm phải qua) các ñiểm

khống chế v.v... ta có thể nêu ra những phương án có tính chất nguyên tắc. Khi ñã có

một số phương án rồi ta tiến hành thảo trắc (ño ñạc bằng các dụng cụ ñơn giản) có

tính ñến những thay ñổi về cao ñộ của mặt ñất, ñại lượng về ñộ dốc của trắc dọc và

những ñiều kiện dẫn tuyến khác. Khi thảo trắc rồi ta có thể vẽ ñược trắc dọc ñại lược.

Trên trắc dọc ñại lược rút ra những số liệu sau:

Các ñộ dốc thiên nhiên trung bình theo từng hướng thẳng.

Tổng số chiều cao phải vượt cho mỗi chiều.

ðặc tính và chiều dài của các ñoạn khó khăn theo mỗi chiều.

ðặc tính và chiều dài các ñoạn tự do.

ðộ dốc trung bình của thiên nhiên.

1

12 HHi

−= (0/00)

H2 và H1 - cao ñộ của các ñiểm ñặc biệt ở ñầu và cuối mỗi ñoạn mà ta ñang

tính dốc trung bình.

L - khoảng cách tính theo km giữa các ñiểm. Tổng số chiều cao phải vượt

theo mỗi chiều:

Theo chiều a - b ∑h' = h'1 + h'2

Theo chiều b - a ∑h" = h"1 + h"

2 + h"3

13

Hình 5-5. Xác ñịnh chiều cao khắc phục

Ngoài ra ñối với mỗi phương án ta xác ñịnh chiều dài, số lượng và tính chất

những nơi gặp dòng nước và những ñặc ñiểm khác như tỷ lệ giữa ñường tự do và

ñường khó khăn, ñường ven sông, ñường sườn núi v.v.... Ta có thể loại bớt các

phương án kém giá trị, còn lại những phương án cạnh tranh, ta sẽ vạch tuyến, so sánh

kỹ lưỡng về kỹ thuật và kinh tế. Tóm lại, ñầu tiên nghiên cứu ñường chim bay (ñiểm

ñầu, cuối, ñiểm ghé qua). ðề xuất các ñiểm khống chế, nên nắn lại ñường chim bay,

nêu các phương án nguyên tắc và thảo trắc. Chọn phương án tốt nhất ñể thiết kế ở

giai ñoạn sau.

5.2. PHÂN LOẠI VẠCH TUYẾN

Tuỳ theo ñiều kiện sử dụng ñịa hình, ñịa thế và các ñộ dốc ta có thể có nhiều

loại vạch tuyến.

Trong thực tế khảo sát thiết kế ta phân biệt theo hai ñặc ñiểm sau:

+ Theo ñiều kiện ñịa hình, tức là ñiều kiện lợi dụng hình thể của mặt ñất.

+ Theo ñiều kiện sử dụng ñộ dốc hạn chế hay các dốc giới hạn khác.

5.2.1 Phân loại vạch tuyến theo ñịa hình có thể chia ra hai nhóm.

- Vạch tuyến không cắt ñường phân thuỷ chính, tức là không triển tuyến từ

hệ thống sông này sang hệ thống sông khác. Trong nhóm này có các loại tuyến như

tuyến ñi men theo bờ sông, tuyến men theo ñường phân thuỷ, tuyến men theo sườn

núi.

- Tuyến cắt một hay một số ñường phân thuỷ chính tức là khi tuyến ñi từ hệ

thống sông này sang hệ thống sông khác. Trong nhóm này chỉ có loại tuyến cắt

ñường phân thuỷ.

Tuyến men theo bờ sông là ñoạn tuyến ñặt ở thung lũng một con sông nào ñó.

Tuyến theo ñường phân thuỷ là ñoạn tuyến ñặt ngay trên ñường phân thuỷ của hai hệ

thống sông nào ñó.

Tuyến theo sườn núi khi tuyến ñặt trên sườn dốc giữa thung lũng và ñường

phân thuỷ.

14

Hình 5-6. A- Tuyến ven sông

B- Tuyến theo sườn núi

C- Tuyến theo ñường phân thuỷ

Còn tuyến cắt ñường phân thuỷ trong trường hợp tuyến ñang ñi theo một

sông này mà chuyển sang một hệ thống sông khác, chỗ cắt thường là chỗ trũng, thấp

ñó là yên ngựa của ñèo. Kiểu tuyến này phối hợp nhiều ñoạn tuyến khi thì ñi men

sông, khi theo sườn núi, lúc cắt ñường phân thuỷ.

5.2.2. Phân loại cách vạch tuyến theo ñiều kiện sử dụng ñộ dốc hạn chế.

ðiều kiện ñịa hình, ñặc biệt là ñộ dốc thiên nhiên trung bình của ñịa hình lớn

hay nhỏ sẽ ảnh hưởng rất lớn ñến vị trí tuyến và thậm chí cả phương pháp xác ñịnh

tuyến

Việc phân loại vạch tuyến theo ñiều kiện sử dụng ñộ dốc hạn chế hay một

dốc giới hạn khác xác ñịnh bởi tương quan giữa ñộ dốc thiên nhiên trung bình itntb và

dốc vạch tuyến ivt. Dốc itntb tính cho từng ñoạn tuyến một theo những ñiểm ñặc biệt

trên ñịa hình và bỏ qua những lần thay ñổi cao ñộ mặt ñất trong ñoạn ñó. Còn dốc

vạch tuyến ivt là dốc lớn nhất cho phép của một ñoạn tuyến trên trắc dọc, nó là dốc

giới hạn (hạn chế, cân bằng, gia cường) trừ ñi ñại lượng giảm dốc trung bình do

ñường cong gây ra. Như vậy trên ñoạn thẳng thì:

ivt = ip (hay icb, igc)

Nếu có ñường cong.

ivt ≤ ip - ir hay icb - ir; igc - ir

Khi vạch tuyến ta chưa biết ñược số lần ñổi chiều, ñại lượng góc quay, cho

nên ta có thể lấy một trị số trung bình về ir cho từng ñoạn tuyến một.

Trong thực tế thiết kế ở những ñoạn dễ có thể lấy ir = 0,50/00, tức là tương

ứng với tổng số góc quay là 400 cho 1km, nếu ñoạn tuyến tương ñối khó ir = 10/00

tương ứng với tổng số góc quay là 800 cho 1km và nơi khó khăn ir = 1,50/00 tương

ứng với tổng số góc quay 1200 một km.

15

Ở ñây ta chưa cần chính xác ñại lượng ir bởi vì sau này khi tiến hành giảm

dốc tuy có sự thay ñổi trong ñại lượng ir nhưng chiều dài tuyến sẽ không thay ñổi bao

nhiêu.

Khi vạch tuyến, cần có sự sử lý khác nhau trong các ñiều kiện khác nhau.

Theo ñiều kiện sử dụng dốc hạn chế khi vạch tuyến ta có thể phân chia ra vạch tuyến

tự do, vạch tuyến khó khăn. Vạch tuyến tự do khi:

itntb < ivt (5.1)

Tim tuyến ñược xác ñịnh không bị hạn chế bởi cao ñộ. Lúc này phải giải

quyết mâu thuẫn chủ yếu là các tiêu chuẩn thiết kế bình ñồ, chỉ cần chú ý tránh các

chướng ngại trên mặt bằng, vạch tuyến trên hướng thẳng, ngắn, là có thể tìm ñược vị

trí tuyến hợp lý.

Vạch tuyến khó khăn khi:

iintb ≥ ivt (5.2)

Tim tuyến ñường không chỉ bị hạn chế bởi bình ñồ, mà còn chịu sự khống

chế của trở ngại ñộ cao. Trong trường hợp này mâu thuẫn chủ yếu là ở mặt cắt dọc,

cần căn cứ tình hình cụ thể của ñịa hình, ñể vạch tuyến trên mặt ñất có ñộ dốc thiên

nhiên trung bình về cơ bản phù hợp với ñộ dốc vạch tuyến, có chủ ñịnh kéo dài tuyến

ñể nó có thể ñạt ñến ñộ cao dự ñịnh.Vạch tuyến khó khăn lại chia ra vạch tuyến khó

có phát triển ñường và vạch tuyến khó khăn không phát triển ñường, không phát triển

ñường khi: itntb ≈ ivạch tuyến; Có phát triển ñường khi: itnbt > ivt

Ở những ñoạn ñó nếu vạch tuyến theo ñường thẳng thì sẽ gặp những ñoạn

ñường ñắp hoặc ñường ñào rát cao và sâu. Hình 5 -6 nêu lên một trường hợp phải

phát triển ñường. Muốn giảm khối lượng công trình nên phải kéo dài 1 ñoạn ∆l.

∆l = l - lo (5 - 3)

l: Chiều dài ñoạn tuyến có phát triển ñường.

lo: Chiều dài ñoạn tuyến theo ñường thẳng

16

Hình 5 -7. Sơ ñồ trắc dọc và bình ñồ khi có triển tuyến.

Ta có: )(.

kmi

h

i

lih

i

h

i

HHl

vtvt

ovt

vtvt

AB ∆=

−==

−= (5 - 4)

Trong ñó HB và HA cao ñộ thiết kế ở ñầu A và B. Ta có thể biến ñổi.

5.3. VẠCH TUYẾN TỰ DO VÀ VẠCH TUYẾN KHÓ KHĂN

5.3.1. Vạch tuyến tự do.

Ở ñoạn dốc thoải, ñịa hình bằng phẳng, khi vạch tuyến có thể lấy ñường chim

bay làm hướng chủ ñạo, vừa bảo ñảm tuyến thẳng, lại tiết kiệm ñầu tư công trình. Do

vậy, vạch tuyến ở những ñoạn tự do là ñặt tuyến qua các ñiểm khống chế sao cho

tuyến ñược ngắn nhất. Muốn thế phải chú ý các ñiểm:

5.3.1.1. Khi tránh các chướng ngại vật làm tuyến phải lệch khỏi hướng ngắn

nhất thì cần cố gắng sớm tránh trước chướng ngại, ñể giảm thiểu góc lệch.

Hình 5-8. Tuyến tránh chướng ngại

Hình 5-8 biểu thị 2 phương pháp tránh hồ, phương pháp ñường nét ñứt, trong

phạm vi toàn chiều dài rất ít rời khỏi hướng ngắn nhất, nhưng làm sao cho số lượng

ñường cong, tổng góc lệch và chiều dài tuyến ñều tăng hơn phương án ñường nét

liền.Vì vậy khi tránh các chướng ngại, tuyến ñược vạch cần sớm dẫn từ chướng ngại

này sang chướng ngại khác. Tóm lại, khi vạch tuyến phải ñi từ chướng ngại này sang

chướng ngại khác, ñoạn tuyến giữa các chướng ngại phải ñặt sao cho ngắn nhất.

5.3.1.2. Khi tuyến tránh núi, vượt sông hoặc các chướng ngại khác, cần

làm cho ñỉnh ñường cong ñối diện với các chướng ngại vật chính, ñể chướng ngại vật

nằm ở phía trong ñường cong và làm cho góc lệch của nó nhỏ nhất.

17

Hình 5-9. Vị trí hợp lý của ñường cong trên bình ñồ

Qua hình 5-9 thấy rằng phương án ñường nét liền ñường cong ñối diện với

vật chướng ngại có khối lượng ñất ñá ít hơn phương án ñường nét ñứt không ñối diện

với chướng ngại. Tóm lại ñỉnh góc quay phải ñặt ñối diện với chướng ngại còn

chướng ngại phải ñặt trong góc quay. Do vậy, mỗi một góc quay phải có một lập

luận bảo vệ lý do dùng góc bao nhiêu ñộ, cố tránh hướng tuyến chệch xa hướng ngắn

nhất. Nên dùng góc quay nhỏ ñể khỏi tăng thêm chiều dài nhiều quá. Góc nên dùng

vào khoảng 15 - 200 (góc quay 100 chiều dài tăng lên 1,5% góc quay 200 tăng lên

6,4%).

5.3.1.3. Bố trí ñường cong phải thực sự khi có chướng ngại. Bán kính ñường

cong cần kết hợp với ñịa hình, hết sức sử dụng ñường cong bán kính lớn:

Ở ñoạn ñường dốc thoải, mức ñộ khai triển tuyến phụ thuộc nhiều nhân tố

như vai trò của tuyến ñường, lượng vận chuyển lớn hay nhỏ, ñiều kiện ñịa hình ñịa

chất, mạng lưới ñường v.v.. cần hết sức ñi theo hướng thẳng. ðường sắt mang ý

nghĩa ñịa phương thì yêu cầu hạ giá thành và gần các thành thị. Hệ số triển tuyến nói

chung là: 1,1 cho ku vực ñồng bằng; 1,2 – 1,3 cho khu vực miền núi

5.3.1.4 Chiều dài ñoạn dốc tốt nhất không nên nhỏ hơn chiều dài ñoàn tầu,

cần tận lượng sử dụng dốc khi xuống dốc không phải hãm: dốc vô hại.

5.3.1.5.Cố gắng giảm tổng cao ñộ nâng lên, nhưng khi tránh chướng ngại dẫn

tới kéo dài tuyến thì cần phải có sự so sánh.

5.3.1.6 Bố trí ga phải sao cho không lệch hướng ngắn nhất của tuyến và cố

gắng bố trí trên ñoạn ñịa hình có nền ñắp, ñịa hình phẳng, rộng rãi, ñể giảm bớt khối

lượng công trình. Chiều ñi của sân ga phải trùng với chiều tuyến nếu phải ñặt lệch thì

hạn chế góc quay lại.

18

Hình 5-10. Thiết kế mặt cắt dọc giữa các ga ñoạn dốc thoải

Như trên hình 5-10 cao ñộ thiết kế ga A là 600 m ở phía trước cách khoảng

9,3 km cần bố trí ga B, cao ñộ thiết kế hợp lý khoảng 608 m. Giữa 2 ga là dốc thoải.

Trắc dọc tuyến giữa 2 ga có thể thiết kế theo 3 kiểu.

Chiều dài tuyến và khối lượng công trình của 3 phương án ñề tương tự nhau,

nhưng xét ñiều kiện gia tốc khi ra ga và giảm tốc khi vào ga ở ga A hoặc ga B thì

phương án (1) ñể xét vị trí bình ñồ tuyến, như vậy sẽ cải thiện ñược ñiều kiện vận

hành của ñoàn tầu.

Mặc dù vạch tuyến tự do có dễ dàng ở chỗ ít phải vượt qua những chướng

ngại cao thấp nhưng công việc này không phải là ñơn giản ở chỗ có thể có rất nhiều

phương án vạch tuyến mà ta phải tìm ra những phương án tốt nhất.

Phương pháp chủ yếu dùng ñể vạch tuyến tự do là phương pháp thử. Nội

dung như sau:

- ðầu tiên kéo tuyến theo chiều ngắn nhất qua các chướng ngại thiên nhiên,

và vẽ trắc dọc.

- Tiến hành phân tích trắc dọc và do ñó ñề xuất ra các phương án bình diện

phải ñi chệch khỏi chiều tuyến ngắn nhất cho từng ñoạn ngắn hay là cho cả một ñoạn

tuyến dài ñể tránh chướng ngại.

- Vạch tuyến theo phương án ñi tránh, sau ñó phân tích và kết luận xem nên

ñi theo hướng nào.

Nhiều khi không thể nêu ngay phương án tốt nhất cho nên phải tiến hành so

sánh, cần chú ý kỹ thuật càng tiến bộ có thể áp dụng ñầu máy khỏe, tối tân, loại kết

cấu tầng trên khỏe, công nghệ xây dựng càng hiện ñại càng nên kéo thẳng tuyến, ñiều

này có ý nghĩa ñặc biệt khi lượng vận chuyển lớn.

19

5.3.2. ðịnh tuyến về mặt cắt ngang.

Khi xác ñịnh tuyến ở ñoạn dốc ngang tương ñối lớn và ñoạn ñịa chất không

tốt, có khi ñứng về mặt cắt dọc xét thấy cao ñộ ñào ñắp không lớn, bình ñồ cũng hợp

lý, nhưng ñứng về mặt cắt ngang mà xét, lại có thể xuất hiện khối lượng công trình

lớn hoặc ñường nằm ở vị trí ñiều kiện ñịa chất rất không thuận lợi. Vì vậy, công tác

vạch tuyến không những phải ñảm bảo bình ñồ và trắc dọc hợp lý mà trắc ngang

cũng phải hợp lý. ðiều ñó ñòi hỏi sau khi xác ñịnh trắc dọc, cần phải xác ñịnh tuyến

về mặt cắt ngang. Các bước tiến hành công việc ñó như sau:

- Trước hết tìm mặt cắt ngang của vị trí khống chế tuyến. Ở ñoạn dốc ngang

tương ñối lớn, ñoạn ñịa chất không tốt, ñoạn 2 bờ sông xói lở nghiêm trọng và ở các

mốc 100 m có tính chất ñại diện cần vẽ mặt cắt ngang

- Căn cứ cao ñộ vai ñường của thiết kế cũ tại các mặt cắt khống chế, xác ñịnh

phạm vi hợp lý mà tim ñường có thể dịch chuyển sang phải, sang trái mặt cắt ngang.

Hình 5-11. Sơ ñồ xác ñịnh tuyến mặt cắt ngang

Thí dụ hình 5-11 (b) thấy rằng chân dốc ñường ñắp của tuyến vạch cũ nằm ở

dưới dòng sông, rõ ràng là không hợp lý, cần phải dịch ñường về phía núi. Lúc ñó có

thể thiết kế hai mặt cắt ngang nền ñường: một mặt cắt có chân dốc ñường ñắp nằm ở

mép sao cho không bị xói lở, ta ñược vị trí tim ñường ở ñiểm P; một mặt cắt khác là

cố gắng chuyển dịch về phía núi ñể cao ñộ dốc bên ñường ñào bằng trị số dốc tối ña

cho phép, ñược vị trí Q của tim ñường dựa một bên vào núi. Khoảng cách giữa P& Q

là phạm vi hợp lý tim ñường có thể dịch chuyển trên bản vẽ.

- ðem các ñiểm chân ta luy (như P, Q) có thể dịch chuyển sang phải, sang trái

của tuyến trên mặt cắt ngang, ñưa sang bình ñồ theo cự ly tương ứng và theo thước tỷ

lệ, nối các ñiểm chân ta luy ñó lại là ñược phạm vi hợp lý của tuyến có thể dịch

chuyển trên bình ñồ.

- Trong phạm vi tuyến có thể dịch chuyển trên bình ñồ, thiết kế lại bình ñồ,

và nối thoả ñáng hai ñầu với ñường ñã vạch là ñược vị trí tim ñường mới tương ñối

hợp lý trên cả bình ñồ, trắc dọc và trắc ngang.

20

5.3.3.Cải thiện bình diện, trắc dọc tuyến.

ðối với bình ñồ và trắc dọc tuyến ñã xác ñịnh sơ bộ, cần tiến hành nghiên

cứu phân tích,tìm các vấn ñề tồn tại và ñưa ra các biện pháp giải quyết, tiến hành sửa

ñổi cục bộ. Những chỗ sửa ñổi nhỏ thì dựa vào kinh nghiệm ñể phán ñoán, những

chỗ sửa ñổi lớn cần phải thông qua so sánh kinh tế, kĩ thuật ñể xác ñịnh. Trong quá

trình thiết kế, ba mặt bình ñồ, trắc dọc và trắc ngang ảnh hưởng lẫn nhau, ràng buộc

lẫn nhau, ñối với bất kì một sửa ñổi nào ở một mặt cắt này ñều phải kiểm tra tính hợp

lý ở hai mặt cắt kia, sao cho ñảm bảo tính ăn khớp trong thiết kế 3 mặt cắt.

Các vấn ñề cần phải tiến hành cải thiện bình ñồ và trắc dọc thường là:

- So sánh các phương án cục bộ của tuyến.

- Giảm thiểu số lượng ñào ñắp, cầu hầm.

- Vòng tránh vùng ñịa chất không tốt.

- ðiều chỉnh sự phân bố ga, cầu cống.

- Cải thiện ñiều kiện thi công một số ñịa ñiểm.

- Cải thiện ñiều kiện vận doanh của một số ñoạn cục bộ.

- Cải thiện việc thiết kế một số ñoạn cục bộ mà quy phạm cho phép sử dụng

tiêu chuẩn thấp.

- Giảm bớt việc chiếm dụng ñất ñai (nhất là ruộng) và di dời các vật kiến trúc.

Sau ñây xin nêu một số tình huống thường gặp về sửa ñổi bình ñồ, trắc dọc ñể

giảm bớt khối lượng ñào ñắp.

- Thiết kế ñộ dốc cũ không thoả ñáng, ñoạn cục bộ xuất hiện lượng ñào ñắp

quá lớn: có thể thay ñổi tổ hợp ñoạn dốc hoặc cao ñộ thiết kế ñể giảm khối lượng ñào

ñắp như hình 5-12.

Hình 5-12. Giảm khối lượng công trình do thay ñổi ñộ dốc thiế kế

- ðộ dốc thiết kế cũ không nên thay ñổi (như ñã dùng ñủ ñộ dốc tối ña) nhưng

trên bản ñồ trắc dọc, cao ñộ ñào ñắp tăng dần không hợp lý từ ñầu này, ñến ñầu kia,

thì có thể căn cứ tình hình cụ thể, thay ñổi vị trí bình ñồ tuyến, chẳng hạn quay tuyến

một góc như hình 5-13.

21

Hình 5-13. Chuyển tiếp tuyến giảm dốc công trình

Hình 5-14. Thay ñổi ñường cong giảm khối lượng công trình

- Khi ñường cong và tiếp tuyến trên bình ñồ phối hợp không thoả ñáng dẫn

tới tăng khối lượng công trình: cần ñiều chỉnh lại góc quay và bố trí ñường cong ñể

giảm khối lượng công trình. Thí dụ như trên trắc dọc (hình 5-15) của tuyến ñã xác

ñịnh, giữa 2 cống, một bên thì ñào sâu, một bên thì ñắp cao. Qua nghiên cứu trên

bình ñồ cho thấy chỗ ñào trên trắc dọc thì có thể trên bình ñồ ñem dịch ngang về chỗ

thấp, ngược lại chỗ ñắp cao trên trắc dọc thì trên bình ñồ ñem tuyến dịch ngang về

phía cao là có thể giảm ñắp và ñồng thời giảm ñào. Muốn vậy cần phải thay ñổi bán

kính ñường cong và hướng tiếp tuyến bên phải.

22

Hình 5-15. Giảm khối lượng công trình do thay ñổi tiếp tuyến

và bán kính ñường cong

5.3.4. Vạch tuyến khó khăn.

5.3.4.1. Các ñiểm chủ yếu xác ñịnh tuyến trên ñoạn vạch tuyến khó khăn.

Ở ñây thông thường phải vạch tuyến ñủ ñộ dốc vạch tuyến ñể tranh thủ chiều

cao, không làm tuyến kéo dài. Khi tuyến gặp phải chướng ngại ñộ cao lớn (như khi

vượt qua ñường phân thuỷ) nên vạch tuyến theo hướng ngắn nhất sẽ không ñạt cao

ñộ dự kiến hoặc phải làm hầm dài. ðể tuyến ñạt ñược cao ñộ dự ñịnh, cần dùng ñủ

ñộ dốc tối ña kết hợp với ñịa hình ñể triển tuyến.

Khi vạch tuyến ở ñoạn triển tuyến cần chú ý kết hợp các ñiều kiện tự nhiên về

ñịa hình, ñịa chất, trong thiết kế ñộ dốc cần có dự trữ.

ðoạn triển tuyến, nếu không có nguyên nhân ñặc biệt, nói chung không cần

sử dụng dốc ngược chiều ñể tránh triển tuyến không cần thiết do khắc phục cao ñộ

gây nên, ñồng thời làm tăng chi phí vận doanh.

Vạch tuyến ở vùng vạch tuyến khó khăn thường dẫn tuyến từ ñoạn khó ñến

ñoạn dễ, từ cửa hầm dự kiến bắt ñầu triển khai tuyến ñi xuống phía dưới là thích hợp.

Trong trường cá biệt khi ñiểm khống chế ở chân núi (như cầu cao) thì cũng có thể

vạch tuyến từ chân núi ñi lên.

23

Vạch tuyến khó khăn là ñặt tuyến vượt qua những chướng ngại cao thấp,

bằng những ñộ dốc tối ña ấn ñịnh trước, những chỗ cần thiết có thể phải kéo dài

tuyến ra, khác với ñoạn tuyến tự do, trắc dọc ở ñoạn tuyến khó khăn phải theo một

hình dáng dốc lớn, phân cách bằng những ñoạn nằm ngang tức là sân ga, bởi vì theo

hình cắt dọc có thể tính ñược trước cao ñộ của ñường thiết kế của trắc dọc nên nhiệm

vụ vạch tuyến là phải chọn ở trên ñịa hình thực ñịa hay trên bản ñồ vị trí của tuyến ñể

cho ở mỗi ñiểm cao ñộ của mặt ñất thích hợp với cao ñộ của ñường thiết kế.

Nếu itntb > ivt không lớn lắm (tức là ∆h không lớn, thì có thể không phải triển

tuyến (h5-9). Mà ñào một lượng ∆h ở trên ñỉnh, hoặc ñắp một lượng ở dưới chân,

hoặc giải quyết ñào một ít ở trên, ñắp một ít ở dưới là ñược.

Khi itntb >> ivt thì phải triển tuyến. Muốn giảm bớt lượng triển tuyến thì ñỉnh

ñèo phải ñào thêm, chân ñèo phải ñắp thêm

ovt

dapdao li

hHhHl −

+−−=∆

)()( 12 (5 -7)

H2, H1 cao ñộ ở ñỉnh và chân ñèo.

Nếu có nhiều khu gian, chiều dài tối thiểu.

sgvt

dapdao lni

hhHHl .

)( 12min +

++−= (5 - 8)

Trong ñó n - số ga; lsg - chiều dài ga.

Nếu ñoạn khó khăn là ñoạn rất dài

)1()( 12

min gasvt

dapdao

i

hhHHl α+

++−= (5 - 9)

αsga phụ thuộc vào tiêu chuẩn ñặt ñiểm phân giới, vào ip và lsd.

αsga = 0,08 - 0,12 ñường cấp I, II

= 0,06 - 0,10 ñường cấp III.

Khi vạch tuyến khó khăn, chủ yếu là tuyến cắt ñường phân thuỷ, tuyến vượt

ñèo. Ta phải nghiên cứu chọn vị trí ñèo vượt qua, ñèo phải thấp ñể tuyến ñường ñược

ngắn, ñèo không cách quá xa hướng tuyến ngắn nhất ñể tuyến ñường không dài một

cách vô ích.

Xác ñịnh chiều sâu ñào trên ñỉnh ñèo cũng như chiều cao ñắp dưới chân ñèo

rất quan trọng, ảnh hưởng lớn ñến chiều dài tuyến. Chiều sâu ñào trên ñỉnh tuỳ thuộc

vào ñịa hình, ñịa chất và hình dáng của ñèo.

Việc ñào còn tuỳ thuộc vào tình hình ñịa chất, sự ổn ñịnh của mái dốc ñào.

Nếu phải ñào nhiều, ta có thể dùng hầm. Ở chân ñèo ta ñắp, khi cần ñắp nhiều ta có

24

thể thay thế bằng cầu cao. Ở ñây cần phải tính toán so sánh phương án.Vạch tuyến

phải ñi từ cao xuống thấp, từ ñỉnh ñèo xuống chân ñèo, theo nguyên tắc ñó sẽ tránh

ñược tổn thất cao ñộ. Muốn vậy phải nắm ñược phương pháp vạch tuyến, phương

pháp chủ yếu dùng khi vạch tuyến khó khăn là sơ bộ ñặt ñường khối lượng không tức

là ñường mà cao ñộ thiết kế trùng với cao ñộ mặt ñất.

5.3.4.2. Phương pháp ñịnh tuyến bằng ñường khối lượng không.

ở những ñoạn vạch tuyến khó khăn, vị trí tổng quát và hướng cục bộ của

tuyến ñường có thể xác ñịnh nhờ ñường khối lượng không. ðường khối lượng không

là tuyến ñường gấp khúc vừa ñủ ñộ dốc vạch tuyến vừa là ñường nối giao ñiểm của

ñường khối lượng không với ñường ñồng mức. Vì vậy nó nó là bình ñồ tuyến vừa có

ñộ dốc bằng ñộ dốc vạch tuyến, vừa phù hợp ñịa hình, khối lượng ñào ñắp nhỏ nhất.

ðường khối lượng không ñược xác ñịnh bằng compa trên bản ñồ ñịa hình tỷ

lệ nhỏ các bước xác ñịnh tuyến như sau:

- Biết hiệu số của hai ñường ñồng mức là ∆hñm trên bản ñồ ñịa hình xác ñịnh

cự ly bước vạch tuyến hay có thể ñặt giữa hai ñường ñồng mức một ñoạn ñường với

ñộ dốc cho trước, gọi chiều dài ñoạn ñó là di. Chiều dài cần thiết ñể nâng ñường lên

cao một lượng ∆hñm là vt

dmi i

hd

∆= (5 - 10)

Hình 5-16. Xác ñịnh tuyến theo ñường dẫn hướng

25

Giữa hai ñiểm ñầu và cuối của cùng một ñoạn dốc di có thể có mấy ñoạn

ñường khối lượng không. Chẳng hạn trong hình, ñường nét ñứt là một ñường khối

lượng không khác, nhưng xa hướng thẳng hơn so với ñường kẻ nét liền, tuyến sẽ dài

hơn nên loại bỏ. Các cánh tuyến chúng ta vạch, nói chung phải bám vào ñường khối

lượng không. Một tuyến như vậy sẽ ñảm bảo về chiều dài và khối lượng công trình

hợp lý. Khi vạch ñường khối lượng không cần chú ý các ñiểm sau:

- ðường khối lượng không cần vòng tránh các ñoạn ñịa chất xấu và hướng

ñường khối lượng không ñi tới ñiểm khống chế (hoặc ga)

- Nếu khẩu ñộ của compa di (cự ly bước vạch tuyến) nhỏ hơn cự ly ñường

ñồng mức, chứng tỏ ñộ dốc tuyến ñược vạch lớn hơn ñộ dốc thiên nhiên trung bình,

tuyến không bị khống chế bởi ñộ cao, tức là có thể dãn tuyến theo hướng thẳng ngắn

nhất. Gặp ñoạn có cự ly ñường ñồng mức nhỏ hơn di, thì tiếp tục vạch ñường khối

lượng không của ñoạn sau.

- Khi tuyến vượt qua nơi sâu, cần phải làm cầu cống, ñường khối lượng

không không cần hạ xuống ñáy sâu mà trực tiếp dẫn tuyến sang bờ sông ñối diện

(như ñiểm i, j trong hình 5-16). Gặp trường hợp núi cao phải dùng nền ñào hoặc hầm

ñường khối lượng không cũng không cần nâng lên ñỉnh núi mà có thể nhảy qua. Khi

vượt qua sông, vực hoặc ñỉnh núi thì căn cứ cự ly tuyến ñược dẫn gấp mấy lần di ñể

biểu thị tuyến hạ xuống hoặc nâng lên bấy nhiêu dh, ñể quyết ñịnh bắt ñầu vạch

ñường dẫn hướng ở ñường ñồng mức nào phía ñối diện sông vực hoặc ñỉnh núi.

- ðường khối lượng không là ñường gấp khúc, chỉ có thể biểu thị hướng tổng

quát của tuyến. Muốn vạch bình ñồ tuyến, cần lấy ñường khối lượng không làm cơ

sở, với tiền ñề phù hợp với các quy ñịnh liên quan của quy trình quy phạm, dùng ê-

ke, tấm bản ñường cong ñể vẽ bình ñồ tuyến thuận, thẳng, hình tròn (hình 5-17)

Hình 5-17. Xác ñịnh tuyến dọc ñường dẫn hướng và chọn bán kính

Tóm lại những yêu cầu chủ yếu khi vạch tuyến khó khăn là phải:

26

- ðặt tuyến ñảm bảo ñược chiều dài ñã tính trước không triển tuyến một cách

vô ích. Muốn vậy không ñược ñể tổn thất cao ñộ, phải tận lượng ñi hết dốc.

- Vạch tuyến phải dựa theo một trắc dọc lý thuyết, phải chọn cao ñộ mặt ñất

thế nào cho phù hợp với trắc dọc lý thuyết.

- Phải chọn vị trí góc quay và trị số góc thế nào ñảm bảo ñược chiều dài tuyến

hay ñoạn triển tuyến mà ñã tính toán trước.

- Việc ñặt ga trên ñoạn nằm ngang hay trên dốc phải tiến hành cùng với việc

lựa chọn chiều ñi của tuyến trong ga sao cho itntb ≈ iga

5.3.4.3. Các loại hình triển tuyến (phương thức triển tuyến).

ðể khắc phục chênh lệch cao ñộ lớn cần triển tuyến vu hồi, căn cứ chiều dài

tuyến cần triển khai, kết hợp ñiều kiện ñịa hình, ñịa chất, sử dụng các loại hình kết

hợp ñường thẳng với ñường cong như tuyến bao, ñưa tuyến lượn theo sông nhánh

hoặc khe suối, tuyến bóng ñèn, tuyến xoắn ốc, và tuyến hình chữ chi.

Trong thực tế khảo sát tuyết thiết kế ta phân chia hai loại triển tuyến ñơn giản

và triển tuyến phức tạp.

a. Triển tuyến ñơn giản – tuyến bao.

Khi vạch tuyến dọc theo sông, gặp trường hợp ñộ dốc thiên nhiên của lưu vực

chính lớn hơn ñộ dốc vạch tuyến, còn phía bên tương ñối rộng rãi, thông thường phải

dùng hình thức tuyến bao ñể triển tuyến. ðường bao ñơn giản là cách triển tuyến ñặt

thêm vài, ba ñường cong với góc quay thường không quá 900 (không quá 180) và

chiều dài ñoạn phát triển thêm ∆1 không lớn lắm ñể giảm bớt khối lượng ñào ñắp

hoặc tranh thủ ñộ cao khi vạch tuyến khó khăn.

Hình 5-18. Tuyến ñường bao

b. Loại hình triển tuyến phức tạp.

- ðưa tuyến lượn theo sông nhánh hoặc khe suối

27

Trong trường hợp này tuyến ñi từ men sông chính vào men sông nhánh và

quay lại một góc chừng 1800, nhiều khi gặp ñịa hình quá khó khăn phải ñắp cao,làm

cầu cạn v.v....

- Lượn theo hình bóng ñèn: Trong lưu vực chật hẹp, dùng tuyến bao ñể triển

tuyến thường thường phải làm hầm hoặc ñường ñào sâu dẫn tới khối lượng công

trình lớn. ðể thích hợp với ñịa hình thung lũng chật hẹp có thể sử dụng tuyến hình

bóng ñèn, thương thường gồm 3 hoặc trên 3 ñường cong hợp thành (Nếu 3 ñường

cong thì ñường cong giữa có góc quay lớn hơn 1800, nhưng nhỏ hơn 3600). Qua bình

ñồ và trắc dọc ở hình 3-8 thấy rằng triển tuyến hình bóng ñèn (phương án ñường nét

liền) so với triển tuyến hình bao (phương án ñường nét ñứt) có thể tiết kiệm ñược hai

hầm và một phần công trình ñất ñá.

Ở hình dưới cũng cần phải quay ñi một góc 1800 ñể lượn theo ñịa hình dần

dần xuống dốc.

Hình 5-19. Tuyến bóng ñèn

Tuỳ theo ñịa hình mà có thể lượn một hay hai ba lần. Giữa các ñoạn lượn nên

cố gắng ñặt những ñoạn thẳng. Kiểu lượn này ñi kèm theo các công trình nhân tạo

ñắp cao, ñào sâu hay cầu cạn.

- Tuyến xoắn ốc: ở nơi ñịa hình ñặc biệt khó khăn có thể triển tuyến tuyến

quay ñi một góc ñến 3600 hay hơn nữa thành dạng vòng tròn gọi là ñường xoắn ốc.

28

Khi ở một ñiểm nào ñó trên bình ñồ tuyến lại cắt ngay bản thân mình nhưng ở mức

cao hơn hoặc thấp hơn. Nói cách khác chỗ giao nhau của tuyến trên và tuyến dưới có

thể sử dụng cầu cao hoặc ñường hầm.

Loại này triển tuyến không có hình mẫu nào, mà phải căn cứ tình hình thực tế

về sự biến ñổi của ñịa hình mà tuỳ cơ ứng biến, kết hợp các hình thức triển tuyến với

nhau.

Hình 5-20. ðường cong xoắn ốc

- Theo hình chữ chi. Khi dùng ñường tròn với góc quay quá lớn không lợi thì

có thể dùng kiểu chữ chi.

Từ ñiểm A tuyến ñi lên dốc ñến ñiểm B, C nếu dùng ñường tròn thì có thể

phải ñào rất nhiều, ñi theo kiểu chữ chi ñầu máy có lúc phải theo hướng ngược chiều,

vận tốc giảm, ảnh hưởng tới khả năng thông qua. Cho nên chỉ dùng cách này ñể ñặt ở

ñoạn tạm thời. Nhưng cách này ñơn giản ñể làm khỏi phải ñào ñắp nhiều không phải

dùng ñến hầm hoặc cầu cạn. Tất cả những phương pháp triển tuyến nêu trên có thể

áp dụng trong từng trường hợp cụ thể và có thể rất linh hoạt ñể sao cho có lợi nhất.

Khi tăng chiều dài tuyến thì hàng hoá sẽ tăng thêm chiều dài ñường vận hành, chi phí

chuyên chở tăng lên. Ngoài ra trong trường hợp phát triển phức tạp bán kímh ñường

cong thường rất nhỏ do ñó thi công và bảo quản gặp khó khăn. Cho nên khi thiết kế,

song song với phương án triển tuyến kiểu phức tạp phải ñề ra phương án cho tuyến ñi

thẳng bằng cách ñào sâu,ñắp cao, hầm, cầu cạn, tăng cường sức kéo v.v.... Nhất là

khi có ñầu máy hiện ñại, kiến trúc tầng trên khoẻ thì càng cần thiết rút ngắn chiều

dài tuyến.

5.4. CÁC NGUYÊN TẮC ðỊNH TUYẾN Ở CÁC ðIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

KHÁC NHAU

5.4.1. Vạch tuyến men sông.

29

Tuyến có hướng tổng quát theo sông gọi là tuyến men sông. Trong mạng lưới

ñường loại tuyến này chiếm tỷ trọng lớn.

Lưu vực sông thường ñược các nhà thiết kế lưu ý cả những khi chỉ có thể lợi

dụng ñược từng phần của lưu vực bởi vì lưu vực sông có nhiều thuận lợi cho công

tác khảo sát thiết kế và thi công. Tuyến men theo sông có các ưu thế chính là:

- ðộ dốc dọc là dốc một chiều, có thể tránh xuất hiện dốc ngược chiều, hơn

nữa có thể triển tuyến bên chi lưu.

- ða số thành thị nằm ven lưu vực sông, thuận tiện cho việc bố trí ga và phục

vụ ñịa phương.

- ða số lưu vực sông ñều có vùng ñất bậc thang, rộng rãi, ñường sắt ñi qua

các vùng ñó càng phục vụ tốt cho ñịa phương, vừa nâng cao hiệu quả phục vụ xã hội

của ñường sắt, ñồng thời thuận tiện cho ñời sống vật chất văn hoá của cán bộ công

nhân viên ñường sắt.

Ngoài ra, xét về mặt kinh tế thì các vùng ven sông dân cư ñông ñúc, ñiều này

có ảnh hưởng tới việc thi công và khai thác tuyến sau này

Vạch tuyến dọc lưu vực sông cần chú trọng làm tốt 3 vấn ñề sau:

5.4.1.1. Chọn lưu vực sông.

Khi chọn tuyến ở diện tích lớn, ñể chọn ñược hướng tuyến hợp lý cần nghiên

cứu tỷ mỷ sự phân bố hệ thống sông suối, ưu tiên xét ñến các lưu vực sông hai bên

thung lũng vượt núi gần với hướng ngắn nhất của tuyến, tận lượng sử dụng lưu vực

sông về cơ bản thống nhất hướng tuyến

Khi chọn lưu vực sông cần chú ý chọn nơi có 2 bờ sông rộng rãi, ñiều kiện

ñịa chất tương ñối tốt, dốc dọc và dốc bờ sông tương ñối ñều ñặn.

ðộ dốc dọc của lưu vực có ảnh hưởng rất lớn ñến chọn ñộ dốc tối ña. ñộ dốc

dọc của các ñoạn trên dòng sông thay ñổi rất lớn. Nói chung, ñoạn thượng nguồn dốc

hơn ñoạn hạ lưu. vì vậy, ñoạn sông ñều ñặn, ñộ dốc hạn chế ip ñược sử dụng nên lấy

gần bằng hoặc hơi lớn hơn ñộ dốc dọc của lưu vực, còn ñối với ñoạn sông tương ñối

dốc thì sử dụng biện pháp triển tuyến hoặc dốc gia cường

5.4.1.2 Chọn bờ sông.

Hai bờ sông thường khác nhau, cần kết hợp tình hình ñịa hình, ñịa chất, thuỷ

văn, ñồng ruộng, thành thị ñể chọn tuyến ñi phía bờ thuận lợi. Nhưng bờ sông có lợi

không phải luôn luôn chỉ là một bờ, mà cần chú ý chọn vị trí có lợi ñể chuyển tuyến

sang bờ bên kia. Thí dụ ñường sắt Côn Minh – Thành ðô, trên ñoạn ñường dài 118

km từ Hồng Giang ñến Quảng Thông dọc theo sông Long Xuyên, ñể thay nhau lợi

dụng ñiều kiện ñịa hình, ñịa chất tương ñối tốt của tả ngạn và hữu ngạn ñã xây dựng

30

49 cầu vượt sông Long Xuyên. Khi vạch tuyến dọc thung lũng sông ở miền núi, gặp

trường hợp nằm tương ñối dài, thì cần xem xét so sánh với các phương án một hoặc

hai lần vượt sông. Thí dụ như trong hình sau tuyến ñi dọc bên hữu ngạn phải làm

hầm hoặc làm cầu vượt sông sang tả ngạn sẽ hình thành 2 phương án, cần kết hợp

các ñiều kiện khác, tiến hành so sánh chọn lựa.

Hình 5-21. Sơ dồ thay ñổi bờ sông Hình 5-22. Ảnh hưởng hướng nghiêng

tầng ñịa chất ñối với tuyến

Các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng ñến việc chọn bờ sông:

- ðiều kiện ñịa chất.

ðiều kiện ñịa chất hai bên bờ sông thường là nhân tố quyết ñịnh việc chọn bờ

sông. Tuyến bên sông nếu gặp phải ñịa chất không tốt, cần thông qua so sánh việc

vòng tránh, vượt sông hay chỉnh trị ñể xác ñịnh bờ tuyến nên ñi.

Trong lưu vực sông ở miền núi, nếu núi có cấu tạo nghiêng một phía cần chú

ý hướng nghiêng của tầng nham thạch. Thí dụ như hình sau, tuy ñộ dốc ngang mặt

ñất tả ngạn tương ñối thoải, nhưng tầng nham thạch nghiêng phía bờ sông, dễ phát

sinh trượt, không tốt bằng ñưa tuyến sang hữu ngạn có dốc ngang lớn hơn nhưng ñất

núi ổn ñịnh.

Hình 5-23. Chọn vị trí tuyến trên bờ

sông

Hình 5-24. Phương án xây ựng cầu Thuận

Hà trên sông Ngưu Nhật

31

Ở những ñoạn ñịa chất không tốt cục bộ (như trượt, sụt lở, ñá chồng.v.v.) ảnh

hưởng ñến việc chọn bờ sông thì phải xác ñịnh bằng cách so sánh các phương án

chỉnh trị tổng hợp, ñường hầm, vượt sông v.v...

- ðiều kiện ñịa hình.

Khi ñịa chất 2 bên bờ sông tương ñối tốt hoặc không khác biệt nhau nhiều, thì

tuyến nên chọn ở dải có ñịa hình bằng phẳng, ít nhánh sông, bờ sông không bị sói lở,

như hình 5-25. Khi cần phải triển tuyến nên chọn nhánh tương ñối rộng rãi. Nói

chung ñiều kiện ñịa hình 2 bên bờ sông dễ nhận biết ñược, nhưng ñiều kiện ñịa chất

lại khó nhận biết, nếu coi nhẹ ñiều kiện ñịa chất, sẽ gây hiệu quả khó lường.

- ðiều kiện ruộng ñất và phân bố thành thị.

Tuyến thông thường ñược chọn phía bờ sông có khu dân cư ñông ñúc, xí

nghiệp hầm mỏ nhiều, kinh tế tương ñối phát triển, ñể ñường sắt thuận tiện phục vụ

ñịa phương, nhưng cũng có thể cần vòng tránh ñể khỏi phải di dời nhiều nhà cửa và

ảnh hưởng ñến sự phát triển của thành phố, cần căn cứ tình hình cụ thể, tranh thủ ý

kiến của ñịa phương, lựa chọn thận trọng. Khi tuyến song song với hệ thống thuỷ lợi

tưới tiêu, nếu ñịa hình, ñịa chất 2 bờ như nhau thì mỗi công trình ñi một bên bờ tránh

can thiệp lẫn nhau. Trường hợp cần phải ñi cùng một bên bờ thì ñường sắt tốt nhất là

nằm phía trên công trình tưới tiêu. Nếu ñường sắt và ñường bộ ảnh hưởng lẫn nhau

thì có thể cải tuyến ñường bộ hoặc ñi sang hai phía bờ sông.

5.4.1.3. Chọn vị trí tuyến ñường.

Khi chọn tuyến dọc lưu vực sông, vị trí tuyến thường thường sai lệch nhau

hàng chục mét, thậm chí hàng trăm mét, ảnh hưởng lớn ñến an toàn và khối lượng

công trình. Chọn vị trí hợp lý của tuyến có thể phân tích, nghiên cứu theo 3 trường

hợp:

- Khi lưu vực sông rộng rãi, dốc ngang thoải, ñịa chất tốt, vị trí tuyến lý

tưởng, ở dải ñất bậc thang không bị lũ lụt xói lở, như hình 5-23.

- Khi lưu vực sông hẹp, dốc ngang lớn, ñịa chất không tốt, cần so sánh

phương án tránh dốc núi với làm cầu dịch ra phía ngoài.

Thí dụ: Cầu lớn Thiết Mã trên tuyến ñường sắt Côn Minh – Thành ðô nằm ở

phía nam ga Ngu Thác bên tả ngạn sông Ngưu Nhật, tuyến thiết kế cũ dựa vào núi,

dốc núi cao ñến 400-500 m ñộ dốc ngang trên 300, ñất ñá vụn rời tương ñối dày, tầng

ñá gốc vỡ vụn, dốc núi ở trạng thái cân bằng tới hạn, một số vị trí ñất mặt sụt lở, bị

sói mòn, uy hiếp an toàn thi công và vận doanh, cuối cùng quyết ñịnh dịch tuyến ra

ngoài, xây dựng cầu xuôi sông cho tuyến thông qua, như hình 5-24.

32

- Khi lưu vực sông rất cong có thể căn cứ tình hình thực tế của mỏm núi, vịnh

sông mà sử dụng phương án vòng theo sông hoặc phương án ñi thẳng.

Khi tuyến gặp mỏm núi có 2 phương án ñịnh tuyến: ñi vòng theo mỏm núi,

tuyến tương ñối dài ở ñoạn dốc khó khăn có thể tranh thủ cao ñộ nhưng dễ gặp nguy

hại do ñịa chất không tốt và dòng sông xói lở, ñiều kiện an toàn của tuyến kém,

phương án ñi thẳng dùng hầm, tuyến ngắn thẳng, ñiều kiện an toàn tốt có lợi cho vận

doanh, nhưng ñầu tư công trình lớn, cần phải so sánh 2 phương án trên ñể quyết ñịnh,

như hình 5-25.

Hình 5-25. ðường vòng và cắt cong ñể thẳng Hình 5-26. Phương án xác ñịnh tuyến

ñoạn vịnh sông

+ Khi tuyến gặp vịnh sông có 3 phương án: Phương án 1 - vòng theo sông,

xây cầu vượt sông, và di dời dòng sông như hình 3-25. Phương án vòng theo sông,

tuyến khai triển dài, ñộ dốc bên bờ thường dốc, dòng nước xói lở nghiêm trọng, công

trình phòng hộ nền ñường lớn, ñiều kiện an toàn tuyến kém. Phương án 2 - phương

án bắc cầu vượt sông, tương ñối thẳng, tuyến ngắn, ñiều kiện an toàn tốt, nhưng khối

lượng công trình 2 cầu tương ñối lớn. Phương án 3 - Phương án di dời dòng sông

cũng có thể làm tuyến ngắn, nhưng việc di dời dòng sông chỉ có lợi khi ñiều kiện ñịa

hình tốt, có thể khống chế ñược hướng dòng chảy khi lũ lụt và khối lượng ñất ñá

công trình không quá lớn. Việc chọn phương án nào, ñược xác ñịnh sau khi có so

sánh kinh tế, kỹ thuật.

Có 3 loại lưu vực:

- Lưu vực sông ở vùng ñồng bằng và ñồi thoải, sông ở ñây rộng, ít khúc

khuỷu. Dốc mặt ñất của các lưu vực này rất nhỏ.

- Lưu vực ở vùng ñồi cao thấp thường hẹp và uốn khúc. Dốc thiên nhiên ñã

khá lớn, nhiều khi ñịa hình có những khe vực.

33

- Lưu vực sông ở vùng núi thường rất hẹp nhiều khi gặp những mỏm núi cắt

ngang và gặp những vách ñá sát bờ sông. Tuỳ theo những ñiều kiện nêu trên mà việc

vạch tuyến có khác nhau.

Những khuyết ñiểm của tuyến men sông là

- Dòng sông hay uốn lượn nên tuyến cũng phải vòng vèo, nhiều khi chệch

khỏi chiều ngắn nhất.

- Tuyến phải cắt qua những sông nhánh nên số công trình nhân tạo nhiều.

- Nhiều khi ñịa chất xấu như tuyến hay gặp vùng ñầm lầy,bãi sông nên nền

ñường dễ bị ñe dọa.

Khi vạch tuyến men sông cần ñặt tuyến ở phía trên bãi sông nơi có ñịa chất

ổn ñịnh và tránh mức nước dâng cao uy hiếp nền ñường.

Một trong những nhiệm vụ chủ yếu khi vạch tuyến ven sông là vấn ñề lựa

chọn hữu ngạn hay tả ngạn, phải phân tích tình hình ñịa hình, ñại chất của cả hai bên,

nhiều khi các ñiều kiện này ở mỗi bên bờ sông cũng thay ñổi luôn luôn, cho nên

hướng tuyến cũng phải thay ñổi, khi tuyến ñi bên tả ngạn, khi ñi bên hữu ngạn.

Ở những nơi ñịa hình khó khăn, thường xuất hiện một phần cầu nằm trên

ñường cong và một phần ñường cong ở hai ñầu cầu nằm trong hầm. Khi tuyến gặp

chỗ sông uốn khúc, nếu ñi vòng thi ñường quá dài, cho nên có thể xét phương án ñặt

cầu hoặc cải dòng sông.

5.4.2. Vạch tuyến men theo ñường phân thuỷ.

Việc vạch tuyến này phụ thuộc nhiều vào tính chất của ñường phân thuỷ.

ðường phân thuỷ có thể rất khác nhau: có thể bằng phẳng, rộng, hẹp và lồi lõm như

ñường viền ñỉnh núi. Nếu gặp ñường phân thuỷ rộng, tương ñối ít lồi lõm thì tuyến ñi

theo ñường phân thuỷ có những ưu ñiểm:

- Bình ñồ tuyến ñơn giản

- Khối lượng công tác ñất nhỏ.

- Ít cầu cống, nếu có thì khẩu ñộ nhỏ mà nếu ñặt tuyến ñi chính giữa ñường

phân thuỷ thì có thể hoàn toàn không có cầu cống.

- Nói chung ñịa chất tốt.

Nhưng nếu ñường phân thuỷ hẹp, nhấp nhô thì các ưu ñiểm trên mất dần và

hàng loạt nhược ñiểm xuất hiện khi so sánh với tuyến men theo sông như:

- ðịa hình khó khăn hơn trường hợp tuyến men theo sông (cùng ở ñoạn ñó).

- Phải vượt nhiều cao ñộ vì ñường phân thuỷ khi lên khi xuống.

- Bố trí cấp nước phiền phức, giá thành xây dựng và khai thác sẽ lớn.

- Công tác xây dựng cũng gặp trở ngại (tuy nhiên cũng có thuận lợi).

34

Nếu gặp ñường phân thuỷ phức tạp có thể ñi chệch sang hướng phía sườn núi,

khi ấy tuyến biến sang kiểu ñi khác, tuyến theo sườn núi.

5.4.3. Vạch tuyến theo sườn núi.

ðịa hình và ñịa chất của sườn núi thường khác ñịa hình và ñịa chất ñường

phân thuỷ và ven sông.

Thường ñịa hình ở sườn núi tương ñối ổn ñịnh (dốc theo 1 chiều) có khi gặp

khe vực, nhiều khi dốc ngang sườn rất lớn. Ưu ñiểm của tuyến theo sườn núi là:

- Miền lựa chọn dốc hạn chế rộng vì sườn núi có dốc nghiêng nên dễ lựa chọn

cao ñộ mặt ñất theo dốc vạch tuyến (ivt) tương ứng

- Ít có những dốc ngược ở những ñoạn dài nên tuyến ít phải lên xuống.

Nhưng có khuyết ñiểm do ñịa hình và ñịa chất gây ra.

- Về ñịa hình, nếu sườn núi có nhiều khe vực thì có khi phải cho tuyến lượn

theo ñịa hình, bình ñồ sẽ vòng vèo có thể phải dùng bán kính nhỏ, có khi khối lượng

ñất ñá lớn.

- Số công trình nhân tạo sẽ nhiều hơn khi ñi men theo sông vì ở trên sườn núi

có nhiều nhánh suối, sông con và thường thường tuyến càng ñi trên sườn càng có

nhiều công trình.

- ðặt ga trên sườn núi rất phiền phức vì khó bố trí sân ga, nhiều khi phải ñặt

sân ga trên ñường cong.

Tuỳ theo ñịa hình của sườn núi mà các khuyết ñiểm này thể hiện ra nhiều

hoặc ít. Nếu dốc nghiêng của sườn núi lớn thì phải xây dựng thêm kè, tường chắn và

phải có biện pháp ñể phòng ñá rơi, ñất vách sụt lở. Nhiều khi ở sườn núi còn xuất

hiện những cửa miệng của nguồn nước ngầm, bên dưới sườn núi hay gặp hang ñộng.

Xét về quan ñiểm này thì phương án sườn núi bộc lộ rõ nhược ñiểm so với hướng

tuyến men sông và men theo ñường phân thuỷ. Việc vạch tuyến ñi men theo sườn núi

phải dựa trên cơ sở chắc chắn và ñầy ñủ các lần khảo sát, ñiều tra ñịa chất, ñịa hình,

ñịa chất thuỷ văn v.v...

5.4.4. Vạch tuyến cắt ñường phân thuỷ.

Khi tuyến cần chuyển từ hệ thống sông này sang hệ thống sông khác phải

vượt ñỉnh ñường phân thuỷ, như tuyến Bảo Kê – Thành ðô vượt Tần Lĩnh, tuyến

Xuyên – Linh vượt dãy núi Số - Sơn, tuyến Côn Minh – Thành ðô vượt Tiểu trường

Lĩnh, ñều là những thí dụ thực tế về vạch tuyến vượt ñỉnh núi. Trở ngại về cao ñộ tại

khu vực vượt ñỉnh núi rất lớn, nói chung cần phải triển tuyến, ñịa chất phức tạp, công

trình tập trung, ảnh hưởng tới hướng tuyến rất lớn, chủ yếu là các tiêu chuẩn kỹ thuật

(ñặc biệt là ñộ dốc hạn chế và bán kính ñường cong tối thiểu) số lượng công trình và

35

ñiều kiện vận doanh. Vì vậy cần nghiên cứu tỉ mỷ, tìm phương án cắt ñường phân

thuỷ hợp lý cho một diện tích lớn.

Hình 5-27. Chọn tuyến vượt núi

Vạch tuyến cắt ñường phân thuỷ, thông thường vạch tuyến ñủ ñộ dốc dọc

theo lưu vực sông hướng lên yên ngựa ñỉnh ñường phân thuỷ và sử dụng ñường hầm

(khi ñịa hình thuận lợi, dùng nền ñào) vượt qua ñèo, rồi vạch tuyến xuống hạ lưu dọc

theo lưu vực sông phía bên kia ñỉnh phân thuỷ như hình 5-27. Các vấn ñề cần giải

quyết của tuyến cắt ñường phân thuỷ chủ yếu là lựa chọn yên ngựa vượt ñèo, chọn

ñộ cao vượt và vạch tuyến dẫn qua ñỉnh vượt.

5.4.4.1. Chọn yên ngựa cắt ñường phân thuỷ.

Yên ngựa là ñiểm khống chế của tuyến vượt qua ñường phân thuỷ, nói chung

nên chọn vị trí vượt như sau:

- Cao ñộ thấp, gần với hướng thẳng ngắn nhất của tuyến.

- Núi mỏng

- ðịa chất tương ñối tốt.

- ðiều kiện dẫn tuyến tương ñối tốt.

Tuy nhiên một yên ngựa không thể có ñầy ñủ các ñiều kiện nêu trên, vì vậy

cần so sánh chọn chỗ vượt hợp lý.

5.4.4.2. Chọn cao ñộ cắt ñường phân thuỷ.

Chỗ vượt nói chung dùng ñường hầm, chọn cao ñộ vượt núi là chọn cao ñộ

cửa hầm và chiều dài hầm

Cao ñộ hầm càng cao, hầm càng ngắn, nhưng tuyến dẫn 2 ñầu càng dài. ðứng

về mặt công trình mà nói, cao ñộ vượt ñường phân thuỷ lý tưởng là sao cho tổng chi

phí xây dựng hầm và ñường dẫn là nhỏ nhất. ðứng về mặt vận doanh mà nói, cao ñộ

vượt qua ñường phân thuỷ càng thấp, tuyến dẫn càng ngắn, càng có lợi.

ðộ dốc hai bên yên ngựa phần lớn là lên dốc, xuống thoải. Vì vậy khi chọn

cao ñộ hầm phần nhiều lấy phần chuyển tiếp ñộ dốc mặt ñất từ cao xuống thấp làm

36

cơ sở nghiên cứu. Có khi cao ñộ cửa hầm quá cao, chiều dài hầm rút ngắn ñược cũng

chỉ có hạn, cao ñộ cửa hầm quá thấp, thì chiều dài hầm tăng mạnh, hơn nữa bị khống

chế bởi mức nước cửa hầm.

Việc chọn cao ñộ cửa hầm và chiều dài hợp lý của hầm ñể vượt ñường phân

thuỷ ngoài việc phụ thuộc vào cao ñộ yên ngựa, ñộ dốc thiên nhiên, ñiều kiện ñịa

chất còn phụ thuộc vào lượng vận chuyển, ñộ dốc hạn chế (hoặc ñộ dốc gia cường)

của tuyến thiết kế và trình ñộ kĩ thuật thi công hầm.

Khi tuyến thiết kế có lượng vận chuyển lớn, ñộ dốc hạn chế nhỏ nên sử dụng

phương án hầm dài, cao ñộ hầm thấp.

Trình ñộ kỹ thuật thi công hầm là nhân tố quan trọng chọn ñộ cao vượt qua

ñường phân thuỷ. Thời kỳ ñầu, do trình ñộ kỹ thuật thi công hầm chiều dài hầm nói

chung khoảng trên dưới 2 km; kỹ thuật thi công ngày càng cao, nhưng chiều dài hầm

cũng không vượt qua 6-7 km. Vì vậy ở khu vực vượt qua dãy núi thường không thể

không triển tuyến lớn ñể tranh thủ cao ñộ, làm cho tuyến phải vòng vèo, qua núi non

trùng ñiệp, công trình cầu hầm dày ñặc, vừa phải ñầu tư công trình cực lớn, vừa ảnh

hưởng nghiêm trọng ñiều kiện vận doanh. ðến những năm 80 của thế kỷ 20, có sự

phát triển mới về kỹ thuật thi công hầm ñặc biệt dài, ñã mở ra triển vọng từ nay về

sau chọn phương án hầm dài có ñộ cao cửa hầm thấp, ñộ dốc thoải, ñiều kiện vận

doanh tốt cho vạch tuyến qua vùng núi non hiểm trở.

5.4.4.3. Dẫn tuyến vượt qua ñường phân thuỷ.

Khi dẫn tuyến vượt qua ñường phân thuỷ, cần chú ý các ñiểm sau:

- Kết hợp ñịa hình chọn ñộ dốc tối ña (ñộ dốc hạn chế,ñộ dốc gia cường) hợp

lý. Khu vực vượt có ñộ cao chênh lệch lớn ñể tránh phải triển tuyến dài, ngoài việc

sở dụng phương án hầm dài, ñộ cao cửa hầm thấp, còn phải so sánh kinh tế kỹ thuật

với phương án ñộ dốc lớn (dùng nhiều ñầu máy kéo hoặc ñầu máy công suất lớn).

- ðể khống chế hợp lý chiều dài triển tuyến nên vạch tuyến bắt ñầu từ yên

ngựa ra 2 phía (từ chỗ cao xuống chỗ thấp), ñể tránh triển tuyến quá dài hoặc không

ñủ. Do ñộ dốc thiên nhiên hai phía yên ngựa trên dốc, dưới thoải, trên thượng nguồn

cần triển tuyến hợp lý theo lưu vực chi lưu, ñể tuyến nhanh chóng ñi xuống vùng

rộng rãi của sông.

- Vùng phụ cận yên ngựa ñịa hình rất khó khăn, tuyến dẫn có thể chọn hợp lý

bán kính tối thiểu của tiêu chuẩn toàn tuyến.

ðây là 1 trường hợp rất phức tạp và nhiều khó khăn vì phải vượt qua những

chướng ngại cao thấp. Các khuyết ñiểm là:

- Phải triển tuyến.

37

- Phải vượt ñộ cao lớn.

- Khối lượng ñất ñá lớn, tuyến cắt ñường phân thuỷ và vượt qua thung lũng.

- Nhiều khi phải làm các công trình nhân tạo lớn, hầm trên ñỉnh ñèo, cầu cạn

dưới chân ñèo.

Trên một tuyến ñường có chỗ tuyến ñi theo men sông, có chỗ men theo sườn

núi, có chỗ cắt ñường phân thuỷ v.v... Cũng có khi một tuyến ñường hoàn toàn là

tuyến men sông, cũng có khi một tuyến ñường phần lớn là men theo ñường phân

thuỷ.

5.4.5. Vạch tuyến khu vực ñồng bằng, trung du.

Khu vực ñồng bằng ñịa hình bằng phẳng, ở khu vực trung du ñồi gò liên tiếp,

nhưng cao ñộ chênh lệch không lớn, nói chung công nông nghiệp phát triển vấn ñề

chiếm dụng ñất ruộng và tháo dỡ di dời gặp rất nhiều trở ngại cần phải giải quyết,

ñiều ñịa chất tương ñối ñơn giản, nhưng ñiều kiện thuỷ văn có thể phức tạp, vì vậy

xác ñịnh tuyến ở ñồng bằng, trung du cần chú ý giải quyết tốt các vấn ñề sau.

5.4.5.1. Tuyến tận lượng ñi thẳng.

Vạch tuyến ở khu vực ñồng bằng trung du nói chung không bị khống chế bởi

ñộ cao, cần căn cứ vào ñường chim bay dạng gấp khúc, cố gắng ñi thẳng,vòng tránh

chướng ngại và bố trí ñường cong phải có lý do ñầy ñủ.Với tiền ñề không gây ra khối

lượng công trình tăng lên rõ rệt, cần tận lượng sử dụng góc lệch nhỏ,bán kính lớn ñể

rút ngắn chiều dài tuyến và có ñiều kiện vận doanh tốt.

5.4.5.2. Xử lý chính xác mối quan hệ giữa ñường sắt với các khu vực tuyến

ñi qua.

- Ở các khu vực ñồng bằng, trung du thành phố thị trấn dầy ñặc, công nông

nghiệp phát triển các tuyến giao thông, thuỷ lợi, ñiện lực ñan xen nhau ở trong ngoài

thành phố thị trấn, khi chọn tuyến cần hết sức giảm thiểu di dời và chiếm dụng ñất

ñai, khi ñịa hình có lợi ñường sắt nên dựa gần sườn núi, ñồng thời cần hết sức tránh

thay ñổi các hệ thống ñường xá, kênh mương, ñiện lực, thông tin và hệ thống ñường

ống.

- Phân bố ga nhất là ga hành khách, hàng hoá lớn, cần kết hợp với quy hoạch

thành phố thị trấn, vừa thuận tiện cho vận tải ở ñịa phương vừa phát huy ñược hiệu

quả kinh doanh ngành ñường sắt. Ga không nên bố trí quá dày, cũng không nên vì ñể

gần thành phố mà ñể tuyến ñi vòng quá nhiều.

- ðể thuận tiện cho giao thông dọc tuyến và bảo ñảm chạy tầu an toàn cần bố

trí tốt các ñường ngang và cầu cống giao cắt lập thể, ñồng thời xác ñịnh các tiêu

38

chuẩn xây dựng lấy khối lượng giao thông làm căn cứ, khi có ñiều kiện có thể tăng

thêm khẩu ñộ cầu cống thoát nước và xây dựng mặt ñường kiêm sử dụng làm cầu

cống giao cắt lập thể.

5.4.5.3. Chú ý các yêu cầu về ñịa chất thuỷ văn.

Khu vực ñòng bằng và ñồi núi thấp dễ bị ngập lụt, cao ñộ tuyến cần cao hơn

quy ñịnh, không nên rút hẹp khẩu ñộ cầu vượt sông, nền ñường cần có cao ñộ ñủ,

ñồng thời xây dựng các công trình hướng dòng chảy và phòng hộ nền ñường.

5.4.6. Vạch tuyến gặp vùng ñịa chất phức tạp.

ðiều kiện ñịa chất công trình ở khu vực tuyến ñi qua có ảnh hưởng quyết

ñịnh tới tính ổn ñịnh và tính hợp lý về kinh tế của các công trình kiến trúc ñường sắt,

cần có sự coi trọng ñầy ñủ trong chọn phương án, thiết kế công trình và trong thi

công.

Chọn tuyến ở khu vực ñịa chất không tốt, cần làm tốt 3 mặt công tác sau ñây:

5.4.6.1. Nắm vững tình hình ñịa chất khu vực.

Trong so sánh chọn phương án tuyến trên diện rộng và phương án nguyên tắc

của tuyến, cần tìm hiểu tình hình ñịa chất khu vực, căn cứ ñặc trưng cấu tạo ñịa chất

ñể nghiên cứu thận trọng phương án tuyến. ðiều kiện ñịa hình, ñịa chất và ñặc trưng

ñịa chất công trình liên quan tới cấu tạo ñịa chất khu vực. Chỉ khi làm rõ tình hình

ñịa chất khu vực của vùng tuyến ñi qua mới có thể hiểu biết sâu sắc và lý giải ñặc

trưng ñịa chất công trình dọc tuyến, nắm ñược quy luật phân bố và phát triển của

hiện tượng ñịa chất không tốt, dự kiến ñược các vấn ñề ñịa chất công trình có thể

phát sinh ở các ñoạn ñường; ñó là cơ sở ñể lựa chọn phương án tốt và giải quyết

chính xác các vấn ñề liên quan với ñịa chất công trình

Thí dụ ñoạn ñường dài hơn 80 km từ Tam Thôi Tử ñến Giang ðầu Thôn

thuộc lưu vực sông KimSa Giang ñoạn phía nam của của tuyến Côn Minh – Thành

ðô có một dải nứt gãy lớn song song với ñoạn Nguyên Mưu – Lục Trích Giang như

hình 3-27 nằm ở phía tả ngạn sông, dải vỡ vụn rộng ñến 500 m, hai bên bờ sông dốc

ñứng, tầng nham thạch vỡ vụn, sụt lở, có dòng bùn ñá v.v..Hiện tượng ñịa chất không

tốt ñó ñang phát triển.ðoạn này trong lịch sử từng nhiều lần xảy ra ñộng ñất mạnh.

Vấn ñề ñịa chất nghiêm trọng trở thành nhân tố quyết ñịnh của phương án chọn

tuyến. Sau khi khảo sát ñịa chất và nghiên cứu thận trọng nhận thấy quy mô và tính

chất hoạt ñộng của các hiện tượng ñịa chất không tốt cũng như tình hình ñịa hình, ñịa

mạo hai bên sông, hữu ngạn tốt hơn tả ngạn và cần tránh ñoạn ñịa chất không tốt

nghiêm trọng bên tả ngạn. ðể vòng tránh nguy hiểm do ñịa chất hết sức không tốt

bên hữu ngạn dã tiến hành hơn 80 phương án cục bộ hoặc kết hợp dùng hầm dài ñi

39

thẳng, vòng quanh sông, hoặc dịch chuyển vào phía trong làm ñường hầm dài vòng

tránh ñoạn dốc núi không ổn ñinh (trong ñó có 10 hầm dài tổng cộng 30 km ñược

xây dựng ñể tránh ñịa chất không tốt) hoặc dịch chuyển ra phía ngoài làm các cầu

vượt qua dòng bùn ñá lại phải kết hợp với các biện pháp công trình có hiệu quả khác,

ñể khắc phục ñược từng bước vấn ñề ñịa chất không tốt.

Hình 5-28. Tuyến vòng tránh ñoạn ñứt gãy

5.4.6.2. Vòng tránh hợp lý ñoạn ñịa chất không tốt.

Khi tuyến ñi qua ñoạn ñịa chất không tốt, cần phải ñi sâu nghiên cứu, ñiều tra

quy mô, nguyên nhân hình thành, trạng thái phát triển của hiện tượng ñịa chất không

tốt của mỗi ñoạn, nguy haị ñối với ñường sắt, mức ñộ khó dễ trong chỉnh trị, qua

phân tích so sánh quyết ñịnh biện pháp vòng tránh hay chỉnh trị

ðối với ñoạn ñịa chất không tốt quy mô lớn, ñang hoạt ñộng, việc chỉnh trị

khó khăn, nó uy hiếp nghiêm trọng tới an toàn chạy tầu, thì cố gắng vòng tránh.

ðối với ñoạn ñịa chất không tốt, quy mô không lớn, nếu ñầu tư vòng tránh

không lớn, dễ vòng tránh, thi công và bảo dưỡng ñường thuận lợi, an toàn chạy tầu

thì nên vòng tránh. Khi áp dụng biện pháp vòng tránh cần chú ý các ñiểm sau:

- Khi vạch tuyến dọc sườn núi ở khu vực sông, nếu ñịa chất không tốt, nền

ñường khó vượt qua thì có thể dịch chuyển cục bộ tuyến. Hoặc dịch ra phía ngoài kết

hợp xây cầu, hoặc dịch vào phía trong phải làm hầm. Khi dịch ra ngoài và làm cầu

cần chú ý tính ổn ñịnh của mố cầu và ñường ñắp dốc lên cầu; Khi dịch vào trong và

làm hầm, tuyến cần tránh vị trí áp lực bên hoặc rút ngắn một cách phiến diện chiều

dài hầm, khi cần thiết phải sớm vào hầm, chậm ra hầm.

- Khi dịch chuyển cục bộ, không tránh ñược triệt ñể ñịa chất không tốt, có thể

gây hậu hoạ về sau, thì có thể so sánh kinh tế kỹ thuật với phương án ñi vòng kéo dài

tuyến (kể cả phương án xây cầu vượt sông)

5.4.6.3. Áp dụng các biện pháp công trình chỉnh trị triệt ñể.

ðối với ñoạn ñịa chất không tốt quy mô không lớn, ổn ñịnh tốt, dễ chỉnh trị

thì nên chọn vị trí cao ñộ hợp lý ñể tuyến vượt qua, và áp dụng các biện pháp công

trình gia cố tổng hợp có hiệu quả, hợp lý về kinh tế ñể chỉnh trị triệt ñể.

40

5.4.7. Khu vực hồ chứa nước.

Khi chọn tuyến ở khu vực có hồ chứa nước ngoài việc ñảm bảo cao ñộ tói

thiểu phải cao hơn 0,5 m (kể cả sóng vỗ) so với mực nước cao nhất của hồ chứa

nước, còn phải nghiên cứu 3 vấn ñề: sạt lở bờ hồ chứa nước, lắng ñọng của hồ chứa

và mực nước ngầm dâng lên, ñồng thời sử lý tốt mối quan hệ giữa xây dựng ñường

sắt với quy hoạch hồ chứa nước.

5.4.7.1. Sạt lở bờ hồ nước.

Sau khi ñập xây dựng xong, hồ tích nước, do các nguyên nhân sóng vỗ, dòng

nước xâm thực, mực nước lên xuống v.v.. làm cho bờ hồ bị sụt lở. Trước khi ñịnh

tuyến, cần phán ñoán ñoạn có thể bị sạt lở và phạm vi ảnh hưởng, ñưa tuyến ra ngoài

phạm vi sụt lở như hình 5-29. Khi không thể vòng tránh, cần áp dụng các biện pháp

phòng hộ và gia cố bờ dốc của bờ hồ có thể xảy ra sụt lở ñể bảo ñảm an toàn ñường

sắt.

Khi tuyến vượt qua các nhánh mương máng hồ chứa, cũng cần căn cứ tính

chất ñất ñá và ñộ dốc ngang lớn hay nhỏ dự ñoán khả năng bờ sụt lở hoặc hiện tượng

ñịa chất không tốt, kết hợp với bố trí cầu cống ñể chọn chính xác vị trí tuyến và các

biện pháp phòng hộ, gia cố nền ñường.

Hình 5-29. Ảnh hưởng của bờ sụt lở ñập nước ñối với tuyến ñường

5.4.7.2. Lắng ñọng của hồ nước.

Trong phạm vi hồ chứa, do dòng nước bị chặn lại, tốc ñọ chậm dần, làm cho

một khối lượng lớn bùn cát bị lắng ñọng lại, nhất là các dòng sông có lượng cát lớn,

tốc ñộ lắng ñọng càng nhanh, làm mực nước trong hồ dâng cao. Vì vậy tuyến qua

khu vực hồ chứa cần nâng cao thích ñáng cao ñộ thiết kế ñể bảo ñảm cao ñộ vai

ñường cần thiết và tĩnh không dưới cầu.

41

Tuy nhiên, một số ñoạn ven hồ, việc lắng ñọng do dòng nước từ chỗ nhanh

sang chậm, lại có tác dụng phòng hộ bờ hồ, có lợi về mặt an toàn cho tuyến ñi qua bờ

hồ này.

5.4.7.3. Mực nước ngầm dâng lên.

Sau khi hồ tích nước, mực nước ngầm dâng lên gây ra các hiện tượng ñịa chất

không tốt như ẩm ướt, phọt bùn, trượt dốc, sụt lở v.v… có thể làm khả năng chịu tải

của nền móng ñường bị giảm sút, dẫn tới ñường bị biến dạng và bị phá hoại, vì vậy

chọn tuyến ở khu vực hồ chứa cần phải xét tới ảnh hưởng của mực nước ngầm dâng

lên như hình 3-28

5.4.7.4. Xử lý chính xác mối quan hệ giữa xây dựng ñường sắt và xây dựng

hồ chứa nước.

Hồ chứa quy hoạch trong tương lai: do công trình chưa thi công, ñể tiết kiệm

ñầu tư ñường sắt, sau khi xem xét so sánh có thể tạm chọn tuyến như không có ảnh

hưởng của hồ chứa nước nhưng phải ñược sự ñồng ý của các bên có liên quan. Trong

trường hợp kế hoạch xây dựng hồ ñã thành hiện thực, cần phối hợp chọn tuyến theo

yêu cầu của xây dựng hồ chứa.

Khi ñường sắt ñi qua phía dưới hạ lưu ñập hồ chứa nước mà tiêu chuẩn tần

suất lũ dùng cho ñập thấp hơn tiêu chuẩn của ñường sắt, ñể tránh nguy hại ñến an

toàn ñường sắt, tuyến cần cố gắng ñi xa nơi làm ñập, hoặc bàn bạc với các ngành liên

quan gia cố ñập … nếu tần suất lũ sử dụng cho ñập cao hơn tiêu chuẩn thiết kế

ñường sắt thì có thể không xét tới anhr hưởng của ñập, nhưng khi ñường sắt ở phía

dưới hạ lưu ñập, vẫn phải cách xa ñập một khoảng cách nhất ñịnh ñể tránh xói lở tập

trung gây biến dạng dòng sông, ảnh hưởng tới an toàn ñường sắt.

Trong trường hợp ñịa chất (geological) khó khăn thì yếu tố có ảnh hưởng

nhiều ñến tuyến không phải là ñịa hình mà là ñịa chất và ñịa chất thuỷ văn. Vì vậy

việc vạch tuyến phải tiến hành song song với việc ñiều tra ñịa chất và ñịa chất thuỷ

văn ở khu vực ñường mà tuyến sẽ ñi qua (chiều ngang 1 - 5 km có khi hơn).

5.4.8. ðối với hiện tượng ñất trượt.

Nền ñường ñặt ở khu vực ñất trượt thường xuyên bị uy hiếp, ñiều kiện an toàn

chuyển ñộng của ñoàn tầu cũng không ñược bảo ñảm. ðường ñặt qua khu vực này

thường ñòi hỏi tốn nhiều công sức trong xây dựng cũng như củng cố, trông nom

trong quá trình khai thác sau này. Cho nên khi vạch tuyến phải ñề xuất 2 phương án,

một là ñi qua vùng ñất trượt, hai là ñi vòng tránh vùng ñất trượt. Phương án ñi qua

vùng ñất trượt chỉ thực hiện khi nào biết chắc chắn là khắc phục ñược hiện tượng ñất

trượt. Những chú ý khi vạch tuyến qua vùng ñất trượt:

42

- Tuyến nên ñặt ở trên cao vì ở trên cao cường ñộ trượt yếu hơn và dễ khắc

phục hơn. Tuyến nên ñặt trong nền ñào nông.

- Không nên ñặt tuyến trên nền ñắp cao vì như vậy sẽ tạo thêm một tác nhân

gây trượt - khối lượng lớn ở trên cao làm cho khối ñất càng dễ trượt.

Nên xét ñến phương án ñặt ñường hầm bên ngoài mặt phẳng trượt.

MÆt tr−ît

Hình 5-30. Thiết kế hầm và móng cầu dưới mặt phẳng trượt

Mặt phẳng trượt cần ñược nghiên cứu vẽ ra 1 cách chính xác ñể ñặt móng cầu

cạn và hầm chắc chắn không trung vào vùng trượt.

Nếu chiều dày ñất ñá trượt không lớn lắm thì có thể ñặt cầu cạn dầm dài, móng

cầu phải ñặt ở lớp ñất ñá ổn ñịnh, như vậy hiện tượng ñất ñá trượt sẽ không ảnh

hưởng ñến tuyến ñường.

5.4.9. ðối với hiện tượng hang ñộng.

ðây là trường hợp ñịa chất rất phực tạp ñòi hỏi phải nghiên cứu thật công phu

hiện tượng và tính chất của vùng hang ñộng, phạm vi ảnh hưởng của nó. Nếu vùng

hang ñộng không lớn lắm thì nên hết sức tránh, không nên cho tuyến ñi qua. Nếu

không thể ñi tránh ñược hay rõ ràng là ñi tránh rất không lợi thì mới xét ñến phương

án ñi qua vùng hang ñộng có kèm theo những phương án gia cố ñường. Nhưng dù

sao cũng phải hết sức tránh vùng hang ñộng mới bắt ñầu hoạt ñộng. Qua vùng hang

ñộng: tuyến cố tránh ñặt trong nền ñào vì như vậy sẽ làm giảm chiều dầy tầng áp lực

trên ñỉnh hang ñộng, có thể dẫn ñến sập ñổ ñường sắt và hang; Nhưng có thể dùng

nền ñắp mỏng vừa ñủ ñể tải trọng ñộng của tầu và tải trọng tĩnh của ñất ñắp thêm

không gây sập hang và ñường.

5.4.10. Vạch tuyến qua vùng bùn lầy.

Trước hết phải khoan thăm dò ñể ñánh giá ñược chiều sâu và tính chất của lớp

bùn.Phải xét ñến nguồn phát sinh bùn lầy,nguồn nước cung cấp, ñể ñề ra phương

pháp khai thông và làm khô vùng ñó. Việc chọn phương án ñi qua vùng bùn lầy hay

ñi vòng, theo quan ñiểm chung về kinh tế nên ñi qua khi chi phí xây dựng của

phương án này kể cả kinh phí của các giải pháp công nghệ gia cường cho ñường

vững chắc không ñược lớn quá so kinh phí xây dựng ñoạn ñường ñi vòng.vì ñương

43

nhiờn chi phớ vận doanh của phương ỏn ñI thẳng ñó ớt hơn chi phớ vận doanh của

phương ỏn ñi vũng trỏnh.

Ngày nay khi mà các giải pháp công nghệ sử lý ñất yếu ñã ñược nghiên cứu

ñầy ñủ, nhà thiết kế thường lựa chọn một giải pháp gia cố ñất yếu phù hợp nhất ñể

ñặt tuyến ñi thẳng vì như vậy mới giải quyết ñược vấn ñề nâng cao tốc ñộ. Tuy nhiên

cũng chú ý ñến:

- Tuyến phải ñi qua vùng bùn lầy hẹp nhất và nơi mặt ñáy không có dốc

nghiêng thì có thể vét hết ñược lớp bùn ñó ñể thay ñất. Nếu mặt ñáy vùng bùn lầy có

dốc nghiêng thì không thể vét hết ñược bùn, do ñó chỉ có thể sử lý bằng cách ñóng

cọc bê tông cho trụ cầu dầm dài bắc qua vùng bùn lầy ñó.

- Nếu có thể, nên lái tuyến ñi gần nơi có ñất tốt có thể dùng ñể ñắp nền ñường.

5.5. CÁC VẤN ðỀ CHỌN TUYẾN QUA CẦU, CỐNG, HẦM VÀ NƠI ðƯỜNG

NGANG

ðường sắt và các công trình cầu, hầm có mối quan hệ chỉnh thể và cùng tồn tại,

nên cần ñược xem xét tổng hợp và thiết kế tổng hợp. Các cầu ñặc biệt lớn, ñường

hầm dài có khối lượng công trình lớn ñược bố trí trên tuyến ñã ñịnh, ñể ñảm bảo an

toàn và hợp lý về kinh tế của các công trình kiến trúc này, căn cứ tình hình ñịa hình,

ñịa chất và thuỷ văn cũng có khi phải di dời tuyến.

5.5.1. Vạch tuyến qua sông.

Vạch tuyến qua sông, chủ yếu là giải quyết tốt hai vấn ñề: chọn vị trí cầu và

thiết kế tuyến ñường dẫn.

Các nhân tố chủ yếu cần xem xét khi chọn vị trí cầu có thể quy nạp thành 3

mặt: ñiều kiện thuỷ văn và ñịa mạo có lợi, ñiều kiện ñịa chất công trình tương ñối tốt

và thoả mãn các quy ñịnh chung của vạch tuyến.

Hình 5-31. Mối quan hệ giữa mực nước với cầu và nền ñường ñầu cầu

Cao ñộ thiết kế của nền ñường ñầu cầu như trên hình 3-29 cần thoả mãn:

Hmin ≥ Hl + Hg + Hj (5-2)

44

Trong công thức trên:

Hmin: Cao ñộ vai ñường thiết kế (m)

Hl : Cao ñộ ñáy dầm thiết kế (m). trị số này phụ thuộc vào mức nước thiết

kế của tần suất lũ (ñường sắt cấp I,cấp II là 1% ñường sắt cấp III là 2%) và cao ñộ

tĩnh không ñòi hỏi. Cao ñộ tĩnh không yêu cầu, có thể tra bảng ở tiêu chuẩn thiết kế

do do ngành ñường sắt ban hành.

Hg : Cao ñộ từ ñáy dầm ñến ñế ray (m)

Hj : Cao ñộ từ ñế ray ñến vai ñường (m)

Sự phát triển của kĩ thuật thi công cầu khẩu ñộ lớn, trụ cao tạo ñiều kiện thuận

lợi cho công tác chọn vị trí lý tưởng của cầu ở khu vực ñịa hình, ñịa chất phức tạp.

Tại nơi núi cao, vực sâu nếu dùng cầu khẩu ñộ lớn có thể tránh ñược việc dùng trụ

cầu cao và ñịa chất không tốt. Sử dụng cầu khẩu ñộ lớn còn có thể giảm ñược tổng

chiều dài triển tuyến

Khi chọn vị trí cầu phải phù hợp với chiều tuyến không nên làm xa hướng

tuyến nhiều quá, ñối với cầu lớn, vị trí cầu quyết ñịnh hướng tuyến (tuyến theo cầu),

ñối với cầu nhỏ, cầu trung hướng tuyến sẽ quyết ñịnh vị trí cầu tuyến (cầu theo

tuyến).

Lưu ý khi gặp bãi sông nên chọn chiều rộng bãi sông hẹp ñể nền ñường bãi

sông ngắn, nên chọn dòng chính (dòng chủ) có chiều rộng trung bình ñể lưu tốc dong

chảy không lớn lắm, sẽ làm sói mòn ít. Nên tránh ñặt cầu ở những nơi có dòng phân

ñôi. Không nên ñặt góc quay của tuyến ở bãi sông. Nếu bắt buộc phải phải bố trí góc

quay, thì nó phải phù hợp với hướng nước chảy: nước dâng trên bãi sông gặp góc

quay phù hợp sẽ nhanh chóng dồn về dòng chủ thoát qua cầu. Nếu bố trí góc quay

không phù hợp sẽ sinh ra sói nền ñường bãi sông, vì nước không dồn ñược về phía

dòng chủ. Khúc sông có cầu ñi qua phải thẳng, nếu không khúc sông dễ bị xói lở.

45

Gãc quay kh«ng hîp lý

§−êng giíi h¹nn−íc lªn cao

Tèt Kh«ng tèt

Hình 5-32.

Tận lượng bố trí cầu không những vuông góc với dòng chính mà còn vuông

góc với thung lũng sông, tức là nên chọn nơi nào thung lũng và dòng chính song

song với nhau.

Nếu sông có thông thuyền thì tuyến phải vuông góc với dòng chính, còn ñối

với thung lũng thì có thể nghiêng một góc 5 - 100.

Nếu không thông thuyền thì vuông góc với thung lũng, ñối với dòng chính thì

nghiêng từ 5 - 100.

Khi làm cầu thứ 2 song song với cầu cũ chú ý vị trí tương quan.

Cầu tạm làm ở vị trí cầu chính.

Cầu mới làm ở phía trên cầu cũ. Khi cần thiết phải so sánh một cách toàn diện

ñể xác ñịnh vị trí tương quan của chúng.

Tận lượng ñặt vị trí cầu cách xa bãi bồi một cách thích hợp với hướng nước

chảy. Nếu bãi bồi ở phía thượng lưu của cầu thì khoảng cách từ cuối bãi ñến trụ cầu

không ñược nhỏ hơn 3 lần chiều dài ñoàn tầu kéo trên sông. Nếu bãi bồi nằm ở phía

hạ lưu cầu thì khoảng cách ñó là 1,5 lần chiều dàI ñoàn tầu kéo. Khoảng cách phía

thượng lưu bắt buộc phải lớn vì phia cuối bãi bồi có xói, nên cần khoảng cách xa ñể

không gây sói trụ cầu (cho các trụ cầu không làm hệ móng cọc). Nói chung cần một

khoảng cách xa hơn ñể các ñoàn tầu kéo có thời gian và khoảng cách lái tránh các trụ

cầu.

5.5.2. Vạch tuyến qua ñoạn làm cống.

46

Cống là một công trình kiến trúc ñặt trong ñường ñắp, ñường kính không quá 6,

0 m dùng cho thoát lũ, tưới tiêu hoặc cho giao thông.Số lượng cống rất nhiều, mỗi

km khoảng 2-3 cống. Trong việc chọn tuyến qua nơi làm cống cần phải giải quyết tốt

sự phân bố cống, chọn loại hình cống và cao ñộ ñường ñắp.

5.5.2.1. Sự phân bố cống.

Nói chung, sự phân bố cống ñược xác ñịnh theo khảo sát ở hiện trường, nhất là

các cống có liên quan ñến tưới tiêu và ñi lại của người và gia súc, cần phải có sự bàn

bạc với các ngành có liên quan của chính quyền ñịa phương. Các mương máng mà

tuyến vượt qua ñều phải làm cầu nhỏ hoặc cống.

Bình ñồ và trắc dọc của các khe suối thiên nhiên, nói chung không nên có thay

ñổi. Chỉ những suối, mương, rạch có lưu lượng lũ nhỏ, mới dẫn dòng chảy thoát vào

các cầu cống liền kề.

Ở những ñoạn tuyến rất dài trên khu vực bằng phẳng, không có mương ngòi rõ

rệt, thì ñặt cống ở những ñịa ñiểm thoát nước thuận tiện ñể cự ly cầu cống thoả ñáng,

thoát lũ thông suốt, bảo ñảm an toàn cho nền ñường.

5.5.2.2. Chọn loại hình và khẩu ñộ cống.

Loại hình và khẩu ñộ cống, nói chung chọn theo bản vẽ thiết kế ñịnh hình phụ

thuộc các ñiểm chính sau:

a. Lưu lượng dòng chảy và cao ñộ ñường ñắp.

Khi lưu lượng nhỏ, nên dùng cống tròn bê tông cốt thép, lư lượng tương ñối

lớn nên dùng cống xây ñá hoặc cống vòm bê tông.

Lưu lượng tương ñối lớn mà cao ñộ ñường ñắp lại thấp, có thể có thể dùng

cống hộp, cống ống ñôi, hoặc nhiều ống, nếu vẫn không ñáp ứng ñược yêu cầu lưu

lượng, nên dùng cầu nhỏ.

- ðiều kiện ñịa chất:

Cống vòm cần có nền móng chắc chắn, ñể tránh lún không ñều làm tổn hại

công trình kiến trúc nói chung và cống vòm nói riêng. Cống tròn một ống và cống

hộp thích hợp với các loại nền móng, riêng cống bản còn thích hợp với ñất nền tơi,

mềm.

Ở nơi lượng ñất,ñá,cáy lẫn trong dòng chảy nhiều dễ làm tắc cống, cần dùng

cống có khẩu ñộ lớn hoặc cầu nhỏ.Ngòi,khe có dòng bùn ñá, không nên dùng cống.

b. ðiều kiện thi công và duy tu.

Trường hợp ñá ở ñịa phương phong phú, có thể xây cống vòm bằng ñá, nơi có

cát ñá thuận tiện cũng có thể dùng cống vòm bê tông, ñể hạ giá thành, tiết kiệm thép

và xi măng.

47

Cống tròn bê tông cốt thép ñược ñúc sẵn ở xưởng,vận chuyển ñến hiện trường

lắp ñặt, thi công ñơn giản, tiến ñộ nhanh, thích hợp với những ñịa phương thiếu ñá.

ðể tiện thi công dây chuyền trên cùng một ñoạn ñường nhất ñịnh, không nên có

nhiều loại cống, ñường kính tối thiểu của cống không nên dưới 1,0m dễ tiện lợi khi

thi công, bảo dưỡng, quyết dọn và thoát lũ. Các cống ở hệ thống tưới tiêu lượng nước

dâng nhỏ, ñường kính cống nói chung không nên nhỏ hơn 0,75 m, chiều dài không

quá 10 m.

Chiều dài cống các kiểu tuỳ theo chiều cao tĩnh không (hoặc ñường kính trong)

h, chọn theo các yêu cầu sau:

H = 1,0 m,: chiều dài không nên quá 15m

H = 1,25 m: chiều dài không nên quá 25 m

H = 1,5 m: chiều dài không hạn chế

c. Yêu cầu về nông nghiệp và giao thông ñi lại.

Khi phân bố cống, cần cố gắng không thay ñổi hoặc ít thay ñổi hệ thống tưới

tiêu hiện có, ñể khỏi ảnh hưởng tới tưới tiêu. Cao ñộ cửa ra của cống tưới tiêu cần

ñược xác ñịnh cùng với các ngành liên quan của lĩnh vực thuỷ lợi. Các cống thoát lũ

cần phải xét sao cho lượng nước tích tụ trước cống không làm ngập thôn bản và

ruộng ñồng phía thượng lưu.Các cống dùng cho giao thông ñi lại cần cố gắng thoả

mãn nhu cầu giao thông tại chỗ.

5.5.2.3. Yêu cầu ñối với cao ñộ ñường ñắp.

Khi chọn loại hình cống thoát lũ, ñường kính cống chủ yếu ñược chọn theo lưu

lượng của tần suất lũ quy ñịnh (ñường sắt các cấp là 2 %) và kiểm toán cao ñộ thiết

kế vai ñường theo các ñiều kiện sau:

a. ðiều kiện thuỷ lực.

cao trình thiết kế vai ñường gần cống phẩi cao hơn ít nhất là 0,5 m so với mức

nước thiết kế của tần suất lũ quy ñịnh (ñường sắt cấp I,cấp II là 1%, ñường sắt cấp

IIIlà 2%) kể cả chiều cao nước dâng, tức là cao ñộ ñắp ñất của ñường ñắp (h min)

cao hơn cao ñộ tích nước trước cống (hp) ít nhất là 0,5 m

hmin = hp +0,5 m (3-3)

b. ðiều kiện kết cấu.

ðể cải thiện trạng thái chịu lực của bản thân cống, phía trên ñỉnh cống cần ñắp

ñất với một ñộ dầy nhất ñịnh ñể ñảm bảo chiều cao ñường ñắp tối thiểu (hj) cần thiết

cho ñiều kiện kết cấu cống.

48

Chiều cao ñắp ñất ñường ñắp (hh) tính từ ñáy mương chỗ ñặt cống cần phải

thoả mãn

hhmin = hj (3-4)

Chiều cao ñường ñắp tối thiểu cần thiết theo cao ñộ tích nước trước công trình

cống ứng với lưu lượng các loại khẩu ñộ cống và theo ñiều kiện kết cấu, có thể tra ở

sổ tay có liên quan về tính toán thuỷ văn cầu cống.

Trường hợp cao ñộ ñắp ñất ñường ñắp trong thiết kế trắc dọc không thoả mãn

hai ñiểm trên, thì có thể áp dụng các biện pháp sau:

- Khi thoả mãn yêu cầu lưu lượng thiết kế, chuyển sang sử dụng loại cống có

yêu cầu cao ñộ ñất ñắp nhỏ hơn.

- Mở rộng ñường kính cống, hạ thấp cao ñộ tích nước, chuyển cống ñơn sang

dùng cống ñôi, ba, nhưng cống vòm không ñược quá 3 vòm.

- ðào thấp thích ñáng ñáy mương, thích hợp với mương máng có cửa thoát

nước thấp hoặc dốc dọc tương ñối dốc.

- Thay ñổi ñộ dốc dọc, nâng cao ñộ thiết kế vai ñường, hạ thấp cao ñộ thiên

nhiên mặt ñất nơi ñặt cống.

5.5.3. Vạch tuyến nơi làm hầm.

5.5.3.1. ðặc ñiểm của của công trình hầm.

Trong vạch tuyến ñường sắt, sử dụng hầm là một biện pháp quan trọng ñể khắc

phục trở ngại về cao ñộ, hạ thấp cao ñộ vượt núi, rút ngắn chiều dài tuyến, và vòng

tránh khu vực ñịa chất không tốt. Bố trí hầm hợp lý là khâu quan trọng nâng cao chất

lượng thiết kế chọn tuyến. Gặp các trường hợp sau ñây khi ñịnh tuyến, cần dùng hầm

trong vạch tuyến

Tuyến vượt dãy núi phân thuỷ, cần xây dựng hầm - ñó là hầm vượt núi. Vạch

tuyến bên cạnh núi chạy dọc sông: hoặc phải cắt tuyến ñi cong, ñi thẳng hoặc phải

vòng tránh ñịa chất không tốt mà phải xây dựng ñường hầm - ñó là hầm ven núi, như

hình 5-33.

49

Hình 5-33. So sánh vị trí hầm

5.5.3.2. Chọn vị trí hầm.

Chọn vị trí hầm ven núi, cần chú các vấn ñề sau:

- ðặt cạn, ñường nên dịch vào phía trong ñể tránh áp lực lệch hầm quá lớn.

- Cần tránh ñịa chất không tốt như ñá chồng, dốc trượt, bờ sông xói lở, bờ hồ

ñập nước sụt lở.

- Cần kết hợp tình hình ñịa hình, ñịa chất của khu vực và công trình lớn hay

nhỏ, ñể tiến hành so sánh phương án hầm dài cắt cong, ñi thẳng với phương án ñi

vòng ven sông.

- Khi ñịa hình gấp khúc, ñịa chất phức tạp thường xuất hiện một quần thể nhiều

hầm. Khi quyết ñịnh vị trí bình ñồ và cao ñộ tuyến, cần chú ý sự chồng chéo nhau

giữa giao thông ñi lại, thoát nước và ñất ñá dổ ra trong thời gian thi công hầm, cần

hết sức giảm thiểu ảnh hưởng ñối với công trình giao thông, thuỷ lợi hiện có.

5.5.3.3. Chọn vị trí cửa hầm.

Cửa hầm là là mắt xích yếu của hầm, xử lý không tốt nơi cửa hầm sẽ dễ phát

sinh các bênh hại, ảnh hưởng ñến an toàn chạy tầu. Khi chọn tuyến ở ñoạn phải làm

hầm cần chú ý các nhân tố sau ñây, qua so sánh kinh tế kĩ thuật, chọn vị trí cửa hầm.

- Chọn vị trí cửa hầm cần quán triệt nguyên tắc “sớm vào hầm, chậm ra hầm",

tránh cách làm phiếm diện chỉ mong rút ngắn chiều dài hầm mà xem nhẹ ổn ñịnh ta

luy hai bên cửa hầm.

Không nên dùng ñường ñào sâu ñể rút ngắn chiều dài hầm. Trong trường hợp

chung, chiều cao ta luy nền ñào không nên quá 15- 20 m, trường hợp ñá xung quanh

vùng ñào sâu kém, không nên quá 10-15 m và trường hợp nham thạch xung quanh

vùng ñào sâu tốt cũng không nên quá 20-25 m.

Không nên bố trí hầm ở giữa lòng chảo vì không những ñiều kiện ñịa chất

công trình kém, mà khi thi công thoát nước và thải ñất ñá cũng khó khăn. Vì vậy

tuyến cửa hầm nói chung nên bố trí một bên lưu vực sông như phương án A hình 5-

33.

- Cửa hầm cần hết sức cố gắng bố trí nơi thân núi ổn ñịnh, ñiều kiện ñịa chất

tương ñối tốt, ñể bảo ñảm an toàn cửa hầm, nếu không, cần phải làm công trình

tường chắn hoặc kéo dài cửa hầm, làm thêm hầm lộ thiên.

- Cửa hầm nên bố trí ở nơi giao thẳng góc hoặc gần thẳng góc giữa tuyến với

ñường ñồng mức, nếu giao xiên thì phải xây cửa hầm giao xiên hoặc xây hầm lộ

thiên.

5.5.4. Vạch tuyến nơi làm ñường ngang.

50

Khi ñường sắt giao nhau với ñường bộ, cần bố trí ñường ngang giao nhau trên

mặt phẳng hoặc giao cắt lập thể. Hình thức giao nhau ñược xác ñịnh tuỳ thuộc vào

các nhân tố như tính chất, cấp hạng, lượng vận chuyển, ñiều kiện ñịa hình, yêu cầu

an toàn, lợi ích kinh tế, xã hội v.v.. của ñường sắt và ñường bộ. Nói chung nên ưu

tiên sử dụng giao cắt lập thể, giảm bớt ñường ngang trên mặt phẳng.

5.5.4.1. ðiều kiện bố trí giao cắt lập thể.

- ðường sắt giao nhau với ñường ô tô cao tốc, ñường ô tô cấp I và ñường tốc ñộ

cao trong hệ thống ñường thành phố: cần bố trí giao cắt lập thể.

- ðường sắt giao nhau với các ñường khác, nếu phù hợp một trong các ñiều

kiện dưới ñây, cần bố trí giao cắt lập thể:

+ Giao nhau giữa ñường sắt với ñường ô tô cấp II

+ Giao nhau giữa ñoạn ñường sắt tốc ñộ 140km/h với ñương bộ

+ Giao nhau giữa ñường sắt và ñường bộ mà lượng giao thông tính ñổi tại

ñường ngang trong tương lai gần lớn hơn hoặc bằng các số liệu ở bảng khối lượng

giao thông tính ñổi ở ñường ngang giao cắt lập thể

Bảng 5-2. Khối lượng giao thông tính ñổi ở ñường ngang

giao cắt lập thể (vạn lượt xe)

Tốc ñộ ñoạn ñường (km/h) ðiều kiện

nhìn 120 100 Max = 80

Tốt 6 12 16

Không tốt 3 6 8

Ghi chú: ðiều kiện nhìn thoả mãn biểu trên là tốt nếu không là không tốt.

+ Kết hợp ñịa hình hoặc tình hình vật kiến trúc, nơi có ñiều kiện bố trí giao

cắt lập thể

+ Nơi thực sự có nhu cầu ñặc biệt

- ðường sắt ở ñoạn tốc ñộ 120km/h giao nhau với ñường bộ: nên bố trí giao cắt

lập thể.

5.5.4.2. Giới hạn kiến trúc của ñường ngang giao cắt lập thể giữa ñường sắt

và ñường ô tô.

- Giới hạn kiến trúc của ñường sắt phải phù hợp với quy ñịnh trong “Giới hạn

kiến trúc ñường sắt cự ly ñường tiêu chuẩn”

- ðường bộ phải phù hợp với các quy ñịnh giới hạn kiến trúc trong “Tiêu chuẩn

kĩ thuật ñường ô tô",“Quy phạm thiết kế ñường thành phố" và “Quy phạm thiết kế

nhà máy hầm mỏ"

51

- Tĩnh không ñường nông thôn dưới cầu giao cắt lập thể với ñường sắt, không

ñược dưới các số liệu ở biểu tĩnh không ñường nông thôn dưới cầu giao cắt lập thể

(m).

Bảng 5-3.

Loại ñường thông qua Ô tô Máy kéo và xe súc vật Xe ba gác ñường người ñi

Chiều rộng tĩnh 5,0(1) 4,0 2,0

Chiều cao tĩnh 4,5(2) 3,0 2,5

Ghi chú: (1) ðiều kiện khó khăn ñặc biệt có thể giảm ñến 4,5 m

(2) ðiều kiện khó khăn ñặc biệt có thể giảm ñến 3,5 m

5.5.4.3. ðiều kiện bố trí ñường ngang.

- ðường ngang cần bố trí nơi phạm vi tầm nhìn không nhỏ hơn quy ñịnh ở biểu

5-4. ðường ngang ñường sắt ñường ñôi cự ly ñường nhỏ hơn hoặc bằng 5,0 m thì cự

ly nhìn sang bên nhỏ nhất của tài xế ñầu máy cần phải công thêm 50 m. ðường

ngang của ñường sắt nhiều ñường ñược xác ñịnh theo tính toán

Bảng 5-4. Cự ly nhìn tối thiểu (m)

Tốc ñộ ñoạn ñường sắt

(km/h)

Cự ly nhìn tối thiểu của tài

xế tàu

Cự ly nhìn sang bên tối thiểu

của xe có ñộng cơ

140 1200 470

120 900 400

100 850 340

80 800 270

Ghi chú: Cự ly nhìn của tài xế xe có ñộng cơ tương ứng với cấp hạng ñường

mà tài xế phải dừng cách ñường ngang, nhưng không dưới 50 m, có thể nhìn thấy tầu

hoả ở hai phía.

- ðường ngang không ñược bố trí trong ga, cũng không nên bố trí ở ñoạn

ñường cong của ñường sắt, gần ghi, ñầu cầu và cửa hầm.

- Cự ly giữa các ñường ngang không nên dưới 2km.

- Giao cắt trên mặt phẳng giữa ñường sắt và ñường bộ, cần thiết kế giao vuông

góc, nếu giao xiên, góc giao cần lớn hơn 45 ñộ.

5.6. ðẶC ðIỂM VẠCH TUYẾN THEO NHỮNG ðỘ DỐC GIỚI HẠN KHÁC

NHAU VÀ CÁC CHỈ TIÊU ðÁNH GIÁ VIỆC VẠCH TUYẾN.

5.6.1. ðối với ñộ dốc hạn chế.

52

Ta có thể dùng các ñại lượng ñộ dốc hạn chế khác nhau cho một tuyến ñường.

Khi vạch tuyến theo mỗi phương án về ñộ dốc ta phải nêu ra ñược ưu và khuyết ñiểm

của mỗi phương án theo ñại lượng ñộ dốc ñó.

Khối lượng chuyên chở càng lớn càng phải chú ý việc dùng dốc hạn chế nhỏ.

Còn nếu khối lượng chuyên chở nhỏ thì phải ñánh giá ñược hiệu quả của việc dùng

dốc lớn do hạn chế ñược chiều dài tuyến hay khối lượng công tác. Khối lượng

chuyên chở càng lớn về mặt bình diện càng phải chú ý cho tuyến ñi thẳng mặc dù

phải ñào ñắp nhiều.

Về quan ñiểm kỹ thuật việc vạch tuyến theo các ñộ dốc hạn chế khác nhau

cũng có những ñặc ñiểm như:

- Khi tăng ñại lượng ñộ dốc hạn chế, mà tiêu chuẩn khả năng thông qua là một

con số cố ñịnh, thì số ñiểm phân giới sẽ bớt ñi, bởi vì trọng lượng ñoàn tàu xác ñịnh

bởi ñại lượng ñộ dốc hạn chế lớn là một ñại lượng nhỏ, khi chạy trên các dốc thoải

vận tốc sẽ lớn hơn, nên có thể kéo dài khu gian ra.

- Khi dốc hạn chế nhỏ, thì không nên dùng các bán kính nhỏ bởi vì trong

trường hợp này ñại lượng ir có trị số lớn nên sẽ chiếm tỷ lệ khá lớn so với ñại lượng

ñộ dốc mà ta giảm dốc ñi ñại lượng ir và vấn ñề vượt ñộ cao trở nên phức tạp.

Khi vạch tuyến mà ta dùng ở mỗi chiều một trị số dốc hạn chế khác nhau thì

phải xét: Do khối lượng vận chuyển mỗi chiều khác xa nhau (dùng dốc cân bằng)

hay do tổng số chiều cao phải vượt cho mỗi chiều khác xa nhau.

Trong trường hợp thứ nhất ñại lượng tối ña của dốc cân bằng phải tính theo

dốc hạn chế của chiều nhiều hàng và tỷ lệ không cân bằng về luồng hàng theo chiều

(K).

Trong trường hợp thứ hai nên vạch tuyến cho 2 chiều ñộ dốc hạn chế như nhau

vì như vậy quá trình khai thác lâu dài sau này không nảy sinh ra những vấn ñề phức

tạp.

ðối với dốc gia cường ta dùng ñể giảm bớt chiều dài ở những ñoạn ñòi hỏi phải

triển tuyến lớn. Có thể giảm ñộ dốc hạn chế cho toàn tuyến bởi vì ta có thể vượt ñộ

cao ở từng ñoạn ngắn từ 2-4 khu gian bằng dốc gia cường lớn. ðoạn có dốc gia

cường nên ñặt tập trung gần vào nơi sẽ làm công tác kỹ thuật (như thay dầu máy ở

ga) ñể khỏi phải có thiết bị riêng phục vụ cho ñầu máy phụ thêm.

Về phương diện vận tải phải thống nhất trọng lượng ñoàn tàu trên tuyến, nếu ở

từng ñoạn tuyến ñịa hình khác nhau.

Khi vạch tuyến cũng cần chú ý tới loại sức kéo. Như ñầu máy ñiện là loại có

sức kéo khoẻ vận tốc nhanh. Cũng vì vận tốc lớn, trọng lượng tàu lớn nên cần và có

53

thể cho tuyến ñi thẳng, nên dùng phương án cho tàu chạy suốt qua ga. Vì có thể hãm

hoàn nguyên nên có thể dùng dốc lớn, hiệu quả kinh tế của dốc lớn ñối với ñầu máy

ñiện rất cao. Do thiết bị cung cấp ñiện rất tốn kém, giá thành thiết bị tỷ lệ với chiều

dài, cho nên ñường càng ngắn càng tốt.

5.6.2. ðánh giá việc vạch tuyến.

Một việc không thể thiếu ñược sau khi hoàn thành việc thiết kế xong con

ñường, hay sau khi thiết kế hoàn tất một tuyến ñường ta phải xem nó là tuyến ñường

tốt xấu ñến mức ñộ nào. ðể ñánh giá việc vạch tuyến phải dùng các chỉ tiêu sau ñây:

- Chiều dài tuyến bao gồm chiều dài các ñoạn thẳng và chiều dài các ñường

cong, ñơn vị tính bằng km

- Chiều dài triển tuyến thêm

∆L = L - L0

L - Chiều dài tuyến (km)

L0 - Khoảng cách ngắn nhất từ ñiểm ñầu qua các ñiểm khống chế (nếu có)

và ñiểm cuối. Vậy nếu có ñiểm khống chế thì chiều dài ñường chim bay ñó sẽ là

ñường thẳng gấp khúc. Trong các phương án cục bộ thường không có ñiểm khống

chế. Khi ñó nó là một ñường thẳng và trong thực tế nếu bình ñồ không ghi tọa ñộ

chiều dài này ño trực tiếp trên bản ñồ: khoảng cách theo ñường thẳng căng dây từ

ñiểm ñầu ñến ñiểm cuối của phương án cục bộ. Nếu là các ñường gấp khúc có ñộ dài

lớn không thuận tiện cho việc làm như trên và bình ñồ có ñủ hệ tọa ñộ thì phải tính

toán thông qua toạ ñộ của các ñiểm nói trên.

- Hệ số triển tuyến là tỷ số L và L0

0L

L=λ

Trong ñiều kiện ñịa hình bình thường hệ số này giao ñộng trong khoảng 1,05 -

1,15.

- Chiều dài và tỷ lệ của các ñoạn vạch tuyến tự do và khó khăn.

5.7. THIẾT KẾ CHỌN TUYẾN VỚI VIỆC SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

Vạch tuyến ñường sắt là một trong những nhiệm vụ phức tạp và quan trọng

nhất trong thiết kế ñường sắt (TKðS). Khác với việc thiết kế các yếu tố khác của

ñường sắt, việc vạch tuyến dựa trên cơ sở chủ quan của người thiết kế. Một cách phổ

biến, việc vạch tuyến dựa vào thói quen, truyền thống, khuynh hướng riêng của

người thiết kế, vì vậy trong chừng mực nào ñó kết quả thu ñược còn có khoảng cách

54

với lời giải tốt nhất và không thể ñủ thời gian, công sức ñể chỉ ra phương án tốt nhất

- tối ưu.

Khó khăn khách quan cơ bản về giải pháp của việc vạch tuyến là chứa ñựng

một số lượng lớn các phương án, ngay cả những nơi mà ñịa hình có phần bị giới hạn.

Bằng sức người chỉ cho phép so sánh vài, ba phương án giải pháp tìm ñược ñể nói ñó

là phương án tốt nhất.

Thiết kế chọn tuyến có sự trợ giúp của máy tính, chủ yếu nghiên cứu kĩ thuật sử

dụng máy tính cùng với các thiết bị ngoại vi của nó và các thiết bị ñưa vào dẫn ra

giúp các kĩ sư tiến hành thiết kế tuyến ñường sắt.Kĩthuật này ngày càng phát triển

cùng với sự phát triển của máy tính và thiết bị ngoại vi của nó, thiết bị vẽ hình và

phần mềm, kĩ thuật trắc ñịa hiện ñại và thiết bị của nó. Sử dụng máy tính bổ trợ công

tác thiết kế tuyến ñường sắt có hiệu quả rõ rệt nâng cao chất lượng thiết kế, tiết kiệm

nhân lực và tiền của, tăng nhanh tốc ñộ thiết kế. ðây là biện pháp có hiệu qủa cải

cách phương pháp chọn tuyến truyền thống của nước ta và thúc ñẩy hiện ñại hoá

công tác trắc ñạc, thiết kế ñường sắt.

Nội dung chủ yếu của thiết kế chọn tuyến bổ trợ bằng máy tính gồm:

- Xây dựng mô hình ñịa hình kỹ thuật số

- Chọn phương án cục bộ hướng tuyến

- Thiết kế bổ trợ bằng máy tính bình ñồ, trắc dọc tuyến.

- Thiết kế tối ưu trắc dọc tuyến.

- Thiết kế tối ưu liên hợp bình ñồ và trắc dọc tuyến

Việc tối ưu hoá vạch tuyến ñường sắt, tất nhiên dựa trên MTð hiện ñại, mở ra

một triển vọng to lớn, nhưng ñồng thời cũng nẩy sinh những công việc mới ñó là

thông tin ñịa hình. Như ta ñã biết MTðT hiện ñại có thể giữ lại, xử lý những thông

tin số, do ñó ñịa hình cần phải ñược biểu thị ở dạng chỉnh lý một cách ñặc biệt thông

tin số. Hệ thống như thế ñược gọi là mô hình ñịa hình kĩ thuật số(DTM).

5.7.1. Mô hình ñịa hình kĩ thuật số.

Mô hình ñịa hình kĩ thuật số (Digital Terrain Model viết tắt là DTM) là chỉ sự

sắp xếp các số liệu theo quy tắc và không quy tắc phân bố không gian của các ñặc

trưng ñịa hình, tức là ñem bề mặt ñịa hình biểu thị bằng hình thức số các toạ ñộ x, y,

z của dầy ñặc các ñiểm. Nếu ñem các số liệu của các ñiểm ñó lập thành một mặt

cong toán học, ñể mặt cong này gần giống bề mặt ñịa hình thực tế thì có thể căn cứ

mặt cong này ñưa ra cao ñộ hoặc các tin tức khác về ñịa hình của bất kì ñiểm nào

trên mặt ñất. DTM cần ñược xây dựng như thế nào ñể mỗi ñiểm trên bình diện với

toạ ñộ x, y với ñộ chính xác cho việc vạch tuyến, sẽ xác ñịnh ñược cao ñộ mặt ñất

55

thiên nhiên z. ðối với một ñường bất kỳ trên bình diện, trên ñó ñược phân chia bằng

những khoảng cách, cần phải tìm ñược cao ñộ mặt ñất của các ñiểm phân chia ấy,

như vậy ta sẽ ñược một trắc dọc theo hướng ñã cho này, ñó là ñường ñen trắc dọc

của tuyến ñường thiết kế.

Các hình thức DTM dùng trong thiết kế tuyến với sự bổ trợ của máy tính bao

gồm: mô hình ñịa hình kĩ thuật số kiểu ô vuông, kiểu tam giác, kiểu xương cá, kiểu

ly tán, kiểu li tán phân khối.

Dưới ñây giới thiệu ngắn gọn một số DTM mạng ô vuông và mạng tam giác.

5.7.1.1. Thu thập các ñiểm số liệu của mô hình ñịa hình kĩ thuật số.

Các ñiểm số liệu là các nguyên tố cơ bản cấu thành mô hình ñịa hình kĩ thuật

số. Tác dụng của chúng tương ñương với các ñiểm rời rạc khi ño vẽ ñường ñồng mức

ngoại nghiệp. Phương pháp thường dùng thu thập cấu tạo mô hình ñịa hình kĩ thuật

số gồm 4 loại: tức là các số liệu thu thập ño ñạc từ mặt ñất, số hoá bản ñồ ñịa hình

hiện có, các số liệu thu thập bằng chụp ảnh và các số liệu thu thập bằng vệ tinh.

Thu thập các số liệu thực ñịa là phương pháp chủ yếu trong công tác ño ñạc

công trình, nhất là các thông tin số liệu thu ñược khi ño vẽ bản ñồ tỷ lệ lớn. Còn

phương pháp thu thập số liệu thì tuỳ theo phương pháp tác nghiệp thực ñịa và thiết bị

máy móc sử dụng khác nhau, có thể chia thành 3 hình thức; phương pháp ño vẽ bản

ñồ ñịa hình phổ thông, phương pháp sử dụng kinh vĩ ño cự ly và "sổ tay ñiện tử" và

phương pháp dùng kinh vĩ ñiện tử kiểu toàn trạm.

Số hoá bản ñồ ñịa hình hiện có là một trong những biện pháp dùng máy số hoá

trợ giúp thành bản ñồ. Máy số hoá trợ giúp vẽ thành bản ñồ mới ñược phát triển

trong một vài chục năm, còn ñưa vào sản xuất quy mô thì mới chỉ gần 10 năm. Các

bản ñồ ñịa hình vốn có của các ngành sản xuất (kể cả bản ñồ cơ bản quốc gia) ñều

không phải bản ñồ do máy tính vẽ ra.

Xây dựng DTM trong công trình còn phải sử dụng rất nhiều bản ñồ ñịa hình

hiện có, vì vậy người ta sử dụng các máy móc số hoá ñể hoàn thành công tác số hoá

các bản ñồ hiện có.

Phương pháp ño chụp ảnh bao gồm ño chụp ảnh hàng không và ño chụp ảnh

mặt ñất. ðem tất cả các ảnh ñịnh hướng tương ñối vào máy ño vẽ lập thể và ñịnh

hướng tuyệt ñối theo tỷ lệ mô hình ñã xác ñịnh. Trên mô hình ñã ñược ñịnh hướng,

dùng toạ ñộ ño không gian cắt các ñiểm của mô hình vẽ thành các ñường của kết cấu

tuyến tính ñặc biệt hoặc ñường theo ñịnh nghĩa toán học (như ñường ñồng mức,

ñường trắc dọc) tìm ñược vị trí ñiểm vẽ hoặc hình vẽ, ñồng thời dùng ñường ñồng

mức ñiểm cao ñộ ñộc lập, ñọc ra các cao ñộ và ghi chú.

56

Sử dụng các tín hiệu vệ tinh ñể thu thập các số liệu ñịa hình là kĩ thuật mới

phát triển mấy năm gần ñây. Phương pháp chủ yếu là phương pháp ño chụp ảnh,

thông qua ảnh vệ tinh mặt ñất, xây dựng ra mô hình mặt ñất kĩ thuật số. Trong những

năm gần ñây ở nước ngoài, người ta ñầu tư rất nhiều lực lượng nghiên cứu kĩ thuật

trực tiếp dùng tín hiệu vệ tinh thu ñược tín hiệu mặt ñất kĩ thuật số, từ ñó nhanh

chóng xây dựng DTM.

Tất nhiên các phương pháp thu thập ñịa hình kĩ thuật số nêu trên chỉ phải tiến

hành các công tác tương ứng kết hợp với nhiệm vụ khảo sát thiết kế trong trường hợp

ở kho tư liệu chưa sẵn có các số liệu tín hiệu ñịa hình. Các nước phương tây phát

triển ñã xây dựng ñược các tín hiệu có thể cung cấp ñịa ñồ kĩ thuật số với nhiều dạng,

nhiều tỷ lệ.

Hiện nay ở Trung Quốc, ñã xây dựng ñược kho số liệu tín hiệu ñịa hình phủ

toàn quốc với tỷ lệ 1/250.000 và ñang xây dựng kho tín hiệu ñịa hình tỷ lệ 1/100.000;

1/50.000 và 1/10.000 một khi ñã có kho số liệu trung tâm quốc gia, các bộ môn thiết

kế có thể căn cứ các hạng mục xây dựng công trình, trực tiếp lấy các tín hiệu ñịa hình

cần thiết từ kho số liệu tín hiệu ñịa hình quốc gia.

5.7.1.2 Các loại mô hình ñịa hình kĩ thuật số.

Các hình thức chủ yếu của DTM dùng trong thiết kế tuyến ñường sắt có hỗ trợ

của máy tính bao gồm: DTM kiểu mạng ô vuông, mạng tam giác, kiểu xương cá.

- DTM kiểu hình ô vuông

+ Hình thức bố trí ñiểm số liệu.

Các ñiểm số liệu của DTM kiểu mạng ô vuông, ñược phân bố theo hình thức

có quy tắc hình vuông hoặc hình chữ nhật, tạo thành mạng như hình vẽ.

Hình5-34. Mạng hình chữ nhật

DTM của hình thức này chỉ cần ñem chia phần ñất dùng cho ñường sắt trong

một phạm vi nhất ñịnh thành các ô vuông hoặc chữ nhật bằng nhau, ñọc các thông tin

57

mặt ñất của các ñiểm ô mạng theo một trình tự nhất ñịnh là ñược. DTM kiểu ô mạng

dùng trong thiết kế ñường sắt, thường căn cứ vào sự biến hoá của loại ñịa hình, tại

các khu ñoạn khác nhau, sử dụng chiều dài ô mạng khác nhau, ñể nâng cao ñộ chính

xác nội suy.

+ Thăm dò ñiểm nội suy.

Do các số liệu của mô hình ñịa hình kĩ thuật số mạng ô vuông ñược sắp xếp

theo hình vuông hoặc hình chữ nhật, gia số toạ ñộ phẳng....X,....X của mạng ô vuông

là một hằng số. Toạ ñộ phẳng của bất kì một ñiểm nào có thể suy ra từ toạ ñộ gốc X0,

Y0,..X,..X và hàng, cột ñiểm ñó trong mạng. Ngược lại,biết toạ ñộ phẳng của một

ñiểm nào ñó, sẽ nhanh chóng tìm ñược hàng và cột của nó trong mạng, từ ñó nội suy

ra các dữ liệu trên mặt ñất của ñiểm ñó.

Nếu biết toạ ñộ phẳng (Xp,Yp) của bất kì một ñiểm P nào, ô mạng của ñiểm P,

toạ ñộ phẳng (Xa,Ya)của ñiểm ảơ góc dưới bên trái của ô mạng ñó, có thể tính theo

công thức

J = 10+

−

L

xx p

I = 10+

−

L

yy p

XA = x0 + (J - 1).L

YA = y0 + (I - 1).L

Trong công thức trên: I, J: Số hàng, số cột của ñiểm góc dưới bên trái mặt

mạng của ñiểm P

Xo,Yo: Toạ ñộ phẳng của ñiểm gốc DTM

L: khoảng cách bước mạng ô vuông

+ Nội suy các thông tin về mặt ñất của ñiểm chờ xác ñịnh.

Nội suy ñiểm cần xác ñịnh trong DTM: Việc chọn phương pháp nội suy ảnh

hưởng rất nhỏ ñến ñộ chính xác của cao ñộ, vì vậy có thể chọn phương pháp tương

ñối ñơn giản, tốc ñộ tính toán nhanh, như phương pháp nội suy tính tuyến kép.

Dùng 4 ñiểm số liệu gần với ñiểm cần tìm, lập thành một hình 4 cạnh, sử dụng

công thức dưới ñây ñể tìm cao ñộ Zp của ñiểm chờ xác ñịnh:

Zp = a0+ a1x + a2y= a3xy.

Trước hết dùng 4 ñiểm số liệu giải tìm các hệ số a0, a1, a2, a3, sau ñó căn cứ toạ

ñộ x,y của ñiểm chờ xác ñịnh ñể tìm cao ñộ Zp.

Mô hình số ñịa hình của loại giải bằng này, trong ñó tuyến vạch ñi qua, ñược

bọc bởi 1 mạng lưới, tạo thành từ những ñường thẳng vuông góc với nhau, những

58

hình vuông có cạnh là a. Trong bộ nhớ của MTðT cho thông tin về số hiệu giao

ñiểm của lưới V và cao ñộ của nó. Vạch phương án tuyến qua ñoạn ñó theo ñường

thẳng. ðường thẳng ñược chia theo các cọc. Cao ñộ của mỗi cọc nhận ñược bằng

phép nội suy giữa các ñiểm lân cận.

- DTM kiểu mạng tam giác.

+ Hình thức bố trí ñiểm số liệu:

DTM này gồm 3 toạ ñộ của tất cả các ñỉnh tam giác lập thành. các ñiểm số liệu

phân bố tại ñỉnh các tam giác, nối lại thành ô mạng hình tam giác. cơ sở của mô hình

này giả sử mặt ñất có ñủ ñộ chính xác có thể biểu thị bằng một số hữu hạn mặt

phẳng, mỗi mặt phẳng ñược viết dưới dạng phương trình tuyến tính:

Ax+By+Cz +D = 0

Vì vậy khi phân mạng tam giác, cần cố gắng sao cho tất cả các ñường ñồng

mức nằm ở phía trong ba cạnh của hình tam giác cơ sở của mô hình này giả sử mặt

ñất có ñủ ñộ chính xác có thể biểu thị bằng một số hữu hạn mặt phẳng, mỗi mặt

phẳng ñược viết dưới dạng phương trình tuyến tính:

Ax+By+Cz +D = 0

Vì vậy khi phân mạng tam giác, cần cố gắng sao cho tất cả các ñường ñồng

mức nằm ở phía trong ba cạnh của hình tam giác ñều tương ñối thẳng và tương ñối

song son, ñược bố trí theo cự ly cố ñịnh như hình 5-35.

Hình 5-35. Mạng tam giác

+ Thăm dò ñiểm nội suy: ðể thuận tiện tìm mặt mạng tam giác nào ñó và tiếnư

hành nội suy, các thông tin về mô hình ñịa hình kĩ thuật số mạng tam giác ñược lưu

trữ theo một quy luật nhất ñịnh. ðem các số liệu ban ñầu lập thành biểu lưu trữ thông

tin DTM mạng tam giác

Toạ ñộ ñỉnh các cạnh Số thứ tự ñỉnh

các cạnh x y z

Số thứ tự cạnh

hình tam giác

1 2 3 4 5

59

1 35 44 383,5 123

3 45 55 381,4 134

4 47 52 380,1 145

Ý nghĩa của các cột 1- 4 ñã rõ không cần giải thích

Cột 5: ñối với mỗi hình tam giác trong máy tính ñều chiếm mộ thứ tự.Số thứ

tự này ñều do 3 ñỉnh tam giác hợp thành. Thí dụ tam giác do các ñỉnh 1,2,3 lập

thành, mang số thứ tự 123. Sử dụng phương pháp này khi cung cấp thông tin không

cần phải trùng lặp nhiều lần mỗi ñiểm ñỉnh chung của các tam giác liền kề.

Các cạnh của tam giác ñược tìm theo phương pháp tra từng cái một trong

toàn bộ toạ ñộ phẳng ñược lưu giữ trong bộ nhớ.

ñể phán ñoán xem ñiểm cần tìm có nằm trong một tam giác nào ñó hay không, trước

hết cần tìm phương trình các cạnh của tam giác và toạ ñộ trọng tâm của tam

giác.Phương trình mỗi cạnh của tam giác ñược suy ra từ phương trình ñường thẳng ñi

qua các ñỉnh tương ứng của tam giác.

21

1

21

1

xx

xx

yy

yy

−

−=

−

−

Từ dó qua chỉnh lý ñược:

M.x+ N.y+ L = 0

ðặt f(x.y) = M.x+ N.y+L

Tọa ñộ trọng tâm của hình tam giác:

ðem toạ ñộ trọng tâm và toạ ñộ ñiểm cần tìm thế vào các công trình các cạnh

tam giác, nếu dấu của các trị số giống nhau, chứng tỏ ñiểm cần tìm và trọng tâm hình

tam giác cùng ở một phía phía với ba cạnh hình tam giác, tức là cùng nằm trong hình

tam giác.

+ Nội suy các thông tin mặt ñất ñiểm ñợi xác ñịnh:

Mỗi hình tam giác của mạng tam giác của mạng tam giác ñược xem là một mặt

phẳng, phương trình mặt phẳng ñó là:

X Y Z 1

X1 Y1 Z1 1

X2 Y2 Z2 1

X3 Y3 Z3 1

Giải ma trận này là có thể tìm ñược các thông tin nội suy của ñiểm cần tìm

3,

3321321 yyy

yxxx

X trongtamtrongtam ++

=++

=

60

5.7.2. Mô hình ñối tượng của thiết kế tuyến bổ trợ bằng máy tính.

Mô hình ñối tượng là chỉ biểu thức toán học biểu thị sự tổ hợp số liệu và mối

quan hệ giữa các số liệu của ñối tượng, phản ánh mối quan hệ biến hoá giữa các biến

số trong thiết kế, dùng ñể miêu tả quy luật biến ñổi giữa các tham số thiết kế, ñiều

kiện ràng buộc với hàm mục tiêu.

Trong thiết kế tuyến bổ trợ bằng máy tính, ñối tượng ứng dụng ñược ñề cập tới,

chủ yếu là các mô thức bình ñồ, trắc dọc, trắc ngang, mô hình ñịa hình, biểu thức

toán học của hàm mục tiêu và ñiều kiện ràng buộc.

5.7.2.1. Mô thức bình ñồ tuyến.

Bình ñồ tuyến gồm các ñường cong và ñường thẳng cắt nhau tạo thành. ðường

cong bao gồm ñường cong tròn và ñường cong chuyển tiếp. Biến số thiết kế bình ñồ

có thể là bán kính ñường cong và toạ ñộ các ñiểm chuyển của bình ñồ, cũng có thể là

bán kính ñường cong nằm và các ñộ dài ñoạn tính toán trên bình ñồ (ðoạn ñường

thẳng là chiều dài ñường thẳng ñoạn ñó, ñoạn ñường cong là toàn chiều ñường cong

ñó).

5.7.2.2. Mô thức mặt cắt dọc tuyến.

Mặt cắt dọc tuyến bao gồm ñường mặt ñất và ñường ñộ dốc thiết kế:

ðường mặt ñất sử dụng mô thức tuyến hình gấp khúc, kết cấu số liệu của nó

ñược cấu thành từ cao ñộ mặt ñất. Khi sử dụng DTM, căn cứ vào các mốc 100 m,

bình ñồ tuyến ñã biết và nội suy toạ ñộ bình ñồ các mốc thêm vào.

Mô thức mặt cắt dọc tuyến có hai loại: Tuyến hình gấp khúc và tuyến hình

ñường cong loại hàm số. Trong thiết kế tuyến bổ trợ bằng máy tính, phần lớn sử

dụng mô thức tuyến hình gấp khúc.

Mô thức tuyến hình gấp khúc gồm một loạt các ñoạn thẳng tổ thành, biến số

thiết kế có thể là vị trí của ñiểm ñổi dốc và cao ñộ thiết kế, cũng có thể là ñộ dốc và

chiều dài của ñoạn dốc. Mô thức ñường gấp khúc mặt cắt dọc tuyến có hai hình thức:

mặt cắt dọc kiểu mắt xích không dài bằng nhau và mặt cắt dọc thiết kế thoả mãn yêu

cầu chiều dài dốc tối thiểu.

5.7.2.3. Mô thức mặt cắt ngang mặt ñất.

Trong tính toán tối ưu, cao ñộ thiết kế các ñiểm ñổi dốc luôn thay ñổi theo sự

biến ñộng của phương án tuyến, sử dụng ñường cắt ngang mặt ñất của tuyến hình

gấp khúc ñể tính diện tích mặt cắt rất mất thời gian, vì vậy trong chương trình tối ưu,

phần lớn ñều dự kiến mặt cắt ngang mặt ñất xử lý thành ñường thẳng. Trong chương

trình tối ưu mặt cắt dọc tuyến do trong nước nghiên cứu, ñã ñem mặt cắt ngang mặt

ñất xử lý thành ñường dốc ngang sang hai phía trái phải.

61

5.7.2.4. ðiều kiện ràng buộc.

Thiết kế bình ñồ và trắc dọc tuyến phải thoả mãn các yêu cầu trong “quy

phạm thiết kế ñường sắt", cần biến các yêu cầu và ñiều kiện kỹ thuật khác thành ñiều

kiện ràng buộc của biến số.

Khi thiết kế tối ưu mặt cắt dọc, vị trí ñiểm ñổi dốc cần thoả mãn các ñiều kiện

ràng buộc: Ràng buộc vị trí ñiểm ñổi dốc, ràng buộc ñộ dốc của ñoạn dốc, ràng buộc

chênh lệch ñộ dốc với dốc bên cạnh và ràng buộc cao ñộ v.v...

Bình ñồ tuyến cần thoả mãn các ñiều kiện ràng buộc:

Bán kính ñường cong nằm, ñoạn thẳng chêm giữa hai ñường cong tối thiểu,

chiều dài tối thiểu của ñường cong tròn, ràng buộc về chiều dài ga.

Các khu vực ñịa chất không tốt, các khu bảo tồn văn hóa, hồ chứa nước, khu

vực các công trình trọng ñiểm, ñều phải xét là các khu vực cấm vạch tuyến. Khu vực

cấm biểu thị chuỗi số liệu biên giới của khu vực.

Vị trí ga quy ñịnh vị trí cần xét là khu vực phải ñi qua, cũng cần có biểu thị

biên giới của khu vực ñó.

Ngoài ra còn có ràng buộc về ga dọc ñường và ràng buộc về ñoạn kết thúc

tuyến.

Về mặt phối hợp bình ñồ và trắc dọc tuyến, cần ñảm bảo ñường cong ñứng và

ñường cong chuyển tiếp không trùng nhau.

5.7.2.5. Mô hình toán học của hàm mục tiêu.

Trong thiết kế tuyến ñường sắt có bổ trợ bằng máy tính, nói chung lấy chi phí

vận doanh công trình tính ñổi làm hàm mục tiêu ñể phân tích tính toán và tối ưu hoá.

5.7.3. Mô thức CAD chọn hướng ñi.

Mô thức CAD chọn hướng tuyến ñược thực hiện mô phỏng quá trình ñịnh

tuyến thủ công trên bản vẽ. Quá trình chọn hướng tuyến có thể chia ra: chọn ñiểm

khống chế; các phương án hướng tuyến sản sinh.

5.7.3.1. Chọn ñiểm khống chế.

Các ñiểm khống chế trong chọn tuyến bao gồm: Các ñiểm khống chế ban

ñầu (initial contrrol points) và các ñiểm khống chế khác (aditional control points).

Các ñiểm khống chế ban ñầu có: ñiểm khởi ñầu, ñiểm kết thúc tuyến, các trung tâm

vận tải trung gian lớn v.v.. Dùng ñường thẳng nối các ñiểm khống chế là có thể ñưa

khu vực ñại thể tuyến có thể ñi qua. Nhiệm vụ của hệ thống thiết kế bổ trợ chọn

tuyến bằng máy tính (viết tắt là RLCAD) là trong khu vực có thể tìm các ñiểm vượt

sông, vượt ñèo, ñầu núi, khu vực ñịa hình, ñịa chất không tốt, các trung tâm giao

thông thứ cấp v.v..

62

Các bước xác ñịnh ñiểm khống chế của hệ thống CAD như sau:

- Phân tích “bản ñồ ñịa hình ñiện tử" và chọn các ñiểm khống chế có thể.

- Toàn bắt các toạ ñộ phẳng của các ñiểm khống chế và sửa kho số liệu trạng

thái ñộng

- Xác ñịnh các thuộc tính của các ñiểm khống chế ñã chọn (thí dụ tại ñiểm

khống chế, các thông tin về ñối tượng hiện có xung quanh ñiểm khống chế v.v...)

- Tra tìm kho trạng thái ñộng, tìm các tin tức về ñiểm khống chế tương ứng

(số liệu và kiến thức).

- Xác ñịnh tham số thiết kế.

- Sửa chữa kho kiến thức và kho số liệu ñộng.

5.7.3.2. Các phương án tuyến có thể sản sinh.

Dùng phương pháp nhận biết CAD ñem tổ hợp khác nhau các ñiểm khống chế

ban ñầu và các ñiểm khống chế khác và dùng ñường thẳng nối thành các ñường gấp

khúc kiểu moc xích khác nhau sẽ sinh ra một số phương án hướng tuyến; qua so sánh

xác ñịnh loại các kết cấu của các công trình cầu, hầm v.v..

5.7.4. Thiết kế mặt cắt dọc bằng bổ trợ của máy tính.

Trước hết, trên bản ñồ ñịa hình xác ñịnh vị trí bình ñồ tuyến (xác ñịnh tuyến

thủ công trên giấy hoặc dùng phương pháp giao hoán hình trên ñoạn cuối bản ñồ máy

tính ñể ñịnh ra vị trí bình ñồ tuyến ñược các số liệu toạ ñộ ñiểm chuyển bình ñồ, bán

kính ñường cong nằm, các tiêu chuẩn kĩ thuật có liên quan, cao ñộ và lý trình ñiểm

khống chế v.v.. ñưa vào kho dữ liệu, căn cứ mô hình mặt ñất kĩ thuật số của khu vực

ñi qua, nội suy ra các tài liệu về mặt cắt dọc mặt ñất và dốc ngang mặt ñất v.v.. Căn

cứ mặt cắt dọc mặt ñất ñã nội suy ra, dùng máy tính tự ñộng tìm ra một ñường thiết

kế mặt cắt dọc vừa thoả mãn các ñiều kiện ràng buộc và tiêu chuẩn kĩ thuật vừa có

thể tiếp cận với mặt ñất, lấy ñó làm mặt cắt dọc ban ñầu.

Xuất phát từ mặt cắt dọc ban ñầu ñó,dùng một phương pháp tối ưu, tiến hành

thiết kế tối ưu, tiến hành thiết kế tối ưu mặt cắt dọc, từ ñó ñưa ra mặt cắt tối ưu có chi

phí công trình nhỏ nhất trên bình ñồ ñã ñịnh.

Kết hợp phân tích tính toán tự ñộng với kĩ thuật vẽ hình kiểu trao ñổi, ñem mặt

cắt dọc tối ưu "trang sức" thành mặt cắt dọc thiết kế.

Cuối cùng sử dụng thiết bị ngoại vi của máy tính - máy vẽ bản ñồ ñể vẽ ra bản

vẽ mặt cắt dọc tuyến ñường

Mô hình toán học của thiết kế tối ưu mặt cắt dọc tuyến ñường sắt có thể quy

nạp như sau:

63

Có một nhóm biến số thiết kế x1, x2,... xn, tìm lời giải thoả mãn hàm mục tiêu

F(x) ----> min.

ðiều kiện ràng buộc: Gi(x) > = 0 i = 1,2,.....p

Hj(x) = 0 j = 1,2,....q

5.7.4.1. Tự hoá sản sinh mặt cắt dọc ban ñầu.

Phương pháp sản sinh tự ñộng mặt cắt dọc ban ñầu, về cơ bản có hai loại:

- Xác ñịnh tuyến thiết kế gồm các ñoạn dốc ngắn (ñoạn dốc kiểu xích) sau khi

tìm ñược phương án ối ưu của ñoạn dốc kiểu xích "trang sức", nó thành ñoạn dốc

ñường thẳng mà quy phạm cho phép, như phương pháp xác ñịnh trị số ban ñầu dùng

trong phương pháp tối ưu hiệu bậc thang.

- Dùng hàm số kiểu ñường cong, giải tìm lời giải ban ñầu, như phương pháp

dạng B dùng phương pháp này ñể xác ñịnh trị số ban ñầu.

Trong phương pháp thiết kế tối ưu mật cắt dọc tuyến ñường sắt phần nhiều sử

dụng ñoạn dốc kiểu mắt xích làm cơ sở thông qua phương pháp thăm dò từng bước

tìm ra trị số thiết kế ban ñầu của nhóm ñoạn dốc kiểu mắt xích có các chiều dài

không bằng nhau. Trong chương trình phương pháp này mô phỏng kiến thức chọn

tuyến thủ công. Trong thiết kế chỉ xét:

+ Ràng buộc cao ñộ

+ ðộ dốc tối ña

+ Hạn chế hiệu ñại số ñộ dốc cho phép, không hạn chế chiều dài dốc tối thiểu.

Tại chỗ cầu, cống cần xét cao ñộ khỗng chế. Số lượng hầm, vị trí hầm, chiều dài hầm

do máy tính tự ñộng xác ñịnh. Cần tiến hành ñiều chỉnh các chỗ vi phạm tiêu chuẩn

thiết kế và ñiều kiện ràng buộc. Nếu các ñiều kiện ràng buộc ñược thoả mãn thì có

thể tìm ñược ñường mặt cắt dọc sơ bộ vừa phối hợp chặt chẽ với ñường mặt ñất lại

tuân thủ các ñiều kiện ràng buộc. Phương pháp này có thể tự ñộng xác ñịnh trị số ban

ñầu mặt cắt dọc ở ñịa hình thông thường, phản ánh tương ñối tốt ñoạn dốc gò bó và

tự do.

5.7.4.2. Tối ưu hóa mặt cắt dọc.

Phương pháp tối ưu hoá thiết kế mặt cắt dọc trên máy tính có rất nhiều như

phương pháp phân tich, phương pháp liên tục, phương pháp sai phân cục bộ, phương

pháp bậc thang, phương pháp hình chiếu bậc thang v.v.. Sự khác nhau của phương

pháp này là ở chỗ vấn ñề ñề xuất và mức ñộ chặt chẽ của phương pháp tối ưu hóa;

mức ñộ lời giải tìm ñược tiệm cận với lời giải tối ưu; các nhân tố chủ yếu và mức ñộ

ñầy ñủ có ảnh hưởng ñối với vị trí tuyến; cũng như thới gian của máy tính v.v..

64

Hàm mục tiêu của bài toán thiết kế tối ưu mặt cắt dọc tuyến là hàm bậc 2 phân

ñoạn, có thể thấy ñây là hàm lồi, còn các ràng buộc của nó là bậc nhất. Phương pháp

hình chiếu bậc thang thích hợp với việc giải các vấn ñề quy hoạch phi tuyến có ràng

buộc tuyến tính này. Còn hàm mục tiêu có thể tính toán theo phương pháp vi phân

biến số.

Nguyên lý cơ bản của phương pháp chiếu bậc thang là dùng hình chiếu bậc

thang âm - ∇F(xq) của hàm mục tiêu trên tập giao của mặt cong các ràng buộc thuộc

ñiểm xq ñể giải tìm cực tiểu của bài toán.

5.7.4.3. "Trang sức" mặt cắt dọc kiểu mắt xích.

Trang sức ở ñây là tu chỉnh mặt cắt dọc kiểu mắt xích thành mặt cắt dọc dốc

dài. Phương pháp cơ bản của nó như sau:

- Dùng kĩ thuật ñồ họa của máy tính ñem mặt cắt dọc kiểu mắt xích tối ưu phân

thành các ñoạn dốc gò bó và thoải.

- Dùng máy tính tiến hành trang sức tự ñộng các ñoạn dôc gò bó và dốc thoải.

- Dùng kĩ thuật ñồ họa kiểu giao nhau ñể hoàn thiện kết quả trang sức tự ñộng.

Nguyên tắc trang sức tự ñộng là: mặt cắt ñoạn dốc dài ñã chỉnh sửa, dưới tiền

ñề thoả mãn yêu cầu quy phạm, sao cho tổng bình phương chênh lệch cao ñộ giữa

các ñiểm 50 m trên mặt cắt thiết kế với các ñiểm tương ứng trên mặt cắt dọc kiểu

xích tối ưu là nhỏ nhất.

5.7.4.4. Vẽ bản vẽ mặt cắt dọc.

Chiều ngang trong bản vẽ mặt cắt dọc tuyến là biểu thị chiều dài tuyến, còn

chiều ñứng biểu thị cao ñộ. Bản vẽ mặt cắt dọc tuyến gồm 2 nội dung: Các số liệu và

tài liệu về tuyến, sơ ñồ mặt cắt dọc tuyến. Bản vẽ mặt cắt dọc tuyến ở kết quả cuối

cùng cần ñược vẽ thành bản vẽ theo mẫu tiêu chuẩn của "bản vẽ ñường sắt". Kết quả

trung gian, có thể vẽ thành bản vẽ có một số ñơn giản bớt ñi so với bản vẽ tiêu chuẩn,

chẳng hạn chỉ cần vẽ bình ñồ, ñộ dốc thiết kế và cao ñộ vai ñường thiết kế.

5.7.5. Thiết kế bình ñồ tuyến có sự bổ trợ của máy tính.

Lấy DTM và "bản ñồ ñịa hình ñiện tử" làm cơ sở sử dụng kĩ thuật ñồ họa trao

ñổi nhau và kết hợp với kĩ thuật tối ưu ñể hoàn thành công tác thiết kế bình ñồ

phương án tuyến.

5.7.5.1. Phương án bình ñồ tuyến ban ñầu.

Có thể dùng phương pháp thủ công ñể lập bình ñồ ban ñầu hoặc dùng máy tính

ñể lập tự ñộng bình ñồ ban ñầu.

5.7.5.2. Tối ưu hoá liên hợp bình ñồ và trắc dọc tuyến.

65

Xuất phát từ phương án bình ñồ ban ñầu, tiến hành tối ưu hoá liên hợp cả bình

ñồ và trắc dọc, dùng làm căn cứ xét chọn tổng hợp phương án.

Khi mặt cắt dọc lấy cao ñộ thiết kế Z của 5 ñiểm ñổi dốc làm biến số thiết kế,

bình ñồ lấy bán kính ñường cong R và toạ ñộ x, y của ñiểm dổi dốc làm biến số thiết

kế thì mô hình toán học của thiết kế tối ưu liên hợp bình ñồ, trắc dọc là:

min f(x,y,z)

gj(x,y,R) ≥ 0 (j = 1,2,...p)

hk(z) ≥ 0 (k = 1,2,....q)

Lấy chi phí vận doanh công trình tính ñổi nhỏ nhất làm hàm mục tiêu ñể tối ưu

hoá liên hợp bình ñồ, trắc dọc, lúc ñó lấy bán kính ñường cong nằm làm biến số liên

tục, dốc dọc là dốc kiểu xích, hàm mục tiêu tương ứng là:

f = ∇(f1 + f2 + f3 + f4 + f5 + f6) + E1 + E2

Trong công thức ∇, f1, f2, f3, f4, f5, f6, E1, E2 lần lượt là hệ số hiệu quả ñầu tư;

chi phí công trình nền ñường, chí phí công trình cầu; chi phí công trình cống, chi phí

công trình hầm, chi phí công trình tỷ lệ với chiều dài tuyến; chi phí mua ñất; chi phí

vận doanh hàng năm có liên quan tới lượng chạy tầu; chi phí vận doanh hàng năm có

tỉ lệ thuận với chiều dài tuyến.

Theo phương pháp vi phân hàm hợp, trực tiếp tính ra dộ bậc thang ∇F của biến

ñộc lập hàm mục tiêu, sử dụng phương pháp hình chiếu bậc thang ñể tiến hành tối ưu

hoá liên hợp cả bình ñồ và trắc dọc.

5.7.5.3. Vẽ bản vẽ bình ñồ tuyến.

Sau khi ñã có bản ñồ ñịa hình thể hiện ñường ñồng mức, vẽ bản vẽ bình ñồ

tuyến thiết kế là vẽ lồng bình ñồ tuyến thiết kế lên bản ñồ ñịa hình có ñường ñồng

mức. Trước hết tính toạ ñộ phẳng của các ñiểm ñặc trưng của tuyến, cọc 100 m và

các cọc khác, thông qua biến ñổi toạ ñộ chuyển thành toạ ñộ rồi dùng hàm số vẽ

ñường thẳng và chương trình con vẽ ñường cong, vẽ ra bình diện tuyến, ghi chú các

kí hiệu và các chữ là xong. Kết cấu số liệu dùng vẽ bình ñồ tuyến có: toạ ñộ phẳng

ñiểm khởi ñầu, ñiểm kết thúc của tuyến, chiều dài ga, lý trình ñiểm ñầu và cuối của

cầu, hầm các kí hiệu loại hình ga (ga trung gian, ga nhường tránh và ga khu ñoạn),

toạ ñộ các ñỉnh ñường cong trên bình ñồ tuyến, bán kính ñường cong tròn, chiều dài

ñường cong chuyển tiếp, dấu hiệu ñường cong quay trái, quay phải, góc chuyển

hướng của ñường cong, toạ ñộ và lý trình các ñiểm chính v.v..

Câu hỏi cho chương vạch tuyến

1. Thế nào là vạch tuyến tự do, khi nào là vạch tuyến khó khăn.

66

2. Phương pháp vạch tuyến tự do.

3. Phương pháp vạch tuyến khó khăn.

4. ðặc ñiểm vạch tuyến theo ñịa hình.

5. Vạch tuyến theo ñiều kiện ñịa chất phức tạp.

6. Các phương pháp MHSðH thường dùng trong vạch tuyến.

1

CHƯƠNG 6

TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY, LỰA CHỌN LOẠI VÀ KHẨU ðỘ

CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ

6.1. PHÂN TÍCH LOẠI CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ

Công trình thoát nước nhỏ chủ yếu trên ñường sắt là cầu nhỏ và cống.

6.1.1. Cống.

Trên mạng ñường sắt tỷ lệ về mặt số lượng thì công trình cống là chủ yếu.

Nói ñến cống ta phải xét ñến các thông số là khẩu ñộ và chiều dài cống. Khẩu

ñộ cống do lưu lượng nước thoát qua quyết ñịnh. Nhìn chung cống trên ñường sắt có

khẩu ñộ từ 1m ñến 6m. Còn chiều dài cống do chiều cao nền ñường ñắp khống chế.

Số lượng ống cống nối ghép tạo nên chiều dài cống thường không hạn chế và do việc

chế tạo chiều dài ñốt cống ở công xưởng sản xuất ra nó.

Ta thường gặp ba loại cống là cống tròn cống vuông và cống vòm. Trong ñó

cống tròn là phổ biến nhất vì nó dễ thi công và phù hợp với ñiều kiện thi công cơ

giới. Cống tròn dùng khi lưu lượng cần thoát qua nhỏ hơn 15m3/s. Khi cần thoát qua

một lưu lượng nước lớn hơn 15m3/s thì cống vuông kinh tế hơn cống tròn cống vòm

dùng ở những nơi ñịa chất lòng sông (suối) tốt.

6.1.2. Cầu.

Trên tuyến ñường sắt thường thiết kế cầu bê tông cốt thép, cầu thép và cầu

vòm ñá.

Cầu ñược dùng khi lưu lượng cần thoát qua công trình là 25 - 30m3/s. Tuy

nhiên rất nhiều trường hợp cần phải so sánh kinh tế kỹ thuật ñể quyết ñịnh chọn cầu

hay cống.

Nếu ñiều kiện cho phép nên chọn cống vì kết cấu cống ñơn giản, thi công dễ,

chịu ñược tải trọng cao và ñặc biệt là không phụ thuộc vào việc thay ñổi hoạt tải tác

dụng lên cống. Nói cách khác là khi cần thay ñổi ñầu máy chạy trên tuyến thì cống

không phải gia cố thêm một cách phức tạp như cầu.

6.1.3. Các loại công trình khác.

Ngoài hai loại trên còn có cống xi phông (thường thấy trên tuyến miền núi,

cống máng và cống ngầm có hố tiêu năng (hình 6-1).

2

a) A - A a)

H×nh 6-1. C¸c lo¹i cèng ®Æc biÖt

A

A

a) Cèng ngÇm cã xi p«ng khi H ®µo < 6m

b) Cèng m¸ng v−ît khi H ®µo > 6m

6.2. BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ TRÊN BÌNH ðỒ VÀ TRẮC

DỌC.

6.2.1. Nguyên tắc bố trí công trình thoát nước trên trắc dọc.

Trong một phạm vi cục bộ giữa hai ñoạn không ñào không ñắp trên trắc dọc

bố trí công trình thoát nước ở vị trí thấp nhất của ñường ñen. Còn hai ñỉnh cao nhất

của ñường cao ñộ thiên nhiên nằm về hai phía của ñiểm không ñào không ñắp là các

ñỉnh của ñường phân thủy từ các ñiểm này trên lý trình của bình ñồ ta khoan ñược

vùng tụ nước chảy về công trình (hình 6-2).

H×nh 6-2. X¸c ®Þnh diÖn tÝch tô n−íc tr−íc c«ng tr×nh

Tuy nhiên nếu theo nguyên tắc trên mà khoảng cách giữa các cống quá gần

nhau và sườn núi thoát ta nên ñào kênh dẫn nước từ hai hay ba hố tụ nước chảy về

một công trình thoát nước ñể giảm kinh phí xây dựng công trình.

Cũng chú ý thêm rằng, nếu theo nguyên tắc trên có khi gặp trường hợp trên

ñoạn dài của trắc dọc không có công trình thoát nước. Lúc ñó ta phải bố trí công

3

trình thoát nước cấu tạo vì mặt cắt rãnh bên nền ñường ñào ñịnh hình chỉ ñủ thoát

nước cho chiều dài 500m ñường. Vậy trường hợp này ta phải bố trí thêm 2 hay 3

cống trên chiều dài 1 km. Nhưng cống này có khẩu ñộ nhỏ nhất là 1m ñể thuận lợi

cho công tác duy tu cống khi khai thác cao ñộ nền ñường tại vị trí cống phải thỏa

mãn hai ñiều kiện sau ñây:

- ðể tránh cống bị vỡ do hoạt tải thì lớp ñắp trên cống, từ ñỉnh cống ñến ñáy

ray phải dày tối thiểu là 1m. Nếu ñiều kiện này không ñược thỏa mãn với ñịa hình

phải xử lý bằng một trong hai cách là cống bản bê tông cốt thép hoặc ñào sâu lòng

suối (hạ lưu cống trũng hơn nhiều thượng lưu, cống không bị bồi) việc chọn cách nào

tùy theo kết quả so sánh phương án về kinh tế kỹ thuật.

- Cao ñộ vai ñường phải cao hơn mực nước dâng trước cống một ñoạn dự trữ.

Nếu cầu nhỏ, cống bán áp, cống không áp khẩu ñộ nhỏ dưới 2m thì ñoạn dự trữ là

0,5m. Còn nếu là cống bán áp ñường kính 2m trở lên ñoạn dự trữ là 1m.

Không nhất thiết mọi ñiểm thấp nhất cục bộ của trắc dọc phải bố trí công

trình thoát nước, mà cho phép ñưa dịch vị trí cống lên lừng chừng bờ suối ñể giảm

chiều dài và dễ thi công nhưng với ñiều kiện phải ñào sâu lòng suối và ñào rãnh thoát

nước ở hạ lưu. Nếu phải làm cầu tại vị trí nền ñắp cao cũng cần so sánh thêm với

phương án mở rộng khẩu ñộ ñể giảm chiều cao công trình và chiều cao nền ñắp trước

công trình.

6.2.2. Bình ñồ của công trình thoát nước.

Nói chung công trình thoát nước phải vuông góc với dòng chảy. Như vậy sẽ

có lợi là chiều dài công trình ngắn và thi công thuận lợi. Nhưng lại làm cho ñường

dài vì phải quanh co, chất lượng khai thác ñường kém ñến khi không thiết kế tuyến

qua sông ñược, cho nên ñối với công trình thoát nước nhỏ thì vị trí của nó do vị trí

của tuyến ñường quyết ñịnh. Như vậy sẽ xảy ra một ñiều là công trình phải chéo với

dòng chảy. Khi ñó phải làm miệng cống xiên hoặc làm công trình ñiều chỉnh và bảo

vệ. Có nghĩa là khi làm công trình chéo với dòng chảy ta vẫn áp dụng thiết kế kết cấu

công trình ñịnh hình nhưng phải sửa ñổi lại theo ñịa hình.

Ở những ñoạn suối cong trên vùng núi lại có nước chảy thường xuyên thì vị

trí công trình tốt nhất là di chuyển về vị trí khô ráo ở gần ñấy và sau khi làm xong

công trình sẽ cho nắn thẳng suối bằng cách ñào một ñoạn sông nhân tạo, giải quyết

như vậy vừa cải thiện ñược chế ñộ chảy vừa tạo ñiều kiện tất thuận lợi cho thi công.

6.3. NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN THỦY VĂN

Lưu lượng tính toán là cơ sở ñể tính toán thủy lực, thủy văn cho cầu nhỏ và

4

cống. Tùy theo mỗi giai ñoạn thiết kế ta áp dụng các công thức tính Q một cách gần

ñúng hay chính xác ñể xác ñịnh lưu lượng tính toán và khẩu ñộ công trình.

Sau khi ñã có lưu lượng tính toán bằng việc tính toán thủy lực ta ñược một số

phương án khẩu ñộ cống hay cầu nhỏ khác nhau. Trong mỗi phương án kèm theo các

thông số kỹ thuật như chiều cao nước dâng, vận tốc nước chảy ở thượng lưu và hạ

lưu, cao ñộ nền ñường phải ñắp tối thiểu ở công trình, biện pháp gia cố thượng lưu và

hạ lưu. So sánh các phương án có khẩu ñộ khác nhau ñó về kinh tế, kỹ thuật ñể chọn

ra phương án tốt nhất.

6.4. TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY DO MƯA RÀO

6.4.1. ðặc tính của mưa.

Ở nước ta khác với các nước châu Âu là dòng chảy chỉ hình thành do mưa rào

mà không có dòng chảy do băng tuyết tan.

Vì nằm ở vùng khí hậu nhiệt ñới nên cường ñộ mưa và lượng mưa rất lớn còn

thời gian mưa có thể kéo dài vài ngày.

Theo nghiên cứu công thức tính cường ñộ mưa rào của miền Bắc Việt Nam

có dạng:

( ) 66,012

log5,1210

+

+=

t

Nam

Muốn tính cho vùng nào cụ thể thì nhân thêm hệ số K1 là hệ số khí hậu ñể

chuyển trị số cường ñộ mưa rào chung về nơi tính toán:

281

1S

K =

S1 - Vũ suất của vùng thiết kế ứng với P = 1%

28 - Vũ suất trung bình của toàn miền Bắc ứng với tần suất 1%.

6.4.2. ðặc tính của dòng chảy do mưa rào và lưu lượng thiết kế.

Dòng chảy lớn nhất do mưa rào từ lưu vực chảy về (lưu lượng) phụ thuộc vào

các yếu tố sau:

- Diện tích lưu vực F (km2) và hình thức của nó

- Cường ñộ mưa rào, thời gian mưa

- Tổn thất của dòng chảy do thấm xuống ñất, do cây cỏ giữ lại, do nước bị

tích lại trên suối và các hoạt ñộng kinh tế của con người v.v...

- ðiều kiện nước chảy từ lưu vực về công trình, chiều dài suối, chiều rộng

sườn lưu vực; ñộ dốc của sườn núi và lòng suối, ñộ nhám của chúng.

5

- Tính chất mưa không ñồng ñều trên lực vực, N.E ðôngov ñã thể hiện hình

dạng phức tạp của dồng chảy do mưa rào như sau:

+ Thời ñoạn ñầu là thời ñoạn mà tất cả nước mưa rơi xuống ñều bị ngấm

xuống ñất, bị giữ lại trên mặt ñất và trên cây cỏ.

C−

êng

®é m

−a v

µ d

ßng

chÈy

Thêi ®o¹n h×nh thµnh dßng ch¶y

Thêi ®o¹n ®Çu

T4T3T2T1

H×nh 6-3. BiÓu ®å thuû lùc dßng ch¶y do m−a rµo cña N.E §«ngov

t phót

Thêi ®o¹n n−íc rót

Thêi ®o¹n n−íc d©ng

mm/gi©y

m−a

B C

A D

+ Khi cường ñộ mưa lớn hơn cường ñộ tổn thất do thấm và cây cỏ giữ trên

mặt ñất, bắt ñầu sinh dòng chảy và sẽ lớn dần. Thời gian có lượng dòng chảy lớn

nhất là thời gian ñể một giọt nước từ ñiểm xa nhất chảy về suối, thời ñoạn này là thời

ñoạn nước dâng (AB).

+ Giai ñoạn chảy toàn bộ (BC): Thời ñoạn hình thành dòng chảy.

+ Giai ñoạn nước rút (CD).

Về vấn ñề ñịnh lượng tính toán là một bài toán kinh tế và kỹ thuật nó cần phải

ñược gắn chặt với ý nghĩa công trình thiết kế, thời gian phục vụ giá thành công trình

v.v... Vậy cần phải chọn cường ñộ mưa tính toán có xét tới tần suất của nó, tần suất

này phải ñược xác ñịnh theo ý nghĩa kinh tế và chính trị của công trình và tính chất

của lũ.

6.4.3. Cơ sở lý thuyết tập trung nước từ lưu vực.

Quy luật nước chảy từ các sườn dốc lưu vực vê công trình thoát nước các tác

giả ñã nhận thấy: lưu lượng nước mưa chảy về công trình tăng dần theo thời gian và

ñạt trị số cực ñại khi giọt nước từ ñiểm xa nhất trên lưu vực kịp chảy về công trình.

Giả thiết cường ñộ mưa toàn lưu vực không thay ñổi, lưu vực có dạng ñều

như quyển sách gấp ñôi giữa là lòng suối, diện tích lưu vưc là F, thời gian cung cấp

nước là thời gian ñể một giọt nước xa nhất trên lưu vực kịp chảy về công trình là tc,

6

vẽ trên lưu vực những ñường ñồng thời gian nước chảy về công trình sau 1', 2', 3', 4'

... Dien tích lưu vực có nước kịp chảy về công trình sau thời gian trên là f1, f2, f3, f4

..., a là chiều dầy lớp nước trên lưu vực do mưa trong một phút (cường ñộ cung cấp

dòng chảy), ta có quy luật thay ñổi lưu lượng qua mặt cắt công trình như sau:

§−êng s¾t

H×nh 6-4. B×nh ®å dßng ch¶y trªn s−ên nói, l−u vùc

Suèi

§−êng ph©n thuû

cïng thßi gian§−êng n−íc

f1

f2

f3

f4

1'

2'

3'

4'f5

Sau phút thứ nhất chỉ có phần diện tích f1, của lưu vực, nước mưa kịp chảy

tới mặt cắt công trình, do ñó lưu lượng nước chảy tại công trình là:

Q1 = f1.a

Lúc này lượng nước mưa tại diện tích f4 mới kịp chảy về f3 và f3 về f2 còn f2

về f1.

Sau phút thứ hai ngoài phần diện tích f1 có thêm lượng nước mưa từ f2, do ñó.

Q2 = (f1 + f2).a.

Cũng lập luận tương tự có lưu lượng nước chảy về công trình sau phút thứ 3,

4:

Q3 = (f1 + f2 + f3).a

Q4 = (f1 + f2 + f3 + f4).a

Dạng tổng quát công thức xác ñịnh lưu lượng nước chảy về công trình sau

phút thứ t

∑=

=

=bk

k

kkt faQ

1

Nếu có xét ñến tổn thất và ñơn vị dùng thì công thức tên trở về dạng sau:

( )FiKax

Q m −= 1

2

max 601000

1000

hay

Qmax = 16,67 (am K1 - i) F

7

Khi tB < tC chỉ cú một phần diện tớch lưu vực cú nước kịp chảy về cụng

trỡnh thoát nước ∑ = Ff k ϕ

Qmax = 16,68 (am K1 - i) ϕ F

Trong ñó:

ϕ - Hệ số dồng chảy (ϕ < 1)

am - Cường ñộ mưa xác ñịnh theo (6 - 1) tính bắng mm/phút.

i - Cường ñộ thấm tùy theo loại ñất mm/phút

F - Diện tích lưu vực tụ nước km2.

Qmax - Lưu lượng cực ñại m3/s.

Như vậy, chưa xác ñịnh ñược ảnh hưởng của các cơn mưa nối tiếp nhau ñến

chế ñộ thuỷ văn của một công trình cụ thể, và cũng không xác ñịng ñược ảnh hưởng

tác ñộng qua lại của các dòng chảy trong cùng một hệ thống sông suối, chịu ảnh

hưởng của các cơn mưa riêng rẽ lệch pha nhau về thời gian. ðồng thời cũng không

xác ñịnh ñược ảnh hưởng tác ñộng qua lại của các công trình thoát nước với nhau.

6.4.4. Quy trình tính dòng chảy do mưa rào của Viện Thiết kế giao thông Việt

Nam 1979.

Năm 1979 Viện Thiết kế giao thông Việt Nam ban hành tạm thời "quy ñịnh

tính dòng chảy lũ do mưa rào ở lưu vực nhỏ" và lưu lượng cực ñại ñược xác ñịnh

theo công thức của Viện Thủy văn Nhà nước Liên Xô.

Q = Apα Hp δ F

Hp - Lượng mưa ứng với tần suất p%

Ap - Mô ñuyn tương ñối của dòng chảy lớn nhất

α - Hệ số dòng chảy cũ, phụ thuộc vào ñặc trưng lớp phủ mặt của lưu vực,

lượng mưa ngày và diện tích lưu vực.

δ - Hệ số sét ảnh hưởng của hồ ao, ñầm lầy.

Việc tính toán thuỷ văn như trên dựa trên cơ sở lượng mưa ngày chưa quan

tâm ñầy ñủ ñến ảnh hưởng của thời gian mưa (cơn mưa dài hay ngắn) và mức ñộ

biến thiên cường ñộ mưa. Mặc dù có xét ñến ảnh hưởng của cường ñộ mưa một cách

gián tiếp thông qua việc tính toán thông số thời gian tập trung nước trên sườn dốc τs,

rồi từ ñó tra ra Moñun lũ tương ñối Ap, với nguyên tắc τs càng nhỏ, thì mô ñun

tương ñối Ap càng lớn. Tuy vậy vẫn chưa triệt ñể ở chỗ: trị số Ap ñược rút ra bằng

phương pháp thống kê, do ñó chỉ phù hợp với quy luật xác suất thống kê mà không

ñảm bảo mức ñộ chính xác trong những trường hợp cá biệt. Mặt khác trị số Ap là

8

hàm số phụ thuộc 2 biến số τs và Φ1, với cỏch lập hầm số thống kờ theo nhiều biến

như vậy và phạm vi cơ sở dữ liệu ñể xây dựng quy luật xác suất thống kê rất rộng sẽ

ảnh hưởng tới mức ñộ chính xác. Công thức năm 1979 có 3 thông số bất biến là Hp,

δ, F và thông số α thực ra cũng là thông số bất biến sau khi ñã xác ñịnh ñược cấp ñất,

H1%và F sẽ tra bảng và chọn ra trị số α với tư cách là hằng số cố ñịnh. Như vậy thực

chất giá trị Ap phải ñại diện cho tất cả các thông số còn lại nên bảng tra Ap phải

ñược xây dựng trên kết quả sử lý các xác suất thống kê của tất cả các biến ñó.

Riêng ñối với miền núi thường có lưu vực nhỏ, ñộ dốc lớn, thời gian tập trung

dòng chảy nhỏ nên tồn tại một thực tế là: Cơn mưa có tổng lượng mưa nhỏ nhưng

thời gian mưa ngắn, cường ñộ mưa lớn, thời gian tập trung dòng chảy nằm trọn vẹn

trong khoảng thời gian có ñộ dài Tc và có cường ñộ mưa lớn sẽ cho lưu lượng Qmax

lớn hơn nhiều so với cơn mưa có tổng lượng mưa lớn nhưng thời gian mưa dài và

cường ñộ mưa nhỏ.

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt ñới gió mùa, ñịa hình ñan xen nhiều dạng,

nên sự khác biệt của chế ñộ mưa lại càng trở thành vấn ñề quan tâm.

Ngoài công thức vừa nêu ñã ñược dùng trong thực tế ở Việt Nam hiện nay,

thì còn nhiều công thức khác ở dạng chính xác hay gần ñúng (tham khảo cuốn Công

trình vượt sông).

6.5. XÁC ðỊNH KHẨU ðỘ VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC

6.5.1. Các chế ñộ làm việc của cống.

Căn cứ vào chiều sâu ngập nước trước cống và loại miệng cống mà cống có

khả năng làm việc theo các chế ñộ sau ñây:

6.5.1.1. Không áp nếu H ≤≤≤≤ 1,2 Hcv (ñối với miệng cống loại thường).

H ≤ 1,4 hcv ñối với miệng cống theo dạng dòng chảy.

Trong ñó: H chiều cao nước dâng trước cống

Hcv - chiều cao cống ở cửa vào.

9

H

Hcv

H k

(0,7 - 0,8)Hk

H×nh 6-5. ChÕ ®é lµm viÖc cña cèng kh«ng ¸p (miÖng cèng th−êng)

H kH

Hcv

H×nh 6-6. ChÕ ®é lµm viÖc cña cèng kh«ng ¸p (miÖng cèng d¹ng dßng ch¶y)

(0,7 - 0,8)Hk

6.5.1.2. Bán áp nếu H > 1,2 Hcv và miệng cống loại thông thường.

H

H×nh 6-7. ChÕ ®é lµm viÖc cña cèng b¸n ¸p (miÖng cèng th−êng)

Ho

Trường hợp này ở cửa cống ngập nước toàn bộ nhưng tiếp theo ñó thì nước

chảy có mặt thoáng tự do.

6.5.1.3. Có áp nếu H >1,4 Hcv , và miệng cống theo dạng dòng chảy ñộ dốc

cống nhỏ hơn dốc ma sát, trường hợp này trên phần lớn chiều dài cống, nước ngập

hoàn toàn, chỉ có cửa ra có thể có mặt thoáng.

10

H

H×nh 6-9. ChÕ ®é lµm viÖc cña cèng cã ¸p

Khi mực nước ngập trước cống khá lớn chế ñộ chảy có áp có thể xảy ra cho

trường hợp miệng cống thông thường. Nhưng hiện tượng ấy không xảy ra liên tục và

cống vẫn làm việc như chế ñộ bán áp. ðể ñảm bảo an toàn loại này tính toán như chế

ñộ chảy bán áp.

Nói chung khẩu ñộ cống ñược xác ñịnh theo chế ñộ không áp, cống nằm ở

khu vực có vật trôi, mức nước chảy trong cống phải cách ñỉnh cống một ñoạn như

trong quy trình.

Một số trường hợp cá biệt cần phải thiết kế cống bán áp và có áp thì phải lưu

ý biện pháp cấu tạo ñảm bảo sự ổn ñịnh của cống và nước không thấm qua nền

ñường.

Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu có ảnh hưởng rất quan trọng ñến khả

năng ổn ñịnh tổng thể công trình, ñặc biệt là ở nơi ñịa hình miền núi cao thường có

ñộ dốc ngang lớn, mức ñộ ổn ñịnh chống trượt ngang của nền ñắp ngay trong trường

hợp chưa phát sinh áp lực thuỷ ñộng và chênh lệch áp lực thuỷ tĩnh cũng ñã thường

bị ñe doạ. Mặt khác vật liệu ñắp nền ñường ở hai ñầu công trình thường dùng các

loại hạt rời như cát sạn, ñá thải... sẵn có từ lòng suối hoặc nền ñào, dễ kiếm hơn cả

vật lệu ñất dính, nên dễ phát sinh dòng thấm làm trôi sụt nền ñường. Do ñó trong

mỗi công trình cụ thể thì việc tính toán chính xác trị số ∆H thượng hạ lưu có một ý

nghĩa quan trọng.

6.5.2. Tính toán khả năng thoát nước của cống khi ñộ dốc của cống ic nhỏ hơn

ñộ dốc phân giới ik.

Khả năng thoát nước của cống QC tùy thuộc vào chế ñộ làm việc của nó,

ñược xác ñịnh theo công thức sau ñây:

6.5.2.1. Chế ñộ không áp.

( )CCCC hHgQ −= 2ωϕ . (6 - 1)

Trong ñó

ϕC - Hệ số vận tốc khi cống làm việc không áp thường lấy bằng 0,82 - 0,85

11

cho tất cả cỏc loại miệng cống trừ loại làm việc theo dạng dũng chảy ñảm bảo cho

chế ñộ chảy có áp.

ωC - Tiết diện nước chảy tại chỗ bị thu hẹp trong cống

hC - Chiều sâu nước chảy trong cống tại chỗ thu hẹp thường lấy hC = 0,9hk.

hk - ðộ sâu phân giới

g - Gia tốc trọng trường lấy bằng 9,81 m/s2.

Vì giữa H và hC có quan hệ (phương trình Bécnuli)

2

2

2 ϕgV

hH CC += (6 - 2)

Thay ϕ = 0,85 và hC = 0,9hk = 0,73 g

VC2

ta có:

hg

VH C 2431

2

≈= , (6 - 3)

và QC = 0,85 gHCω (6 - 4)

ðối với tiết diện chữ nhật: ωC = 0,5b.H do ñó:

QC = 0,425b 3gH hay Q = 1,33 b H3/2 (6 - 5)

Công thức này cũng dùng ñể xác ñịnh khả năng thoát nước cầu nhỏ.

ðối với tiết diện hình tròn, ωC ñược xác ñịnh trong ñồ thị sau:

Ở ñồ thị này cho quan hệ giữa 2d

Cω với

d

hC (d - ñường kính ống cống). Biết

ñược hC và d tra ñồ thị có ωC , rồi theo công thức xác ñịnh QC.

H×nh 6-10. §å thÞ x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng

0,40,20 w0,6 2

d

0,5

Rd

w

hc

c

h×nh häc tiÕt diÖn h×nh trßn

6.5.2.2. Chế ñộ bán áp.

12

( )hHgQC −= 2ωϕ (6 - 6)

Trong ñó:

h = 0,6 hcv (hcv - chiều cao cống ở cửa vào) thông thường hệ số vận tốc ϕ =

0,85 và ω = 0,6 ωcv do ñó:

( )cvcvC hHgQ 6,0251,0 −= ω (6 - 7)

Trong ñó

ωcv - Tiết diện cống ở cửa vào, dễ dàng xác ñịnh ñược.

6.5.2.3. Chế ñộ có áp

( )ddaC hHgQ −= 2ωϕ (6 - 8)

Trong ñó ωd và hd. Tiết diện nước chảy và chiều cao phần cơ bản của cống

(khẩu ñộ cống).

a - Hệ số vận tốc lấy bằng 0,95 (miệng cống hình dòng chảy, ñảm bảo chế ñộ

chảy ngập).

ðể tiện cho việc sử dụng người ta ñã lập bảng tính sẵn khả năng thoát nước

của cống (bảng phụ lục 1) tùy thuộc vào khẩu ñộ và mực nước ngập trước cống ñồng

thời bảng còn cho trị số tốc ñộ nước chảy ở cửa ra của cống.

Chú ý: Sau ñây là các ñiều kiện ñể lập bảng trên.

- Cống không bị ngập ở hạ lưu (hk > 1,3 hb) hb là chiều sâu nước chảy bình

thường sau cống.

- ðộ dốc của công ñặt theo ñộ dốc phân giới (ik) cho trường hợp cống không

áp và ñặt theo ñộ dốc ma sát in cho trường hợp cống có áp.

- Vận tốc nước chảy trước cống bằng 0.

6.5.3. Trình tự tính toán cống.

Sau khi chọn loại cấu tạo cống, căn cứ vào lưu lượng ñể chọn ra một số

phương án khẩu ñộ dựa theo các công thức (6 - 1), (6 - 2) hoặc phụ lục 1. Cũng từ ñó

xác ñịnh ñược chiều sâu H, vận tốc V. Dựa vào H và V mà ñịnh ra cao ñộ nền

ñường (ngược lại là kiểm tra cao ñộ nền ñường ñã thiết kế), xác ñịnh các biện pháp

gia cố thượng hạ lưu cống rồi tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật ñể chọn phương án

thích hợp nhất.

6.5.4. Các trường hợp tính toán thủy lực cống.

Tùy theo ñiều kiện cụ thể mà tính toán cống

Có thể phân ra hai trường hợp.

- Biết mực nước dâng cho phép (cao ñộ nền ñường cho phép) tốc ñộ nước

chảy cho phép (vật liệu gia cố thượng lưu và hạ lưu cống) cần xác ñịnh khả năng

13

thoát nước của cống (xác ñịnh khẩu ñộ cống).

- Biết lưu lượng nước cần phải thoỏt qua cụng trỡnh xỏc ñịnh một số phương

án khẩu ñộ cống và các yếu tố thủy lực H, V. Dựa vào H và V ñịnh cao ñộ nền

ñường tối thiểu, biện pháp gia cố thượng, hạ lưu cống và tiến hành so sánh các chỉ

tiêu kinh tế kỹ thuật ñể quyết ñịnh phương án có lợi nhất.

Khi tính toán cần chú ý những công thức trên và phụ lục 1 cho khả năng thoát

nước của cống vì vậy khi dựa vào trị số lưu lượng từ lưu vực ñể ñổ về ñể xác ñịnh

khẩu ñộ cống phải xét tới ảnh hưởng của hiện tượng tích nước trước công trình ñã

làm cho khả năng thoát nước của cống bé hơn lưu lượng cực ñại từ lưu vực về.

Cao ñộ tối thiểu của nền ñường cần ñược quán triệt theo mục 2.

Chọn chế ñộ làm việc của cống nói chung nên chọn loại không áp.

6.5.5. Tính toán thủy văn cho cống hở (rãnh hở).

Trong các trường hợp ñường sắt chạy trong thành phố, thị xã, cảng biển

không có ñiều kiện làm cống ngầm thì phải làm cống lộ thiên. ðương nhiên trường

hợp này khẩu ñộ cống nhỏ 0,5 - 0,7m tương ñương với lưu lượng thoát qua QP ≤

3,5m3/s và chiều sâu rãnh không quá 2m. Chiều sâu mực nước cho phép trong rãnh y

= h - 0,5 trong ñó: h là chiều cao nền ñường lấy ở trắc dọc mặt khác y = 1,6 g

V 2

do

ñó 6,1

.gyV = .

Khẩu ñộ cống hở tính theo công thức sau: 3

.

V

gQb P

µ=

0,5

m

h

H×nh 6-11. KÕt cÊu kiÕn tróc tÇng trªn vµ r[nh hë

6.6. TÍNH TOÁN THỦY LỰC CẦU NHỎ

6.6.1. Khái niệm.

ðể áp dụng các công thức thủy lực của Sê Ri, Ba Danh ta phải giả thiết.

14

1. Mặt ñáy công trình coi như ngang.

2. Lực cản dòng chảy khi vào và ra công trình là một lượng vô cùng bé.

3. Mặt nước trong công trình nằm ngang dù chỉ từng ñoạn một trong giới hạn

ñó dòng chảy ổn ñịnh và song song.

Như trên ñã nói do các giả thiết này nên ta ứng dụng hiện tượng nước chảy

qua ñập tràn ñỉnh rộng ñể tính toán thủy văn cho cầu.

Hình vẽ và khái niệm các chế ñộ chảy của nước dưới cầu.

H

Hc

Hk

Hδ

a) Ch¶y tù do (kh«ng ngËp)

HδH

b) Ch¶y kh«ng tù do (ngËp)

Qua hình vẽ ta thấy:

- Chảy tự do: Mực nước nhảy sóng nhưng mực nước hạ lưu không ảnh hưởng

ñến mực nước ở thượng lưu.

- Chảy ngập: Mực nước êm nhưng mực nước hạ lưu ảnh hưởng ñến mực

nước thượng lưu.

Do vậy:

- Nếu hδ ≤ 1,3 hk nước chảy theo chế ñộ tự do trong ñó hk chiều sâu nước

chảy dưới cầu, hδ - chiều sâu nước chảy tự nhiên ở hạ lưu.

- Nếu hδ > 1,3 hk chảy theo chế ñộ chảy ngập, chiều sâu nước chảy dưới cầu

bằng chiều sâu nước chảy lúc tự nhiên ở hạ lưu hδ.

- Nếu ñộ dốc dưới cầu lớn hơn ñộ dốc phân giới ik tính như dốc nước.

6.6.2. Trình tự tính toán thủy lực cầu nhỏ.

- Xác ñịnh tốc ñộ và chiều sâu nước chảy trong suối lúc tự nhiên. Giả thiết

các chiều sâu nước chảy trên suối 1, 2, 3, 4 mét ứng với mỗi chiều sâu ñó tính lưu

lượng theo các công thức Sêri, Mawinh hay Pavlôpsky, có các số liệu về lưu lượng

ứng với các chiều sâu khác nhau về quan hệ hδ - Q. Dựa vào ñường quan hệ hδ - Q

ứng với lưu lượng thiết kế QC xác ñịnh chiều sâu nước chảy hδ và tốc ñộ nước chảy

Vδ (hình 6-13, 6-14).

- Chọn phương án xử lý lòng suối, tùy theo ñịnh hình cụ thể và khẩu ñộ cầu

chọn phương án xử lý lòng suối dưới cầu (ñào lòng suối ñể có dạng chữ nhật và gia

15

cố hay ñể lòng suối có dạng tự nhiên, dùng mố có mố ñất 1/4 nón hay không có 1/4

nón v.v...).

- Xác ñịnh chiều sâu phân giới hk từ ñiều kiện

g

Q

B

C

K

K

232 αωε= (6 - 9)

Trong ñó BK ωK chiều rộng lòng suối có tiết diện chảy ứng với chiều sâu hk.

ε - Hệ số thu hẹp lấy như sau: ε = 0,90 mố có mặt ñất 1/4 nón.

ε = 0,80 mố cầu không có 1/4 nón.

ðối với tiết diện lòng suối dưới cầu là hình chữ nhật:

g

Vh KK

2α= (6 - 10)

Trong ñó α - Hệ số Kôriolit, lấy bằng 1 - 1,1

ðối với tiết diện lòng suối hình thang:

m

mBBh

KkK

K 2

422 ω−−= (6 - 11)

Trong ñó BK và ωK xác ñịnh từ công thức:

2

.

V

QgB CK αε

= , K

CK

V

Q

ωω = (6 - 12)

VK - Tốc ñộ nước chảy lấy bằng tốc ñộ cho phép của vật liệu gia cố dưới cầu

(chọn theo bảng sau).

A - Vận tốc cho phép không xói của các loại gia cố.

Chiều sâu dòng nước

TT Loại gia cố 0,4 1,0 2,0 3,0

Tốc ñộ nước chảy trung bình m/s

1 2 3 4 5 6

1 Lát cỏ (nằm trên nền chắc) 0,9 1,2 1,3 1,4

Lát cỏ trồng thành tường 1,5 1,8 2,0 2,2

2 ðổ ñá ba và ñá hộc với kích thước ñá từ

7,5cm và lớn hơn

với 0,9

3 ðổ ñá hai lớp trong lưới ñá với kích

thước khác nhau

Theo phụ lục B nhân thêm với 1,1

16

4 Lát ñá một lớp trên lớp guột hay rơm rạ

(lớp này không bé hơn 5cm)

a. Loại ñường kính 15cm 2,0 2,5 3,0 3,5

b. Loại ñường kính 20cm 2,5 3,0 3,5 4,0

c. Loại ñường kính 25cm 3,0 3,5 4,0 4,5

5 Lát ñá trên lớp ñá dăm hay sỏi (lớp ñá

dăm không bé hơn 10cm)

a. Bằng ñá cỡ 15cm 2,5 3,0 3,5 4,0

b. Bằng ñá cỡ 20cm 3,0 3,5 4,0 4,5

c. Bằng ñá cỡ 25cm 3,5 4,0 4,5 5,0

6 Lát ñá cẩn thận, các kẽ có chèn chặt ñá

con, trên lớp ñá dăm (hay sỏi) lớp ñá

dăm không bé hơn 10cm

a. Bằng ñá cỡ 20cm 3,5 4,5 5,0 5,5

b. Bằng ñá cỡ 25cm 4,0 4,5 5,5 5,5

c. Bằng ñá cỡ 30cm 4,5 5,0 6,0 6,0

7 Lát ñá hai lớp trên lớp ñá dăm (hay sỏi)

lớp dưới ñá cỡ 15cm

Lớp trên 20cm (lớp ñá dăm lót không bé

hơn 10cm)

3,5 4,5 5,0 5,5

8 Gia cố bằng bó thân cây hay cành cây

trên nền ñá ñầm chặt (ñể gia cố tạm

thời)

a. Lớp gia cố 20 - 25cm 2,0 2,5

b. Với các chiều dày khác Như mục 8a nhân với hệ số ñiều chỉnh 0,2 x

gch , hgc chiều dày lớp gia cố

9 Gia cố mềm bằng thân cây

a. Khi chiều dày là 50cm 2,5 3,0 3,5

b. Với các chiều dày khác Như mục 9a nhân với hệ số ñiều chỉnh 0,2

hgc

10 Lát ñá tảng 0,5 x 0,5 x 1,0m 4,0 5,0 5,5 6,0

11 Lát ñá khan bằng ñá vôi có cường ñộ >

100 kg/cm2

3,0 3,5 4,0 4,5

12 Lát ñá khan bằng ñá cứng với cường ñộ

> 300 kg/cm2

6,5 8,0 10,0 12,0

17

13 Gia cố bằng lớp áo bê tông mác 200 6,5 8,0 9,0 10,0

mác150 6,0 7,0 8,0 9,0

mác 100 5,0 6,0 7,0 7,5

14 Móng bê tông có trát nhẵn mặt mác 200 13 16 19 20

mác 150 12 14 16 18

mác 100 10 12 13 15

B. Vận tốc không sói cho phép trung bình khi gia cố ta luy và lòng suối.

Chiều sâu dòng nước chảy (m)

Loại gia cố Cỡ ñá (cm) 0,4 1,0 ≥≥≥≥ 2

Tốc ñộ trung bình m/s

Lát ñá ba

Cỡ nhỏ 7,5 - 10 2,5 2,6 3,0

Cỡ vừa 10 - 15 2,6 3,0 3,5

Cỡ lớn 15 - 20 3,2 3,5 4,0

Lát ñá hộc

Cỡ nhỏ 20 - 30 3,7 4,0 4,5

Cỡ vừa 30 - 40 - 4,5 4,8

Cỡ lớn 40 - 50

và lớn hơn

- 5,2

Chú ý chọn VK > Vδ

m - mái dốc của mố ñất 1/4 nón.

- Xác ñịnh khẩu ñộ cầu và chiều sâu nước dâng trước cầu.

Sau khi xác ñịnh hδ và hk, so sánh 1,3 hk và hδ có thể gặp hai trường hợp sau:

+ Nếu hδ ≤ 1,3 hk, khẩu ñộ cầu LC xác ñịnh theo công thức:

3

.

K

CKC

V

QgBL

αε== (6 - 13)

Chiều sâu nước dâng trước cầu:

2

20

2

2

22 ψα

ψα

g

V

g

VhH Kk −+= (6 - 14)

Trong ñó: ψ hệ số vận tốc, lấy như sau:

18

ψ = 0,9 - khi mố có 1/4 nón.

ψ = 0,8 - khi không ñắp 1/4 nón.

V0 - Tốc ñộ nước chảy ở thượng lưu cầu ứng với chiều sâu H.

Nếu H lớn có thể xem 2

20

2 ψαg

V ≈ 0 và

H = hk + 2

2

2 ψαg

VK ≈ 1,6 hk (6 - 15)

Khẩu ñộ cầu B và chiều cao nước trước cầu H có thể tính gần ñúng theo (6-

5).

+ Nếu h > 1,3 hk, khẩu ñộ cầu xác ñịnh theo công thức:

C

Ctb

Vh

Qb

δε.= (6 - 16)

Trong ñó VC - Tốc ñộ nước chảy dưới cầu lấy bằng tốc ñộ cho phép của vật

liệu gia cố.

btb - Khẩu ñộ cầu ứng với chiều sâu nước chảy hδ/2.

Chiều sâu nước dâng trước cầu:

H = hδ + 2

2

2

2

22 ψα

ψα

g

V

g

V CC − (6 - 17)

Căn cứ vào khẩu ñổ cầu vừa xác ñịnh, chọn chiều dài cầu ñịnh hình gần nhất

và tính lại chiều sâu H, tốc ñộ nước chảy dưới cầu VC.

- Chiều cao nền ñường tối thiểu

Hnền = H + 0,5m (6 - 18)

- Chiều cao cầu tối thiểu

Hcầu = 0,88H + t + K

Trong ñó t là tĩnh không dưới cầu

K chiều cao dầm cầu.

0,88H - Chiều sâu nước chảy dưới cầu

Theo kinh nghiệm thực tế chỉ nên gia cố lòng suối dưới cầu khi khẩu ñộ cầu

dưới 10m. Nếu khẩu ñộ cầu lớn hơn 10m phải tiến hành so sánh nó với phương án

cho phép lòng suối dưới cầu xóa ñi một chiều sâu nhất ñịnh.

6.6.3. Ví dụ tính toán thủy văn cầu nhỏ.

Biết Q300 = 16,9 m3/s, Q100 = 12,5 m2/s, cao ñộ mặt ñất trụ cầu 197,47m, cao

ñộ vai ñường 200,07 chiều dày lớp ba lát từ ñáy ray ñến vai ñường 0,75m. ðộ dốc

lòng lạch = 0,017. Hệ số nhám γ = 2,75. Tính khẩu ñộ của công trình ñó, cho biết trắc

19

ngang ñáy cầu là:

4 5

H×nh 6-13. MÆt c¾t ngang ®¸y cÇu gi¶ thiÕt

3 8

198,

03

1 97,

47

197,

97

hδ' = 198,6

xb = 2,5m

199,

02

xa = 4,8m

199,

03

1. Tính chiều sâu dòng nước phía dưới cầu, ta giả thiết những mực nước hδ

khác nhau và ñến khi nào ñược trị số hδ có trị số Q tương ñương QP. ðồng thời cũng

có hδ tạo ra Q tương ñương Qmax.

Sau khi làm nhiều lần như vậy có hδ =1,13, hδ = 0,93.

2. Tính diện tích ω ở dưới cầu khi có chiều cao hδ

42

47,19797,197

2

97,1976,1988,4

2

97,1976,198xxdc

−+

−+

−=ω

( ) ( ) ( )5,2

2

03,1986,1988

2

03,1986,19847,1976,198xx

−+

−+−+

ωdc = 12,48 (m2)

3. Tính chu vi thấm nước ở dưới cầu:

++++++= 222222 56,000,85,000,480,463,0Pdc

22 50,257,0 + = 19,60m

4. Tính bán kính thủy lực

60,19

48,12==

Pc

cRdc

ω = 0,64m

5. Vận tốc dòng chảy ở dưới cầu:

iRcV δδ = mà c =

dcR

γ+1

87 hay 611 /R

nc =

20

Vậy 007,064,0

64,0

75,21

87xxV

+=δ = 1,32 m/s

6. Tính lưu lượng

Q = ω . V = 12,48 x 1,32 = 16,5 m3/s

So sánh Q với Qmax ñã cho nếu Q < Qmax thì ñạt yêu cầu tức là

%5max

max ≤−

Q

QQ

Thay số giữa Q và Q300 ta ñược:

%51009,16

5,169,16<

−

Vậy có thể coi rằng cao ñộ 198,6 tương ñương với lưu lượng lớn nhất.

Bằng cách tương tự như vậy, chúng ta kiểm tra các cao ñộ mực nước tương

ñương Q100.

Tiết diện dòng chảy dưới cầu

ωdc = 10,2 m2

Chu vi thấm nước dưới cầu

Pδ = 17,05m

Bán kính thủy lực dưới cầu

Rδ = m59,005,17

2,10=

Vận tốc dòng chảy dưới cầu

007,059,0

59,0

75,21

87xVδ

+= = 1,18 m/s

Vậy Qδ = 10,2 x 1,18 = 12,05 m3/s.

Lập tỷ lệ hiệu số của Qδ và Q100 với Q100 ta có:

%5%6,21005,12

05,125,12<=

−x

Bằng cách ñó chiều sâu hδ là:

hδ = 198,4 - 197,47 = 0,93m

Bước 2: Chọn loại củng cố lòng lạch như sau: ñá ba loại to kích thước 20cm,

ñộ sâu dòng chảy trong công trình là 1. Tra bảng phụ lục vận tốc không xói cho phép

trung bình khi gia cố lòng suối ta ñược [v] = 3,5m/s.

21

Bước 3: Tính hk theo công thức hk = g

v2α

Với α = 1 thì ( )

mh 24,181,9

5,3 2

lg ==

So sánh hk và hδ thì:

0,9 ≤ 1,24 x 1,3

ðây là ñiều kiện chảy tự do.

Bước 4: Tính b theo công thức 3v

gqb

µ.

=

µ = 0,9 vì mố cầu hai bên là hình nón.

( )m

x

xb 2,3

5,39,0

81,95,123 ==

ðể phù hợp với chế tạo ñịnh hình ta lấy b = 4m do vậy ta phải làm lại các

bước tiếp.

Bước 5: Tính V theo b mới ñể từ ñó tính H

33

49,0

81,95,12

.

.

x

x

b

gQV

p ==µ

= 3,15 m/s

Bước 6: Tính H theo công thức

H = 1,6 hk = 1,6 ( )

18,9

15,36,1

22

=g

v = 1,53 (m)

Bước 7: Tính 'δV tương ñương Q300

33'

49,0

81,99,16

.

300

x

x

b

gxQV ==

µδ = 3,56 m/s

[V] = 3,5 m/s mà V = 3,56 m/s tức là > 2%.

Bước 8: Tính H' = 1,6 81,9

56,36,1 22 x

g

V=δ = 1,95 (m)

Bước 9: Kiểm tra cao ñộ nền ñường

Hmin = Hδ + H + 0,5 = 197,47 + 1,95 + 0,5 = 199,2

Hmin < Hnền ñường = 200,07

Bước 10: Kiểm tra chiều cao cầu tối thiểu

Hcầu = 0,88H + t + k

Chiều cao dầm = 1m, tính không 0,25m

22

Hcầu = 0,88 (197,47 + 1,95) + 0,25 + 1 = 176,73m

Vậy ñiều kiện kiểm tra chiều cao cầu ñảm bảo

Với cách làm như vậy, sau khi xác ñịnh ñược tần suất lũ p sẽ xác ñịnh Qp rồi

dùng trị số Qp này ñể tính thuỷ lực. Ta biết giá trị Qp là lưu lượng của dòng chảy

chưa bố trí công trình về nguyên tắc nó luôn có sự khác biệt với lưu lượng thoát qua

công trình, do mặt cắt ngang dòng chảy qua công trình khác biệt rất nhiều so với mặt

cắt ngang dòng chảy tự nhiên, thì tỷ lệ chênh lệch trên sẽ ñạt giá trị ñáng kể và sẽ còn

phải nghiên cứu ñầy ñủ hơn. Thậm chí khi bố trí công trình theo các phương án khác

nhau thì mức ñộ chênh lệch giữa Q lưu vực và Q thoát qua công trình cũng sẽ khác

nhau. ðiều ñó càng có ý nghĩa ñặc biệt ñối với các công trình nhỏ miền núi.

6.7. XÁC ðỊNH KHẨU ðỘ CÔNG TRÌNH CÓ XÉT ðẾN HIỆN TƯỢNG

TÍCH NƯỚC

Thực chất hiện tượng tích nước trước công trình là do khối lượng nước chảy

từ toàn bộ lưu vực về không thoát ñược kết quả công trình làm ứ ñọng lại trước công

trình. Lượng nước này làm tăng khả năng thoát nước qua công trình. Khi nước lũ

ñang lên và một thời gian sau nước lũ bắt ñầu xuống lưu lượng nước chảy qua công

trình QC nhỏ hơn lưu lượng nước từ lưu vực chảy về.

Ở bất kỳ thời ñiểm t nào lượng nước thoát qua công trình Wqc cộng với lượng

nước tích lại trước công trình Wa cũng bằng tổng lượng nước từ lưu vực về WQ.

WQ = WQC + Wa

Giả thiết chiều sâu nước chảy H xác ñịnh WQ và WQC so sánh với WQ. Trị số

Qp có thể xác ñịnh theo phương pháp ñơn giản hơn như sau:

6.7.1. Công thức P.I.Kacherin.

Giả thiết ñồ thị Q = f(t) và QC = f(t) trên hình (6-14) có dạng tam giác, ta có

thể viết.

2

.TQW = ,

2

.TQWW Ca =− chia hai ñẳng thức cho nhau ta ñược:

Q

Q

W

WW Ca =−

và cuối cùng ta ñược.

QC - Qmax

−W

Wa1 (6 - 20)

23

Qc

Q

H×nh 6-14. S¬ ®å tÝnh Qc ®Ó xÐt tÝch n−íc tr−íc c«ng tr×nh

T t

Q = f1(t)

Qc ; Q

Qc = f2(t)

Wa

QC - Lưu lượng lớn nhất thoát qua công trình

Qmax - Lưu lượng lớn nhất từ lưu vực chảy về

Wa - Thể tích nước tích lại trước công trình

W - Tổng thể tích dòng chảy.

Thể tích nước tính lại trước công trình trên thực tế là:

Xác ñịnh theo bản ñồ có ñường ñồng mức nhân với chiều cao nước dâng H.

Hoặc có thể xác ñịnh giản ñơn hơn theo các công thức sau:

6.7.2. Công thức I Gkutsnirôm.

αω cos.s

ai

HAW = (nghìn m3) (6 - 21)

Trong ñó ω là tiết diện dòng chảy tại trước công trình khi chiều cao nước

dâng H.

is - ðộ dốc công trình (%o) trong phạm vi suối ngập

α - Gốc tạo thành tim ñường và trục vuông góc với suối

A - Hệ số phụ thuộc HB.

ω lấy theo bảng phụ lục.

B - Chiều rộng suối khi ngập.

Hệ số A

HB.

ω

A

HB.

ω

A

HB.

ω

A

HB.

ω

A

1,00 0,50 0,70 0,42 0,45 0,33 0,20 0,20

24

0,90 0,48 0,65 0,4 0,40 0,31 0,15 0,16

0,85 0,57 0,60 0,39 0,35 0,28 0,10 0,12

0,8 0,46 0,55 0,37 0,30 0,26 0,05 0,07

0,75 0,44 0,5 0,35 0,25 0,23 0,00 0,00

Khi lòng suối có dạng hình tam giác

s

ai

mmW

621 += .H3 = K . H3

si

mmK

621 +

=

Trong ñó m1, m2 - hệ số mái dốc hai bờ suối

1 : m1

1 : m

2 is

WaB

H

H×nh 6-15. S¬ ®å tÝnh thÓ tÝch hå chøa Wa

®Ó xÐt tÝch n−íc tr−íc c«ng tr×nh Dựa vào kết quả tính toán trên máy tính ñiện tử A.A Kugganôvich O.V

andieev hiệu chỉnh lại công thức Kachêriu như sau:

Khi 3max ≤CQ

Q công thức (6 - 20) sẽ là

−=

W

WQQ a

C 7,01max (6 - 23)

Khi 3max >CQ

Q công thức (6 - 20) có dạng

QC = 0,62 Qmax

−w

Wa1 (6 - 24)

Trình tự xác ñịnh khẩu ñộ công trình có xét ñể tích nước trước công trình như

sau:

- Xác ñịnh trị số wa theo các chiều sâu nước H khác nhau theo các công thức.

- Vẽ ñồ thị khả năng thoát nước của công trình, tung ñộ là chiều cao nước

dâng H (H3), hoành ñộ là khả năng thoát nước của cống. ðối với các cống ñịnh hình

25

ñồ thị H3 - QC ñược lập sẵn như sau:

- Dựa vào công thức (6 - 12), (6 - 13) vẽ quan hệ QC = f (H)

- Phân tích các trị số QC tại giao ñiểm của 2 ñường cong QC = f (H) và Qcống =

f(H) sẽ có các trị số H và QC ứng với các công trình có khẩu ñộ khác nhau (hình 6-

15). Như vậy rõ ràng là ta ñược một số lời giải chứ không phải lời giải duy nhất.

Cuối cùng bằng cách so sánh các phương án theo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Chọn

phương án tối ưu.

H2

hiÖn t−îng tÝch n−íc tr−íc c«ng tr×nh

QQc1Qc3

H×nh 6-16. X¸c ®Þnh khÈu ®é c«ng tr×nh cã xÐt

H1

d2 < d1

d1

d3 < d2

H3

H×nh 6-17. Møc ®é tÝch n−íc phô thuéc vµo thÓ tÝch t−¬ng ®èi cña hå chøa n−ícW

II- Theo c«ng thøc An®iep

I- Theo c«ng thøc Kachªrin

0,70,47

0,33

Wa1

0,62 II

1

Q

I

Qc

6.8. MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẤU TẠO CỐNG ðẶC BIỆT

6.8.1. Giải pháp về thân cống.

26

Việc áp dụng các loại cống tròn có ñường kính D ≤ 1,5 m, bố trí theo các ñộ

dốc xấp xỉ bằng ñộ dốc phân giới (0,5-1 %) chỉ có thể cho giá trị lưu tốc tối ña 4m/s.

Muốn cho lưu tốc trong cống lớn hơn, phải tăng ñộ dốc cống (chế ñộ thuỷ lực chuyển

sang dạng dốc nước) và chuyển từ việc dùng nhiều khẩu ñộ sang việc dùng một

khẩu ñộ cống lớn hơn. Trong trường hợp cần thiết, phải kết hợp cả hai biện pháp

(vừa tăng khẩu ñộ, vừa tăng ñộ dốc).

Tuy nhiên ñối với cống tròn thi công lắp ghép thì việc tăng khẩu ñộ lớn hơn

giới hạn thường dùng (D = 1,5 m) sẽ gây khó khăn cho việc vận chuyển và lắp ghép;

do ñó nếu phải tăng khẩu ñộ cống thì nên dùng cống hộp, có ưu ñiểm là dễ cấu tạo

ván khuôn, nên có thể thi công theo phương pháp ñổ tại chỗ, ngoài ra nó còn có các

ưu ñiểm như trong các trường hợp cần thiết có thể cho phép bố trí những khẩu ñộ

khá lớn, do ñố có thể áp dụng các dòng chảy có các lưu lượng lớn, thậm chí có thể

thay thế cho cả một số các công trình cầu nhỏ .Với công trình thực tế hiện nay

thường dùng cống hộp kép khẩu ñộ tới 3×(4×4) m sẽ cho diện tích thoát nước lên tới

xấp xỉ 50 m2, tương ñường với khả năng thoát nước của các cầu có khẩu ñộ 10-15 m;

Khi tăng khẩu ñộ có thể ñồng thời làm tăng cả tiết diện thoát nước, ñồng thời lại làm

tăng cả lưu tốc (do cải thiện ñược chỉ tiêu bán kính thuỷ lực) mặc dù vẫn giữ nguyên

ñộ dốc. Do ñó cho hiệu quả thoát nước cao, vừa chống ñược bồi tích lại vừ ñảm bảo

hiệu quả kinh tế: như duy tu, thông cống, nạo vét trở nên thuận lợi hơn. Khi cống

hộp cao hơn 2,5 m có thể ñào xúc bằng nhân lực, khi chiều cao hộp hơn 3,5 m thậm

chí có thể dùng máy nạo vét lòng cống .

6.8.2. Về kết cấu cửa vào cống khi ñịa hình dốc ngang lớn.

Khi lưu lượng tương ñối lớn: 10- 40 m3/s dòng chảy tự nhiên phía thượng lưu

có hình dạng lòng khe rõ rệt và có ñộ dốc lớn từ 10-80 % cấu tạo cửa vào theo dạng

dốc nước. Kết cấu cửa vào ñược giới thiệu tỉ mỉ trong tập "Thiết kế ñiển hình về

cống dốc" do Viện thiết kế giao thông vận tải trước ñây nay là tổng công ty tư vấn

thiết kế Giao thông Vận tải thực hiện, trong ñó giới thiệu rất nhiều phương án bố trí

dốc nước theo các ñộ dốc và lưu lượng khác nhau, trong mỗi phương án ñó lại ñề cập

2 phương án về vật liệu.

Khi lưu lượng nhỏ hơn 5-30 m3/s dòng chảy phía thượng lưu không có hình

dạng lòng khe rõ rệt có thể cấu tạo cửa vào theo dạng dốc nước ñơn giản gồm 1 hố

thu 3 mặt dốc. Dộ dốc theo hướng nước chảy chính bố trí trong khoảng 30-50 %, hai

mặt bên có thể bố trí ñộ dốc từ 1/ 0,5 ñến 1/1 tuỳ thuộc vào chiều rộng lòng khe

thượng lưu. Việc chọn cao ñộ của mặt ñất ñắp hai bên mang cống phải kết hợp chặt

chẽ với việc chọn ñộ dốc của hai mặt bên ñể ñảm bảo có thể tập trung toàn bộ dòng

27

chảy từ lòng khe tự nhiên vào hố thu.

6.8.3 Về kết cấu cửa ra trong ñiều kiện ñịa hình dốc lớn.

Do lưu tốc trong các bộ phận công trình ñạt các giá trị lớn nhất ñể chống bồi

tích tạp chất nên cần thiết phải nghiên cứu giải pháp cấu tạo hạ lưu hợp lý ñể không

gây xói hạ lưu, một trong các nguyên nhân rất phổ biến dẫn ñến phá hoại công trình

ngay cả khi giá trị lưu tốc trong công trình mới chỉ ở giới hạn bình thường. Lúc này

ñịa hình có dốc ngang lớn, ñộ dốc lòng khe lớn; nền ñường thường ñược cấu tạo theo

dạng nền ñào chữ L do ñó không ñủ chiều dài ñể bố trí sân cống hạ lưu ñể tiêu năng

và mở rộng dòng chảy như các cống ñịnh hình thông thường; ñộ dốc cống thường bé

hơn ñộ dốc lòng khe ñể chống phá hoại cho chính kết cấu thân cống dẫn ñến hình

thành chênh cao giữa ñáy cống cửa ra với mặt ñất thiên nhiên. Vì vậy cửa ra ñược

cấu tạo theo kiểu một bậc nước ñồng thời là giếng tiêu năng bằng vật liệu ñá xây

hoặc bê tông. Nếu chênh cao giữa ñáy cống với ñáy bể tiêu năng lớn có thể cấu tạo

bể tiêu năng thành hai bậc, ñể giảm chiều cao của tường ñầu, tường cánh cũng như

chiều rộng của ñáy bể tiêu năng. Ngoài ra kết cấu cửa ra như trên còn có tác dụng

như một tường chắn gia cố chống trượt.

CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP

1. Nêu nguyên tắc bố trí công trình vượt sông nhỏ nên bình ñồ và trắc dọc.

2. Nhiệm vụ tính toán thủy văn là gì.

3. Nêu các chế ñộ làm việc của cống

4. Trình bày tính toán khả năng thoát nước của cống khi i0 < ik.

5. Nêu trình tự tính toán thủy lực cầu nhỏ.

6. Cách tính khẩu ñộ công trình có xét ñến tích nước trước công trình.

1

CHƯƠNG 7

SO SÁNH KINH TẾ - KĨ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN

7.1. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI SO SÁNH PHƯƠNG ÁN

7.1.1. Nhiệm vụ so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án.

Mục tiêu tổng quát của thiết kế ñường sắt là với lượng ñầu tư ở mức thấp nhất

có thể, thực hiện ñược nhiệm vụ vận tải yêu cầu, ñồng thời tạo ñiều kiện vận doanh

tốt, hạ giá thành vận tải. Ngoài ra, cần chú ý giảm thiểu ô nhiễm, làm ñẹp cảnh quan

môi trường, thuận tiện cho nhu cầu vận tải hàng hoá và hành khách, tăng thêm lợi ích

xã hội. Thực hiện mục tiêu thiết kế trên, bằng việc ñề ra các giải pháp kỹ thuật ñể lựa

chọn so sánh. Mỗi một giải pháp kỹ thuật ñược gọi là một phương án có thể. Thí dụ:

chọn ñộ dốc hạn chế khác nhau, chọn bờ tả hay hữu ñoạn tuyến men sông v.v.. ñều

có thể tạo ra các phương án khác nhau. Khi thiết kế tuyến cần căn cứ tình hình cụ thể

ñề ra các loại phương án có thể ñể sàng lọc, tiến hành tính toán, phân tích so sánh

chọn ra phương án tốt nhất.

Các giải pháp kỹ thuật sử dụng cho các loại phương án khác nhau, thì ñặc

trưng công trình, ñặc trưng vận doanh và lợi ích xã hội cũng sẽ khác nhau. Mỗi

phương án ñều có các ưu nhược ñiểm riêng, cần ñược phân tích, so sánh một cách

toàn diện, ñể tìm ra trong ñó một phương án hợp lý nhất. ðó là nhiệm vụ so sánh

kinh tế - kĩ thuật các phương án.

ðể có ñược kết luận chính xác khi so sánh kinh tế kĩ thuật phương án, cần

tuân thủ các nguyên tắc sau ñây:

- ðáp ứng nhiệm vụ vận tải yêu cầu.

- Không bỏ sót phương án so sánh có giá trị.

- Các phương án ñem so sánh ñều trên cùng cơ sở ñộ chính xác như nhau.

ðiều ñó có ý nghĩa ñặc biệt khi thiết kế ñường sắt mới và cải tạo ñường sắt

cũ, sẽ phải phân tích một số lượng rất lớn các phương án khác nhau.

Nhìn chung khi thiết kế tuyến ñường sắt mới ñể ñảm bảo sự phát triển mạng

lưới giao thông giữa các vùng, cần phải xem xét so sánh về chiều tuyến, số ñường

chính, tiêu chuẩn phân bố ñiểm phân giới với việc sử dụng sức kéo ñiện hay diezel

có những tiêu chuẩn trọng lượng khác nhau.

Không so sánh và lập luận thì không thể tìm ra phương án tốt, nhất là những

công trình riêng biệt như nhà ga, cầu vượt, hầm, nền ñường, bình diện, trắc dọc ở

những ñoạn tuyến cục bộ.

2

Khi cải tạo ñường cũ cần phải so sánh các phương án giữ nguyên hay thay

ñổi bình diện, trắc dọc ñường cũ hoặc xây dựng từng ñoạn ñường ñôi, về nguyên tắc

cũng có thể có các dạng sức kéo khác nhau v.v...

“Vậy phương án chính là một trong những cách ñể giải quyết nhiệm vụ thiết

kế, nó phải thoả mãn yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế, có thể ñem so sánh với các cách

giải quyết khác cùng một nhiệm vụ ñó”.

7.1.2. Các chỉ tiêu ñánh giá kinh tế kỹ thuật các phương án.

Trong thiết kế chọn tuyến, thông thường tiến hành ñánh giá so sánh phương

án về các mặt: ñặc trưng kĩ thuật, quy mô công trình, ñiều kiện vận doanh, hiệu quả

kinh tế v.v.. Căn cứ ñể so sánh chọn lựa là các chỉ tiêu kĩ thuật và chỉ tiêu kinh tế

phản ảnh ñặc trưng các mặt nói trên.

7.1.2.1. Các chỉ tiêu kĩ thuật.

Chỉ tiêu kĩ thuật phản ảnh ñặc trưng kỹ thuật của phương án tuyến, có ảnh

hưởng quan trọng ñến quy mô công trình và ñiều kiện vận doanh của tuyến.

Các chỉ tiêu kĩ thuật phản ảnh quy mô công trình có: chiều dài xây dựng

tuyến, hệ số triển tuyến, ñộ dốc tối ña, bán kính ñường cong tối thiểu, số lượng và

chiều dài ñoạn ñịa chất không tốt, số lượng ga, số lượng công trình ñất ñá và cầu

hầm, ñầu tư nhân lực, diện tích ñất chiếm dụng, thời hạn xây dựng v.v..

Các chỉ tiêu kĩ thuật phản ánh ñiều kiện vận doanh có: chiều dài vận doanh,

thời gian chạy ñi - về của khu gian khó khăn nhất và toàn tuyến, chiều cao khắc

phục, năng lực chuyên chở, năng lực thông qua, tấn-km chuyên chở, tốc ñộ lữ hành,

số lượng ñầu máy và toa xe hàng vận dụng, giờ - ñầu máy và giờ - toa xe, giờ - tổ lái

máy và tổ phục vụ trên tầu, tiêu hao năng lượng, nhiên liệu v.v..

7.1.2.2. Các chỉ tiêu kinh tế.

Các chỉ tiêu kinh tế ñặc trưng của phương án tuyến gồm: chi phí xây dựng

công trình, chi phí vận doanh, chi phí tính ñổi năm, thời gian thu hồi vốn ñầu tư, tỷ

suất lợi ích nội bộ, giá trị hiện tại tĩnh v.v..

Chi phí công trình (công trình phí) là tổng chi phí xây dựng các hạng mục

công trình và chi phí mua sắm ñầu máy - toa xe, nó phản ánh lượng vốn ñầu tư trong

thời kì xây dựng của phương án tính bằng triệu ñồng.

Chi phí vận doanh là tổng chi phí trong thời kì vận doanh của phương án, trên

một mức ñộ nhất ñịnh nó phản ánh ưu nhược ñiểm của phương án và biểu thị bằng

chi phí vận doanh mỗi năm tính bằng triệu ñồng.

ðể thể hiện một cách tổng hợp tính kinh tế trên cả hai mặt công trình và vận

doanh của phương án, có thể thông qua phương pháp tính ñổi, ñem chi phí công trình

3

và chi phí vận doanh tính ñổi ra chi phí bình quân năm ở một thời ñiểm nhất ñịnh, ñó

là chi phí tính ñổi năm. Chỉ tiêu này phản ánh một cách tổng hợp chi phí bỏ ra của

phương án trong thời gian xây dựng và thời kì vận doanh. Phương án nào có trị số

này nhỏ hơn là ưu việt hơn.

Khi các phương án khác nhau dẫn tới lượng vận chuyển và doanh thu vận tải

khác nhau, thì chỉ tiêu kinh tế của phương án còn phải xét thêm tới các nhân tố của

doanh thu vận tải.

Thời gian thu hồi vốn ñầu tư là số năm khai thác cần thiết mà doanh thu vận

tải ñường sắt bù ñủ ñược các loại chi phí bao gồm ñầu tư công trình và chi phí vận

doanh.

Giá trị hiện tại tĩnh là khoản chênh lệch tiền mặt thu vào và chi ra (tức lưu

lượng tiền mặt tĩnh) của các năm trong thời kì tuổi thọ kinh tế công trình xây dựng

ñường sắt, là tổng ñại số các giá trị thời gian của tiền vốn sau khi quy về hiện tại. Giá

trị hiện tại tĩnh của phương án càng cao thì về kinh tế càng có lợi.

ðứng về góc ñộ ñánh giá tài chính ñể so sánh, dùng chỉ tiêu giá trị hiện tại

tĩnh (viết tắt là FNPV), khi ñứng về góc ñộ ñánh giá kinh tế quốc dân ñể so sánh,

dùng chỉ tiêu giá trị hiện tại tĩnh kinh tế (viết tắt là ENPV).

Tỷ suất lợi ích nội bộ là tỉ suất quy ñổi hiện tại khi giá trị hiện tại tĩnh bằng

không. Nó ñại diện cho tỉ suất doanh lợi mà công trình xây dựng thực tế ñạt ñược,

dùng ñể ñánh giá cao hay thấp, trị số này càng cao càng có lợi về kinh tế. ðứng về

góc ñộ ñánh giá tài chính mà so sánh, dùng chỉ tiêu tỉ suất lợi ích nội bộ (viết tắt

FIRR), ñứng về góc ñộ kinh tế quốc dân ñể ñánh giá dùng chỉ tiêu tỉ suất lợi ích kinh

tế (viết tắt EIRR).

Các chỉ tiêu dùng ñể ñánh giá nhiệm vụ thiết kế ñược xem xét làm tiêu chuẩn

ñể so sánh các phương án. Tiêu chuẩn ñó là thước ño, là cốt lõi ñược ñưa ra trong

hàm mục tiêu, phản ánh những chỉ số xác ñịnh. Trên cơ sở ñó tiến hành ñánh giá so

sánh các phương án. Nội dung của những chỉ số tiêu chuẩn khác nhau là mốc duy

nhất ñảm bảo mục tiêu so sánh khi giải bài toán thiết kế nhất ñịnh.

Khi lập kế hoạch tương lai (cả khi thiết kế) sự phát triển toàn bộ lực lượng

sản xuất và mạng lưới giao thông trong vùng tuyến thiết kế, ñầu tiên phải giải quyết

các vấn ñề phù hợp với các ñiểm sản xuất riêng biệt và các ñiểm tiêu thụ sản phẩm

với nhu cầu chung của sự phát triển lực lượng sản xuất của vùng này từ i = 1 ñến i =

m và ñiểm có nhu cầu tiêu thụ từ j = 1, ñến j = n thoả mãn nhu cầu nền kinh tế quốc

dân theo sự phát triển của lực lượng sản xuất trong vùng này.

4

ðể có lời giải tối ưu, tiêu chuẩn có thể lấy là tổng chi phí qui ñổi cho sự phát

triển sản xuất và mạng lưới giao thông.

Hàm mục tiêu bài toán này ñược ñưa ra dưới dạng:

F = ∑=

m

i 1

∑=

−n

jjijii Xcc

1

)( (7.1)

Trong ñó C1 chi phí ñể phát triển các xí nghiệp công nghiệp và sản xuất các

các sản phẩm liên quan ñến một ñơn vị sản phẩm trong vùng sản xuất i.

Cij chi phí xây dựng mạng lưới giao thông và chuyên chở hàng liên quan ñến

một ñơn vị sản phẩm từ ñiểm i ñến ñiểm j.

Xij ñại lượng giao chuyển từ ñiểm sản xuất i ñến ñiểm nhận j.

Khi giải bài toán này ở giai ñoạn thiết kế, chi phí ñể xây dựng mạng lưới

giao thông và vận chuyển hàng xác ñịnh theo các chỉ tiêu mở rộng, có quan hệ ñến 1

km tuyến thiết kế giữa ñiểm i và j.

Khi chuyển từ bước dự án nghiên cứu khả thi ñến bước thiết kế kĩ thuật và

sau ñó là bước bản vẽ thi công, số chỉ tiêu phản ánh trong tiêu chuẩn ñược giảm

xuống, có thể giảm ñến 1 (khối lượng, vốn ñầu tư v.v...), nhưng xác ñịnh giá trị của

chúng cần phải thực hiện với ñộ chính xác cao.

7.1.3. Phân loại phương án ñể ñánh giá so sánh.

Trong khảo sát thiết kế ñường sắt ở các giai ñoạn trước thiết kế kĩ thuật, ñều

có các phương án mang tính chất khác nhau, quy mô khác nhau, ñể so sánh. Việc

phân loại tất cả các phương án so sánh, theo ý nghĩa và mục ñích của chúng trong

thực tế thiết kế là tìm trong chúng một phương án hợp lí nhất.

Quy nạp lại có thể phân thành 3 loại sau:

7.1.3.1. Phương án có tính chất mạng lưới.

Là phương án có ảnh hưởng quan trọng ñến sự phát triển kinh tế ñất nước và

mạng lưới giao thông. Thí dụ: Chọn hướng tuyến khác nhau giữa hai ñiểm ñầu, cuối

của tuyến, chọn tăng thêm tuyến thứ hai và xây dựng tuyến nhánh v.v.. Loại phương

án này có thể có sự khác biệt rõ rệt về các mặt: phục vụ nền kinh tế quốc dân, về ñầu

tư và về lợi ích kinh tế. Việc lựa chọn các phương án liên quan ñến vấn ñề chính sách

ñầu tư, cần ñược giải quyết thông qua nghiên cứu tính khả thi.

ðể giải quyết các nhiệm vụ phát triển lực lượng sản xuất trong vùng thiết kế

liên quan chặt chẽ với việc xây dựng và hoàn thiện mạng lưới giao thông, trong

trường hợp các phương án so sánh có thể khác nhau cơ bản về các chỉ tiêu có ý nghĩa

quốc gia và vận tải chung. Các phương án ñó khác hẳn nhau theo ñiều kiện vùng thu

hút ñịa phương, loại phương án này gọi là phường án nguyên tắc.

5

7.1.3.2. Phương án nguyên tắc.

Loại phương án này giống nhau về mức ñộ thoả mãn nhu cầu kinh tế quốc

dân trong khu vực, ñiểm khác nhau chủ yếu là ở chỗ các tiêu chuẩn kĩ thuật chính

ñược chọn khác nhau (ñộ dốc hạn chế, loại sức kéo, vòng quay ñầu máy v.v..). Kết

quả tuyển chọn chúng có ảnh hưởng quyết ñịnh ñến tiêu chuẩn kĩ thuật chủ yếu, quy

mô công trình, ñiều kiện vận doanh và lợi ích kinh tế của tuyến ñường. Nói chung,

trong bước làm dự án nghiên cứu khả thi, cần tiến hành so sánh lựa chọn các phương

án nguyên tắc.

7.1.3.3. Phương án cục bộ.

Là phương án có các biện pháp kĩ thuật khác nhau trong khu vực cục bộ, bao

gồm việc chọn tuyến tránh ñoạn cục bộ có ñịa chất không tốt, có trở ngại về bình ñồ

hoặc cao ñộ, cải thiện thiết kế bình ñồ, trắc dọc, chọn loại hình cầu, cống nhỏ v.v..

Việc so sánh lựa chọn các phương án có ảnh hưởng nhất ñịnh ñến chi phí công trình,

chi phí vận doanh, ñiều kiện thi công và ñiều kiện vận doanh v.v.. Việc so sánh lựa

chọn phương án cục bộ chủ yếu ñược tiến hành ở giai ñoạn thiết kế kĩ thuật và thiết

kế cải thiện bình ñồ, trắc dọc trước khi lập bản vẽ thi công.

Phân loại như trên chỉ ñể thuận tiện cho việc xây dựng lý luận thiết kế công

trình, thực tế thường thường khó tách biệt rõ rệt. Chẳng hạn, nghiên cứu phương án

có tính chất mạng lưới tất nhiên phải kết hợp nghiên cứu các tiêu chuẩn kĩ thuật chủ

yếu – phương án nguyên tắc, hay chọn hướng ñi cục bộ trong so sánh phương án

nguyên tắc có ảnh hưởng nhất ñịnh ñối với việc phát triển công nông nghiệp và xây

dựng mạng lưới giao thông của khu vực - phương án mạng lưới, trong quá trình xác

ñịnh tuyến cũng cần xem xét các vấn ñề phương án cục bộ v.v..

7.1.4 Các quá trình chính của so sánh kinh tế kỹ thuật phương án.

Nói một cách khái quát, toàn bộ quá trình công tác chọn tuyển cũng là quá

trình so sánh lựa chọn phương án. Kết hợp với ñặc ñiểm của công tác bình xét

phương án, có thể quy nạp việc so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án thành các quá

trình sau ñây:

- Hiểu rõ nhiệm vụ.

- Xây dựng phương án, tiến hành thiết kế.

- Tính toán và chỉnh lý các chỉ tiêu so sánh.

- ðánh giá và chọn phương án.

Trong so sánh kinh tế các phương án, ñối với một số vấn ñề thiết kế công

trình cụ thể, với tiền ñề thoả mãn các ñiều kiện ràng buộc, có thể xây dựng hàm mục

6

tiêu theo một số chỉ tiêu ñánh giá xác ñịnh, giải bài toán trên máy tính ñiện tử tìm

phương án tối ưu trong nhiều phương án.

Nói chung, trong thiết kế chọn tuyến, các phương án có tính quyết sách lớn

ñụng chạm tới rất nhiều nhân tố rất phức tạp, ngoài các ñiều kiện tự nhiên muôn mầu

muôn vẻ, còn có các nhân tố chính sách và nhân tố xã hội, ảnh hưởng rất lớn ñến

việc ñánh giá phương án, làm cho vấn ñề tìm phương án tối ưu càng thêm phức tạp

.Trong thực tế thiết kế chỉ có thể lấy một số hữu hạn phương án, ñược xây dựng ra ñể

tiến hành ñánh giá theo các khả năng có thể, ñể chọn phương án hợp lý nhất trong số

phương án ñó.

Trong chương này xin trình bày tóm tắt nội dung tính toán các chỉ tiêu so

sánh về kinh tế và ñánh giá phương án trong quá trình nêu trên.

7.2. CÁC SỐ LIỆU CƠ SỞ ðỂ SO SÁNH KINH TẾ

Các số liệu cơ sở của so sánh phương án bao gồm các số liệu về ñầu tư và chi

phí vận tải. Các số liệu này là căn cứ phân tích, so sánh phương án, có ảnh hưởng

quyết ñịnh ñến kết quả so sánh phương án. Cần phải làm tốt công tác này trên cơ sở

các tài liệu ñiều tra, nghiên cứu tin cậy.

7.2.1. ðầu tư.

Những chỉ tiêu về khối lượng công trình và giá thành xây dựng có ảnh hưởng

rất quan trọng tới việc ñánh giá và so sánh các phương án. Khối lượng công việc và

giá thành xây dựng ñược tính một cách chính xác khi làm ñồ án bản vẽ thi công và

làm dự toán.

Với mục tiêu so sánh các phương án, ta không cần phải tính toán tỉ mỉ và công

phu khối lượng công việc và giá thành vì không cần thiết. Khi so sánh phương án ta

chỉ cần tính những khối lượng và giá thành của các ñối tượng và loại công việc nào

mà các phương án khác nhau rõ rệt. Mức ñộ tỉ mỉ và phương pháp tính toán thế nào

là do tính chất của các phương án cần ñược so sánh và do giai ñoạn thiết kế quyết

ñịnh.

Những phương pháp tính toán khối lượng thi công nền ñất, cách làm dự toán

ñược nêu trong các giáo trình khác, ở ñây chỉ nêu những phương pháp tính toán gần

ñúng khối lượng công tác và giá thành mà ta gặp phải khi so sánh các phương án

tuyến. Khi so sánh phương án nội dung cần phải xét ñến những loại công tác sau ñây:

- Công tác làm nền.

- Công tác về cầu cống.

7

- Công tác về ñặt kiến trúc tầng trên và các kiến trúc khác tỉ lệ với chiều dài

của tuyến (nhà cửa công vụ, thông tin, liên lạc v.v...).

- Công tác về các ñiểm phân giới.

- Công tác về ñặt hệ thống trạm ñiện và dây ñiện (nếu là ñầu máy ñiện).

Ngoài những công tác cơ bản ñôi khi so sánh có thể phải xét ñến những loại

công tác khác nhau, ở các phương án khác nhau rõ rệt thí dụ vấn ñề củng cố ñịa chất

ở những nơi ñất xấu, nơi nối tiếp và tuyến cũ, công tác gia cố ñường nơi có ñường

cong nhỏ, chiều dài ñặt ray thứ 3, thêm tà vẹt, ba lát, mở rộng nền v.v... Nếu trong

các phương án so sánh ñều có các công trình các kết cấu hay những ñoạn tuyến có

giá trị ngang nhau, giá thành như nhau (thí dụ các phương án ñều có cầu lớn về khẩu

ñộ ñiều kiện xây dựng giống nhau v.v...) không cần nêu ra ñể so sánh.

Khi so sánh các phương án có vốn ñầu tư theo nhiều giai ñoạn thì cần nêu

những khối lượng công tác và chi phí xây dựng của nhiều năm khai thác khác nhau.

Muốn vậy phải phân biệt khi tính khối lượng công tác và giá thành, những thứ nào

thuộc về giai ñoạn ñầu, còn những thứ nào thuộc về giai ñoạn sau. Ngoài ra cũng cần

chú ý ñến những chi phí ñể thay ñổi sửa sang một số công trình, kết cấu như thay ñổi

ñầu máy v.v...

Nếu ở các phương án có khác nhau về chi phí sức lao ñộng, vật liệu và những

nhu cầu về thiết bị ñặc biệt khi xây dựng, ngoài việc tính các chỉ tiêu khối lượng và

giá thành ta cần nêu ra những chỉ tiêu như nhu cầu về nhân công của từng phương án

ñể tính giá tiền thuê tuyển nhân công bảo ñảm nhà cửa, phương tiện ñi lại ở xa nơi

xây dựng, nhu câu vật liệu chở từ xa ñến (kim loại màu, xi măng, ray v.v...) và nhu

cầu về thiết bị ñặc biệt (cần trục lớn, máy móc ñiện lực, vận tải ñặc biệt v.v...) và có

những nhu cầu này có thể phải làm những ñường chuyên chở tạm thời, ñường công

vụ v.v...

7.2.1.1. Phân loại ñầu tư.

ðầu tư hạng mục xây dựng ñường sắt có thể chia ra ñầu tư trực tiếp và ñầu tư

liên quan. Trong so sánh kinh tế kĩ thuật của phương án thông thường chỉ xét ñầu tư

trực tiếp tức là chi phí xây dựng công trình và chi phia mua sắm ñầu máy toa xe (trực

tiếp phí).

- ðầu tư xây dựng công trình: bao gồm chi phí công trình xây dựng trên mặt

ñất, bố trí vận tải, chuẩn bị thi công và quản lý, chiếm phần chủ yếu của hạng mục

ñầu tư.

- Chi phí mua sắm ñầu máy toa xe.

7.2.1.2. ðầu tư công trình xây dựng nền ñất.

8

Tính toán ñầu tư công trình trong so sánh kinhtế kĩ thuật các phương án có

yêu cầu khác nhau về ñộ chính xác và ñộ sâu ở các giai ñoạn thiết kế khác nhau.

Phương pháp thường dùng là trước hết tính toán số lượng công trình của các hạng

mục xây dựng và thiết bị, lấy ñơn giá tổng hợp hoặc ñơn giá phân tích tương ứng ñể

tính ñầu tư công trình theo công thức sau:

ðầu tư công trình = ∑ (ñơn giá hạng mục * khối lượng công trình của hạng

mục tương ứng) (triệu ñồng).

Chi phí công trình ñường sắt gồm những chi phí sau:

- Di dời công trình: bao gồm các vật kiến trúc phải di dời, di dời ñường ô tô,

ñường dây thông tin, cáp quang, ñường dây ñiện lực, ñền bù giải phóng mặt bằng

v.v.. có thể thống kê số lượng công trình từng hạng mục.

- Công trình nền ñường :

+ ðất ñá nền ñường: Nói chung dùng phương pháp mặt cắt ngang trung bình

ñể tính khối lượng ñất ñá nền ñường, sau ñó căn cứ ñơn giá tổng hợp mỗi m3 ñất ñá

ñể dự tính chi phí. Trường hợp tính toán tỷ mỷ, cần cắn cứ tài liệu ñịa chất, xác ñịnh

thành phần ñất ñá, căn cứ mặt cắt ngang nền ñường thống kê riêng khối lượng ñất ñá

riêng cho các cấp, sau ñó dựa vào ñơn giá phân tích hoặc ñơn giá tổng hợp ñể tính

chi phí.

* Tính khối lượng công tác và giá thành nền ñường.

Tuỳ theo yêu cầu mỗi giai ñoạn phải tính toán chi tiết và sự cần thiết phải tính

toán những nơi tuyến ñi theo sườn ñồi, những nơi có trắc ngang ñặc biệt theo ñiều

kiện ñịa chất mà có thể tính khối lượng công tác ñất của ñường chính tuyến theo

những phương pháp sau ñây:

- Theo trắc ngang.

- Theo bảng khối lượng từng cọc.

- Theo cao ñộ ñào ñắp trung bình

- Theo phương pháp chọn mẫu.

Phương pháp thứ nhất: Dựa trên các mặt cắt ngang thiết kế liên tiếp trong

vùng ñào hoặc ñắp riêng, tính ra diện tích mặt cắt ngang trung bình, rồi nhân với

khoảng cách giữa hai mặt cắt, sẽ xác ñịnh ñược khối lượng ñào hoặc ñắp. ðây là

phương pháp chính xác nhất, nó ñược áp dụng ñể tính khi ñộ dốc ngang thiên nhiên

lớn hơn 1/5, những nơi nền ñường thiết kế ñặc biệt, nơi nửa ñào, nửa ñắp, khi ñào

ñắp các loại và cấp ñất ñá khác nhau. Chi tiết giới thiệu trong các phần mềm thiết kế

.

9

Phương pháp thứ hai: ðược áp dụng ở những nơi có trắc ngang thông thường;

ðộ dốc ngang thiên nhiên không lớn hơn 1/5 (ik <1 / 5) thì chỉ cần tính theo các bảng

tính sẵn của từng cọc. Do ñó cần phải có trắc dọc tỉ mỉ ñể tính khối lượng ñất theo

phương pháp này. Khi nào phải so sánh các phương án về giá thành nền ñường, xét

ñến cả phương pháp làm ñất cũng có thể tính theo phương pháp này.

Phương pháp thứ ba: Dùng trắc dọc giản lược. Ta tính theo trắc dọc lần lượt

xét từng ñoạn ngắn ñào riêng, ñắp riêng, có cao ñộ không thay ñổi lắm, ñược coi

bằng cao ñộ ñào ñắp trung bình. Theo cao ñộ ñào ñắp trung bình htb và chiều dài của

từng ñoạn nhỏ l (km) của trắc dọc, tính khối lượng theo công thức:

Q= Σq ñào lñào + Σq ñắp lñắp (m3) (7 - 3)

Trong ñó: qñào, qñắp là khối lượng ñất ñào và ñắp của 1 km của từng cao ñộ ñào

ñắp trung bình (m3/km).

lñào, lñắp chiều dài của các ñoạn ñào, ñắp ñó (km).

Khối lượng ñất qñào, qñắp có thể lập bảng hay ở ñồ thị tra ra.

Những ñồ thị hay bảng lập theo từng loại cắt ngang nền ñường tiêu chuẩn với

các chiều cao ñào ñắp khác nhau mà trong qui phạm qui ñịnh (ñộ dốc thiên nhiên

bằng không và mái dốc ta luy ñào ñắp ñều lấy chung là 1/1,5) và có ñưa ra ñồ thị

hoặc bảng cho những ñoạn nền ñường bằng ñá (do ta luy nền ñào ñá chỉ bằng 1/0,1 –

1/1), nền ñường ñất yếu (ta luy nền ñắp 1/1,75 -1/2) v.v... tức là sẽ phải xét thêm việc

mở rộng chiều rộng nền ñường, hay tăng thêm dốc ta luy của nền ñào hay nền ñắp.

Hình 7-1

Nhưng khi cần thiết, trong tổng khối lượng ñất ñắp lại phải tách ra khối lượng

ñắp nền bằng ñất thấm nước v.v... Hoặc khi cần tính cho chiều rộng mặt nền ñường

khác với những quy ñịnh trong lập bảng hay ñồ thị thì có thể tính số ñất thêm bớt

±∆q tương ứng, theo công thức sau:

±∆q = ±∆a.htb.l (m3) (7 - 4)

Trong ñó ±∆a : hiệu số chiều rộng của mặt ñường theo ñồ án và theo quy ñịnh

ñể lập bảng hay vẽ biểu ñồ.

Khối lượng mỗi km nền ñất trên ñường chính tuyến, tính theo công thức:

L

Qq = (m3/km) (7 - 5)

Trị số q của mỗi phương án cho phép ta có thể ñánh giá tình hình phức tạp của

tuyến ở từng phương án. Thường thường những ñoạn tuyến dễ dàng khối lượng ñất

10

của 1km ñường chính tuyến không quá 18 nghìn m3/km ñoạn tuyến trung bình từ 19

ñến 35 nghìn m3/km, ñoạn tuyến khó khăn lớn hơn 35 nghìn m3/km.

Phương pháp thứ tư: Khi so sánh phương án ở giai ñoạn tiền khả thi ta có thể

dùng phương pháp chọn mẫu ñể tính khối lượng ñất (tức là phương pháp dùng hình

mẫu trắc dọc) cách này ñòi hỏi ít công sức nhất. Theo cách này ta có thể tìm khối

lượng ñất cho từng ñoạn ñường có khối lượng ñất 1km gần như nhau. Trắc dọc ñem

chia ra từng ñoạn tiêu biểu cho mấy loại. Thí dụ cho 3 hay 4 loại, thường chia ra 3

loại:

- Loại dễ : cao ñộ ñào ñắp là 1 - 3m.

- Loại vừa: cao ñộ ñào ñắp là 3 - 6m.

- Loại khó: cao ñộ ñào ñắp trên 6m.

ðối với mỗi loại ta chọn ra vài ba km ñiển hình rồi tính khối lượng cho từng

km ñó, sau ñó tính khối lượng trung bình một km cho loại ñó.

Như vậy khối lượng ñất trên cả tuyến ñường có thể tính theo công thức:

Q= q1Σl1 + q2Σl2 + q3Σl3 (m3) (7 - 6)

Trong ñó: q1, q2, q3 là khối lượng ñất trung bình một km của một loại.

Σl1 + Σl2 + Σl3 là tổng số chiều dài của các ñoạn của mỗi loại (km).

Theo phương pháp này nếu ta biết chọn những ñoạn ñiển hình cho mỗi loại

một cách cẩn thận và ñầy ñủ thì kết quả tính toán cũng ñủ ñảm bảo ñể có thể so sánh

phương án ñược. Như vậy có thể tiết kiệm ñược nhiều thời gian so với phương pháp

dùng cao ñộ ñào ñắp trung bình.

Ở những nơi qua ñầm lầy phải tính khối lượng cho từng cọc phụ và có xét ñến

loại bùn, ñiều kiện thi công ở ñó. Có thể tính một cách tương ñối cao ñộ nền ñắp h,

phải thêm vào một ñại lượng lún m tuỳ theo chiều sâu lớp bùn hb, tính chất của lớp

bùn, ñiều kiện thi công (nạo hết bùn hay một phần, nêm ñá, làm cọc cát v.v..). Như

vậy chiều cao ñất nền phải ñắp là:

h = h + m hb (m) (7 -7)

Ở những ñoạn ñường cong mặt nền ñường mở rộng tuỳ theo bán kính R, có thể

từ 0,1 ñến 0,5m do ñó khối lượng tăng lên khi cần so sánh tỉ mỉ phải xét ñến cả khối

lượng thêm ñó.

Những nơi có ñường ñôi (trên cả tuyến, từng khu gian, từng ñoạn ngắn) khối

lượng ñất cũng tính theo các phương pháp trên nhưng phải thêm vào khối lượng ∆q

tương ứng do mặt nền ñường rộng ra.

Khối lượng ñất ở ga nếu muốn cho chính xác thì phải tính theo trắc ngang, ño

ñạc từ thực tế hay trắc ngang vẽ theo bình ñồ.

11

Hình 7-2. Trắc ngang nền ñất ở ga.

Nếu ga ñặt trên sườn ñồi mà ñộ dốc sườn nhỏ, khối lượng ñất thêm do các

ñường ga có thể tính theo công thức:

q = a1 (n - 1) Σ li htb (m3) (7 - 8)

Trong ñó n: Số ñường trong ga kể cả ñường chính

a1: Khoảng cách giữa 2 trục tim ñường ga

htb và li cao ñộ ñất ñắp trung bình và chiều dài những ñoạn

ñường tương ứng có cao ñộ ñào ñắp gần giống nhau.

Nếu coi Σ li htb = Wtd là diện tích trung bình của trắc dọc ga, ta có thể tính qui

theo công thức trên ñơn giản hơn nữa bằng cách căn cứ vào diện tích trắc dọc ở ga

rồi nhân với a1 (n - 1) thì ñược khối lượng q.

Tất cả những phương pháp nêu trên chỉ dùng ñể tính khối lượng trắc dọc, tức

là tổng số khối lượng ñào, ñắp tính trên trắc dọc mà không xét ñến khả năng thực tế

có thể giảm bớt khối lượng làm ñất do ñiều phối dọc ở nền ñào ñem ñổ vào nền ñắp.

Muốn tính khối lượng thực tế (là khối lượng ñào) ta phải xét ñến phương pháp

làm ñất cách ñiều phối ñất, vấn ñề này liên quan ñến ñồ án thiết kế tổ chức thi công.

Khi so sánh phương án không khác nhau nhiều và phương pháp làm ñất, tính

chất công tác ñất thì không cần xét ñến khối lượng thực tế.

Trong những trường hợp phức tạp ñòi hỏi cần chính xác ta tính hệ số chuyển

từ khối lượng trắc dọc sang khối lượng thi công thì phải tính cụ thể theo bản vẽ thi

công.

Các khối lượng phụ như rãnh thoát nước, mương, bình ñài, ñập, tứ nón mố

cầu, làm ñường công vụ v.v... tính theo kinh nghiệm thực tế bằng 9 -12% khối lượng

của ñường chính. Trong ñiều kiện phức tạp thì ñến 20 - 25%. Tóm lại như trên ñã nói

nhằm mục ñích so sánh phương án ñáng ra ta phải tính ñược khối lượng một cách

chính xác có phân biệt ra khối lượng cho từng loại ñất ñá và xét cả ñến phương pháp

làm ñất nữa. Hiện nay ñã hoàn toàn sử dụng máy tính có cài ñặt phần mềm ñể tính

khối lượng ñất cho nhanh chóng.

htb

a/2

a1(n-1)

a2 a/2 a1 a/2

12

Biết ñược khối lượng ta nhân với ñơn giá ñể tính giá thành làm ñất.

Añ = Σqsd (triệu ñồng) (7 - 9)

Trong ñó Sñ là ñơn giá của 1m3 ñất tùy theo loại ñất, cách làm ñất và cự ly

vận chuyển v.v...

+ Công trình phụ thuộc của nền ñường: bao gồm công trình gia cố, phòng

hộ nền ñường, với mỗi công trình có thể căn cứ khối lượng tương ứng với ñơn giá

tổng hợp ñể tính chi phí .

+ Tường chắn ñất: có thể căn cứ theo số m dài ñể phân ra từng loại tường,

từng loại chiều cao, căn cứ số nhân công xây tương chắn và ñơn giá tương ứng ñể

tính chi phí.

+ Công trình cầu cống:

Khi thiết kế và thi công ta thường dùng các kết cấu cầu cống ñịnh hình. Theo

những thiết kế ñịnh hình ñó ta tính khối lượng và giá thành ñể so sánh phương án.

Cần phải xét thêm các ñiều kiện cụ thể như loại và chiều sâu lớp nền móng, chiều

cao nền ñường v.v... Dựa vào ñó ñể tính khối lượng. Khối lượng dầm cầu bê tông

cũng tính theo các bản thiết kế ñịnh hình. Muốn ñơn giản hoá việc tính khối lượng

cầu cống ta có thể dựa vào ñồ thị khối lượng, nhưng ñồ thị này khối lượng ñược vẽ

theo các cầu cống ñịnh hình, cho từng loại cầu cống tùy theo khẩu ñộ.

* Cầu: Có thể dựa vào loại hình cầu, và khẩu ñộ, căn cứ số lượng dầm, số

lượng mố trụ rồi tính theo ñơn giá tương ứng, cũng có thể căn cứ tài liệu thuỷ văn và

bình ñồ, trắc dọc tuyến dự kiến chiều dài mỗi cầu (khi cần xét cả chiều cao), thống kê

số lượng cầu và tổng số m dài, sau ñó căn cứ ñơn giá mỗi m dài ñể tính ra chi phí.

* Cống: Có thể căn cứ loại hình và ñường kính cống, thống kê chiều dài ñể

tính chi phí công trình. Khối lượng của cống có thể tính theo bảng, trong ñó nêu khối

lượng của miệng cống, nền cống và khối lượng của từng mét dài các ñốt cống.

Tất cả những thứ trên tính cho từng loại cống, loại khẩu ñộ. Muốn sử dụng

bảng trước hết tính chiều dài cống Lc theo bề rộng nền ñường theo công thức:

Lc = Bnñ - 2αD (m) (7 - 10)

Hay tính theo chiều cao nền ñường.

Lc = Bm + 2αh - 2αD (m) (7 - 11)

Công thức thuận tiện cho việc tính trên máy tính theo sự biến ñổi của chiều cao

nền ñắp h.

Trong ñó: Bnñ bề rộng ñáy nền ñường.

Bm bề rộng mặt nền ñường.

α: hệ số mái dốc taluy

13

D: ñường kính ống cống.

- Công trình hầm:

Căn cứ chiều dài hầm và nền ñào trước cửa hầm trong bản vẽ thiết kế, thống

kê số m dài theo phân cấp chiều dài hầm, dựa vào ñơn giá tính chi phí .

- Công trình ñường ray:

Khối lượng công tác kiến trúc tầng trên phụ thuộc vào loại năng lực ta chọn

(loại ray, loại ñá, chiều dày lớp ñá, số tà vẹt cho 1km).

Năng lực kiến trúc tầng trên của ñường chính quy ñịnh trong quy phạm tuỳ

theo cấp ñường và số lượng hàng chuyên chở.

Khi so sánh phương án nói chung ta chỉ cần tính giá thành theo ñơn vị tổng

quát của từng loại năng lực kiến trúc tầng trên (giá 1km kiến trúc tầng trên). Chỉ

trong những trường hợp ñặc biệt như khi có nhiều ñường cong bán kính nhỏ ta mới

cần tính thêm khoản tiền tăng thêm do gia cố ở ñường cong.

+ ðặt ñường ray chính tuyến: Có thể căn cứ chiều dài chính tuyến và ñơn

giá của từng loại hình ñường tương ứng ñể tính chi phí .

+ ðặt ray ñường trong ga: căn cứ loại hình ñường ray, chiều dài ñặt ray, số

bộ ghi và ñơn giá tương ứng ñể tính.

Theo tài liệu của Liên Bang Nga, giá thành kiến trúc tầng trên trong ñiều kiện

dễ dàng nó chiếm khoảng 22 - 38% tổng giá thành của tuyến thiết kế.

- Công trình thông tin tín hiệu:

+ Thông tin: Bao gồm ñường dây thông tin, thiết bị thông tin, có thể lấy km-

ga làm ñơn vị, ñể thống kê số lượng công trình.

+ Tín hiệu: bao gồm các thiết bị chỉ huy chạy tầu, thiết bị ñóng ñường, thiết

bị khoá liên ñộng v.v.. có thể lấy km chính tuyến, bộ, ga làm ñơn vị, ñể thống kê số

lượng công trình.

- Thiết bị cung cấp ñiện của ñường sắt chạy chạy ñiện:

+ ðiện lực: bao gồm ñường dây cấp ñiện, thiết bị nguồn ñiện, có thể lấy

km chính tuyến - trạm làm ñơn vị thống kế số lượng công trình.

+ Cung cấp ñiện kéo: bao gồm các hạng mục: lưới tiếp xúc, trạm biến thế

sức kéo, ñoạn cung cấp ñiện v.v.. có thể lấy km chính tuyến, nơi, làm ñơn vị thống

kê số lượng công trình, căn cứ số lượng công trình và ñơn giá tổng hợp, tính ra chi

phí.

- Nhà cửa:

Bao gồm các hạng mục nhà sản xuất và văn phòng, nhà ở, nhà công cộng

v.v.. có thể lấy m2 làm ñơn vị, thống kê số lượng công trình.

14

Khối lượng và giá thành nhà cửa ở ga cũng như các kết cấu khác có thể tính

theo sơ ñồ ga theo số lượng tầu chạy trong ga và theo sơ ñồ tổng quát.

Khi không yêu cầu chính xác lắm, giá thành ga có thể tính theo ñơn giá tổng

quát của một ga tuỳ theo loại ga.

Tuỳ theo tình hình cụ thể mà ta phải xét ñến những thứ khác như khối lượng

và giá thành xây dựng nhà ở, nhà công vụ.

- Các thiết bị và vật kiến trúc dùng cho sản xuất, vận doanh khác:

Bao gồm các hạng mục vật kiến trúc và thiết bị khác về cấp thoát nước, cho

ñầu máy toa xe, cầu ñường, khách - hoá vận, có thể lấy km chính tuyến, nơi làm ñơn

vị, thống kế số lượng công trình.

- Các chi phí gián tiếp khác:

Bao gồm chi phí lắp ñặt tạm thời, chi phí bảo hộ lao ñộng, chi phí di chuyển

máy móc và nhân lực thi công v.v.. có thể lấy km chính tuyến làm ñơn vị, thống kê

số lượng công trình.

- Các chi phí khác:

Bao gồm chênh lệch giá vật tư, lợi nhuận kế hoạch, thuế, chi phí mua sắm

dụng cụ, chi phí khác v.v.. có thể lấy km chính tuyến làm ñơn vị, thống kê số lượng

công trình.

- Chi phí dự phòng:

Là các chi phí công trình khó dự tính hết trong tổng khái toán (hoặc tổng khái

toán ñiều chỉnh), nói chung tính bằng tỷ lệ % tổng các chi phí trên.

- Chi phí dự phòng tăng giá công trình:

Trong thời gian từ năm lập khái toán thiết kế ñến khi hạng mục công trình

hoàn công do giá vật tư, thiết bị tăng lên, tiêu chuẩn tiền nhân công nâng lên cũng

như do ñiều chỉnh tiêu chuẩn các chi phí khác dẫn tới tổng mức ñầu tư tăng lên, nên

chi phí dự phòng ñược tăng theo tỷ lệ giá bình quân năm.

Phương án cục bộ thường thường chỉ cần tính chi phí công trình từ khoản 1-5

nói trên, gọi là chi phí công trình chủ thể. So sánh các phương án khác, cũng chỉ tính

các chỉ tiêu có sự khác biệt giữa các phương án, mà không phải tính từng khoản mục

của tất cả các chi phí công trình nêu trên.

- Tính giá thành xây dựng các phương án:

Giá thành toàn bộ của các phương án có thể tính ñể so sánh phương án theo

công thức:

A= QS + Lkt a1 + Lga a2 + Acc + Ltt a3 + Lkt a4 + ΣNga a5 (triệu ñồng) (7 - 12)

Trong ñó: A- Giá thành xây dựng toàn bộ

15

QS - Giá thành nền ñất.

Kkt, Lga, Ltt - Chiều dài ñường khai thác, các ñường ga và ñường thông

tin.

a1, a2, a3- Giá thành 1km kiến trúc tầng trên ñường chính, ñường ga,

ñường dây thông tin.

Acc- Giá thành cầu cống trên tuyến.

a4 - Giá thành bình quân ñơn vị của kết cấu công trình dọc tuyến như

nhà cửa, biển báo, tín hiệu.

Nga a5- Số ñiểm phân giới và giá thành của một ñiểm phân giới của các

loại khác nhau.

Trong trường hợp cần thiết khi tính toán giá thành xây dựng cần phải ñưa vào

những số hạng ñặc trưng cho phương án này hay phương án khác, ví dụ như cầu vượt

lớn các công trình ñiều tiết và gia cố, tường chắn v.v...

Tuỳ theo cách quy ñịnh của nhà nước có thể phải thêm phần phụ phí, nó có tỉ

lệ phần trăm theo chi phí trực tiếp.

Kết quả tính toán của các phương án ñem chia cho chiều dài tuyến thiết kế ñể

tìm giá thành của 1 km. Sau ñó ñem so sánh với các giá thành tiêu chuẩn do các văn

bản nhà nước qui ñịnh (do tích luỹ của nhiều công trình ñã xây dựng).

Theo tài liệu của Bộ Kinh tế xây dựng Liên xô cho biết giá thành của từng

hạng mục công trình chiếm một tỉ lệ % so với toàn bộ giá thành xây dựng công trình

ñường sắt là:

- Giá thành công tác ñất chiếm 8 - 19% trong ñiều kiện dễ dàng; 25 - 28%

trong ñiều kiện phức tạp.

- Giá thành công trình nhân tạo chiếm 3 - 6% trong ñiều kiện dễ dàng và 6 -

12% trong ñiều kiện phức tạp.

- Kiến trúc tầng trên chiếm 25 - 35% trong ñiều kiện dễ dàng và 15- 25% trong

ñiều kiện khó khăn.

- Tất cả các khoản giá thành xây dựng còn lại chiếm 40 - 60% trong ñiều kiện

dễ và 35 - 55% trong ñiều kiện khó khăn.

- Tính giá thành lưu chuyển hàng hoá:

Giá thành lưu chuyển hàng hoá là giá thành vốn quay vòng của nền kinh tế

quốc dân. Vì vậy khi so sánh các phương án của ñường thiết kế giá thành lưu chuyển

hàng hoá có thể cộng vào vốn ñầu tư.

Số lượng hàng hoá lưu chuyển 365

GT

16

Giá thành của khối lượng hàng hoá ñược xác ñịnh theo công thức:

H = 365

GTe (ñồng) (7 - 13)

Trong ñó: G - lượng hàng chuyên chở trong một năm (tấn).

T- Thời gian vận chuyển hàng trên ñường trong một ngày ñêm

e - ðơn giá bình quân của 1 tấn hàng (ñồng).

Giá 1 tấn hàng cần xác ñịnh tuỳ theo thành phần luồng hàng. Trong tính toán

người ta cho rằng ñối với một loại hàng nào ñó (hàng bảo quản theo chiều dài, hàng

của nơi sản xuất hay tiêu thụ), rút ngắn thười gian vận chuyển hàng hoá không ñưa

ñến việc tách vốn quay vòng của nền kinh tế quốc dân vì tăng thời gian tương ứng ñể

bảo quản chúng ở các kho bãi của vùng sản xuất và tiều thụ. Việc tính phần hàng như

thế trong thành phần luồng hàng thường người ta giảm giá thành bình quân của 1 tấn

hàng hoá. Theo tài liệu của viện xây dựng giao thông Liên Xô nó có thể giảm 190

rúp cho 1 tấn hàng.

7.2.1.3. Các chi phí mua sắm ñầu máy, toa xe.

- Chi phí mua sắm ñầu máy.

Ngoài ra nếu các phương án khác nhau nhiều về ñiều kiện sử dụng tàu xe thì

phải xét ñến tiền mua sắm ñầu máy tra xe (còn trong quá trình khai thác mà mua sắm

ñầu máy tra xe bổ sung thì tính ở chi phí khai thác).

Ta có công thức tính như sau:

Nñm = 24,365

T dm (7 - 14)

NTX = 24,365

T tX (7 - 15)

Trong ñó: Nñm, NtX là số ñầu máy và toa xe có liên quan ñến thời gian tàu

chạy.

Tñm , Ttx là số giờ ñầu máy và toa xe phục vụ trong một năm.

Khi có số ñầu máy và toa xe ñem nhân với giá mua sắm 1 ñầu máy và 1 toa

xe ta ñược giá thành toàn bộ tàu xe.

Trong công thức trên : Aj - chi phí mua sắm ñầu máy (triệu ñồng).

jjh

jjdzzij

j aN

ntttL

tt

A γβ

1440

)2(21 ++++

= (7 - 16)

t1, t2 - Thời gian tầu chạy chiều ñi, chiều về không bao gồm thời gian

gia giảm tốc (phút)

17

βL: Hệ số tốc ñộ lữ hành

tzz: thời gian ñầu máy làm tác nghiệp chỉnh bị tại ñoạn quay máy

(phút)

tjz Thời gian ñầu máy làm tác nghiệp chỉnh bị tại ñoạn ñầu máy (phút)

tjd - Thời gian ñầu máy ñợi tàu (phút), trị số gần ñúng lấy là 720/Nh

Nh - Số ñôi tầu hàng (ñôi/ngày ñêm)

Nj - Số lượng vòng quay máy

γj - Hệ số dự phòng ñầu máy

Aj - Giá ñầu máy (triệu ñồng/máy) .

- Chi phí mua sắm ñầu máy gia cường:

Khi toàn khu ñoạn kéo hai ñầu máy, thì chi phí mua sắm ñầu máy gia cường

tính như ñầu máy chính. Khi ở ñoạn cục bộ sử dụng ñầu máy phụ trợ thì chi phí mua

sắm nó có thể tính theo công thức:

Abj = tb

bj

t

T

−1440 Nh γj aj (triệu ñồng) (7-17)

Trong công thức:

Abj: Chi phí mua ñầu máy gia cường (triệu ñồng)

Tbj: Thời gian cần thiết ñầu máy gia cường quay một lần:

Tbj = jdL

bbt

tt2

"'

++

β (phút) (7-18)

Trong công thức:

t'b, t"b: Thời gian chạy ñi, về của ñầu máy gia cường, không kể thời gian gia

giảm tốc (phút).

ttb: Tổng thời gian cần thiết ñể làm tác nghiệp chỉnh bị của ñầu máy gia

cường trong một ngày ñêm (phút).

Các ký hiệu khác giống như ở trên.

- Chi phí mua sắm toa xe:

Chi phí mua sắm toa xe hàng tính theo công thức:

Al = M . γl . al (triệu ñồng) (7-19)

Trong công thức:

Al : Chi phí mua sắm toa xe (triệu ñồng)

γl : Hệ số dự phòng của toa xe

al : Giá bình quân toa xe ( triệu ñồng)

M : Tổng số toa xe vận dụng

18

M = 1440

21

21qq nt

tt+

+

β Nh .m (xe) (7-20)

Trong công thức:

tq: Thời gian toa xe dừng ở ga khu ñoạn (phút)

nq: Số lượng ga khu ñoạn

m: Số toa xe trong ñoàn tàu (xe/tàu).

Các ký hiệu khác giống ở trên

ðể ñảm bảo tính khách quan khi só sánh, tất cả những chỉ tiêu cơ bản ñược

dùng làm tiêu chuẩn thống nhất như tiêu chuẩn về hiệu quả vốn ñầu tư, về kĩ thuật và

công nghệ mới và sự phát triển của ñất nước là năng suất lao ñộng và tiết kiệm trong

chi phí lao ñộng xã hội.

7.2.2. Tính toán chi phí khai thác.

Bộ phận chi phí khai thác lớn nhất là chi phí cho việc chạy tàu, cũng như sửa

chữa tất cả các công trình, kết cấu trên ñường, duy tu bảo dưỡng ñường thường

xuyên và sửa chữa ñoàn tàu.

Khác với ñường sắt ñang khai thác, nơi mà có thể sử dụng các số liệu chi phí

thực tế một cách chi tiết, còn ở các tuyến thiết kế mới xác ñịnh chi phí khai thác chỉ

mang tính tương ñối.

ðể so sánh các phương án thiết kế ñường sắt mới không cần tính chi phí khai

thác với ñộ chính xác cao mà quan trọng là xét ảnh hưởng của các ñặc trưng cơ bản

các phương án ñến ñại lượng chi phí khai thác: chỉ tiêu về tuyến, bình ñồ, trắc dọc,

trọng lượng ñoàn tàu, trang bị kĩ thuật của ñường v.v... Khi thiết kế ñường sắt mới

quan trọng nhất là phân biệt sự khác nhau giữa các phương án. Vì vậy có thể không

tính ñến một số loại chi phí nào ñó mà không ảnh hưởng lắm ñến chi phí chung và ít

khác biệt giữa các phương án: chi phí bảo dưỡng ga, chi phí cho các bộ phận quản lý

ñường v.v...

Phương pháp tính chi phí khai thác người ta dựa vào hai nhóm.

- Chi phí tỉ lệ với số lượng chuyển ñộng Ett (chi phí trực tiếp) ñồng/ năm.

- Chi phí bảo quản các kết cấu cố ñịnh Egt (chi phí gián tiếp) ñồng/ năm.

E = Ett + Egt (7 - 21)

Chi phí trực tiếp: bao gồm chi phí cho nhiên liệu (ñầu máy ñiêzel) và năng

lượng (ñầu máy ñiện), chi phí cho sửa chữa ñoàn tàu, một phần nào ñó chi phí cho

bảo dưỡng thường xuyên kiến trúc tầng trên, chi phí cho bảo dưỡng ñầu máy và

khám kĩ thuật toa xe.

19

Chi phí gián tiếp: gồm các chi phí bảo dưỡng thường xuyên ñường chính và

ñường ga, chi phí cho bảo dưỡng công trình nhân tạo, thiết bị cấp ñiện thông tin liên

lạc và tín hiệu của các ñiểm phân giới v.v...

Nhóm chi phí khai thác này dù có trị số nhỏ hơn nhóm thứ nhất nhưng cũng

phụ thuộc vào các số ño chuyển ñộng và chi phí bảo dưỡng thường xuyên các kết cấu

cố ñịnh tính theo năng lực của chúng.

Chi phí khai thác cả hai nhóm ñược tính bằng cách cộng các số hạng chi phí

khai thác phù hợp với số ño riêng biệt.

Ett = ∑=

n

iii xa

1

(7 - 22)

Egt = YK i

m

ii∑

= 1

(7 - 23)

Trong ñó: Xi Yi: Số ño chi phí khai thác .

a1 ki : Chi phí ñơn vị.

Các số ño chi phí khai thác và chi phí lãi suất ở thời kỳ nghiên cứu ñược chính

xác cùng với việc hoàn thiện các trang bị kỹ thuật ñường sắt nhờ áp dụng các phương

pháp khai thác tiên tiến và sự tăng trưởng của tiền lương. Ngoài ra khi tính chí phí

khai thác cho thời kỳ tương lai cần phải xét ñến sự tăng năng suất lao ñộng.

Khi so sánh phương án tính một cách ñầy ñủ các thành phần chi phí như trên

ñã nêu và số ño của chúng phản ánh ñặc ñiểm của tuyến cho mỗi phương án (chiều

dài tuyến, tổng chiều cao khắc phục v.v...). Khi so sánh các phương án nguyên tắc

của tuyến thiết kế mới (lựa chọn ñộ dốc chủ ñạo, loại ñầu máy, trọng lượng ñoàn tàu

có lợi nhất, phân bố ñiểm phân giới hợp lí nhất) cần phải tính hàng loạt thành phần

phụ thêm của chi phí khai thác.Ví dụ khi phương án ñược xem xét áp dụng cho các

tiêu chuẩn trọng lượng khác nhau trên tuyến thiết kế và ở các tuyến nối tiếp thì cần

phải tính chi phí khai thác cho cắt hay móc thêm toa cho các ñoàn tàu ở ga nối tiếp.

Tóm lại chi phí khai thác dùng trong so sánh phương án, chia làm hai nhóm:

"Chi phí khai thác liên quan tới lượng chạy tàu" và "Chi phí duy tu thiết bị cố ñịnh".

7.2.2.1. Chi phí khai thác liên quan tới lượng chạy tàu.

- Nguyên lý tính toán.

Chi phí khai thác liên quan tới lượng chạy tàu:

Ey = 365 NL [N(e1 + ∆e4)AQl2 + AZe3 + (e5 + e6 + e7 + e8 +e9m)L

T

β]10-4

Trong công thức:

20

NL: Số ñôi tàu (ñôi/ngày ñêm), tính riêng theo lượng vận chuyển hành khách,

hàng hoá của năm tính toán (không tính hệ số dao ñộng).

e1: ðịnh mức chi của chi phí duy tu ñầu máy toa xe có liên quan ñến năng

lượng (ñồng/kwh hoặc ñồng/tấn dầu)

e2: ðịnh mức chi phí duy tu ñầu máy, toa xe có liên quan ñến công lực kéo

(ñồng/ kN.km)

e3: ðịnh mức chi phí duy tu ñầu máy, toa xe có liên quan ñến công lực cản

(ñồng/kN.km).

e4: ðơn giá ñiện hoặc nhiên liệu (ñồng/kw.h hoặc ñồng/tấn dầu)

e5: ðịnh mức chi phí duy tu ñầu máy có liên quan với thời gian (ñồng/giờ)

e6, e7: Tiền lương giờ công của tổ lái máy, tổ phục vụ tàu (ñồng/giờ)

e8: ðịnh mức chi giờ vận hành ñoàn tàu (ñồng/giờ ñoàn tàu)

e9: ðịnh mức chi phí duy tu toa xe có liên quan với thời gian (ñồng/giờ toa

xe).

m : Số toa xe lập trong ñoàn tàu

βL: Hệ số tốc ñộ lữ hành

∆: Hệ số tính ñổi ñơn vị: sức kéo ñiện ñiezen ∆ = 1

sức kéo hơi nước ∆ = 0,1

N, AQ, AZ, T: Năng lượng tiêu hao (kwh hoặc tấn dầu, tấn hơi), công kéo

(kN.km), công cản (kN.km), thời gian vận hành (h) hai chiều của một ñoàn tàu, tìm

ñược theo phương pháp tính toán sức kéo, tiếng riêng cho tàu khách, tàu hàng.

- Tính toán năng lượng tiêu hao trong vận hành.

+ Khi sử dụng sức kéo ñiện, năng lượng tiêu hao trong vận hành bao gồm

lượng ñiện tiêu hao ñể kéo NQ(kw.h) và lượng ñiện cho hãm, dừng ở ga N0(kw.h).

Lượng ñiện tiêu hao ñể kéo:

NQ = 3

0

10.60

])[(∑ − tIIU ppw (kw.h) (7.25)

Trong công thức:

Uw: ðiện áp ở chỗ cần thu ñiện, lấy là 25.000V

Ip: Cường ñộ dòng ñiện sinh công (A) trong mỗi gián cách tốc ñộ. Căn cứ tốc

ñộ bình quân Vp của mỗi gián sách tốc ñộ trên ñường cong V = f(s) tra ra dòng ñiện

sinh công.

Ip0: Cường ñộ dòng ñiện sinh công tự dùng của ñầu máy kéo, ñầu máy 4 trục

và 6 trục lấy là 6A, ñầu máy 8 trục lấy là 7,5A.

21

t: Thời gian vận hành kéo ứng với mỗi gián cách tốc ñộ (phút), có thể tra trên

ñường cong (t = f(s))

Lượng ñiện tự dùng cho hãm, dừng ga. N0 tính theo công thức:

N0 = 3

0

10.60

tIU pw Σ (kw.h) (7-26)

+ Khi kéo bằng ñiezen, năng lượng tiêu hao trong vận hành bao gồm lượng

dầu tiêu hao ñể kéo NQ(kg) và lượng ñầu máy ñiezen chạy không tải N0(kg).

Lượng dầu tiêu hao ñể kéo:

NQ = Σ(ey.t) (kg) (7-27)

Trong công thức:

ey: Lượng tiêu hao nhiên liệu ñể kéo trong một ñơn vị thời gian (kg/phút), xác

ñịnh theo vị trí tay cầm và tốc ñộ bình quân của ñoạn tính toán.

t: Thời gian chạy tương ứng với tốc ñộ bình quân của ñoạn tính toán (phút).

Khi ñầu máy ñizen hãm hoặc dừng ở ga, lượng dầu tiêu hao tính theo lượng

dầu tiêu máy chạy không tải:

N0 = Σ(e0.t) (kg) (7-28)

Trong công thức: e0 - lượng tiêu hao nhiên liệu máy chạy không tải trong một

ñơn vị thời gian (kg/phút), nó liên quan tới tốc ñộ quay của máy ñiezen, khi tính toán

tra ở bảng tương ứng.

- Tính công lực kéo.

Công lực kéo của ñầu máy sinh ra trong vận hành, có thể tính là tích của lực

kéo trung bình và quãng ñường chạy. Công lực kéo AQ bằng công dùng ñể khắc phục

công của lực cản cộng với thế năng và ñộng năng tích luỹ của ñoàn tàu. Vì vậy có:

AQ = Σ(F.∆S) = AZ + 1000(P + Q).g(H2 -H1) + 41,7(P + Q) (V22 - V1

2) (7-29)

Trong công thức:

AQ: Công lực kéo của ñoàn tàu chạy giữa hai ga A, B (J)

F: Lực kéo bình quân của các ñoạn tính toán (N)

∆S: Cự ly của các ñoạn tính toán (m)

AZ: Công của lực cản (J)

H2: Cao ñộ trung tâm ga B (m)

H1: Cao ñộ trung tâm ga A (m)

V2: Tốc ñộ ñoàn tàu khi thông qua ga B(m)

V1: Tốc ñộ ñoàn tàu khi thông qua ga A (m)

- Tính công lực cản.

22

Công lực cản AZ ñược chuyển hoá thành nhiệt năng là công lực cản có hại cho

ñầu máy toa xe và hao mòn ñường ray. Nó là công ñể khắc phục lực cản cơ bản của

ñoàn tàu, lực cản ñuờng cong và lực hãm ... Công này ñược tính bằng cách lấy công

lực kéo trừ ñi ñộng năng và thế năng của ñoàn tàu tức là:

AZ = AQ-1000(P + Q).g(H2 - H1) - 41,7(P + Q)(V22 - V1

2) (J) (7-30)

- Tính toán số tàu hàng.

Gọi CZ, CQ là lượng vận chuyển năm của luồng xe nặng, xe rỗng; GZ, GQ là số

tấn (t) tàu kéo ñủ tải chiều xe nặng, xe rỗng, thì:

+ CZ = CQ = C ; GZ = GQ = G

NH = jKG

C

.365

10. 4

(ñôi/ngày ñêm) (7-31)

(Không tính hệ số biến ñộng vận chuyển hàng hoá)

Trong công thức:

C: Lượng vận chuyển hàng hoá năm (104 tấn/năm)

G: Số tấn kéo (tấn)

Kj: Hệ số tải tĩnh

+ CZ ≠ CQ (hoặc GZ ≠ GQ)

Chiều xe nặng: NZH = j

z

kG

C

2

4

365

10. (chuyến/ngày ñêm) (7-32)

Với chiều xe rỗng thì:

* Nếu trả rỗng cả ñoàn tàu và số lượng chuyến tàu hai chiều như nhau thì:

NQZ = jQ

Q

KG

C

365

10. 4

(7-33)

NPK = NZH - NQZ = (chuyến/ngày ñêm) (7-34)

* Nếu xe nặng, xe rỗng cùng lập tàu chung thì:

NQH = QZ

ZHjzQ

G

NKGC

365

).1(36510. 4 −+ (chuyến/ng.ñêm) (7-35)

Trong công thức: NZH, NQZ: Số chuyến tàu, chiều xe nặng, xe rỗng

(chuyến/ngày ñêm)

NPK: Số chuyến tàu trả rỗng theo chiều rỗng (chuyến/ngày ñêm)

NQH: Số chuyến tàu lập hỗn hợp cả xe rỗng, xe nặng theo chiều xe rỗng

(chuyến/ngày ñêm).

GQZ: Số tấn kéo của ñoàn tàu lập hỗn hợp cả xe rỗng, xe nặng theo chiều xe

rỗng (t).

23

7.2.2.2. Chi phí duy tu thiết bị cố ñịnh (kể cả chi phí khấu hao).

Chi phí duy tu thiết bị cố ñịnh EG bao gồm chi phí duy tu chính tuyến, chi phí

duy tu ñường ga, chi phí duy tu nhà ga, chi phí duy tu thiết bị ñóng ñường và thông

tin, chi phí duy tu thiết bị cấp ñiện, có thể tính theo công thức sau:

EG = [(ezx + exl + ew) Lzx + edf . edf + ebz . Lbz + eq . Lq (7-36)

+ Σec . Nc + e6 . N6] x 10-4 (104 ñồng/năm)

Trong công thức:

ezx; exe; ew: ðịnh mức duy tu năm cho chính tuyến, thiết bị tín hiệu ñóng

ñường, thông tin, lưới tiếp xúc (ñồng/km).

Lzx; Ldf; Lbz; Lq: Chiều dài chính tuyến, ñường ñón gửi tàu, ñường lập tàu và

các ñường khác (km)

edf; ebz; eq: ðịnh mức duy tu năm, ñường ñón gửi, ñường lập tàu, các ñường

khác (ñồng/km)

Nc; ec: Số lượng ga các loại, ñịnh mức duy tu năm ga (ñồng/ga)

Nb; eb: Số lượng trạm biến thế sức kéo và ñịnh mức duy tu năm (ñồng/trạm).

7.2.2.3. Chi phí khai thác năm.

Chi phí vận doanh năm có thể tính theo công thức:

E = Ey + EG (104 ñồng/năm) (7-37)

7.3. PHƯƠNG PHÁP ðÁNH GIÁ VỀ KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN

7.3.1. Phân loại các phương pháp ñánh giá lợi ích kinh tế.

7.3.1.1. Phân loại theo yếu tố thời gian.

Khi tính toán lợi ích kinh tế, căn cứ yếu tố thời gian có thể chia thành hai

phương pháp: Phương pháp trạng thái tĩnh và phương pháp trạng thái ñộng.

- Phương pháp trạng thái tĩnh:

Giá trị ñược biểu hiện bằng một khối lượng tiền tệ nhất ñịnh, không thay ñổi

theo thời gian.

Phương pháp trạng thái tĩnh không thể hiện sự tổn thất kinh tế của tiền vốn bị

chiếm dụng trong thời gian xây dựng kéo dài, cũng không thể hiện ñược lợi ích kinh

tế của vốn ñầu tư ñã ñưa vào sớm. Nhưng do phương pháp tĩnh loại bỏ yếu tố thời

gian, tính toán ñơn giản thích hợp với việc loại bỏ các phương án không hợp lý rõ rệt

trong số các phương án ñưa ra xét chọn cũng như khi so sánh các phương án cục bộ.

- Phương pháp trạng thái ñộng:

Giá trị ñược biểu hiện bằng một khối lượng tiền tệ nhất ñịnh, thay ñổi theo thời

gian.

24

Phương pháp trạng thái ñộng xét tới giá trị thời gian của tiền vốn, thể hiện quy

luật giá trị của xã hội kinh tế. Phương pháp này có thể ñem chi phí và lợi ích ở thời

gian khác nhau tính ñổi ra giá trị của cùng một chuẩn thời gian ñể tiến hành tính

toán, so sánh, có thể phản ánh chính xác lợi ích kinh tế của phương án.

7.3.1.2. Phân loại theo chỉ tiêu ñánh giá.

Theo chỉ tiêu ñánh giá về kinh tế có thể phân ra:

- Theo phương pháp ñánh giá chi phí nhỏ nhất: gồm phương pháp tính ñổi chi

phí công trình và vận doanh năm; phương pháp so sánh phương án theo ñầu tư phân

kỳ...

- Theo phương án ñánh giá chi phí - lợi ích, gồm phương pháp thời hạn thu hồi

vốn ñầu tư, phương pháp giá trị hiện tại tĩnh và phương pháp tỷ suất lợi ích nội bộ...

7.3.2. Phương pháp ñánh giá kinh tế thường dùng.

ðể ñảm bảo tính khách quan khi só sánh, tất cả những chỉ tiêu cơ bản ñược

dùng làm tiêu chuẩn thống nhất như tiêu chuẩn về hiệu quả vốn ñầu tư, về kĩ thuật và

công nghệ mới và của ñất nước là năng suất lao ñộng và tiết kiệm trong chi phí lao

ñộng xã hội.

Khi so sánh phương án theo mức ñộ thoả mãn những yêu cầu cơ bản của nền

kinh tế quốc dân chỉ tiêu giá tiền trong ñiều kiện hiện nay có ý nghĩa quyết ñịnh,

nhưng cần phân biệt chỉ tiêu khối lượng xây dựng, chỉ tiêu kĩ thuật và chỉ tiêu khai

thác.

Tuỳ theo ý nghĩa của ñối tượng, giai ñoạn mà mục tiêu so sánh các chỉ tiêu về

giá tiền có thể xác ñịnh ở mức ñộ chi tiết và chính xác khác nhau.

Thông thường các số liệu xuất phát ñể xác ñịnh hiệu quả kinh tế là chỉ tiêu

giá tiền ñặc trưng cho vốn ñầu tư toàn bộ công trình và chi phi khai thác hàng năm.

Khi lập luận chi tiết về các hạng mục xây dựng của ñường sắt trong thuyết

minh ñồ án ñể phê duyệt và chuẩn y vốn ñầu tư cho chi phí khái thác thác hàng năm

sẽ ñược tiếp tục xác ñịnh ở mức ñộ chính xác cao ñảm bảo tính ñúng ñắn và hợp lí

sau này.

So sánh phương án theo chỉ tiêu giá tiền có thể thực hiện theo hiệu quả vốn

ñầu tư tuyệt ñối hay tương ñối.

Hiệu qủa kinh tế tuyệt ñối của vốn ñầu tư ñược xác ñịnh khi làm kế hoạch

phát triển tương lai và kế hoạch phát triển hàng năm của ngành hay của từng xí

nghiệp vận tải ñể ñánh giá kết quả thực hiện các kế hoạch ñó.

25

Việc so sánh tìm ra lời giải tốt nhất theo ñối tượng biện pháp kế hoạch hoá

hay ñối tượng biện pháp thiết kế. Thông thường thực hiện theo hiệu quả tương ñối

tức là ñối chiếu hiệu quả theo cách giải này hay theo cách giải khác.

ðể phù hợp với vấn ñề ñược trình bày, so sánh phương án ñược tiến hành

theo hiệu quả kinh tế tương ñối.

Các số liệu xuất phát ñể so sánh phương án theo chỉ tiêu giá tiền là vốn ñầu

tư và chi phí khai thác hàng năm.

Vốn ñầu tư ñược phân ra: loại vốn ñầu tư ban ñầu là vốn ñầu tư cần thiết ñể

thực hiện tất cả các công tác trước khi chuyển giao ñường vào khai thác và loại vốn

ñầu tư thực hiện trong quá trình khai thác ñể tăng cường năng lực cho ñường theo

từng giai ñoạn công tác riêng lẻ của nó. ðó là vốn ñầu tư bổ sung.

Khi xác ñịnh vốn ñầu tư và chi phí hàng năm phải tiến hành tính toán tỉ mỉ,

chính xác tuỳ theo ý nghĩa của ñối tượng và mục tiêu so sánh, ñiều kiện và thời gian

thực hiện chi phí này.

Trong thực tế thiết kế người ta thường ñưa ra hai trường hợp ñặc trưng nhất.

+ So sánh phương án theo vốn ñầu tư một giai ñoạn.

+ So sánh phương án theo vốn ñầu tư nhiều giai ñoạn.

Trong trường hợp thứ nhất vốn ñầu tư thực hiện một thời kỳ ñến lúc chuyển

giao ñường mới vào khai thác, hoặc ñể tăng năng lực cho ñường cũ ñến mức cần

thiết và ñạt ñược năng lực như ở giai ñoạn ñầu sao cho giai ñoạn sau ñó không cần

ñến vốn ñầu tư bổ sung cho công tác khai thác tương ứng.

Trong trường hợp thứ hai: Vốn ñầu tư ban ñầu ñảm bảo công việc bình

thường chỉ ñến năm khai thác xác ñịnh. Sau ñó chuyển giao sang giai ñoạn khác thì

công việc bổ sung ñược thực hiện tương ứng với vốn ñầu bổ sung ñể tăng năng lực

ñảm bảo sự làm việc bình thường của ñường ñến giai ñoạn tiếp theo.

Trong ñánh giá về kinh tế, có thể căn cứ ñặc trưng và quy mô của phương án,

chọn các phương pháp sau ñây ñể ñánh giá, xét chọn phương án:

7.3.2.1. Phương pháp tính thời gian hoàn bồi (hoàn trả chênh lệch vốn ñầu tư).

Số liệu xuất phát ñể so sánh phương án là vốn ñầu tư một thời kỳ và chi phí

khai thác hàng năm. Cần chứng minh rằng khi so sánh hai phương án có vốn ñầu tư

một thời kỳ A1 và A2 triệu ñồng, tương ứng với nó có chi phí khai thác hàng năm E1,

E2.

Nếu vốn ñầu tư và chi phí khai thác của phương án 1 lớn hơn chi phí tương

ứng ñối với phương án 2 tức là:

A1 > A2 (7-38)

26

E1 > E2

Rõ ràng rằng phương án 2 ưu việt hơn. Các phương án như thế ñược gọi là

phương án không cạnh tranh.

Nhưng trong thực tế thiết kế thường xảy ra phương án có vốn ñầu tư lớn thì

chi phí khai thác nhỏ tức là:

A1 > A2 (7-39)

E1 > E2

Các phương án như thế ñược gọi là phương án cạnh trạnh. Do ñó phải chọn ra

một phương án hợp lý nhất trong chúng.

So sánh theo chỉ tiêu giá tiền ñược thực hiện chỉ trong trường hợp khi các

phương án so sánh ở một mức ñộ như nhau ñáp ứng ñược tất cả những yêu cầu khác

của nền kinh tế quốc dân hay sự khác nhau của chúng trong giá trị hợp lý của vốn

ñầu tư và chi phí khai thác hàng năm. Tức là khi câu hỏi về tính cần thiết của vốn

ñầu tư trong các ñối tượng ñã cho ñược giải quyết.

Do ñó nếu việc xây dựng theo phương án có vốn ñầu tư lớn ñược thực hiện

thì vốn thêm của phương án 1 so với phương án 2 là A1 - A2 và tương ứng với nó chi

phí khai thác hàng năm của phương án 1 tiết kiệm ñược so với phương án 2 là E2 - E1

có thể hoàn bồi vốn ñầu tư bỏ thêm với chi phí tiết kiệm này.

Trong trường hợp này thời gian hoàn bồi vốn là.

Thb = EEAA

12

21

−

− (7-40)

ðó là thời gian hoàn bồi vốn ñầu tư bỏ thêm của phương án ñắt hơn do tiết

kiệm chi phí khai thác mà không phải thời gian hoàn bồi vốn ñầu tư ñể thực hiện

phương án hay ñối tượng so sánh.

Nhưng với phương pháp như thế cần phải nhớ rằng số tiền từ thu nhập quốc

gia ñược sử dụng làm vốn ñầu tư, cần chú ý vốn ñầu tư này phải ñược hoàn vốn

nhanh nhất. Vì vậy khi tiến hành xác ñịnh thời gian hoàn vốn theo công thức (7-40)

có thể lấy phương án ñắt hơn ñể xây dựng với ñiều kiện nằm trong thời gian hoàn

vốn cho phép của nền kinh tế quốc dân.

Khi chi phí khai thác tiết kiệm ñược cố ñịnh tức là E2 - E1 không ñổi theo giá

trị trong một thời gian một năm, phần xác ñịnh của vốn ñầu tư bỏ thêm A1 - A2 sẽ

ñược hoàn bồi hàng năm. Tỉ số giữa chi phí khai thác tiết kiệm ñược hàng năm trên

vốn ñầu tư bỏ thêm ñược gọi là hệ số hiệu quả của vốn ñầu tư. Ta có công thức sau:

C = AAEE

21

12

−

− (7-41)

27

Trong thực tế lập kế hoạch nền kinh tế quốc dân hệ số hiệu quả vốn ñầu tư

tiêu chuẩn Ctc = 0,08 thì Thb = 12 năm và khi Ctc = 0,12 thì Thb = 8 năm. So sánh

công thức (7-40) và (7-41) có thể thấy rằng thời gian hoàn bồi là ñại lượng nghịch

ñảo của hệ số hiệu quả vốn ñầu tư.

Khi có tiêu chuẩn ñó, ta ñã coi như lấy phương án có vốn ñầu tư lớn thì hệ

số hiệu quả vốn ñầu tư lớn hơn với ñiều kiện:

AAEE

21

12

−

− < Ttc (7-42)

hay : AAEE

21

12

−

− > Ctc (7-43)

Khi so sánh chọn hai phương án thì thông thường phương án nào có ñầu tư

nhiều lại có chi phí vận doanh nhỏ. Có thể dùng chi phí vận doanh tiết kiệm ñược

mỗi năm của phương án ñầu tư nhiều bù ñắp cho ñầu tư nhiều của phương án ñó. Số

năm cần thiết ñể bù ñắp gọi là thời gian hoàn trả chênh lệch vốn ñầu tư. Nếu thời

gian hoàn vốn ñầu tư chênh lệch nhỏ hơn thời gian hoàn vốn chênh lệch chuẩn Tchuẩn

thì phương án ñầu tư lớn hơn sẽ có lợi. Công thức tính toán là:

T = 12

21

EE

AA

−

− (năm) (7-44)

Trong công thức:

T: Thời gian hoàn vốn ñầu tư chênh lệch (năm)

A1; A2: Số tiền ñầu tư của phương án 1, 2 (A1> A2)

E1; E2: Chi phí vận doanh năm của phương án 1, 2 (E1< E2)

Khi T>Tchuẩn: phương án 2 có lợi

Khi T<Tchuẩn: phương án 1 có lợi

Sau khi thông xe, lượng vận chuyển tăng lên từng năm, nên chi phí vận doanh

cũng biến ñổi từng năm. ðể thể hiện ñặc ñiểm này, thời gian hoàn vốn ñầu tư chênh

lệch có thể giải trình như sau:

A1 - A2 = ∑=

−T

iii EE

112 )( (7-45)

Trong công thức:

E1i; E2i: chi phí vận doanh năm thứ i của phương án 1, phương án 2

Tiến thêm bước nữa, xét giá trị thời gian của vốn, thì thời gian hoàn vốn chênh

lệch ñầu tư, có thể trình bày theo công thức sau:

28

∑ ∑=

+

+= +

−=

+

−m

i

Tm

mii

iii

ii

c

EE

c

AA

1 1

1221

)1()1( (7-46)

Trong công thức:

T: Thời gian hoàn vốn ñầu tư chênh lệch (năm)

c: Tỷ lệ lợi ích chuẩn của ñường sắt

A1, A2: Vốn ñầu tư của phương án 1, 2 ; A1>A2

E1, E2: Chi phí vận doanh năm của phương án 1, 2 ; E1<E2

m: Thời gian xây dựng tuyến thiết kế (năm).

7.3.2.2. Phương pháp chi phí tính ñổi năm: .

Biến ñổi bất ñẳng thức (7 - 6) ta có:

CtcA1 + E1 < CtcA2 + E2

Vế phải và vế trái của bất ñẳng thức này là tổng chi phí qui ñổi của phương

án 1 và phương án 2 dùng ñể so sánh.

Khi biến ñổi như thế vốn ñầu tư ñược dịch chuyển sang số ño của chi phí khai

thác, nếu phần bên phải và bên trái của bất ñẳng thức này chia cho Ctc ta có:

A1 + CEAC

Etctc

22

1 +<

Hay A1 + E1 Ttc < A2 + E2 Ttc

Kết quả của phép biến ñổi này có thể so sánh một vài phương án có vốn ñầu

tư một giai ñoạn khi chi phí khai thác không thay ñổi trong một thời gian thì hiệu quả

kinh tế nhất sẽ là phương án có chi phí qui ñổi (chi phí dẫn xuất Kñx) nhỏ nhất. Tức

là:

KdX = Ctc . A + E => min (7-47).

hay KdX = A + C tc

E = A + E. Ttc => min (7-48).

Theo cách ñó khi so sánh phương án theo chỉ tiêu giá tiền có vốn ñầu tư một

giai ñoạn và chỉ phí khai thác không thay ñổi thời gian có thể sử dụng công thức (7-

5), (7-6) hoặc (7-7), (7-8). Công thức (7-5), (7-6) áp dụng khi so sánh hai phương án,

còn công thức (7-7), (7-8) dùng ñể so sánh khi số phương án nhiều nhiều hơn hai.

Trong phương pháp thời gian hoàn vốn ñầu tư chênh lệch, nếu lấy T = Tchuẩn

thì:

tcT

1. A1 + E1 =

tcT

1. A2 + E2

29

ðầu tư A1, A2 trong công thức trên sau khi nhân với hệ số năm tcT

1 tức là tính

ñổi ra chi hàng năm, cộng với chi vận doanh năm E1, E2 tức là tìm ñược chi phí tính

ñổi năm.

Hệ số tcT

1 dùng ∆ ñể biểu thị gọi là hệ số hiệu quả ñầu tư, cũng là tỷ suất lợi

ích chuẩn. Hệ số hiệu quả ñầu tư ∆ liên quan với doanh lợi của các ngành kinh tế

quốc dân và liên quan với chính sách ñầu tư. Trước ñây trong so sánh chọn phương

án ñường sắt thường lấy là 0, 10; còn trong "Biện pháp ñánh giá kinh tế các hạng

mục xây dựng ñường sắt" (Xuất bản lần thứ 2 tại Trung Quốc) quy ñịnh là 0,06. Nếu

lấy A biểu thị ñầu tư công trình, K biểu thị chi phí tính ñổi năm thì:

K = E + ∆A

Trong so sánh kinh tế nhiều phương án, thì phương án có chi phí tính ñổi năm

K nhỏ nhất là kinh tế. ðây là phương pháp so sánh kinh tế trạng thái tĩnh.

Khi xác ñịnh hệ số hiệu quả tiêu chuẩn của vốn ñầu tư, thời gian hoàn vốn tiêu

chuẩn hợp lý thường do Bộ kế hoạch ðầu tư qui ñịnh.

ðể so sánh trong ñiều kiện bình thường hệ số hiệu quả tiêu chuẩn ñược lấy

bằng Ctc = 0,10 tức là thời gian hoàn bồi là 10 năm ñối với các công trình xây dựng

có ý nghĩa quốc gia như tuyến ñường sắt mới, còn ñối với các công trình khác ñảm

bảo hiệu quả vốn ñầu tư lớn hơn, cho phép lấy Ctc = 0,12 tức là thời gian hoàn bồi

không lớn hơn 8 năm. Riêng những vùng có ñiều kiện ñịa hình khó khăn và thiên

nhiên khắc nghiệt mới khai phá, các công trình xây dựng cho phép lấy Ctc = 0,08 tức

là thời gian hoàn bồi bằng 12 năm.

Phương pháp qui ñổi so sánh các phương án xuất hiện trong chúng một

phương án tốt nhất hay là phương án tối ưu ñược lập luận một cách ñầy ñủ và ñược

áp dụng rộng rãi trong thực tế của các cơ quan thiết kế ñể ñánh giá các phương án.

Như ñã trình bày ở trên việc xác ñịnh thời gian hoàn bồi hay hệ số hiệu quả

và ñối chiếu với tiêu chuẩn qui ñịnh ñược dựa trên cơ sở chi phí khai thác không ñổi

trong một thời gian, thực tế chỉ xảy ra trong từng trường hợp riêng biệt.

ða số các ñối tượng thiết kế chi phí khai thác hàng năm thường thay ñổi.

Bằng cách ñó khi xác ñịnh chi phí ñể so sánh phương án sẽ tính thời gian mà

chi phí này ñược thực hiện ñể so sánh tính hiển nhiên của chúng tiến dần ñến năm

xác ñịnh. Năm như thế thường là năm chuyển giao tuyến ñường vào khai thác, nó là

năm ñánh giá hay năm "0".

30

Khi xác ñịnh tổng chỉ phí dẫn xuất cần thiết ñể thực hiện vốn ñầu tư và chi

phí khai thác hàng năm theo một trong các phương án của ñối tượng thiết kế ñược

qui về năm ñầu "năm 0" sẽ bằng:

Kdx = Aηt1 + ∑tqd

tE1

η

Trong ñó tct

)1(

1

+=η hệ số qui ñổi

Nhưng vì khi t1 = 0, ηt1 = 1,0 sẽ có dạng:

Kdx = A + ∑tqd

tE1

µ (7-49)

Nếu chi phí khai thác theo thời gian thì biểu thức này có dạng:

Kdx = A + E ∑tqd

1

ηt

Trong ñó các biểu thức trên tqd là thời gian qui ñổi mà trong ñó các chi phí

ñược tính hay nói cách khác là thời kỳ so sánh phương án. Nếu thừa nhận rằng thời

kỳ so sánh phương án bằng vô cùng và tổng của chi phí khai thác bằng cách tính sau

ta có:

Kdx = A + E tc

d t∫∞

+0 )1(

Sau khi phân tích ta có Kdx = A + E )1(

1

cln +, sau khi khai triển ln (1+c) trong chuỗi

Mác lo-ranh, ta có: ccnln

1

)(

1≈

+ xác ñịnh chi phí qui ñổi theo công thức:

Kdx = A + C

E , Công thức này như (7- 48)

Như vậy khi tính chi phí khai thác không ñổi trong thời gian chi phí dẫn xuất

tính theo công thức (7-48) cũng như (7-50).

Trong cùng một thời gian khi thiết kế xây dựng ñường sắt mới thông thường

không nên coi chi phí khai thác không ñổi theo thời gian. Vì vậy khi cần thiết lập

luận một cách chi tiết hơn sẽ tính ñược chi phí dẫn xuất theo công thức (7 - 49). Khi

xác ñịnh chi phí khai thác trong thời kỳ từ t = 1 ñến tqñ sau ñó nhân với hệ số qui ñổi.

Khi thay ñổi chi phí khai thác theo thời gian bằng quan hệ tuyến tính thay công thức

(7 - 49) bằng công thức (7 - 48) nhưng cần phải thừa nhận rằng chi phí khai thác ñã

31

biến ñổi giá trị trung bình của chúng. Khi áp dụng lý thuyết về giá trị bình quân trong

phép tính tích phân có thể chứng minh rằng giá trị bình quân của chi phí khai thác

bằng chi phí ñược xác ñịnh trong năm, ở thời gian hoàn vốn tiêu chuẩn.

7.3.2.3. Phương pháp chi phí nhỏ nhất.

Khi so sánh, các phương án chiều dài ñường cơ bản giống nhau, doanh thu vận

tải cơ bản giống nhau, ñể ñơn giản có thể tiến hành so sánh theo phương pháp chi phí

nhỏ nhấp. Tính toán chi phí bao gồm tổng mức ñầu tư của các phương án và các loại

chi phí (chủ yếu là chi phí vận doanh năm) trong thời gian tuổi thọ của hạng mục

công trình. Phương án có chi phí nhỏ nhất là phương án tối ưu. Công thức tính toán

cơ bản là:

Ki = Ai + ∑=

n

i 1

Eit (7-51)

Ki : Tổng chi phí của phương án thứ i

Ai : Tổng ñầu tư phương án thứ i

Eit: Chi phí vận doanh năm thứ t của phương án thứ i.

Nếu tiến thêm một bước, xét thêm giá trị thời gian của tiền vốn thì công thức

tính chi phí là:

Ki = ∑= +

++

n

it

itt

it

c

E

c

A

1

])1()1(

[ (7-52)

Trong công thức:

Ait : ðầu tư năm thứ t của phương án thứ i

Eit : Chi phí vận doanh năm thứ t phương án thứ i

c : Suất lợi ích chuẩn của ñường sắt

n : Số năm thời gian tính toán

Nếu thời kỳ tính toán kết thúc, bộ phận phương án còn dư vốn cố ñịnh thì công

thức tính toán tổng chi phí có thể ñiều chỉnh như sau:

Ki = ∑= +

−+

++

n

in

yi

tit

tit

c

A

c

E

c

A

1 )1(]

)1()1([ (7-53)

Trong công thức:

Ayi : Số vốn ñầu tư cố ñịnh còn dư cuối kỳ tính toán của phương án thứ i

Trong thực tế thiết kế ñường sắt mới cũng như nâng cấp ñường ñang khai thác

thường so sánh phương án theo phân kỳ vốn ñầu tư hay nói cách khác vốn ñầu tư

ñược thực hiện ở các giai ñoạn khác nhau. Ví dụ ñầu tiên khai thác tuyến ñơn với dầu

máy diezel, ñến năm thứ 5 lượng hàng vận chuyển tăng lên cần thiết xây dựng từng

ñoạn ñường ñôi, ñến năm thứ 15 xây dựng thành tuyến ñường ñôi. Nói chung, so

32

sánh trong trường hợp này các phương án có thể khác nhau bởi số giai ñoạn, sự thay

ñổi biện pháp thực hiện ñể tăng cường năng lực cho tuyến ñường ở mỗi giai ñoạn và

thời ñiểm (năm thực hiện vốn ñầu tư bổ sung) thay ñổi mỗi giai ñoạn làm việc của

ñường. Vì vậy khi so sánh những phương án như thế theo chỉ tiêu giá tiền cần tính tất

cả chi phí ñơn vị của chúng.

Khi vốn ñầu tư nhiều giai ñoạn, tính hệ số qui ñổi sẽ không chỉ chi phí khai

thác hàng năm mà còn cả chi phí ñầu tư xây dựng trong từng giai ñoạn nhất ñịnh.

Trong trường hợp này chi phí dẫn xuất ñược tính theo công thức:

Kdx = ∑ ∑+

++

tc tc

ttc

ttc C

E

C

A

1 1 )1()1( (7-54)

Khi tính vốn ñầu tư thực hiện theo giai ñoạn làm việc nào ñó của ñường thì ñặc

trưng thay ñổi chi phí khai thác cho mỗi một giai ñoạn sẽ khác nhau. Công thức này

có dạng:

Kdx = A0 + ∑∑∑

++

+

− m tc

tt

tc

tim

tijtc

ij

C

E

C

A

1

)(1

1 )1()1( (7-55)

Trong ñó: A0 - Vốn ñầu tư xây dựng ở giai ñoạn ñầu

m- Số giai ñoạn làm việc của ñường

m-1 - Số lần chuyển từ giai ñoạn 1 sang giai ñoạn tiếp theo.

tij - Năm thay ñổi giai ñoạn làm việc của ñường (năm thực hiện vốn ñầu tư bổ

sung Aij)

tñ: Năm bắt ñầu khai thác ñường ở một giai ñoạn xác ñịnh.

tc: Năm kết thúc làm việc ở giai ñoạn này. (Cho giai ñoạn cuối cùng nhưng

hàng năm mà trước khi thực hiện so sánh phương án)

So sánh phương án theo vốn ñầu tư nhiều giai ñoạn ñược thực hiện bằng cách

xác ñịnh tổng chi phí ñầu tư và khai thác ñược qui ñổi về năm ñầu tiên cho mỗi

phương án so sánh, sẽ có một phương án trong các phương án ñó có chi phí nhỏ nhất.

Khi so sánh như trên, cần nhớ rằng tính chi phí dẫn xuất theo công thức (7-54),

(7-55) vốn ñầu tư cần thiết ñể thay ñổi giai ñoạn làm việc Aij quan hệ ñến năm

chuyển ñổi giai ñoạn làm việc. Thực tế, thực hiện một biện pháp nào ñó ñể tăng

cường năng lực ñường, cần có khoảng thời gian nhất ñịnh ñể thực hiện thay thế hoặc

ñổi mới phương tiện .

Vì vậy hiệu quả ñẩy lùi vốn ñầu tư ñược giảm một ít. Khi so sánh phương án

phải tính ñến ñiều này nên trong phương pháp luận xác ñịnh hiệu quả vốn ñầu tư ñã

ñưa ra: hệ số hiệu quả của vốn ñầu tư nhiều giai ñoạn lấy nhỏ hơn một ít so với hệ số

33

tương tự của so sánh phương án với vốn ñầu tư một giai ñoạn. Do ñó khi so sánh

phương án vốn ñầu tư nhiều giai ñoạn Ctc ñược lấy bằng 0.08.

Một cách hiển nhiên cần phải tính ñến sự khác nhau của các giá trị chi phí khai

thác, khi nghiên cứu các phương pháp lựa chọn các thông số kỹ thuật cơ bản, hay khi

so sánh các phương án trong thiết kế.

Theo mỗi một phương án, chi phí khai thác ñường sắt có những giá trị hiển

nhiên mà khác nhau cơ bản thì cần phải xác ñịnh ñại lượng của các chi phí này ở

tương lai và bổ sung hợp lý.

ðiều khó nhất là trong ña số trường hợp không có khả năng xác ñịnh một cách

chính xác khối lượng hàng chuyên chở và chi phí khai thác tương ứng trong tương

lai, nên việc tính toán nó phải ñược thực hiện một cách gần ñúng.

Trong trường hợp này, có thể tính chi phí khai thác trong tương lai như nhau

(thường không thay ñổi trong một thời gian) và bằng nhau ở năm cuối cùng. ðể có

ñược ñiều ñó, cần có số liệu về lượng hàng chuyên chở.

Khi tính theo công thức (7-55) ñược bổ sung thêm một số hạng như công thức

dưới ñây:

Kdx = A0 +

+−+

++

+∑∑∑∑=

−

cct

tt

tctccc

m tc

tt

tc

im

ttc

ij

CCE

C

tE

C

A

11

1

1 )1(

11

)1(

)(

)1( (7-56)

Trong ñó Ecc: Chi phí khai thác của năm cuối cùng mà lượng hàng chuyên chở

ở giai ñoạn làm việc cuối cùng ñã ñược biết.

Khi tiến hành so sánh phương án có vốn ñầu tư nhiều giai ñoạn tức là khi phân

kỳ vốn ñầu tư sẽ phát sinh ra những công việc phụ và những công việc "không tên"

làm phức tạp thêm. Trong những ñiều kiện riêng biệt cần tính chuyển thiết bị ñược

sử dụng trước ñây ở con ñường này (ñoàn tàu này, kiến trúc tầng trên, thông tin, liên

lạc) sang ñối tượng khác ñể giảm chi phí mua sắm thiết bị mới.

Khi so sánh phương án cần thiết tính chi phí liên quan tới sự khác nhau của

thời gian tính chuyên chở hàng hoá, hiệu quả kinh tế do việc rút ngắn thời gian xây

dựng v.v...

7.3.2.4. Phương pháp tỷ suất lợi ích nội bộ của ñầu tư chênh lệch.

Là phương pháp so sánh kinh tế lấy tỷ suất lợi ích nội bộ của ñầu tư chênh lệch

làm chỉ tiêu ñánh giá.

Tỷ suất lợi ích nội bộ ñầu tư chênh lệch là tỷ suất ñổi ra giá trị hiện tại tổng giá

trị hiện có số chênh lệch lưu lượng tiền mặt tĩnh năm của hai phương án bằng không,

ñược trình bày theo công thức:

34

∑n

1

[(CI - CO)2t - (CI - CO)1t] (1 + ∆FIRR)-1 = 0 (7-57)

Trong công thức:

CI : Tiền mặt ñưa vào

CO : Tiền mặt ñưa ra.

(CI - CO)2t : Lưu lượng tiền mặt tĩnh của phương án ñầu tư lớn tại năm thứ t.

(CI-CO)1t: Lưu lượng tiền mặt tĩnh của phương án ñầu tư nhỏ ở năm thứ t

∆FIRR : Tỷ suất lợi ích nội bộ về tài vụ của chênh lệch ñầu tư.

n : Thời gian tính toán.

Khi so sánh ñứng trên góc ñộ kinh tế quốc dân:

∑n

1

[(B - C)2t - (B - C)1t] (1 + ∆FIRR)-1 = 0 (7-58)

Trong công thức:

B : Lợi ích

C : Chi phí

(B - C)2t : Lưu lượng hiệu ích tĩnh năm của phương án ñầu tư lớn

(B - C)1t : Lưu lượng hiêu ích tĩnh năm của phương án ñầu tư nhỏ.

∆ EIRR: Suất lợi ích nội bộ kinh tế của chênh lệch ñầu tư.

Khi so sánh phương án, có thể căn cứ công thức trên, tính tỷ suất lợi ích nội bộ

của chênh lệch ñầu tư và ñem so với tỷ suất lợi ích nội bộ về tài vụ c (khi so sánh

trên góc ñộ lợi ích xí nghiệp) hoặc suất xã hội s (khi so sánh ñứng trên góc ñộ lợi ích

kinh tế quốc dân) khi ∆FIRR≥ c hoặc ∆ERR ≥ s thì phương án ñầu tư lớn là ưu việt

hơn, còn ngược lại, thì phương án ñầu tư nhỏ là ưu việt hơn.

Phương pháp này thích hợp khi so sánh 2 hoặc 3 phương án; khi phương án

tương ñối nhiều, ñể tránh việc so sánh từng ñôi phương án một, làm tăng khối lượng

công tác tính toán, có thể tiến hành so sánh phương pháp giá trị hiện tại tĩnh.

7.4. ðÁNH GIÁ TỔNG HỢP PHƯƠNG ÁN

ðánh giá tổng hợp các phương án tiến hành phân tích, chọn phương án hợp lý

nhất trên cơ sở các chỉ tiêu ñánh giá kinh tế kỹ thuật.

Các loại chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật dùng làm căn cứ ñánh giá tổng hợp phương

án bao gồm các chỉ tiêu ñặc trưng kỹ thuật, ñặc trưng vận doanh, số lượng công trình

và quy mô công trình và các chỉ tiêu ñánh giá về kinh tế v.v...

Khi ñánh giá tổng hợp các phương án, cần căn cứ tình hình khác biệt giữa các

phương án, chọn hệ chỉ tiêu thích hợp rộng rãi, lập thành biểu ñể tiến hành xét chọn.

35

Sau ñây là thí dụ xây dựng ñường sắt mới, lấy các chỉ tiêu thường dùng lập

thành biểu.

Các chỉ tiêu so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án tuyến ñường sắt xây

dựng mới

Phương án TT Chỉ tiêu Tên gọi ðơn vị

I II

1 Chiều dài tuyến thiết kế Chiều dài xây dựng/

chiều dài vận doanh Km

2 Hệ số triển tuyến

3 Tấn số kéo Tấn

4 Thời gian chạy ñi, về Khu gian hạn chế/ toàn

tuyến Phút/h

5 Năng lực thông qua ðôi tầu/ngñ

6 Năng lực chuyên chở Triệutấn/

năm

7 ðộ dốc tối ña Dốc hạn chế/ dốc gia

cường (cân bằng) 0/00

8 Chiều dài ñoạn dốc thiết

kế ñộ dốc tối ña

Dốc hạn chế/ dốc gia

cường (cân bằng) Km

9 Chiều cao khắc phục Chiều ñi/ chiều về M

10 Bán kính ñường cong tối

thiểu M

11 ðoạn ñịa chất không tốt số ñoạn/ tổng chiều dài Số ñoạn/km

12 Ga Ga trung gian

Ga nhường tránh cái

13 Khối lượng ñào ñắp ðắp

ðào 104m3

14 Cầu Tổng số/ Tổng chiều dài Cái/m

15 Cống Tổng số/ Tổng chiều dài Cái/m

16 Hầm

Tổng số/ Tổng chiều dài

Trong ñó:hầm dài, cái /

tổng dài

cái/m

17 Lao ñộng thi công ngày công

18 Chiếm ñụng ñất 103m2

36

19 ðầu tư Chỉ phí công trình tiền

mua ñầu máy toa xe Triệu ñồng

20 Giá thành Triệu

ñồng/km

21 Chi phí vận doanh năm

thiết kế

Triệu

ñồng/km

22 Chi phí công trình và vận

doanh tính ñổi năm

Triệu ñồng

/ năm

23 Tỷ suất lợi nhuận vốn

ñầu tư năm thiết kế %

24 Thời gian hoàn bồi vốn

ñầu tư chênh lệch năm

25 Giá trị hiện tại tĩnh Triệu

ñồng

26 Tỷ suất lợi ích nội bộ %

Kết luận: Phương án

chọn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê ðức Trân - Giáo trình khảo sát và thiết kế ðường sắt - Trường ðại học GTVT

- 1977.

2. Lê Xuân Quang, Lê ðức Trân, Phạm Văn Vang, Phạm Văn Ký - Giáo trình khảo sát và thiết kế ðường sắt - Trờng ðại học GTVT - 1990.

3. Lê Văn Cử, Lê Xuân Quang, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Trọng Luật - Giáo

trình công trình ðường sắt - Trờng ðại học GTVT - 1975.

4. Nguyễn Thanh Tùng, Bùi Thị Trí, Lê Văn Cử - Giáo trình kết cấu tầng trên ðường sắt - Trường ðại học GTVT - 1996.

5. Quy phạm thiết kế kỹ thuật ðường sắt khổ 1000mm - Bộ giao thông vận tải -

1976.

6. Quy phạm thiết kế kỹ thuật ðường sắt khổ 1435mm - Bộ giao thông vận tải - 1985.

7. Quy trình tính sức kéo ñầu máy các ñoàn tàu ðường sắt - Bộ giao thông vận tải -

1984.

37

8. Quy phạm kỹ thuật khai thác ðường sắt Việt Nam - Bộ giao thông vận tải - 1999.

9. Sổ tay thiết kế ðường sắt, tập1, 2 - Viện thiết kế giao thông vận tải - 1972.

10. I.V. Turbin và các tác giả - Khảo sát và thiết kế ðường sắt - Matxcơva 1989 (Bản tiếng Nga).

11. I.I. Kantor và các tác giả - Cơ sở khảo sát và thiết kế ðường sắt - Matxcơva 1999

(Bản tiếng Nga). 12. B.A. Kapưlenko và các tác giả - Khảo sát và thiết kế vị trí ñặt cầu, hầm trên ð-

ường sắt - Matxcơva 1999 (Bản tiếng Nga).

13. B.A. Vonkov và các tác giả - ðiều tra kinh tế và cơ sở thiết kế ðường sắt -

Matxcơva 1990 (Bản tiếng Nga). 14. T.G. Iakobleva và các tác giả - ðường ñường sắt - Matxcơva 1999 (Bản tiếng

Nga).

15. ðịch Tự Dung và các tác giả - Thiết kế tuyến ðường sắt - Nhà xuất bản Trường ðại học giao thông Tây Nam - 2001 ( Bản tiếng Trung).

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Trình bày những yêu cầu về ñoạn thẳng giữa các ñoạn cong?

2. Hãy phân tích ñiều kiện chuyển ñộng của tàu , sự phụ thuộc của hợp lực vào tốc ñộ

chạy tàu và thành lập phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu?

3. Hãy trình bày công thức xác ñịnh các yếu tố ñường cong và nêu ưu nhược ñiểm của

ñường cong bán kính nhỏ?

4. Hãy trình bày các khái niệm về bán kính : Rmax, Rmin, Rhạn chế và nêu ưu nhược ñiểm

của ñường cong bán kính nhỏ?

5. Trình bày mục ñích , phân loại , nội dung phân bố ñiểm phân giới?

6. Mục ñích , phân loại , nguyên tắc phân bố ñiểm phân giới?

7. Trình bày nội dung và nguyên tắc phân bố ñiểm phân giới?

8. Trình bày các ñặc tính của vùng tụ nước và cách xác ñịnh các yếu tố hình học của

vùng tụ nước?

9. Trình bày cách xác ñịnh công cơ học của lực cản , cách tính tiêu hao nhiên liệu ở ñầu

máy ñiêzen?

10. Nêu mục ñích so sánh phương án, những chỉ tiêu dùng ñể so sánh phương án và cách

phân loại phương án ñể ñánh giá so sánh?

11. Trình bày yêu cầu về bình ñồ và trắc dọc tại ñiểm phân giới?

12. Hãy phân loại vạch tuyến theo ñiều kiện sử dụng dốc vạch tuyến. Nêu nhiệm vụ và

phương pháp vạch tuyến tự do?

13. Nêu cách tính khối lượng ñoàn tàu và kiểm tra khối lượng ñoàn tàu theo các ñiều kiện

hạn chế nó?

14. Nêu lý do và cách bố trí ñiểm ñổi dốc theo bình ñồ và công trình nhân tạo?

15. Xác ñịnh lưu lượng thiết kế theo "Quy trình tính dòng chảy lũ do mưa rào ở lưu vực

nhỏ "?

16. Trình bày nội dung việc thiết kế trắc dọc ñảm bảo an toàn chuyển ñộng?

17. Trình bày nội dung việc thiết kế trắc dọc ñảm bảo chạy tàu không gián ñoạn?

18. Trình bày nội dung việc thiết kế trắc dọc ñảm bảo nền ñường không bị ngập nước và

khi giao cắt với các ñường giao thông khác?

19. Trình bày mục ñích, nguyên tắc và cách nắn thẳng trắc dọc?

20. Nêu các yếu tố ảnh hưởng và các công thức thực nghiệm xác ñịnh hệ số ma sát lăn

giữa bánh xe và ray ψ, hệ số ma sát giữa má phanh và vành bánh ϕk ?

21. Trình bày nguyên tắc bố trí công trình thoát nước nhỏ trên bình ñồ và trắc dọc?

22. Nêu nội dung và trình tự tính toán thuỷ lực cầu nhỏ?

23. Trình bày cách xây dựng ñường cong V(S) khi tính ñến ñiều kiện hãm? Lấy ví dụ xây

dựng ñường cong V(S) khi tàu vào ga ở ñường nhánh có Vhc = Vghi?

24. Trình bày ưu nhược ñiểm của các loại vạch tuyến : men sông, men ñường phân thuỷ,

men sườn núi?

25. Trình bày nội dung các bài toán hãm và cách xác ñịnh hạn chế vận tốc theo ñiều kiện

hãm?

26. Trình bày cơ sở lý thuyết tập trung nước từ lưu vực?

27. Trình bày : Nội dung tính toán năng lượng, các chế ñộ chuyển ñộng của tàu và cách

xác ñịnh công cơ học của ñầu máy?

28. Trình bày cách phân loại vạch tuyến theo ñịa hình. Nêu nhiệm vụ và phương pháp

vạch tuyến khó khăn?

29. Trình bày cách xác ñịnh thời gian chạy tàu bằng phương pháp ðegterep?

30. Trình bày cách xác ñịnh thời gian chạy tàu bằng phương pháp Lêbêdep?

31. Hãy trình bày công thức xác ñịnh các yếu tố ñường cong? Tại sao lại ñưa ra khái

niệm góc quay nhỏ nhất, nêu công thức xác ñịnh góc quay nhỏ nhất?

32. Trình bày về dốc cân bằng icb? Cho ví dụ cụ thể sử dụng dốc cân bằng trên mạng lưới

ñường sắt Việt Nam?

33. Trình bày về dốc hạn chế ip? Cho biết trị số dốc ip phổ biến dùng trên các tuyến

ñường sắt ở Việt Nam?

34. Trình bày về dốc gia cường igc? Cho ví dụ cụ thể sử dụng dốc gia cường trên mạng

lưới ñường sắt Việt Nam?

35. Trình bày về dốc quán tính ij? Và cho biết dốc hạn chế ij khác các dốc hạn chế khác ở

ñiểm nào?

36. Hãy nêu khái niệm chung về phương pháp ñồ giải xác ñịnh vận tốc và thời gian chạy

tàu? Trình bày về biểu ñồ hợp lực ñơn vị?

37. Nêu cách xây dựng ñường cong vận tốc nhờ biểu ñồ vẽ sẵn (bằng cách lấy một ví dụ

cụ thể) ?

38. Trình bày kỹ thuật xây dựng ñường cong vận tốc V(S) bằng phương pháp Lipest?

39. Trình bày cơ sở chọn tỷ lệ xích ñể xây dựng ñường cong V(S) bằng phương pháp ñồ

giải?

40. Trình bày cách tính khối lượng và giá thành công tác nền ñường?

41. Trình bày mục ñích và nội dung phương pháp tích phân gần ñúng phương trình vi

phân chuyển ñộng của ñoàn tàu?

42. Nêu nguyên tắc chung tính giá thành xây dựng các hạng mục và tính giá thành xây

dựng các phương án?

43. Trình bày về các dốc vận doanh? Cách xác ñịnh ivhmax?

44. Hãy trình bày lực kéo ñoàn tàu : sự hình thành , hạn chế lực kéo theo ñiều kiện bám

hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và ray ψ ?

45. Hãy trình bày lực hãm ñoàn tàu : sự hình thành , hạn chế lực hãm theo ñiều kiện bám

hệ số ma sát giữa guốc hãm và bánh xe ϕk ?

46. Hãy trình bày các lực cản phụ chuyển ñộng?

47. ðể ñánh giá ưu khuyết ñiểm của tuyến người ta dùng các số ño nào? Các thông số

nào nói lên ñặc trưng của một tuyến là tuyến khó khăn?

48. Trình bày lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy và lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của

ñoàn tàu?

49. Trình bày công thức thực nghiệm tính lực cản cơ bản của toa xe?

50. Nêu tác dụng và cách tính chiều dài ñường cong hoãn hoà? Tại sao trong quy phạm

thiết kế ứng với một trị số bán kính có 2 – 3 trị số chiều dài ñường cong hoãn hoà?

51. Trình bày mục ñích và mô hình tính sức kéo ñầu máy?

52. Nêu nguyên tắc thiết kế chiều dài yếu tố trắc dọc? Trình bày mục ñích và các phương

pháp liên kết các yếu tố trắc dọc kề nhau?

53. Trình bày ñặc ñiểm và phương pháp tính chi phí khai thác trong so sánh các phương

án thiết kế ñường sắt mới?

1

MỤC LỤC

Trang Chương 1. Cơ sở thiết kế ñường sắt

1.1. Lịch sử phát triển ñường sắt 1.1.1. ðiểm qua lịch sử phát triển hệ thống ñường sắt thế giới 1.1.2. ðiểm qua vài nét sự phát triển ñường sắt Việt Nam 1.2. Các giai ñoạn thiết kế và nội dung ñồ án 1.2.1. Các giai ñoạn thiết kế 1.2.2. Nội dung ñồ án ở các giai ñoạn khác nhau 1.3. Năng lực tính toán của ñường thiết kế 1.3.1. Các số ño 1.3.2. Năng lực dự tính của ñường sắt 1.3.3. Những thông số kỹ thuật cơ bản khi thiết kế tuyến ñường sắt 1.3.4. Khả năng dự tính của từng công trình và kết cấu của nó 1.4. Những yêu cầu chuẩn tắc khi thiết kế ñường sắt 1.4.1. Nhiệm vụ thiết kế tuyến ñường sắt 1.4.2. Những tài liệu cơ bản về chuẩn tắc 1.4.3. Chuẩn tắc về quy phạm thiết kế ñường sắt

Chương 2. Tính sức kéo ñầu máy 2.1. Khái niệm chung 2.1.1. Mục ñích tính sức kéo ñầu máy khi thiết kế ñường sắt 2.1.2. Mô hình tính của ñoàn tàu và các lực tác dụng lên nó 2.2. Lực cản chuyển ñộng 2.2.1. Thành phần của lực cản 2.2.2. Lực cản cơ bản 2.2.3. Công thức thực nghiệm tính lực cản ñơn vị của toa xe 2.2.4. Lực cản ñơn vị cơ bản của ñầu máy 2.2.5. Lực cản ñơn vị cơ bản bình quân của ñoàn tàu 2.2.6. Lực cản phụ 2.3. Lực hãm ñoàn tàu 2.3.1. Các phương tiện hãm tàu 2.3.2. Tính lực hãm do tác dụng của má phanh 2.3.3. Tính lực hãm hoàn nguyên (với ñầu máy ñiện và ñầu máy ñiêzen truyền ñộng ñiện) 2.4. Lực kéo và ñặc tính lực kéo của ñầu máy 2.4.1. Khái niệm chung 2.4.2. Sự thể hiện lực kéo của ñầu máy 2.4.3. Phân biệt ba khái niệm về lực kéo ñầu máy 2.4.4. Hạn chế lực kéo theo ñiều kiện bám 2.4.5. Các khái niệm về khối lượng ñầu máy 2.4.6. Tổng số lực kéo của nhiều ñầu máy 2.5. Phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu 2.5.1. Phân tích ñiều kiện chuyển ñộng của ñoàn tàu 2.5.2. Sự phụ thuộc của hợp lực vào tốc ñộ chạy tàu

2

2.5.3. Thành lập phương trình vi phân chuyển ñộng của ñoàn tàu 2.5.4. Tính khối lượng ñoàn tàu và kiểm tra khối lượng ñoàn tàu theo các ñiều kiện hạn chế nó 2.5.5. Kiểm tra khối lượng ñoàn tàu theo ñiều kiện tăng tốc sau khi dừng ở ga 2.6. Tích phân phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu 2.6.1. Mục ñích 2.6.2 Tích phân gần ñúng phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu 2.7. Phương pháp ñồ giải xác ñịnh vận tốc và thời gian chạy tàu 2.7.1. Khái niệm chung 2.7.2. Biểu ñồ hợp lực ñơn vị 2.7.3. Nắn thẳng trắc dọc 2.7.4. Phương pháp ñồ giải xác ñịnh vận tốc chạy tàu v(S) 2.7.5. Tính thời gian chạy tàu 2.8. Giải các bài toán hãm 2.8.1. Nội dung của các bài toán hãm 2.8.2. Các bài toán hãm và phương pháp giải chúng 2.8.3. Kiểm tra hạn chế vận tốc theo ñiều kiện hãm (tìm vận tốc vñ) 2.8.4. Xác ñịnh vận tốc cuối trên ñoạn hãm vc. 2.8.5. Tính ñến ñiều kiện hãm khi xây dựng ñường cong vận tốc v(S) 2.9. Tính toán năng lượng 2.9.1. Nội dung tính năng lượng 2.9.2. Các chế ñộ chuyển ñộng của tàu 2.9.3. Xác ñịnh công cơ học của ñầu máy 2.9.4. Xác ñịnh công cơ học của lực cản 2.9.5. Tính tiêu hao nhiên liệu ở ñầu máy ñiezen 2.9.6. Tiêu hao năng lượng ñiện của ñầu máy ñiện 2.10. Tính sức kéo ñầu máy trên máy tính ñiện tử 2.10.1. ðặt vấn ñề 2.10.2. Phương pháp số giải phương trình chuyển ñộng của ñoàn tàu 2.10.3. Lượng thông tin xuất phát 2.10.4. Thuật toán tính lực kéo

Chương 3. ðiều tra kinh tế 3.1. ý nghĩa, nhiệm vụ, phân loại, nội dung ñiều tra kinh tế 3.1.1. ý nghĩa và nhiệm vụ ñiều tra kinh tế 3.1.2. Phân loại ñiều tra kinh tế, ñiều tra kinh tế theo giai ñoạn thiết kế 3.1.3. Loại hàng chuyên chở và những chỉ tiêu khối lượng vận chuyển trên ñường thiết kế 3.1.4. Tài liệu ban ñầu ñể ñiều tra kinh tế và nội dung cơ bản của ñiều tra kinh tế phục vụ thiết kế ñường sắt 3.1.5. Thời hạn tính toán của ñiều tra kinh tế 3.2. Khu vực hấp dẫn trực tiếp, khối lượng hàng hóa vận chuyển của ñịa phương 3.2.1. Phương án hướng tuyến 3.2.2. Xác ñịnh khu vực hấp dẫn trực tiếp 3.2.3. ðiều tra kinh tế trong khu vực hấp dẫn 3.2.4. Tính toán dân số 3.2.5. Xác ñịnh khối lượng vận chuyển yêu cầu trong khu vực hấp dẫn

3

3.2.6. Xác ñịnh khối lượng hàng hóa vận chuyển yêu cầu của ñịa phương 3.3. Tải lượng hàng hóa, luồng hàng, luồng toa xe của ñường thiết kế 3.3.1. Khối lượng hàng vận chuyển, tải lượng hàng hóa, luồng hàng 3.3.2 Luồng toa xe của ñường thiết kế 3.4. Xác ñịnh khối lượng hàng chở suốt 3.4.1. Tiền ñề ñể xác ñịnh chở suốt 3.4.2. Phương pháp xác ñịnh khối lượng chở suốt 3.5. Xác ñịnh khối lượng vận chuyển hành khách 3.5.1. ðặc ñiểm tính toán 3.5.2. Các phương pháp tính khối lượng vận chuyển hành khách 3.6. Các chỉ tiêu ñiều tra kinh tế và ảnh hưởng của chúng ñến việc xác ñịnh các yếu tố thiết kế kỹ thuật của tuyến ñường 3.6.1. Các chỉ tiêu cơ bản của ñiều tra kinh tế 3.6.2. Ảnh hưởng của các chỉ tiêu kinh tế ñến việc xác ñịnh các yếu tố thiết kế kỹ thuật 3.6.3. Yêu cầu tài liệu ñiều tra kinh tế

Chương 4. Bình ñồ và trắc dọc ñường sắt Một số khái niệm 4.1. Yếu tố bình ñồ ñường sắt ở khu gian 4.1.1. ðường thẳng và ñường cong 4.1.2. Bán kính tối thiểu và bán kính hạn chế 4.1.3. ðường cong hoà hoãn (ñường cong chuyển tiếp) 4.1.4. ðoạn thẳng giữa hai ñường cong 4.1.5. Góc quay nhỏ nhất 4.1.6 Những yếu tố bình ñồ ñường ñôi 4.2. Những yếu tố trắc dọc ñường sắt 4.2.1. Khái niệm chung 4.2.2. Phân loại dốc trắc dọc 4.2.3. Dốc hạn chế ip 4.2.4. Dốc cân bằng icb 4.2.5. Dốc gia cường igc 4.2.6. Dốc quán tính ij 4.2.7. Dốc vận doanh (dốc thiết kế) 4.2.8. Chiều dài các yếu tố trắc dọc 4.2.9. Nối các yếu tố trắc dọc 4.3. Phân bố ñiểm phân giới 4.3.1. Mục ñích phân bố ñiểm phân giới 4.3.2. Phân loại ñiểm phân giới 4.3.3. Yêu cầu cơ bản khi phân bố ga 4.3.4. Nội dung phân bố ñiểm phân giới 4.3.5. Nguyên tắc phân bố ñiểm phân giới 4.4. Yêu cầu bình ñồ, trắc dọc tại ñiểm phân giới 4.4.1. Chiều dài ga 4.4.2. Yêu cầu bình ñồ tại ñiểm phân giới 4.4.3. Yêu cầu trắc dọc tại ñiểm phân giới 4.4.4. Thiết kế ñoạn chạy suốt nhằm nâng cao khả năng thông qua của ñường sắt

4

4.5. Thiết kế bình ñồ, trắc dọc ñường sắt 4.5.1. Thiết kế trắc dọc theo ñiều kiện ñảm bảo chạy tàu an toàn và êm thuận 4.5.2. Thiết kế bình ñồ và trắc dọc ñảm bảo tàu chạy không bị gián ñoạn (ñảm bảo tàu chạy liên tục) 4.5.3. Bố trí ñiểm ñổi dốc theo bình ñồ và công trình nhân tạo 4.5.4. Thiết kế bình ñồ và trắc dọc ñường sắt trong phạm vi các công trình nhân tạo 4.5.5. Những yêu cầu kinh tế khi thiết kế trắc dọc 4.5.6. Những số ño về bình ñồ và trắc dọc

Chương 5. ðịnh tuyến ñường sắt 5.1. thiết kế chọn tuyến 5.1.1. Chọn hướng tuyến 5.1.2. Chọn ñiểm nối ray 5.1.3. Sự phân bố ga 5.1.4. Phương án có thể 5.1.5. ðường chim bay, ñiểm khống chế 5.1.6. Sơ bộ dẫn tuyến 5.2. Phân loại vạch tuyến 5.2.1 Phân loại vạch tuyến theo ñịa hình có thể chia ra hai nhóm 5.2.2. Phân loại cách vạch tuyến theo ñiều kiện sử dụng ñộ dốc hạn chế 5.3. Vạch tuyến tự do và vạch tuyến khó khăn 5.3.1. Vạch tuyến tự do 5.3.2. ðịnh tuyến về mặt cắt ngang 5.3.3.Cải thiện bình diện, trắc dọc tuyến 5.3.4. Vạch tuyến khó khăn 5.4. các nguyên tắc ñịnh tuyến ở các ñiều kiện tự nhiên khác nhau 5.4.1. Vạch tuyến men sông 5.4.2. Vạch tuyến men theo ñường phân thuỷ 5.4.3. Vạch tuyến theo sườn núi 5.4.4. Vạch tuyến cắt ñường phân thuỷ 5.4.5. Vạch tuyến khu vực ñồng bằng, trung du 5.4.6. Vạch tuyến gặp vùng ñịa chất phức tạp 5.4.7. Khu vực hồ chứa nước 5.4.8. ðối với hiện tượng ñất trượt 5.4.9. ðối với hiện tượng hang ñộng 5.4.10. Vạch tuyến qua vùng bùn lầy 5.5. Các vấn ñề chọn tuyến qua cầu, cống, hầm và nơi ñường ngang 5.5.1. Vạch tuyến qua sông 5.5.2. Vạch tuyến qua ñoạn làm cống 5.5.3. Vạch tuyến nơi làm hầm 5.5.4. Vạch tuyến nơi làm ñường ngang 5.6. ðặc ñiểm vạch tuyến theo những ñộ dốc giới hạn khác nhau và các chỉ tiêu ñánh giá việc vạch tuyến 5.6.1. ðối với ñộ dốc hạn chế 5.6.2. ðánh giá việc vạch tuyến 5.7. thiết kế chọn tuyến với việc sự trợ giúp của máy tính 5.7.1. Mô hình ñịa hình kĩ thuật số

5

5.7.2. Mô hình ñối tượng của thiết kế tuyến bổ trợ bằng máy tính 5.7.3. Mô thức CAD chọn hướng ñi 5.7.4. Thiết kế mặt cắt dọc bằng bổ trợ của máy tính 5.7.5. Thiết kế bình ñồ tuyến có sự bổ trợ của máy tính

Chương 6. Tính toán dòng chảy, lựa chọn loại và khẩu ñộ công trình thoát nước nhỏ 6.1. Phân tích loại công trình thoát nước nhỏ 6.1.1. Cống 6.1.2. Cầu 6.1.3. Các loại công trình khác 6.2. Bố trí công trình thoát nước nhỏ trên bình ñồ và trắc dọc 6.2.1. Nguyên tắc bố trí công trình thoát nước trên trắc dọc 6.2.2. Bình ñồ của công trình thoát nước 6.3. Nhiệm vụ tính toán thủy văn 6.4. Tính toán dòng chảy do mưa rào 6.4.1. ðặc tính của mưa 6.4.2. ðặc tính của dòng chảy do mưa rào và lưu lượng thiết kế 6.4.3. Cơ sở lý thuyết tập trung nước từ lưu vực 6.4.4. Quy trình tính dòng chảy do mưa rào của Viện Thiết kế giao thông Việt Nam 1979 6.5. Xác ñịnh khẩu ñộ và tính toán thủy lực 6.5.1. Các chế ñộ làm việc của cống 6.5.2. Tính toán khả năng thoát nước của cống khi ñộ dốc của cống ic nhỏ hơn ñộ dốc phân giới ik 6.5.3. Trình tự tính toán cống. 6.5.4. Các trường hợp tính toán thủy lực cống 6.5.5. Tính toán thủy văn cho cống hở (rãnh hở) 6.6. Tính toán thủy lực cầu nhỏ 6.6.1. Khái niệm 6.6.2. Trình tự tính toán thủy lực cầu nhỏ 6.6.3. Ví dụ tính toán thủy văn cầu nhỏ 6.7. Xác ñịnh khẩu ñộ công trình có xét ñến hiện tượng tích nước 6.7.1. Công thức P.I.Kacherin 6.7.2. Công thức I Gkutsnirôm 6.8. Một số giải pháp cấu tạo cống ñặc biệt 6.8.1. Giải pháp về thân cống 6.8.2. Về kết cấu cửa vào cống khi ñịa hình dốc ngang lớn 6.8.3 Về kết cấu cửa ra trong ñiều kiện ñịa hình dốc lớn

Chương 7. So sánh kinh tế - Kĩ thuật các phương án 7.1. Những nguyên tắc cơ bản khi so sánh phương án 7.1.1. Nhiệm vụ so sánh kinh tế kỹthuật các phương án 7.1.2. Các chỉ tiêu ñánh giá kinh tế kỹ thuật các phương án 7.1.3. Phân loại phương án ñể ñánh giá so sánh 7.1.4 Các quá trình chính của so sánh kinh tế kỹ thuật phương án 7.2. Các số liệu cơ sở ñể so sánh kinh tế 7.2.1. ðầu tư

6

7.2.2. Tính toán chi phí khai thác 7.3. Phương pháp ñánh giá về kinh tế các phương án 7.3.1. Phân loại các phương pháp ñánh giá lợi ích kinh tế 7.3.2. Phương pháp ñánh giá kinh tế thường dùng 7.4. ðánh giá tổng hợp phương án

THÔNG TIN CHUNG VỀ GIÁO TRÌNH Khảo sát và thiết kế ñường sắt – tập 1

PGS.TS Phạm Văn Ký TS Lê Hải Hà 1. Câu hỏi ñánh giá: có file kèm theo 2. File giáo trình: có file kèm theo 3. Email: haiha_le@yahoo.com 4. Phạm vi và ñối tượng sử dụng giáo trình : Giáo trình dùng tham khảo cho chuyên ngành ðường sắt, ðường sắt – Cầu và ðường sắt ñô thị 5. Các từ khoá : - ðường sắt - Thiết kế ñường sắt - Bình ñồ và trắc dọc ñường sắt - ðiểm phân giới - Công trình nhân tạo trên ñường sắt - Vạch tuyến - Bình diện - Dốc giới hạn - ðịnh tuyến - ðiều tra kinh tế - Tính toán sức kéo 6. Kiến thức yêu cầu của môn học trước: ñể tiếp cận môn học này cần có các kiến thức về trắc ñịa, thuỷ lực, thuỷ văn, nền móng, cơ học ñất, ñịa chất công trình 7. Tên nhà xuất bản: Nhà xuất bản Giao thông Vận tải