đặt vấn đề Tuyến đường sắt Hà Nội - Hà Đông là tuyến đường sắt nhẹ, được xây dựng có đoạn trên mặt đất, có đoạn dưới lòng đất và có đoạn trên cao, hoàn toàn cách ly với các phương tiện
Trang 1tính toán năng lực vμ thời gian thông qua cho đoμn tμu đường sắt nhẹ hμ nội – hμ đông
TS Nguyễn Văn Chuyên
Bộ môn Đầu máy - Toa xe Khoa Cơ khí - Trường Đại học GTVT
Tóm tắt: Tuyến đường sắt trên cao Hμ Nội - Hμ Đông được nhμ nước đầu tư sẽ triển khai
trong thời gian tới Để có thể lựa chọn được mật độ vμ thμnh phần đoμn tμu, cần tính toán năng lực vμ thời gian thông qua Đây lμ một quá trình rất khó khăn, cần phải thống kê vμ tính toán chính xác
Summary: The overhead railway Ha Noi - Ha Dong will be implemented in the near
furture To decide density and components of a train, we work out its transporting capacity and working time This is a difficult process so we have to collect data and caculate precisely.
i đặt vấn đề
Tuyến đường sắt Hà Nội - Hà Đông là tuyến đường sắt nhẹ, được xây dựng có đoạn trên mặt đất, có đoạn dưới lòng đất và có đoạn trên cao, hoàn toàn cách ly với các phương tiện giao thông khác Đây là loại hình giao thông giao cắt không gian, bảo đảm tốc độ nhanh Do loại hình giao thông đặc biệt như vậy nên giãn cách các đoàn tàu có thể rất ngắn Chúng ta cần phải xác định năng lực vận tải trên cơ sở tần suất và thành phần đoàn tàu để có thể đạt được hiệu quả vận tải cao
ii nội dung
1 Những đặc trưng chủ yếu của giao thông đường sắt nhẹ
Do đặc điểm kỹ thuật và phạm vi sử dụng, sự phân loại giao thông đường sắt nhẹ rất khác nhau, chẳng hạn như: nước Đức, lấy việc cải tạo tàu điện truyền thống ở các giai đoạn khác nhau để chia đường sắt nhẹ ra 4 cấp: cấp I là tàu điện bánh sắt truyền thống được hiện đại hoá toàn bộ tuyến đường nằm trên mặt đất, chỉ có tuyến mới xây dựng mới đặt băng hàng cách ly Cấp Il là phần đường chạy qua thành phố thì được xây dựng trên cao hoặc ngầm dưới đất, phần
đường ngoại ô thì chạy trên đê cạn, nhằm tạo giao cắt không gian với các phương tiện giao thông khác Cấp III là tỉ lệ phần đường chạy ngầm được tăng lên, toàn tuyến cách ly, dùng máy tính chỉ huy chạy tàu Cấp IV so với cấp III có mức độ tự động hoá cao hơn Năng lực khách vận (một chiều) lớn nhất có thể đạt 40.000 khách/h Thường chỉ xây dựng ở thành phố lớn
Trang 2Cũng có nước lấy mức độ hiện đại hoá, chia giao thông đường sắt nhẹ ra 3 loại: thấp, trung bình và cao Loại thấp: tuyến đường chủ yếu nằm trên mặt đất, dùng hình thức chạy tàu bán tự
động, chỉ có điểm giao nhau quan trọng, mới giao cắt không gian, các điểm giao bình thường vẫn là giao cắt phẳng, đoàn tàu có 2 ~ 3 toa: năng lực chuyên chở là 8.000 ~ 5.000 khách/h Loại trung và cao cấp: phần lớn tuyến đường được xây dựng trên cao hoặc ngầm dưới đất, một phần nhỏ chạy trên mặt đất, chủ yếu là ở vùng ngoại ô thành phố và chạy tàu hoàn toàn tự
động Năng lực khách vận (một chiều), loại trung bình là 16.000 ữ 28.000 khách/h, loại cao cấp
là 28.000 ữ 38.000 lượt khách/h
Tham số kỹ thuật chủ yếu của giao thông đường sắt nhẹ gồm có:
* Năng lực khách vận
Năng lực khách vận của giao thông đường sắt nhẹ, thiết kế trong khoảng 10.000 ữ 30.000 khách/h (một chiều giờ cao điểm), tức là nằm giữa đường sắt ngầm và ôtô buýt Tối đa, không nên vượt qúa 40.000 khách/h, vì như thế đầu tư sẽ ở mức cao hơn rất nhiều, hiệu quả kinh tế giảm thấp
* Tuyến đường
Tuyến đường của giao thông đường sắt nhẹ, có thể là trên mặt đất, trên giá cao hoặc ngầm dưới đất Khi thiết kế cụ thể, phụ thuộc vào bố cục tổng thể và quỹ đất của thành phố, hướng di chuyển của hành khách và yêu cầu bảo vệ môi trường
Tuyến đường và bến đỗ cần phối hợp tốt với toàn mạng giao thông của thành phố liên hệ một cách hữu cơ giữa khu dân cư với các khu dịch vụ và công tác thương mại, nhà máy, trường học, bệnh viện và vui chơi giải trí
Bán kính nhỏ nhất: Trên tuyến không nhỏ trơn 100 m, nơi đặc biệt không khó khăn, không nhỏ hơn 50m, bãi xe, không nhỏ hơn 25m
Độ dốc lớn nhất: Trên tuyến có thể tới 60%o Để đảm bảo vận hành bình thuận, trên đường cong thiết kế có đường hoà hoãn và đoạn thẳng giữa 2 đường cong liên tiếp
* Đường ray
Đường ray thường dùng theo tiêu chuẩn quốc gia, để duy tu bảo dưỡng thuận tiện và sự quản lý thống nhất với các hình thức giao thông đường sắt thành phố khác
Trên tuyến dùng ray 50kg/m, trừ đoạn cong ra, đều dùng ray không mối nối, nhằm nâng cao chất lượng chạy tàu, giảm nhỏ tiếng ồn
* Toa xe
Toa xe đường sắt nhẹ phân thành: toa 4 trục, toa 6 trục một khớp và toa 8 trục hai khớp Mỗi loại còn chia ra: toa hai buồng lái, toa một buồng lái và toa không buồng lái Tất cả các loại toa đều là toa động lực: Toa xe đường sắt nhẹ, có thể chạy độc lập, cũng có thể nối kết chạy thành đoàn Trung Quốc thường dùng toa 6 trục một khớp hai buồng lái, mô tơ điện kéo một chiều Khi kết nối thành đoàn, nhiều nhất là 4 toa
Trang 3* Bến đỗ
Căn cứ vị trí tuyến đường, điều kiện địa hình, yêu cầu tổ chức chạy tàu và lưu lượng hành khách lên xuống được quyết định vị trí, hình thức và quy mô bến đỗ
Vị trí bến đỗ, trước hết xét đến các điểm có khách lên xuống tương đối tập trung như: ga
đường sắt chính tuyến, sân bay, bến cảng, các trung tâm thương mại, vui chơi giải trí, các công
sở, nhà máy, trường học, bệnh viện và các điểm chuyển đổi phương tiện giao thông
Hình thức kiến trúc bến đỗ phải phù hợp cảnh quan đô thị Không cách bến đỗ trung bình 1000m là tốt nhất, vùng ngoại ô có thể dài hơn, trong nội thành có thể ngắn hơn
* Hệ thống cấp điện
Hệ thống cấp điện phải an toàn và tin cậy, đây là điều kiện tiên quyết được bảo đảm cho hành khách và trình tự vận hành
bình thường của đoàn tàu Hệ thống
cấp điện cho giao thông đường sắt
thành phố nói chung, đường sắt nhẹ
nói riêng phải thuộc hệ thống phụ tải
cấp I của quốc gia, hơn thế còn phải
do hai đường nguồn cung cấp, trong
đó một đường phải là đường cấp chuyên dùng, nhằm bảo đảm cấp điện liên tục
Tăng tốc từ 0 ữ 40 km/h
Hãm từ 80 ữ 0 km/h với
Chế độ điện áp theo tiêu chuẩn điện áp quốc tế DC 750V và dùng phương thức mạng tiếp xúc trên cao
* Hệ thống thông tin tín hiệu
Hệ thống thông tin tín hiệu để bảo đảm an toàn chạy tàu và nâng cao hiệu suất vận tải; Nói chung, cần thoả mãn các nguyên tắc sau:
- Phải có năng lực bảo đảm an toàn và hiệu suất chạy tàu; phục vụ an toàn tin cậy và thuận tiện đối với hành khách
- Cần kết hợp điều kiện thực tế với kỹ thuật tiên tiến, trong điều kiện kinh tế cho phép, cần lợi dụng tối đa kỹ thuật cao, nâng cao trình độ hiện đại hoá
- Phù hợp yêu cầu nhất thể hoá thiết bị, khi thiết kế có lượng dư để có thể thích ứng với sự phát triển sau này
* Bảo vệ môi trường
Theo sự phát triển của kinh tế và xã hội, yêu cầu của cư dân đô thị đối với chất lượng cuộc sống ngày càng cao, bởi vậy, vấn đề bảo vệ môi trường trong phát triển đường sắt thành phố nói chung phải đặc biệt coi trọng, bao gồm: cảnh quan, ô nhiễm không khí, tiếng ồn
Tham khảo khả năng kỹ thuật của các nước có nền công nghiệp chế tạo đoàn tàu metro tiên tiến, các chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng vận tải nhanh có thể chọn tiêu chuẩn kỹ thuật khi thiết kế tuyến đường Hà Nội - Hà Đông như sau: khi tăng tốc đoàn tàu từ vận tốc 0 km/h ữ 40 km/h
Trang 4thì gia tốc a = 0,83 m/s; gia tốc khi hãm từ tốc độ 80 km/h ữ 0 km/h: a = 1 m/s Từ đó xác định thời gian và khoảng cách tăng tốc và giảm tốc tại các ga đón và trả khách theo bảng 1
Sau khi tăng tốc và giảm tốc đoàn tàu đạt tốc độ cao ngay, sơ bộ có thể biểu thị khả năng phát huy tốc độ trong một khu gian như hình 1:
trong hình 1:
tk - Thời gian khởi hành tăng
tốc từ 0 ữ 40 km/h
Sk - Quãng đường cần thiết
để tăng tốc từ 0 ữ 40 km/h
th - Thời gian hãm từ tốc độ
80 km/h ữ 0 km/h
Sh - Quãng đường hãm giảm
tốc từ 80 km/h ữ 0 km/h
tv - Thời gian vận hành với
tốc độ định mức cho phép
Sv - Quãng đường vận hành
tương ứng với tốc độ định mức
Từ đặc tính gia và giảm tốc
trên, có thể xây dựng được quá
trình vận chuyển của đoàn tàu metro như hình 2
Thời gian (s) Khoảng cách (m)
V km/h 80 70 60 50 40 30 20 10 0
tk
Sk
tv
Sv
th
Sh
Khoảng cách của 1 khu gian
Hình 1 Biểu đồ quan hệ tốc độ, thời gian,
khoảng cách vận hμnh cho một ga
Hình 2 Biểu đồ V = ƒ(s) tuyến Hμ Nội - Hμ Đông
Dựa vào giá trị gia tốc giảm tốc và khoảng cách giữa các ga, tính được thời gian cần thiết
để đoàn tàu đi hết từng khu gian, từ đó tính được thời gian đoàn tàu đi hết một quay vòng, số liệu theo bảng 2, 3:
Trang 5Bảng 2
Thời gian (giây)
Tổng thời gian (s)
Bảng 3 Thời gian cần thiết đoμn tμu thông qua các khu gian
Dựa vào kết quả bảng 2, bảng 3 ta vẽ đ−ợc đồ thị t = f(s)
Hình 3 Biểu đồ t = ƒ(s) tuyến Hμ Nội - Hμ Đông
Trang 6Tổng thời gian đoàn tàu chạy từ ga Cát Linh đến ga Hà Đông có kể tới 5% dự phòng:
t = 1234,14 + 1234,14*5% = 1295,85 giây ≈ 21 phút
Để ý tới thời gian quay đầu đoàn tàu chuyển làn đường và quay vòng tại ga đầu mối, thời
gian cần thiết để thực hiện 1 quay vòng là:
TQV = (21 + 6)*2 = 54 phút = 0,9 giờ Căn cứ vào quy chuẩn thiết kế các đoàn tàu Metro chạy trên đường 1435, đây là khổ
đường chọn cho tuyến Hà nội - Hà Đông và quy chuẩn tính toán khung giới hạn toa tầu tính
được số lượng hành khách cho một toa tầu và kích thước toa tầu biểu thị ở bảng 4 và bảng 5
Bảng 4 Xác định số hμnh khách trong 1 đoμn tμu
Lượng khách trên mỗi toa
Điều kiện chuyên chở
Toa có động cơ M Toa có buồng lái TC Tổng số khách ở 4 toa
Nếu đứng 6 người/m2 đoàn tàu sẽ chứa được 1106 người
Nếu đứng 9 người/m2 đoàn tàu sẽ chứa được 1580 người
Bảng 5 Các kích thước cơ bản của toa xe
4 Chiều cao toa xe từ đỉnh ray đến đỉnh toa xe với bánh xe mới và không kể cần
2 Tính toán năng lực vận tải hành khách trên tuyến Hà nội - Hà Đông
Trên cơ sở thống kê hiện trạng và dự báo của Viện Chiến lược giao thông vận tải, qua phân
tích tuyến Cát Linh - Hà Động có lượng hành khách vận chuyển biến động theo thời gian
Tại giờ cao điểm mật độ hành khách lớn nhất trên khu gian theo số liệu thiết kế là 7600
hành khách/1 giờ (số liệu thống kê tại khu gian Nhạc viện Hà Nội - Thái Hà là 7330 người/ giờ)
theo một chiều Mật độ hành khách lớn nhất theo hai chiều tại giờ cao điểm là: 7600 ì 2 =
15.200 hành khách
Sức chứa lớn nhất của đoàn Metro gồm 04 toa với mật độ 6 người/m2 là 950 hành khách đi
một chiều Với mật độ 9 người/m2 là 1424 hành khách
Số lượng đoàn tầu Metro yêu cầu để hoàn thành kế hoạch vận chuyển hành khách trong
giai đoạn đầu là 11 đôi tàu/1giờ
Đoàn Metro làm việc từ 5 giờ đến 22 giờ (17 giờ liên tục), giờ cao điểm là các giờ: 6 - 7;
7 - 8; 8 - 9; 16 - 17; 17 - 18; 18 - 19 (tổng là 6 giờ) Trong các giờ không cao điểm ta chỉ lấy
bằng 60% so với giờ cao điểm Căn cứ vào lượng hành khách có thể biên chế đoàn tàu cho các
Trang 7thời kỳ 2005-2007, 2010, 2020 theo bảng 6
Bảng 6 Số đôi tμu trong 1 giờ
Các thời kỳ
Số đôi tàu/giờ
2005 - 2007 2010 2020
Số lượng cần thiết để hoàn thành khối lượng vận tải hành
Trên cơ sở bảng 6 ta sẽ tính được năng lực vận chuyển của đoàn tàu Metro trong một ngày trong giai đoạn đầu 2005 - 2007, 2010 và 2020 biểu thị qua các bảng 7, 8, 9
Bảng 7 Năng lực vận chuyển của đoμn tμu trong giai đoạn 2005-2007
Giờ bắt
đầu
Giờ kết
thúc
Gi∙n cách (phút) Chuyến/giờ/tuyến
Năng lực (người)
Khả năng (người)
Bảng 8 Năng lực vận chuyển của đoμn tμu trong giai đoạn 2010
Giờ bắt
đầu
Giờ kết
thúc
Gi∙n cách (phút) Chuyến/giờ/tuyến Năng lực (người) Khả năng (người)
Trang 8Bảng 9 Năng lực vận chuyển của đoμn tμu trong giai đoạn 2020
Giờ bắt
đầu
Giờ kết
thúc
Gi∙n cách (phút) Chuyến/giờ/tuyến
Năng lực (người)
Khả năng (người)
Từ kết quả các bảng 7, 8, 9 ta vẽ được đồ thị năng lực vận chuyển hình 4, 5, 6
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Người
Năng lực Khả năng
giờ
Hình 4 Năng lực vận chuyển hμnh khách ở giai đoạn 2005-2007
Trang 90 5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Series2 Series1 Người
giờ
Năng lực Khả năng
Hình 5 Năng lực vận chuyển hμnh khách ở giai đoạn 2010
0 5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Người
giờ
Năng lực Khả năng
Hình 6 Năng lực vận chuyển hμnh khách ở giai đoạn 2020
III Kết luận
Việc tính toán năng lực thông qua và thời gian quay vòng đoàn tàu của tuyến đường sắt nhẹ Hà Nội - Hà Đông là rất khó khăn phụ thuộc vào quá trình thống kê trong nhiều năm Chúng tôi dựa trên cơ sở đó với sự trợ giúp của các cơ quan như Viện Chiến lược, Tổng Công ty tư vấn thiết kế giao thông vận tải; mới chỉ tính toán được năng lực trong một số mốc thời gian của tuyến và xây dựng các biểu đồ V = f(s), t = f(s), để xây dựng các quay vòng định ra tần suất
đoàn tàu nhằm giúp cho việc xây dựng tuyến đường sắt Hà Nội - Hà Đông có độ chính xác cao
Tài liệu tham khảo
[1] TEWET Và trung tâm nghiên cứu phát triển giao thông vận tải phía Nam Nghiên cứu khả thi tuyến tàu
điện ngầm thành phố Hồ Chí Minh
[2] Co, Ltd CNR Group Technical proposal for vehicle of Ha Noi rail traffic line, Bắc kinh 2004
[3] Nguyễn Văn Chuyên, Trương Duy Phúc Sức kéo đầu máy điện, Hà Nội 2003♦
