Công trình đường sắt tập 1 part 10 ppsx

Nhược ñiểm của ñường sắt có mối nối a/ Bánh xe tác ñộng vào mối nối gây lực xung kích làm mối nối bị gục, giảm tốc ñộ chạy tàu b/ Cường ñộ giữa cầu ray và mối nối không ñồng ñều, làm ch

CHƯƠNG 4 KHÁI NIỆM ðƯỜNG SẮT KHÔNG MỐI NỐI

4.1 ƯU NHƯỢC ðIỂM CỦA ðƯỜNG SẮT CÓ MỐI NỐI VÀ

KHÔNG MỐI NỐI

4.1.1 Nhược ñiểm của ñường sắt có mối nối

a/ Bánh xe tác ñộng vào mối nối gây lực xung kích làm mối nối bị gục, giảm tốc ñộ chạy tàu

b/ Cường ñộ giữa cầu ray và mối nối không ñồng ñều, làm cho tuyến ñường không bằng phẳng, êm thuận

c/ Lực dọc lớn, ray dễ bị trôi, phải tăng số lượng ngàm phòng xô và thanh chống xô

d/ Khi có thiết bị ñóng ñường tự ñộng phải làm thiết bị dẫn ñiện

c/ Tăng chi phí duy tu sửa chữa, tăng thêm sắt thép, tăng lực cản, hạn chế tốc ñộ chạy tàu

Vậy khi dùng chiều dài ray từ 500m - 1000m trở lên thì khắc phục ñược các tác hại của mối nối, ñường ray như thế gọi là ñường ray không mối nối (ray hàn liền)

4.1.2 Ưu ñiểm của ñường sắt không mối nối

a/ Làm cho tàu chạy êm thuận, tạo cảm giác dễ chịu cho hành khách và môi trường

b/ Tránh ñược lực xung kích giữa bánh xe và khe nối, do ñó cho khả năng tăng ñược vận tốc chạy tàu, ñỡ làm sứt mẻ ray, tăng tuổi thọ của ray và các thiết bị trên ñường khoảng 10%, giảm hao mòn hư hại ñầu máy toa xe 20÷25%

c/ Hạn chế hiện tượng mối gục và hư hỏng nền ñá ba lát

d/ Giảm kinh phí duy tu bảo dưỡng tuyến ñường ≈ 30% so với ñường có mối nối

e/ Tránh ñược tai nạn gãy ray ở phạm vi mối nối

f/ Khả năng nâng cao tốc ñộ chạy tàu V ≥ 100 km/h

ðường sắt không mối nối có những nhược ñiểm:

a/ Ray phải chịu ứng suất lớn hơn so với ray trên ñường có mối nối và phải chịu thêm ứng suất nhiệt ñộ, do vậy thường phải ñặt ray nặng

b/ Phải tăng cường cấu tạo của ñường như tăng cường phối kiện chống xô, số lượng tà vẹt, kích thước nền ñá ñể chống lại lực dọc nhiệt ñộ

c/ Thời gian thi công ñặt ñường ray không mối nối giới hạn bởi ñiều kiện khí hậu vì nếu ñặt vào thời ñiểm nhiệt ñộ ñặt ñường không nằm trong giới hạn nhiệt ñộ trung hòa tính toán thì dễ phải giải toả ứng suất

Loại lực cản thứ nhất là lực cản lập lách và bu lông vặn chặt ở mối nối (Pn), loại lực cản thứ 2

là lực cản phụ kiện giữ chặt ray trên các tà vẹt (Pd)

Hình 4-1 Sơ ñồ phân bố nội lực của ray tiêu chuẩn(ray ngắn) Khi nhiệt ñộ thay ñổi, ray chịu tác dụng của 2 loại lực cản không thể tự do co dãn ñược, trong ray phát sinh nội lực hướng dọc(Pd), sau khi ñã thắng lực hướng dọc khi ñó ray bắt ñầu co dãn Nhiệt

ñộ ray cao nhất (thường cao hơn nhiệt ñộ không khí 20oC) khe hở ray khép nhỏ lại, nhưng 2 ñầu ray chưa húc vào nhau Ngược lại khi nhiệt ñộ ray thấp nhất (bằng nhiệt ñộ không khí ) khe hở ray mở rộng (δmax = 20mm) trong ray chưa xuất hiện ứng suất kéo Chiều dài ray phù hợp với các ñiều kiện trên gọi

là chiều dài ray tiêu chuẩn

4.2.2 Ray dài có chiều dài ray lớn hơn chiều dài ray tiêu chuẩn (lp)

Khi nhiệt ñộ tăng hay giảm trong ray chịu nén ép (hay lực kéo dãn) lực này gọi là lực nhiệt ñộ

4.2.3 Ray không mối nối

Vớ dụ : Ray khụng mối nối dài 1000m, khu vực cố ủịnh dài 800m, khu vực co dón mỗi ủầu 100m Sau

ủú ủặt khe co dón (Trờn ủường sắt của Phỏp, Liờn xụ, Trung quốc)

Hỡnh 4-3 Sơ ủồ phõn bố nội lực ủường ray khụng mối nối

Khi nhiệt ủộ lờn xuống làm cho nội lực thay ủổi trờn chiều dài ray Sau khi lực nhiệt ủộ Pt thắng lực Pd, Pn ở 2 ủầu thỡ chiều dài dài ray di ủộng ở 2 ủầu này (lt) Tuyến ủường sắt cú nhịp ray chịu lực như trờn gọi là ủường sắt khụng mối nối

Nếu ta dựng loại phụ kiện kiờn kết ray với tà vẹt và lớp ủỏ ba lỏt ủủ cho lực cản Pd lớn hơn lực nhiệt ủộ Pt làm cho ủường ray ổn ủịnh thỡ cú thể sử dụng ủường sắt khụng mối nối

4.3 NGUYấN Lí CƠ BẢN ðỂ TÍNH ðƯỜNG SẮT

KHễNG MỐI NỐI

4.3.1 Ứng suất nhiệt σσt và lực nhiệt ủộ Pt

Khi ủường sắt hàn liền và khúa chặt lại khụng cho ủường ray cú thể co dón ủược Khi nhiệt ủộ biến ủổi (∆ t) trong ray phỏt sinh ứng suất nhiệt Theo ủịnh luật Huk, ta tớnh ứng suất nhiệt trong ray là:

Trong ủú E: Modun ủàn hồi của thộp E = 2,1.106 KG/cm2 = 2,1.105Mpa

l : Chiều dài ray (m)

∆l : Lượng co dón của ray tự do khi nhiệt ủộ biến ủổi ∆l = α.l.∆ t

Khu vực co dn Khu vực co dn

Khu vực

điều chỉnh

Khu vực

điều chỉnh Khu vực cố định

Như vậy ứng suất nhiệt không phụ thuộc vào chiều dài ray mà chỉ phụ thuộc biên ñộ nhiệt ñộ lên xuống Nếu ta có phụ kiện ghìm chặt ray tốt làm cho ñường ray ổn ñịnh thì có thể tăng chiều dài ray không mối nối lên bao nhiêu cũng ñược

4.3.2 Lực cản tuyến ñường

Lực cản tuyến ñường là lực cản không cho ñường ray di ñộng Có 3 loại lực cản:

- Lực cản dọc: Gồm lực cản mối nối, lực cản phụ kiện và lực cản của nền ñá dăm

Lực cản mối nối là lực cản ở mối nối 2 ñầu ray ngăn cản không cho nhịp cầu ray di ñộng theo chiều dọc tuyến Lực cản này do ma sát giữa lập lách và ray tạo nên, do cường ñộ chống uốn và chống cắt của bu lông, lực ma sát càng lớn thì lực cản càng lớn Ví dụ lập lách 6 lỗ, bu lông ñường kính 22mm, lực cản mối nối Pn = 24 tấn lực (24 9,81KN)

Lực cản phụ kiện giữ ray: Là lực ghìm giữ ray với tà vẹt bằng các loại liên kết cứng hay ñàn hồi không cho ray trôi trên mặt tà vẹt Lực giữ chặt ñối tà vẹt bê tông có mômen vặn chặt từ 8÷12KGm = 0,008 ÷0,012KNm Lực cản ñá dăm có tác dụng ngăn chặn cả cầu ray không cho di ñộng dọc tuyến, còn lực cản ngang nền ñá dăm có tác dụng ngăn cản cả cầu ray di ñộng theo hướng ngang, ngăn chặn ñường ray phình ngang hoặc bung ñường

Lực cản dọc mỗi thanh tà vẹt BT, Pd = 1000KG (9,8kN) Lực cản dọc ñơn vị fv cho 1840 thanh/km là 9,1KG/cm = 9,1.9,81N/cm

- Lực cản ngang do tà vẹt và lớp ñá dăm tạo nên, với chiều rộng vai ñá 30cm thì mỗi thanh tà vẹt BT có lực cản là 127KG (0,127kN) còn lực cản ñứng mỗi thanh tà vẹt là 150÷160 KG/tà vẹt = 0,15÷0,16 kN/tà vẹt

4.4 MỘT SỐ YÊU CẦU VỀ THIẾT KẾ ðƯỜNG SẮT

KHÔNG MỐI NỐI

4.4.1 Yêu cầu về bình ñồ và trắc dọc

Bán kính ñường cong ở ñường sắt không mối nối không nên nhỏ hơn 600m, nếu dùng bán kính nhỏ thì ñường chịu lực ngang lớn dễ mất ổn ñịnh Khi bán kính nhỏ thì hao mòn ray rất nhanh (R = 400m÷600m, ñộ hao mòn gấp 3,0÷1,5 lần trên ñường thẳng)

ðộ dốc dọc ñường sắt không mối nối i ≤12, ở những ñoạn ñường trắc dọc hình lõm, hiệu số

ñộ dốc lớn dùng ñường cong tròn làm ñường cong ñứng thì ñặt thêm số lượng ngàm phòng trôi

4.4.2 Yêu cầu về cấu tạo ñường ray

1 Ray

Ray dùng có mặt cắt hoàn chỉnh, ñảm bảo yêu cầu về chịu lực, dùng ray mới, không khoan lỗ

bu lông( ray ñồng chủng) Nếu dùng ray cũ thì phải kiểm tra khuyết tật nghiêm ngặt Chiều dài nhịp ray hàn dài 1000 ÷ 2000m thuận tiện cho bảo dưỡng , sửa chữa và ñặt các thiết bị ñóng ñường tự ñộng

2 Phụ kiện liên kết

Phụ kiện liên kết ghìm giữ ray ñảm bảo ñộ cứng của nhịp cầu ray, chống lại lực hướng dọc và hướng ngang

Phụ kiện giữ chặt ray vào tà vẹt và truyền lực này xuống nền ñường một cách ñàn hồi Phụ kiện của ñường sắt không mối nối yêu cầu có lực giữ lớn, kết cấu giản ñơn, ít linh kiện, lắp ñặt dễ (Hình 4-4)

MỘT SỐ LOẠI PHỤ KIỆN ðÀN HỒI TRÊN THẾ GIỚI

Hình 4-4 Liên kết ñàn hồi dùng cho ñường sắt không mối nối

3 Tà vẹt

Kích thước và hình dáng tà vẹt làm tăng lực chống lại nhip cầu ray trượt trong lớp ñá ba lát Loại tà vẹt BTCT mặt ñứng và mặt bằng làm cho tuyến ñường ổn ñịnh hơn so với tà vẹt gỗ Số lượng tà vẹt là 1840 thanh/km cho ñường thẳng và 2000 thanh/km cho ñường cong

4 Nền ñá dăm

Nền ñá dăm ñàn hồi, thoát nước tốt, có lực cản lớn ñảm bảo tà vẹt ổn ñịnh Chiều rộng nền ñá

ñủ rộng, chiều rộng vai ñá tối thiểu 30cm, mái ñá 1:1,75 , chiều dày lớp ñá 25cm ÷ 30cm (không tính chiều dày lớp ñệm)

Trước khi ñặt ñường ray không mối nối, lớp ñá phải chèn chặt bằng máy, làm cho lớp ba lát có lực cản lớn tạo ñiều kiện tốt cho ñường sắt không mối nối

4.5.1 Công tác cơ bản

- Sau khi phong toả khu gian công nhân nhanh chóng tháo gỡ các phụ kiện ray

- ðưa 2 xe goòng thay ray và một máy dật ñường vào ñoạn ñường cần ñặt ray không mối nối

Xe goòng chở ray mới ñi trên ñường cũ và ñi sau là xe goòng tháo dỡ ray cũ và máy dật ñường ñi trên ñường ray mới Xe goòng thay ray di chuyểnvới tốc ñộ V = 3Km/h do một xe khác kéo và ray mới tự ñộng vào vị trí tà vẹt, ray cũ do máy ñặt ñường ñẩy vào lòng ñường Sau ñó thu dọn và vận chuyển về bãi

- Ray mới sau khi ñặt vào rãnh tiến hành vặn chặt phụ kiện liên kết Vị trí cuối nhịp cầu ray ñặt

2 lập lách mỗi ñầu mối nối và xiết chặt bu lông ở nhiệt ñộ trung bình là nhiệt ñộ khoá ñường (tK) Khi khoá ñường yêu cầu nhịp cầu ray cùng khóa ở một thời ñiểm ñể tránh nhiệt ñộ khoá ñường khác nhau thì 2 ray làm việc cũng khác nhau

Hình 4-5: Sơ đồ máy thi cơng đặt đường sắt khơng mối nối

4.5.2 Cơng tác chỉnh lý đường sắt khơng mối nối

Sau khi cho đồn tàu chạy với tốc độ chậm thơng qua, tiến hành vặn chặt phụ kiện và phịng xơ Sau khi đặt ray cịn phải tăng cường khĩa chặt đường, chèn đường, nắn phương hướng, cự ly và bảo dưỡng mối nối (khe co dãn)

CHƯƠNG 5 NỀN ðƯỜNG SẮT

Nền đường sắt là một cơng trình bằng đất, nĩ điều chỉnh cao độ mặt đất thiên nhiên để tạo nên một tuyến đường đáp ứng đầy đủ mọi tiêu chuẩn kỹ thuật về bình đồ, trắc dọc, trắc ngang của đường sắt Nền đường dùng để đặt các bộ phận kết cấu tầng trên, chịu lực của đồn tàu truyền xuống

Nền đường phải đảm bảo các yêu cầu sau:

5.1 PHÂN LOẠI TRẮC NGANG NỀN ðƯỜNG

Trắc ngang nền đường là mặt cắt thẳng gĩc với đường tim tuyến đường, trên đĩ biểu thị hình dạng và kích thước các bộ phận của nền đường Trắc ngang nền đường thường vẽ theo tỉ lệ quy định của quy phạm thiết kế (thường là 1: 200)

Căn cứ vào hình dạng cĩ thể chia trắc ngang nền đường thành 6 loại:

- Nền đắp (H5-1), nền đào (H5-2), nền nửa đắp (H5-3), nền nửa đào (H5-4), nền nửa đào nửa đắp (H5-5), nền khơng đào khơng đắp (H5-6)

Căn cứ vào điều kiện sử dụng nền đường, trắc ngang nền đường chia làm 2 loại: trắc ngang định hình và trắc ngang đặc biệt

Trắc ngang định hình là loại trắc ngang nền đường bằng đất thơng thường, xây dựng trên nền đất ổn định trong điều kiện địa chất, thuỷ văn bình thường, chiều cao nền đường H ≤ 12m, độ dốc ngang của mặt đất thiên nhiên < 1/3 Trắc ngang định hình căn cứ vào quy trình và tiêu chuẩn thiết kế

mà xác định, khơng cần phải kiểm tốn độ ổn định nền đường

Trắc ngang đặc biệt là trắc ngang thiết kế riêng cho nền đường trong một trường hợp đặc biệt nào đĩ khơng được tuỳ tiện sử dụng Những trường hợp phải thiết kế đặc biệt là:

1- Khi nền ñường ñắp cao hay ñào sâu quá 12m

2- Nền ñường ñắp trên sườn dốc với dốc ≥1:3

3- Nền ñường xây dựng trong vùng ñất trượt, ñá trôi, vùng hang ñộng Caster

4- Nền ñường qua vùng bùn lầy và ñất yếu

5- Nền ñường bị ngập nước hoặc bị xói

6- Nền ñường xây dựng bằng phương pháp máy móc thuỷ lực hay bằng phương pháp nổ mìn hàng loạt

7- Nền ñường ở vùng có ñộng ñất lớn hơn hoặc bằng cấp 7

Hỡnh 5-7 Trắc ngang ủịnh hỡnh nền ủắp cú rónh 2 bờn

- ðường nối cỏc ủiểm tim gọi là ủường tim của tuyến ủường

- Cao ủộ mặt ủất thiờn nhiờn của nền ủường là cao ủộ của ủiểm D

(giao ủiểm của trục ủối xứng trắc ngang và mặt ủất)

- Chiều cao nền ủắp (H) là hiệu cao ủộ vai ủường và cao ủộ mặt ủất

- Chiều cao ta luy là hiệu cao ủộ vai ủường và cao ủộ chõn ta luy

Trắc ngang nền ủường gồm 2 phần: Bản thõn nền ủường và cỏc cụng trỡnh của nền ủường

5.2.1 Cấu tạo nền ủường

Bản thõn nền ủường là phần ủất ủào hoặc ủắp của nền ủường Nú là nền tảng của mặt ủường Chiều rộng nền ủường (B) (khoảng cỏch giữa 2 mộp ủường) là phần nền ủường ủể ủặt kết cấu tầng trờn, ủặt cỏc cột tớn hiệu, biển bỏo

+ Hỡnh dạng mặt nền ủường cú 2 loại: cú mui luyện và khụng cú mui luyện

- Nếu xõy dựng nền ủường bằng loại ủất thoỏt nước như cỏt to, cuội, ủỏ dăm, ủỏ hộc thỡ mặt nền ủường khụng làm mui luyện mà là mặt bằng phẳng

- Nếu ủắp nền ủường bằng ủất bỡnh thường, dễ bị thấm nước như ủất sột, ủất sột pha cỏt hoặc ủất cỏt pha sột thỡ mặt nền ủường làm mui luyện ủể dễ dàng thoỏt nước, trỏnh tỡnh trạng nước mưa ứ ủọng làm giảm cường ủộ ủất nền ủường dẫn ủến cỏc bệnh hại như phọt bựn, tỳi ủỏ

- Hỡnh dạng mui luyện cú cỏc loại: hỡnh thang, hỡnh tam giỏc, răng cưa, dốc một chiều và dốc 2 chiều

ðối với ủường ủơn: mui luyện cú dạng hỡnh thang ðường tiờu chuẩn 1435mm chiều rộng mặt ủỉnh mui luyện là 2,1m (hẹp hơn chiều dài tà vẹt là 2,5m), chiều cao mui luyện là 0,15m

ðường khổ 1000m: - chiều rộng ủỉnh mui luyện là 1,4m

- chiều cao mui luyện là 0,10m

B b=2.1m

Thềm bảo hộ Giới hạn

chiếm đất

Thềm bảo hộ (hộ đạo)

Giới hạn chiếm đất

1:1

1:1

1:11:1

0.15m

0.20

B

6.40 2.10

0.15m

Chiều rộng mặt đỉnh mui luyện (b) nhỏ hơn chiều dài tà vẹt để khi thi cơng đặt kiến trúc tầng trên, các đồn tàu cơng trình ép tà vẹt lún sâu xuống mặt đất khi nền đường chưa cĩ lớp đá ba lát, tạo thành những rãnh hở thốt nước, tránh cho nền đường bị ứ đọng nước

Trên hình (5-8) biểu thị hình dạng và kích thước mui luyện đường 1435mm

- Khi xây dựng đường đơi, đắp bằng đất, mui luyện làm hình tam giác, chiều cao mui luyện là 0,20m cho đường tiêu chuẩn, đáy mui luyện bằng chiều rộng mặt nền đường (H 5-9)

- Mặt nền đường trong ga: tuỳ số đường trong ga nhiều hay ít mà làm mặt nền đường bãi ga thành hình răng cưa, dốc một chiều hoặc dốc hai chiều (hình 5-10) với độ dốc là 0,01÷0,02

- Chiều rộng mặt nền đường phải đủ rộng để đặt kiến trúc tầng trên, phần khơng bị đá dăm phủ kín trên mặt nền đường gọi là vai đường (hoặc lề đường)

Hình 5-10.Mui luyện nền đường ở ga Vai đường cĩ tác dụng giữ cho lớp đá dăm khơng rơi xuống mái đường, để nhân viên đường sắt

đi lại, để đặt các dụng cụ duy tu đường, đặt cột tín hiệu

Chiều rộng vai đường (lề đường) quy định như sau:

ðường cấp I và cấp II : chiều rộng vai đường nền đắp là 0,50m ðường cấp III là 0,40m

Chiều rộng nền đường (B) theo quy phạm kỹ thuật khai thác ðSVN 1999 quy định: trên đường thẳng bề rộng mặt nền đường khơng được nhỏ hơn 5m cho khổ đường 1000mm và 6,4m cho đường 1435mm

- Trên đường cong, nền đường phải nới rộng về phía lưng đường cong theo quy định của bảng (5-1) tuỳ thuộc vào bán kính cong R

Bảng 5-1 Bề rộng nền đường B(m)

ðất thường Khổ

đường

Tính chất đường Cấp đường Nền đào Nền đắp

ðường trục

c/ 1 chiỊu

a/ R¨ng c−a

b/ 2 chiỊu

>1000 - 4000 0,10

0,30 ðường

chuyên dụng I, II, III ≤ 1000

- Cao ñộ vai ñường ở ñầu cầu nhỏ và cống trên ñường sắt cấp I, II tính theo lưu lượng nước lũ tần suất 50 năm Cao ñộ vai ñường bao giờ cũng phải cao hơn mực nước ngầm cao nhất, hoặc cao hơn mực nước tụ lâu ngày (trên 20 ngày), ñồng thời phải xét ñến chiều cao nước mao dẫn làm giảm cường

Hvñ = H2% + hsóng + hdềnh + 0,5m + Tại ñầu cầu lớn có thuyền qua lại:

Hvñc = H1% + htktt + hkcd + hktft

Trong ñó: htktt : chiều cao tĩnh không thông thuyền

hkcd : chiều cao kết cấu dầm

Bảng 5-2 Ta luy nền ñắp Chiều cao lớn nhất của

ta luy nền ñắp Dốc ta luy nền ñắp Loại

ñất ñá Chiều cao

toàn bộ

Chiều cao phần trên

Chiều cao phần dưới

Ta luy toàn bộ

Ta luy phần trên

Ta luy phần dưới

4.2.2 Các công trình của nền ñường

+ Thềm bảo hộ: ở phía ngoài chân ta luy phải có thềm bảo hộ rộng 1- 2m ñể ngăn nước trong rãnh dọc không ngấm vào nền ñường Mặt thềm ñường phải dốc ra phía ngoài với ñộ dốc 0,02 ÷ 0,04

+ Rãnh dọc hay hố ñấu: dùng ñể thoát nước mặt

-Rãnh dọc: + Khi mặt ñất có ñộ dốc ngang lớn thì chỉ cần ñào rãnh ở một bên, phía cao

+ Khi mặt ñất bằng phẳng và chiều cao nền ñường ñắp dưới 2,0m thì phải ñào rãnh

ở cả 2 bên nền ñắp Mặt cắt ngang rãnh làm hình thang, kích thước rãnh và ñộ dốc dọc ñáy rãnh phải căn cứ vào lưu lượng và tốc ñộ dòng chảy ñể quyết ñịnh Nói chung chiều rộng ñáy rãnh ≥0,40m, chiều sâu ≥0,60m, dốc mái rãnh là 1:1 ðộ dốc dọc ñáy rãnh thường từ 3 - 5, nhỏ nhất là 2 và lớn nhất là 8 (Khi ñộ dốc dọc ñáy rãnh ≥ 6 phải gia cố rãnh)

- Hố ñấu: Khi ñào hố ñấu lấy ñất ñắp nền ñường thì kích thước hố ñấu xác ñịnh tuỳ thuộc vào khối lượng ñất cần thiết ñể ñắp và phương pháp thi công Hố ñấu có thể bố trí về một phía (bên cao nếu mặt ñất có ñộ dốc ngang) hoặc ñặt ở 2 bên nền ñường (nếu ñộ dốc ngang của mặt ñất < 1/10) Hố ñấu phải ñào thông với cầu, cống ñể thoát nước, vách hố ñấu phía nền ñường có ñộ dốc 1:1,5 còn phía ngoài là 1:1 Dốc ngang ñáy hố ñấu thường dùng 0,02 ÷ 0,04 dốc từ phía chân ta luy ra phía ngoài nếu