Khảo sát và thiết kế đường sắt part 8 pdf

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 hìn

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:

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

Gãc quay kh«ng hỵp lý

§−êng giíi h¹n n−íc lªn cao

Hình 5-32

Tận lượng bố trí cầu khơng những vuơng gĩc với dịng chính mà cịn vuơng gĩc với thung lũng sơng, tức là nên chọn nơi nào thung lũng và dịng chính song song với nhau

Nếu sơng cĩ thơng thuyền thì tuyến phải vuơng gĩc với dịng chính, cịn đối với thung lũng thì cĩ thể nghiêng một gĩc 5 - 100

Nếu khơng thơng thuyền thì vuơng gĩc với thung lũng, đối với dịng 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 tồn diện

để xác định vị trí tương quan của chúng

Tận lượng đặt 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 đến trụ cầu khơng được nhỏ hơn 3 lần chiều dài đồn tầu kéo trên sơng Nếu bãi bồi nằm ở phía

hạ lưu cầu thì khoảng cách đĩ là 1,5 lần chiều dàI đồn tầu kéo Khoảng cách phía thượng lưu bắt buộc phải lớn vì phia cuối bãi bồi cĩ xĩi, nên cần khoảng cách xa để khơng gây sĩi trụ cầu (cho các trụ cầu khơng làm hệ mĩng cọc) Nĩi chung cần một khoảng cách xa hơn để các đồn tầu kéo cĩ thời gian và khoảng cách lái tránh các trụ cầu

5.5.2 Vạch tuyến qua đoạn làm cống

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

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

Chiều cao ựắp ựất ựường ựắp (hh) tắnh từ ựáy mương chỗ ựặt cống cần phải thoả mãn

Chiều cao ựường ựắp tối thiểu cần thiết theo cao ựộ tắch nước trước công trình cống ứng với lưu lượng các loại khẩu ựộ cống và theo ựiều kiện kết cấu, có thể tra ở

sổ tay có liên quan về tắnh toán thuỷ văn cầu cống

Trường hợp cao ựộ ựắp ựất ựường ựắp trong thiết kế trắc dọc không thoả mãn hai ựiểm 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 ựộ ựất ựắp nhỏ hơn

- Mở rộng ựường kắnh cống, hạ thấp cao ựộ tắch nước, chuyển cống ựơn sang dùng cống ựôi, ba, nhưng cống vòm không ựược quá 3 vòm

- đào thấp thắch ựáng ựáy mương, thắch hợp với mương máng có cửa thoát nước thấp hoặc dốc dọc tương ựối dốc

- Thay ựổi ựộ dốc dọc, nâng cao ựộ thiết kế vai ựường, hạ thấp cao ựộ thiên nhiên mặt ựất nơi ựặt cống

5.5.3 Vạch tuyến nơi làm hầm

5.5.3.1 đặc ựiểm của của công trình hầm

Trong vạch tuyến ựường sắt, sử dụng hầm là một biện pháp quan trọng ựể khắc phục trở ngại về cao ựộ, hạ thấp cao ựộ vượt núi, rút ngắn chiều dài tuyến, và vòng tránh khu vực ựịa chất không tốt Bố trắ hầm hợp lý là khâu quan trọng nâng cao chất lượng thiết kế chọn tuyến Gặp các trường hợp sau ựây khi ựịnh tuyến, cần dùng hầm trong vạch tuyến

Tuyến vượt dãy núi phân thuỷ, cần xây dựng hầm - ựó là hầm vượt núi Vạch tuyến bên cạnh núi chạy dọc sông: hoặc phải cắt tuyến ựi cong, ựi thẳng hoặc phải vòng tránh ựịa chất không tốt mà phải xây dựng ựường hầm - ựó là hầm ven núi, như hình 5-33

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

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

+ 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"

- 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

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

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

Ta cĩ thể dùng các đại lượng độ dốc hạn chế khác nhau cho một tuyến đường Khi vạch tuyến theo mỗi phương án về độ dốc ta phải nêu ra được ưu và khuyết điểm của mỗi phương án theo đại lượng độ dốc đĩ

Khối lượng chuyên chở càng lớn càng phải chú ý việc dùng dốc hạn chế nhỏ Cịn nếu khối lượng chuyên chở nhỏ thì phải đánh giá được hiệu quả của việc dùng dốc lớn do hạn chế được chiều dài tuyến hay khối lượng cơng tác Khối lượng chuyên chở càng lớn về mặt bình diện càng phải chú ý cho tuyến đi thẳng mặc dù phải đào đắp nhiều

Về quan điểm kỹ thuật việc vạch tuyến theo các độ dốc hạn chế khác nhau cũng cĩ những đặc điểm như:

- Khi tăng đại lượng độ dốc hạn chế, mà tiêu chuẩn khả năng thơng qua là một con số cố định, thì số điểm phân giới sẽ bớt đi, bởi vì trọng lượng đồn tàu xác định bởi đại lượng độ dốc hạn chế lớn là một đại lượng nhỏ, khi chạy trên các dốc thoải vận tốc sẽ lớn hơn, nên cĩ thể kéo dài khu gian ra

- Khi dốc hạn chế nhỏ, thì khơng nên dùng các bán kính nhỏ bởi vì trong trường hợp này đại lượng ir cĩ trị số lớn nên sẽ chiếm tỷ lệ khá lớn so với đại lượng

độ dốc mà ta giảm dốc đi đại lượng ir và vấn đề vượt độ 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 đại lượng tối đa của dốc cân bằng phải tính theo dốc hạn chế của chiều nhiều hàng và tỷ lệ khơng cân bằng về luồng hàng theo chiều (K)

Trong trường hợp thứ hai nên vạch tuyến cho 2 chiều độ dốc hạn chế như nhau

vì như vậy quá trình khai thác lâu dài sau này khơng nảy sinh ra những vấn đề phức tạp

ðối với dốc gia cường ta dùng để giảm bớt chiều dài ở những đoạn địi hỏi phải triển tuyến lớn Cĩ thể giảm độ dốc hạn chế cho tồn tuyến bởi vì ta cĩ thể vượt độ cao ở từng đoạn ngắn từ 2-4 khu gian bằng dốc gia cường lớn ðoạn cĩ dốc gia cường nên đặt tập trung gần vào nơi sẽ làm cơng tác kỹ thuật (như thay dầu máy ở ga) để khỏi phải cĩ thiết bị riêng phục vụ cho đầu máy phụ thêm

Về phương diện vận tải phải thống nhất trọng lượng đồn tàu trên tuyến, nếu ở từng đoạn tuyến địa hình khác nhau

Khi vạch tuyến cũng cần chú ý tới loại sức kéo Như đầu máy điện là loại cĩ sức kéo khoẻ vận tốc nhanh Cũng vì vận tốc lớn, trọng lượng tàu lớn nên cần và cĩ

thể cho tuyến ựi 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 ựối với ựầu máy ựiện rất cao Do thiết bị cung cấp ựiện rất tốn kém, giá thành thiết bị tỷ lệ với chiều dài, cho nên ựường càng ngắn càng tốt

5.6.2 đánh giá việc vạch tuyến

Một việc không thể thiếu ựược sau khi hoàn thành việc thiết kế xong con ựường, hay sau khi thiết kế hoàn tất một tuyến ựường ta phải xem nó là tuyến ựường tốt xấu ựến mức ựộ nào để ựánh giá việc vạch tuyến phải dùng các chỉ tiêu sau ựây:

- Chiều dài tuyến bao gồm chiều dài các ựoạn thẳng và chiều dài các ựường cong, ựơn vị tắnh bằng km

- Chiều dài triển tuyến thêm

∆L = L - L0

L - Chiều dài tuyến (km)

L0 - Khoảng cách ngắn nhất từ ựiểm ựầu qua các ựiểm khống chế (nếu có)

và ựiểm cuối Vậy nếu có ựiểm khống chế thì chiều dài ựường chim bay ựó sẽ là ựường thẳng gấp khúc Trong các phương án cục bộ thường không có ựiểm khống chế Khi ựó nó là một ựường thẳng và trong thực tế nếu bình ựồ không ghi tọa ựộ chiều dài này ựo trực tiếp trên bản ựồ: khoảng cách theo ựường thẳng căng dây từ ựiểm ựầu ựến ựiểm cuối của phương án cục bộ Nếu là các ựường gấp khúc có ựộ dài lớn không thuận tiện cho việc làm như trên và bình ựồ có ựủ hệ tọa ựộ thì phải tắnh toán thông qua toạ ựộ của các ựiểm nói trên

- Chiều dài và tỷ lệ của các ựoạn vạch tuyến tự do và khó khăn

5.7 THIẾT KẾ CHỌN TUYẾN VỚI VIỆC SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

Vạch tuyến ựường sắt là một trong những nhiệm vụ phức tạp và quan trọng nhất trong thiết kế ựường sắt (TKđS) Khác với việc thiết kế các yếu tố khác của ựường 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 ựó kết quả thu ựược còn có khoảng cách

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

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

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

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

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

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

Số thứ tự cạnh hình tam giác

1 35 44 383,5 123

Ý nghĩa của các cột 1- 4 đã rõ khơng cần giải thích

Cột 5: đối với mỗi hình tam giác trong máy tính đều chiếm mộ thứ tự.Số thứ

tự này đều do 3 đỉnh tam giác hợp thành Thí dụ tam giác do các đỉnh 1,2,3 lập thành, mang số thứ tự 123 Sử dụng phương pháp này khi cung cấp thơng tin khơng cần phải trùng lặp nhiều lần mỗi điểm đỉnh chung của các tam giác liền kề

Các cạnh của tam giác được tìm theo phương pháp tra từng cái một trong tồn bộ toạ độ phẳng được lưu giữ trong bộ nhớ

để phán đốn xem điểm cần tìm cĩ nằm trong một tam giác nào đĩ hay khơng, trước hết cần tìm phương trình các cạnh của tam giác và toạ độ trọng tâm của tam giác.Phương trình mỗi cạnh của tam giác được suy ra từ phương trình đường thẳng đi qua các đỉnh tương ứng của tam giác

2 1 1 2

1

1

x x

x x y y

y y

Tọa độ trọng tâm của hình tam giác:

ðem toạ độ trọng tâm và toạ độ điểm cần tìm thế vào các cơng trình các cạnh tam giác, nếu dấu của các trị số giống nhau, chứng tỏ điểm 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 thơng tin mặt đất điểm đợi xác định:

Mỗi hình tam giác của mạng tam giác của mạng tam giác được xem là một mặt phẳng, phương trình mặt phẳng đĩ là:

X Y Z 1 X1 Y1 Z1 1

X2 Y2 Z2 1 X3 Y3 Z3 1

3

,3

3 2 1 3

2

y x x x