chương 7 lựa chọn các tiêu chuẩn kỹ thuật, dự án đường sắt đô thị Cát Linh Hà Đông

Chương 7 Lựa chọn tiêu các tiêu chuẩn kỹ thuật 7.1 Giới thiệu chung về tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đường sắt đô thị áp dụng trong dự án Dự án được thiết kế chủ yếu dựa trên cơ sở tiê

Chương 7

Lựa chọn tiêu các tiêu chuẩn kỹ thuật

7.1 Giới thiệu chung về tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đường

sắt đô thị áp dụng trong dự án

Dự án được thiết kế chủ yếu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn thiết kế đường sắt đô thị của nước Cộng hòa nhân dân Trung Hoa, có tham khảo một số tiêu chuẩn của các nước khác như Nga, Nhật,

Quy định về phân cấp kỹ thuật đường sắt theo quyết định số 34/2007/QĐ-BGTVT ngày 25/7/2007

Quy phạm thiết kế đường sắt đô thị (Code for Design of Metro) của nước Cộng hòa nhân dân Trung Hoa được Bộ Xây dựng CHND Trung Hoa chính thức ban hành là tiêu chuẩn quốc gia và có hiệu lực áp dụng từ ngày 01/08/2003 với tên gọi là “Quy phạm thiết kế Metro” ký hiệu là GB 50157 - 2003

Quy phạm thiết kế Metro, GB 50157 - 2003 được biên soạn theo yêu cầu của Vụ

Vụ tiêu chuẩn Bộ Xây dựng nước CHND Trung Hoa Đơn vị chủ biên là Tổng viện nghiên cứu thiết kế xây dựng đô thị Bắc Kinh, với sự tham gia của các trường Đại học hữu quan, các Công ty đường sắt đô thị, trên cơ sở sửa đổi toàn diện "Quy phạm thiết

kế metro" - GB 50157-92

Các đơn vị tham gia biên soạn qui phạm:

- Đơn vị chủ biên: Tổng viện nghiên cứu thiết kế xây dựng đô thị Bắc Kinh

- Đơn vị tham gia:

+ Viện nghiên cứu thiết kế giao thông đường sắt, công trình hầm Thượng Hải + Viện thiết kế nghiên cứu thông tin tín hiệu toàn bộ Bắc Kinh

+ Viện khảo sát thiết kế đường sắt số II

+ Viện nghiên cứu thiết kế giao thông đường sắt thành phố Thượng Hải

+ Viện nghiên cứu thiết kế đường sắt ngầm Quảng Châu

Bộ Xây dựng nước CHND Trung Hoa chịu trách nhiệm quản lý và giải thích các

điều khoản có tính chất bắt buộc Bộ phận quản lý "Quy phạm thiết kế metro" của tiêu chuẩn quốc gia chịu trách nhiệm giải thích các nội dung kỹ thuật cụ thể

Quy phạm nàyđược áp dụng cho việc thiết kế mới, thiết kế cải tạo và nâng cấp cáccông trình đường sắt đô thị sử dụng hệ thống bánh thép, ray thép Đồng thời có thể dùng để tham khảo cho công tác thiết kế các tuyến đường sắt khác

7.2 các Tiêu chuẩn kỹ thuật

7.2.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu của toa xe thiết kế

Thông số kỹ thuật của toa xe thiết kế được lựa chọn từ Quy phạm thiết kế Metro, GB 50157 - 2003 như sau:

- Chiều dài tính toán của toa xe: 19000mm;

- Chiều rộng tối đa của toa xe: 2800mm (ứng với khổ đường 1435mm);

- Chiều cao tối đa tính từ mái toa xe đỉnh ray: 3800mm;

- Chiều cao tính từ sàn toa xe tới đỉnh ray:1100mm;

- Cự ly cố định của toa xe: 12600mm;

- Cự ly trục cố định của giá chuyển hướng: 2200mm

- Trọng lượng toa xe: Toa động cơ ≤35.5T; toa kéo có buồng lái ≤32T

- Số lượng người được phép chở:

+ Toa không có buồng lái: định viên là 245 người, tối đa là 341 người; + Toa có buồng lái: định viên là 230 người, tối đa là 322 người

- Tốc độ tăng và giảm: gia tốc khởi động bình quân không dưới 0.83m/s2

(0~40km)

+ Giảm tốc hãm bình quân không dưới 0.94m/s2 + Giảm tốc hãm khẩn cấp không dưới 1.2m/s2

- Tốc độ vận hành tối đa của tàu là: 80Km/h

- Chế độ cấp điện: cấp điện bằng DC750V ray tiếp xúc, dòng điện chạy về bằng đường ray mà tàu đang chạy trên

Hình 7.1: Toa xe thiết kế và một số kích thước chủ yếu

7.2.2 Xác định các giới hạn kiến trúc

a Kiến trúc cầu cao

Trên các đoạn tuyến thẳng, giới hạn kiến trúc của cầu cao là 7800mm Trong

đó, khoảng cách giữa hai tim tuyến của hai chiều đi/về là 3600mm và khoảng cách từ tim đường (chiều/về) đến mép trong của lan can cầu là 2100mm Tại các đoạn đường cong R < 400m, khoảng cách giữa hai tim tuyến là 3700mm ứng với mặt cắt ngang cầu

mở rộng là 7900mm

b Kiến trúc ga

Với các ga trên cao, các giới hạn kiến trúc bao gồm:

- Khoảng cách từ tim đường đến mép ke ga là 1500mm;

- Khoảng cách từ đỉnh ray đến mặt ke ga là 1020mm;

- Khoảng cách từ mặt dưới mái che hoặc thiết bị trong ga tới đỉnh ray: 4200mm

7.2.3 Các tiêu chuẩn thiết kế bình diện

Bán kính đường cong nằm tối thiểu được lấy như sau:

- Đường chính trong khu gian: Rmin=300m, trường hợp khó khăn lấy Rmin = 250m

- Đường vào Depot Rmin = 200m, trường hợp khó khăn Rmin = 150m

Chiều dài đường cong hoãn hoà được lấy theo Quy phạm thiết kế đường sắt đô thị GB50157 - 2003

Bảng 7.1: Chiều dài đường cong hoãn hoà

R L V 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30

3000 30 25 20 - - -

2500 35 30 25 20 20 - - -

2000 40 35 30 25 20 20 - - - -

1500 55 50 45 35 30 25 20 - - - -

1200 70 60 50 40 35 30 25 20 20 - - - -

1000 85 70 60 50 45 35 30 25 25 20 - - - - -

800 85 80 75 65 55 45 40 35 30 25 20 - - - -

700 85 80 75 70 60 50 45 35 30 25 20 20 - - -

650 85 80 75 70 60 55 45 40 35 30 20 20 - - -

350 60 60 60 50 30 25 20 20 20

Ghi chú: R - Bán kính đường cong (m); V- Tốc độ thiết kế (km / h)

L- Chiều dài đường cong hoãn hoà (m)

- Chiều dài đoạn thẳng chen giữa hai đường cong: 25m, trường hợp khó khăn không nhỏ hơn 15m;

- Chiều dài đường cong tròn nhỏ nhất không nhỏ hơn 25m, trường hợp khó khăn không dưới 15m;

- Ga nên đặt trên đường thẳng, trường hợp khó khăn mới đặt trên đường cong

có bán kính ≥800m, song ghi phải đặt trên đường thẳng Khoảng cách từ đầu ray cơ bản của ghi đến đầu đường cong ≥ 5m Các số liệu về ghi bao gồm:

1N

c

Bảng 7.2: Thống kê các loại ghi và bố trí ghi

Loại ghi (

N

1 ) a (m) b (m) c (m) R nối dẫn (m)

60 P 9

1

13.599 15.730 15.730 180.717

50 P 7

1

11.194 12.433 12.433 190

7.2.4 Tiêu chuẩn thiết kế trắc dọc

a Độ dốc dọc tối đa tính toán

Độ dốc tối đa đã được xác định theo sơ đồ đoàn tàu có 2 toa động cơ (gọi là toa kéo) và 2 toa moóc (toa bị kéo) Khi một toa động cơ bị chết máy chỉ còn lại 1 toa kéo + 1 toa động cơ hỏng + 2 toa moóc, các toa này đều đầy tải:

Trong đó: P - Trọng lượng toa xe kéo (Tấn)

T - Tổng trọng lượng 3 toa bị kéo (Tấn)

ψK - Hệ số bám

Đối với loại toa Bắc Kinh, tính ta được imax = 43,9o/oo và toa Thượng Hải được

imax = 41,7 o/oo

b Độ dốc dọc tối đa kiến nghị

Độ dốc dọc kiến nghị sử dụng cho tuyến đường sắt Cát Linh - Hà Đông được lấy theo Quy phạm thiết kế Metro GB 50157 - 2003 như sau:

- Độ dốc lớn nhất của chính tuyến không lớn hơn 30o/oo, trường hợp khó khăn lấy không lớn hơn 35%o, trên đoạn vào Depot không lớn hơn 40 o/oo;

- Độ dốc trên phạm vi đoạn ke ga nên là 0 o/oo, trường hợp khó khăn lấy không lớn hơn 3 o/oo;

- Ghi đặt trên dốc không lớn hơn 5 o/oo, trường hợp khó khăn lấy không lớn hơn 10 o/oo;

- Chiều dài đường trên phạm vi chiều dài ke ga nên đặt trên 1 độ dốc;

- Đường đảo tàu và đường đỗ đợi nên bố trí hướng dốc đến mốc chắn hoặc xuống khu gian và không lớn hơn 1,5 o/oo

Qui định độ dốc dọc tối đa lấy theo qui phạm luôn nhỏ hơn độ dốc dọc tối đa tính toán Trong trường hợp đoàn tàu nằm hoàn toàn trong đường cong, nếu tính cả độ dốc dọc triết giảm lớn nhất theo công thức ir = 465/ Rmin = 465/300 = 1.55 o/oo thì độ dốc dọc lấy theo qui trình vẫn nhỏ hơn độ dốc dọc tính toán

Độ dốc dọc của đoạn ga trên cao cũng như tại đường đỗ đợi trong bãi ga đã xét tới điều kiện khởi động và điều kiện trôi dốc, nên trong thiết kế trắc dọc khi đã đảm bảo các điều quy định tại mục b thì không cần phải kiểm toán lại

c Đường cong đứng

Tại những điểm đổi dốc mà hiệu đại số 2 độ dốc liên tiếp ≥ 2 o/oo phải đặt đường cong đứng nối dốc Bán kính đường cong đứng được lấy theo bảng 7.2 của Qui phạm thiết kế Metro, GB 50157 - 2003

K

K

P P T

P T i

ψ

ψ

+ +

+

ư

max

V

K

0059 , 0 1

2 , 0 +

=

ψ

Bảng 7.3: Bán kính đường cong đứng

Trường hợp Loại đường

Bình thường (m) Khó khăn (m)

Tuyến

Đường liên lạc, đường ra vào 2000

Những lưu ý khi thiết kế đường cong đứng:

- Trong phạm vi chiều dài đường ke ga và chiều dài đặt ghi không đặt đường cong đứng Đường cong đứng cần đặt cách đầu, cuối ghi một đoạn không nhỏ hơn 5m;

- Đường cong đứng trên tuyến có balát không được trùng với đường cong hoãn hoà trên bình diện Trong trường hợp trên bình diện không đặt đường cong hoãn hoà thì vị trí đường cong đứng cũng không được trùng với đoạn nâng siêu cao;

- Chiều dài dốc không nhỏ hơn 4x19,52m (chiều dài đoàn tàu tương lai, lấy tròn là 80m)

7.2.5 Tiêu chuẩn thiết kế cầu

- Tiêu chuẩn về tải trọng:

+ Tải trọng đoàn tàu được lấy theo tải trọng đoàn xe Đại Liên - Trung Quốc có các thông số như sau:

12.60

19.52 19.00

10.40 2.20

2.10

7t 7t

3.20 14t 14t móc nối

2.10 2.20

3.20 14t 14t

móc nối

Hình 7.2: Sơ đồ tải trọng của 1 toa xe

2.20 2.20 2.20 2.20 2.20 2.20 2.20 2.20

19.52

10.40

2.36

14t 14t

19.52

10.40

19.52 19.52

14t 14t 14t 14t

14t 14t

2.36

14t 14t

Hình 7.3: Sơ đồ tải trọng của đoàn xe 4 toa

+ Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng: Quy phạm thiết kế Metro GB 50157-2003 thuộc Tiêu chuẩn Nhà nước CHND Trung Hoa

- Cấp động đất: cấp VIII theo thang MSK-64 (Phân vùng động đất theo 22TCN211-95)

- Tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế AASHTO, SNIP, JRA,…

7.2.6 Tiêu chuẩn thiết kế hầm

- Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu hầm:

- Tiêu chuẩn về tải trọng:

+ Tải trọng đoàn tàu được lấy theo tải trọng đoàn xe Đại Liên - Trung Quốc có các thông số như đã nêu trong tiêu chuẩn thiết kế cầu;

+ Các tổ hợp tải trọng và hệ số tải trọng: Quy phạm thiết kế Metro GB 50157-2003

- Thiết kế công trình chịu động đất TCXDVN 375 : 2006

7.2.7 Tiêu chuẩn tính toán sức kéo

a Tiêu chuẩn tính toán sức kéo

Sức kéo được tính ở 3 chế độ: Lực kéo ở chế độ khởi động - Lực kéo ở tốc độ tính toán - Lực kéo ở tốc độ cao nhất

Từ 3 trị số kể trên, trị số nào cao nhất được chọn làm tiêu chuẩn tính sức kéo Ngoài ra còn căn cứ vào khả năng bám dính để xác định lực kéo giới hạn Nếu chọn tải trọng trục là 14 tấn, tổng trọng đoàn tàu lớn nhất có thể là 224 tấn Lực kéo tối đa căn

cứ vào sức kéo bám là 112 x 0,16 = 17,92 tấn

b Tiêu chuẩn tính toán lực hãm

Lực hãm được tính căn cứ vào gia tốc hãm, căn cứ vào gia tốc hãm thường tính

ra lực hãm thường Trọng lượng đoàn xe lớn nhất có thể là 56 x 4 = 224 tấn, lực hãm tối đa là BT = 0,16 x 224 = 35,84 tấn

c Xây dựng đường cong V = f(s)

Với tiêu chuẩn kỹ thuật khi thiết kế tuyến đường Cát Linh - Hà Đông: khi tăng tốc đoàn tàu từ vận tốc 0km/h ữ 40km/h thì gia tốc a = 0,83 m/s2; gia tốc khi hãm từ tốc độ 80km/h ữ 0km/h gia tốc a = 0,94 m/s2 Từ đó xác định thời gian và khoảng cách tăng tốc và giảm tốc tại các ga đón và trả khách theo bảng 7.4

Bảng 7.4: Thời gian, khoảng cách tăng tốc, giảm tốc

Nội dung thực hiện Thời gian

cần thiết (s)

Khoảng cách cần thiết (m)

Khi hãm từ tốc độ 80km/h ữ 0 với a ≥ 0,94 m/s2 23,66 262,12 Khi tăng tốc từ 0 ữ 40km/h với a ≥ 0,83 m/s2 13,397 74,21

Hình 7.4: Biểu đồ quan hệ tốc độ, thời gian, khoảng cách vận hành cho 1 ga

Trong đó:

+ tk - Thời gian khởi hành tăng tốc từ 0 ữ 40km/h

+ Sk - Quãng đường cần thiết để tăng tốc từ 0 ữ 40km/h

+ th - Thời gian hãm từ tốc độ 80km/h ữ 0

+ Sh - Quãng đường hãm giảm tốc từ 80km/h ữ 0

Thời gian (s) Khoảng cách (m)

Km/h

80

70

60

50

40

30

20

10

0

tk

Sk

tv

Sv

th

Sh

23.66 262.12

13.397 74.21 Khoảng cách của 1 khu gian

+ tv - Thời gian vận hành với tốc độ định mức cho phép

+ Sv - Quãng đường vận hành tương ứng với tốc độ định mức

Hình 7.5 : Biểu đồ vận tốc và khoảng cách tuyến Cát Linh - Hà Đông

d Xây dựng đường cong t = f(s)

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 7.5:

Bảng 7.5: Thời gian cần thiết đoàn tàu đi hết một quay vòng

Thời gian (s)

Ga số

Tên ga

Khoảng cách giữa các ga (m)

Tk + th tv ∑ti

Thời gian dừng để lên, xuống tầu

t o (s)

Tổng thời gian (gy)

T i = ∑t i +

t o

1 Cát Linh 91

2 La Thành 930.58 37,06 66,94 104 35 139

3 Thái Hà 928 - 35,94 73 20 103

4 Láng 1035 - 43,94 81 20 111

5 ĐH Quốc

Gia 1250 - 56,94 94 25 129

6 Vành đai 3 1044 - 41,94 79

30 109

V, Km/h

80

0

13,05km

70

60

50

40

30

20

10

80 70 60 50 40 30 20 10

th

tk

7 Thanh

Xuân3 1451 - 60,94 98 20 128

8 Bến xe

Hà Đông 1125 - 45,94 83 20 113

9 Hà Đông 1230 - 51,94 89 20 119

10 La Khê 1235 - 50,94 88 20 118

11 Văn Khê 1423 - 59,94 97 20 127

12 Bến xe Hà

Đông mới 1027 - 39,94 77 45 115

13 Điểm cuối 280/13050 1293

Dựa vào kết quả bảng 7.5 ta vẽ đ−ợc đồ thị t = f(s):

Hình 7.6: Biểu đồ t = f(s) tuyến Cát Linh - Hà Đông

Tổng thời gian vận hành tính thêm 5% thời gian thay đổi gia tốc và dao động khác:

1293.( 1 + 0,05 ) = 1357,65 (s) ≈ 22,63 phút

Làm tròn tổng thời gian vận hành là 23 phút

Thời gian đoàn tầu chuyển động từ Hà Đông đến Kim Mã, ta lấy = 3 phút

Thời gian vận hành một nửa quay vòng là: 23 + 3 = 26 phút

Thời gian toàn bộ quay vòng tính từ khi khởi hành ở ga lập tầu đến ga quay vòng và ngược lại đến ga lập tầu sẵn sàng cho khởi hành lần sau ký hiệu là TQV (giờ)

TQV = 26 ì 2 = 52 (phút) = 0,86 giờ

7.2.8 Tính tiêu hao năng lượng

a Năng lượng kéo:

Nk = N.t [kw.h]

Trong đó: N là công suất toàn đoàn tàu [kw]; Nếu chọn công suất cho một động cơ là 180kw, công suất cho đoàn tàu N = 180x8 = 1440kw; t là thời gian đoàn tàu quay được

1 vòng [h]

Nk = 1440 x 0,9 = 1296 kw.h Trong 1 ngày, tính từ 5 giờ sáng đến 22 giờ tối mỗi đoàn tàu sẽ quay được 10,36 vòng hay năng lượng tiêu hao cho một đoàn tàu trong 1 ngày là :

Nk1ngày = 10 x 1296 = 13426,5 kw.h

b Tính tiêu hao điện làm lạnh

Công suất làm lạnh cho 1 toa xe không nhỏ hơn 48kw Công suất cho đoàn tàu Metro 4 toa không nhỏ hơn 192kw

Tiêu hao điện làm lạnh cho 1 đoàn xe cho 1 quay vòng là: 192x0,9 = 172,8kw.h Tiêu hao điện làm lạnh cho một đoàn tàu trong một ngày là: 172,8 x 10 = 1728kw.h

c Tiêu hao điện năng cho các công việc phụ như chiếu sáng, mở cửa, hãm

Các tiêu hao này thường lấy bằng 0,35 tổng năng lượng kéo :

Tiêu hao điện năng cho các thiết bị phụ cho 1 đoàn tàu trong 1 quay vòng là: 0,35 x 1296 = 453,6kw.h

Tiêu hao điện năng cho 1 đoàn tàu trong 1 ngày là:

453,6 x 10 = 4536 kw.h

d Tổng tiêu hao điện năng cho đoàn tàu Metro

Từ các kết quả tính toán trên, ta có bảng tiêu hao điện năng cho 1 đoàn tàu theo bảng 7.6:

Bảng 7.6: Tiêu hao điện năng cho 1 đoàn tàu Các tiêu hao điện năng 1 đoàn tàu/1 vòng quay 1 đoàn tàu/1 ngày

Năng lượng kéo 1296kw.h 13426,5 kw.h

Điện làm lạnh 192kw.h 1728 kw.h

Điện cho các việc phụ 453,6 kw.h 4536kw.h

7.2.9 Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống cung cấp điện

a Các yêu cầu tổng quát:

Hệ thống cung cấp điện (CCĐ) cho đường sắt (ĐS) chạy điện nội đô (đường sắt

đô thị, metro v.v ) bao gồm đường dây cung cấp điện năng cho các trạm điện của

đường sắt, các trạm điểm của ĐS (trạm biến áp chỉnh lưu, trạm hạ áp), mạng tiếp xúc,

(bao gồm cả mạng cấp điện cho đoàn tầu, đường điện về và hệ thống giảm dòng điện

rò) hệ thống cấp điện cho các phụ tải phục vụ đường sắt chạy điện (nhu cầu động lực,

ánh sáng, làm mát, thông tin, tín hiệu v.v ) và hệ thống điện trong depot

Các tiêu chuẩn kỹ thuật để thiết kế hệ thống CCĐ nhằm bảo đảm các yêu cầu

dưới đây:

- Độ tin cậy cao

- Chất lượng điện năng tốt

- An toàn cho nhân viên, hành khách và cho thiết bị trong thời gian vận hành và

bảo dưỡng

- Thuận tiện trong bảo dưỡng và sửa chữa

- Tính mở - có thể phát triển thêm trong tương lai khi nhu cầu vận chuyển tăng

- Tiện lợi trong vận hành

- Chuẩn hoá tối đa trang thiết bị và tối đa hoá khả năng tương thích

- Trong tính toán thiết kế hệ thống CCĐ cần đặc biệt nhấn mạnh tới những khía

cạnh và tiêu chuẩn sau:

- Tính toán đầy đủ tải trọng kéo và các phụ tải cho các nhu cầu khác

- Tính toán hệ số dự trữ để đáp ứng được các trường hợp quá tải trong một thời

gian ngắn gây ra bởi số lượng đoàn tàu cùng đồng thời khởi hành hoặc khả

năng nhiều đoàn tàu tập trung trên 1 đoạn trong 1 thời gian ngắn

- Khả năng phục hồi cung cấp điện nhanh chóng và duy trì được các hoạt động

cần thiết trong trường hợp sự cố tại bất kỳ điểm nào trong hệ thống CCĐ

- Có các biện pháp giảm dòng điện dò từ đường ray và biện pháp bảo vệ công

trình ngầm chống dòng điện đó