nghiên cứu lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến đường sắt cao tốc

- Chỉ giới hạn các thông số kỹ thuật cơ bản nhất của tuyến đường sắt cao tốc theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN362-07, gồm: Tốc độ thiết kế Tốc độ mục tiêu, bán kính đường cong tròn tối thiểu,

Bộ Giáo dục và Đào tạo Trường Đại học Giao thông vận tải

Phạm Sỹ Lợi

Nghiên cứu lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến đường sắt cao tốc Và áP DụNG CHO TUYếN Đường sắt hà nội - vinh

Luận án tiến sỹ kỹ thuật

Hà Nội - 2015

Bộ Giáo dục và Đào tạo Trường Đại học Giao thông vận tải

Phạm Sỹ Lợi

Nghiên cứu lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến đường sắt cao tốc Và áP DụNG CHO TUYếN Đường sắt hà nội - vinh

Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Chuyên ngành : Xây dựng Đường sắt

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do -Hạnh phúc

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

NCS Phạm Sỹ Lợi

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án, tác giả xin trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ: Khoa Công trình, phòng Đào tạo Sau Đại học, bộ môn Đường sắt thuộc Trường Đại học Giao thông Vận tải

Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trong và ngoài Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ trong suốt quá trình nghiên cứu luận án

Xin cảm ơn các Chuyên gia trong và ngoài ngành đã quan tâm, đóng góp

ý kiến đối với luận án này

Tác giả luận án

NCS Phạm Sỹ Lợi

MỤC LỤC

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về lựa chọn các thông số kỹ thuật cơ bản

1.4.2 Phân tích đánh giá phương pháp truyền thống lựa chọn tổ hợp các

1.4.3 Phân tích những công trinh nghiên cứu ở trong nước liên quan đến chọn

1.4.4 Những tồn tại trong việc tìm các TSKTCB theo phương pháp truyền

Chương 2: Ứng dụng phương pháp phân tích đa chỉ tiêu để lựa chọn các

2.2.4.2 Xác định độ lớn tương đối của các chỉ tiêu không lượng hóa được 46

2.4 Ứng dụng phương pháp phân tích đa chỉ tiêu để lựa chọn các TSKTCB của

2.4.2.4 Thiết lập phương án và xác định tầm quan trọng tương đối của các chỉ

3.3 Lựa chọn các chuyên gia đánh giá 76 3.4 Phân tích các chỉ tiêu đánh giá để lựa chọn thực hiện cho điểm so sánh các

3.5.1 Từ kết quả chấm điểm so sánh của các chuyên gia đối với từng chỉ tiêu,

Phụ lục đính kèm

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 AGC : Hiệp hội Đường sắt Châu Âu

2 ECE : Hội đồng kinh tế châu Âu

3 TSKTCB : Thông số kỹ thuật cơ bản

4 GTVT : Giao thông vận tải

4 ĐSCT : Đường sắt cao tốc

5 TGV : Công nghệ động lực tập trung

6 EMU : Công nghệ động lực phân tán

7 MCA : Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu

8 Vmax : Tốc độ mục tiêu

9 Rmin : Bán kính đường cong tối thiểu

10 Imax : Độ dốc dọc tối đa

11 D : Khoảng cách 2 tim tuyến

12 Lsd : Chiều dài đường đón gửi tầu

13 n : Số đường

14 P : Tải trọng bánh tĩnh trên trục

15 H : Lực ngang ở giữa bánh xe ray

16 h : Siêu cao

17 hq : Siêu cao thiếu

18 Hg : Siêu cao thường

19 B : Chiều rộng thân toa xe

20 ĐSPT : Đường sắt phổ thông

21 TSKT : Thông số kỹ thuật

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Thống kê TSKTCB của một số tuyến đường sắt cao tốc trên thế giới 6

Bảng 1-2 Trị số siêu cao thiếu, thừa cho phép (mm) [16], [7], [8] 17

Bảng 1-3 Quan hệ tương thích giữa tốc độ và độ dốc với công suất đầu máy 18

Bảng 2-1 Bảng các giá trị của chỉ số nhất quán RI 35

Bảng 2-2 Bảng tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số cơ bản 57

Bảng 2-3 Bảng tốc độ và lực cản 61

Bảng 2-4 Năng lực cạnh tranh với các phương tiện giao thông khác 66

Bảng 2-5 Diện tích đất đối với tốc độ thiết kế khác nhau 66

Bảng 2-6 Mức tiếng ồn tối đa cho phép ở khu vực công cộng và dân cư 68

Bảng 3-1 Dự báo nhu cầu vận chuyển hành khách tuyến Hà nội - Vinh 73

Bảng 3-2 Dự báo nhu cầu vận chuyển hàng hóa 74

Bảng 3-3 Hiện trạng các điểm văn hoá - lịch sử - môi trường ở khu vực tuyến đi qua cần lưu giữ 77

Bảng 3-4 Hiện trạng các khu vực bảo tồn môi trường sống/loại sinh vật 77

Bảng 3-5 Ma trận mức độ ưu tiên của 5 chỉ tiêu tiêu chuẩn 78

Bảng 3-6 Bảng chuẩn hóa ma trận mức độ ưu tiên của 5 chỉ tiêu tiêu chuẩn 79

Bảng 3-7 Mức ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Kỹ thuật - Công nghệ" 79

Bảng 3-8 Chuẩn hóa ma trận mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Kỹ thuật - Công nghệ" 80

Bảng 3-9 Mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Kinh tế" 80

Bảng 3-10 Chuẩn hóa ma trận mức độ ưu tiên và trọng só các tiêu chí trong chỉ tiêu "Kinh tê" 80

Bảng 3-11 Mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Môi trường" 81

Bảng 3-12 Chuẩn hóa ma trận mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Môi trường" 81

Bảng 3-13 Mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Xã hội" 81

Bảng 3-14 Chuẩn hóa ma trân mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Xã hội" 82

Bảng 3-15 Mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu "Dữ liệu mờ" 82

Bảng 3-16 Chuẩn hóa ma trận mức độ ưu tiên và trọng số các tiêu chí trong chỉ tiêu

"Dữ liệu mờ" 82 Bảng 3-17 Bảng trọng số chung của các tiêu chí 83 Bảng 3-18 Thiết lập phương án 83 Bảng 3-19 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Tiêu hao năng lượng" 86 Bảng 3-20 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Tiêu hao năng lượng" 87 Bảng 3-21 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Sóng áp lực không khí khi hai đoàn tàu gặp nhau" 87 Bảng 3-22 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Sóng áp lực không khí hai đoàn tàu gặp nhau" 88 Bảng 3-23 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Lực kéo" 88 Bảng 3-24 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Lực kéo" 88 Bảng 3-25 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Địa hình" 89 Bảng 3-26 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Địa hình" 89 Bảng 3-27 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Công nghệ chạy tàu" 89 Bảng 3-28 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Công nghệ chạy tàu" 90 Bảng 3-29 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Phương thức chạy tàu" 90 Bảng 3-30 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Phương thức chạy tàu" 91 Bảng 3-31 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Tiếng ồn" 91 Biểu 3-32 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Tiếng ồn" 91 Bảng 3-33 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Bảo tồn di tích lịch sử văn hóa" 92

Bảng 3-34 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Bảo tồn di tích lịch sử văn hóa" 92 Bảng 3-35 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Vị trí địa lý tuyến" 93 Bảng 3-36 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Vị trí địa lý tuyến" 93 Bảng 3-37 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Tính cạnh tranh với các phương tiện giao thông" 94 Bảng 3-38 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Tính cạnh tranh với các phương tiện giao thông" 94 Bảng 3-39 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Độ thích nghi của hành khách" 95 Bảng 3-40 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Độ thích nghi của hành khách" 95 Bảng 3-41 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Diện tích đất chiếm dụng" 96 Bảng 3-42 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Diện tích chiếm đất" 96 Bảng 3-43 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Ảnh hưởng

An ninh - Quốc phòng" 97 Bảng 3-44 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Ảnh hưởng An ninh - Quốc phòng" 97 Bảng 3-45 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Phát triển vùng dọc tuyến" 98 Bảng 3-46 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Phát triển vùng dọc tuyến" 98 Bảng 3-47 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Chi phí xây dựng" 99 Bảng 3-48 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Chi phí xây dựng" 99 Bảng 3-49 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Chi phí khai thác" 100 Bảng 3-50 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí

"Chi phí khai thác" 100

Bảng 3-51 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Doanh thu

vận tải" 101

Bảng 3-52 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Doanh thu vận tải" 101

Bảng 3-53 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Công nghệ thi công" 102

Bảng 3-54 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Công nghệ thi công" 102

Bảng 3-55 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Đơn giá" 103

Bảng 3-56 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Đơn giá" 103

Bảng 3-57 Ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Địa chất" 104

Bảng 3-58 Chuẩn hóa ma trận phương án tốc độ mục tiêu 300(km/h) theo tiêu chí "Địa chất" 104

Bảng 3-59 Tính điểm cho phương án Imax = 120/00 105

Bảng 3-60 Tính điểm cho phương án Imax = 150/00 106

Bảng 3-61 Tính điểm cho phương án Imax = 200/00 107

Bảng 3-62 Tính điểm cho phương án Imax = 250/00 108

Bảng 3-63 Tổng hợp kết quả tính toán theo phần mềm VBA phương án 300 Km/h 109

Bảng 3-64 Tổng hợp kết quả tính toán theo phần mềm VBA các phương án 109

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Lực tác dụng lên các bánh xe trong đường cong 13

Hình 1-2 Bánh dẫn hướng trườn lên ray 13

Hình 1-3 Đường cong sác xuất độ cảm giác 22

Hình 1-4 Quan hệ N-achưa 16

Hình 1-5 Đường cong thí nghiệm tại hiện trường sóng áp lực khi tàu gặp nhau 21

Hình 1-6 Sóng áp lực do các tàu phổ thông gặp nhau 21

Hình 1-7 Sóng áp lực do tàu có dạng hình khí động học gặp nhau 22

Hình 2-1 Mô hình đánh giá đa chỉ tiêu 29

Hình 2-2 Mô hình chung về mối quan hệ giữa những người tham gia vào quá trình đánh giá 36

Hình 2-3 Sơ đồ phân tích các chỉ tiêu đánh giá 42

Hình 2-4 Sơ đồ xác định tầm quan trọng tương đối của các chỉ tiêu mức y 45

Hình 2-5 Sơ đồ thực hiện đánh giá đa chỉ tiêu để lựa chọn hợp lý phương án cần so sánh 50

Hình 2-6 Mô hình phân tích đa chỉ tiêu để lực chọn TSKTCB của tuyến ĐSCT 53

Hình 2-7 Đường cong lực cản vận hành, điện năng kép, thời gian vận hành biến đổi theo tốc độ của nhóm toa động cơ ICE, TGV 61

Hình 2-8 Minh họa sự phụ thuộc của trị số sóng áp lực với vận tốc đoàn tàu, trong hình trên: 63

Hình 2-9 Tốc độ của luồng không khí chuyển động dọc theo đoàn tàu là một hàm của khoảng cách từ đoàn tàu đến điểm đang xét, diện tích mặt cắt ngang và hình dạng của đoàn tàu 64

Hình 2-10 Sơ đồ phương pháp lựa chọn hợp lý TSKTCB của tuyến ĐSCT bằng phương pháp phân tích đa chỉ tiêu 72

Hình 3-1 Sơ đồ phân tích các chỉ tiêu 74

Hình 3-2 Sơ đồ tính toán lựa chọn các TSKTCB hợp lý nhất 75

Hình 3-3 Toàn bộ hướng tuyến 75

Hình 3-4 Bản đồ địa hình tuyến ĐSCT 77

Hình 3-5 Tính toán trọng số các chỉ tiêu tiêu chuẩn 84

Hình 3-6 Tính toán trọng số các chỉ tiêu chi tiết 85

Hình 3-7 Đồ thị trọng số các tiêu chuẩn theo các tiêu chí vận tốc 300 85

MỞ ĐẦU Đường sắt cao tốc là loại hình giao thông vận tải được phát triển ở nhiều nước Châu Âu, ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và một số quốc gia khác từ những năm cuối của thập kỷ 20 Loại hình giao thông vận tải này đã khẳng định những ưu việt và sức cạnh tranh với các loại hình giao thông vận tải khác như hàng không, đường bộ, đường biển …

Việc xây dựng đường sắt cao tốc ở Việt Nam cũng đã được bàn đến trong thời gian qua và hiện đang tích cực thực hiện quy hoạch và các nghiên cứu khả thi với 1 số đoạn trên tuyến Bắc - Nam Trong quá trình nghiên cứu có các đề xuất khác nhau cả về quan điểm đầu tư liên quan đến nguồn lực, hiệu quả kinh tế và các quan điểm về lựa chọn thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến đường

1 Lý do chọn đề tài Mỗi một tổ hợp các thông số kỹ thuật cơ bản của một tuyến đường sắt cao tốc tương ứng với một sơ đồ năng lực vận chuyển và hiệu quả kinh tế - xã hội của tuyến đường đó

Bài toán lựa chọn tổ hợp các thông số cơ bản của tuyến đường sắt cao tốc

là bài toán phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố Nếu sử dụng các phương pháp truyền thống thì cần rất nhiều thời gian và kinh phí để khảo sát số liệu, tính toán, so sánh nhưng cũng chỉ cho độ hợp lý, tin cậy tối ưu với từng thông số, việc hợp lý cho cả

tổ hợp gặp nhiều khó khăn

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu, đề xuất phương pháp nhanh lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật cơ bản của đường sắt cao tốc trong điều kiện Việt Nam chưa có đường sắt cao tốc

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu cho việc xây dựng tuyến đường mới khổ tiêu chuẩn, đường đôi; không xét cải tạo nâng cấp đường cũ

- Chỉ giới hạn các thông số kỹ thuật cơ bản nhất của tuyến đường sắt cao tốc theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN362-07, gồm: Tốc độ thiết kế (Tốc độ mục tiêu), bán kính đường cong tròn tối thiểu, độ dốc tối đa của chính tuyến và khoảng cách giữa hai tim đường

4 Phương pháp nghiên cứu Thực hiện phân tích một cách có hệ thống các điều kiện chưa xác định được rõ ràng (Chỉ tiêu mờ), ảnh hưởng đến quá trình lựa chọn thông số kỹ thuật đường sắt cao tốc

Phương pháp tiến hành được dựa trên các nguyên tắc cơ bản của lý thuyết thông tin, lý thuyết xác suất, các phương pháp ra quyết định, phương pháp chuyên gia,…

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lý luận về các tiêu chí kỹ thuật cơ bản của đường sắt cao tốc, ảnh hưởng của các thông số này đến hiệu quả kinh tế, xã hội, môi trường và các yêu cầu kỹ thuật trong khai thác

- Cách lựa chọn nhanh các thông số kỹ thuật cơ bản hợp lý nhất của đường sắt cao tốc trong điều kiện Việt Nam chưa có đường sắt cao tốc để xem xét chủ trương xây dựng, lập nhiệm vụ nghiên cứu khả thi dự án xây dựng 1 tuyến đường sắt cao tốc tại Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN

CỦA TUYẾN ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC

1.1 Các khái niệm 1.1.1 Đường sắt phổ thông Đường sắt phổ thông là đường sắt có các thông số kỹ thuật chỉ đáp ứng cho khai thác với vận tốc tối đa là 120km/h Theo lịch sử phát triển, đường sắt phổ thông có một số loại khổ đường: Khổ hẹp (≤1000mm); khổ tiêu chuẩn (1435mm)

và khổ rộng (>1435mm)

Đối với Việt Nam hiện mới chỉ có loại hình đường sắt phổ thông

1.1.2 Đường sắt cận cao tốc Đường sắt cận cao tốc là đường sắt có các thông số kỹ thuật có thể đáp ứng cho khai thác với vận tốc tối đa đến 200km/h

Đường sắt cận cao tốc thường áp dụng tại một số tuyến đường sắt phổ thông có điều kiện cải tạo, nâng cấp từ đường sắt phổ thông để đáp ứng nhu cầu tăng năng lực vận tải trong giai đoạn nhất định

1.1.3 Đường sắt cao tốc Đường sắt cao tốc là đường sắt có các thông số kỹ thuật có thể đáp ứng cho khai thác với vận tốc > 200km/h

Đường sắt cao tốc hiện đã được xây dựng từ cuối thế kỷ 20 tại một quốc gia Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và ngày càng phát huy được hiệu quả kinh tế, đặc biệt với vận tải hành khách

1.1.4 Thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến đường sắt Thông số kỹ thuật cơ bản là các yếu tố kỹ thuật chủ yếu được lựa chọn để thiết kế và xây dựng một tuyến đường sắt

Các thông số kỹ thuật cơ bản phụ thuộc vào cấp kỹ thuật của tuyến đường Các thông số kỹ thuật khác nhau của 1 tuyến đường sắt bao gồm: Các chỉ tiêu về về năng lực khai thác, các yếu tố hình học, hệ thống thông tin tín hiệu

Trong khuôn khổ luận án này chỉ giới hạn nghiên cứu lựa chọn các thông

số thiết kế kích thước hình học của tuyến đường sắt tốc độ cao

1.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản và các quy định chung 1.2.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của đường sắt phổ thông Qua các tài liệu tham khảo [14], [42]; các nước và Việt Nam đều ban hành các tiêu chuẩn thiết kế đường sắt phổ thông với các thông số kỹ thuật cơ bản đối với tuyến đường sắt phổ thông gồm:

+ Khổ đường + Số đường chính tuyến

+ Loại sức kéo + Độ dốc hạn chế + Trọng lượng đoàn tầu và chiều dài sử dụng đường đón gửi + Khả năng thông qua tính toán để phân bố điểm phân giới Mỗi TSKTCB được quy định rõ cận dưới hoặc cận trên trong các tiêu chuẩn thiết kế Nhiệm vụ của người thiết kế là xác định cụ thể từng thông số trong miền giá trị mà tiêu chuẩn đã xác định

1.2.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến đường sắt cao tốc 7

1.2.2.1 Cơ sở xác định các TSKTCB của tuyến ĐSCT Như trên đã nêu, đường sắt phổ thông có 6 TSKTCB Khi sử dụng cho ĐSCT thì có 3 thông số không phù hợp, đó là:

- Khổ đường: ĐSCT chỉ sử dụng khổ tiêu chuẩn (1435mm) vì khi chạy tốc

độ cao mới đảm bảo ổn định Hầu hết các nước trên thế giới xây dựng ĐSCT đều

sử dụng khổ tiêu chuẩn

- Loại sức kéo: ĐSCT chỉ sử dụng sức kéo điện, không dùng sức kéo diezel, bởi sức kéo điện có ưu điểm là sức kéo lớn, đáp ứng yêu cầu tốc độ cao khi phải chạy tàu trên dốc lớn ĐSCT của các nước trên thế giới đều dùng sức kéo điện

- Khả năng thông qua Ntt để xác định điểm phân giới: ĐSCT sử dụng tối thiểu 2 đường cho các chiều đi về riêng biệt Vì vậy năng lực thông qua không phụ thuộc nhiều vào cự ly giữa các ga do các đoàn tàu không phải chờ tránh nhau

Do đó, đối với ĐSCT không xác định Ntt là TSKTCB

Như vậy, ĐSPT và ĐSCT có 3 TSKTCB giống nhau, đó là: Độ dốc dọc tối

đa, số đường chính tuyến và chiều dài đón gửi tàu

Ngoài 3 TSKTCB trên, đối với ĐSCT có 3 TSKTCB cần phải xác định khác biệt với ĐSPT, đó là:

- Vận tốc thiết kế (Tốc độ mục tiêu): Thông số này có ý nghĩa rất lớn đối với các chỉ tiêu Kỹ thuật - Kinh tế của tuyến ĐSCT Nó cũng là cơ sở để tính toán, xác định 1 số thông số khác

- Bán kính đường cong nằm tối thiểu: Đảm bảo an toán cho chuyển động của đoàn tàu và độ thoải mái của hành khách đi tàu

- Khoảng cách tối thiểu giữa các tim tuyến: Để đảm bảo an toàn cho 2 đoàn tàu khi chạy trên 2 đường liền kề

1.2.2.2 Giới thiệu quy định về TSKTCB của một số nước

- Hiệp hội đường sắt châu Âu (AGC) thuộc hội đồng kinh tế châu Âu (ECE) đã đưa ra quy định thống nhất về thông số kĩ thuật chủ yếu của mạng lưới đường sắt châu Âu.Tuyến chuyên chạy tầu khách: tốc độ thiết kế 300km/h, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,2m, độ dốc tối đa 35%o Tuyến chuyên chạy tầu khách và tầu hàng: tốc độ thiết kế 250km/h, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,2m,

độ dốc tối đa 12,5%o, chiều dài sử dụng đường ga tối thiểu 750m

- Nhật: Tuyến lúc đầu chạy cả tầu hàng và tầu khách sau chỉ chuyên chở hành khách Đông Hải khánh thành năm 1964, khi đó tốc độ cao nhất lấy là 210km/h và bán kính nhỏ nhất là 2500m, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,2m, độ dốc tối đa 15%o

Tuyến Sơn Dương tốc độ cao nhất lấy là 250km/h và bán kính nhỏ nhất là 4000m, độ dốc tối đa 15%o, chiều dài sử dụng đườngđón gửi tầu 530m

Tuyến Đông Bắc, Thượng Việt, Bắc Lục đều lấy tốc độ cao nhất là 250km/h và bán kính nhỏ nhất là 4000m Khoảng cách giữa 2 tim đường 4,3 m,

độ dốc tối đa 15%o, chiều dài sử dụng đườngđón gửi tầu 530m

- Đức: Tuyến Hanoway-Wayxibao-Manhamustuca là tuyến đường sắt đôi chạy cả tầu hàng và tầu khách tốc độ cao nhất tầu khách 250km/h, tầu hàng 120km/h và bán kính nhỏ nhất là 7000m Độ dốc tối đa 12,5%o Khoảng cách giữa 2 tim đường 4,7m

Tuyến BecLin- Hanoway là tuyến đường sắt đôi chạy cả tầu hàng và tầu khách có tốc độ cao nhất tầu khách 250km/h, tầu hàng 120km/h và bán kính nhỏ nhất là 4400m Độ dốc tối đa 12,5%o Khoảng cách giữa 2 tim đường 4,7m

Tuyến FrangFuoc- CuLong là tuyến đường sắt đôi chạy cả tầu hàng và tầu khách có tốc độ cao nhất tầu khách 300km/h, tầu hàng 120km/h và bán kính nhỏ nhất là 3500m Độ dốc tối đa 40%o Khoảng cách giữa 2 tim đường 4,5m

- Pháp: Các tuyến đường sắt đôi chạy tốc độ tối đa 230km/h có bán kính nhỏ nhất là 2500m, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,0m; Các tuyến đường sắt đôi chạy tốc độ tối đa 270km/h có bán kính nhỏ nhất là 3460m, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,2m; Các tuyến đường sắt đôi chạy tốc độ tối đa 300km/h có bán kính nhỏ nhất là 4545m, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,5m; Các tuyến đường sắt đôi chạy tốc độ tối đa 350km/h có bán kính nhỏ nhất là 7430m, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,8m;

- Thụy Điển: Do đặc điểm riêng của mình mà đường sắt Thụy Điển tập trung vào chế tạo đoàn tầu kiểu lắc X2000 bảo đảm các tác dụng động lực của đoàn tầu tốc độ 200km/h cũng giống như tác dụng động lực của các đoàn tầu tốc

độ 160km/h, nhờ đó giảm thiểu việc cải tạo hay xây dựng đường Vì thế tiêu chuẩn ĐSCT thấp hơn tiêu chuẩn ĐSCT của Pháp, Đức, Nhật đặc biệt là bình đồ, trắc dọc và cầu hầm Tốc độ max 200km/h, độ dốc max 10%o, bán kính nhỏ nhất 400m, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,5m

- Italia: Tuyến Rôma-Frôluan là tuyến đường sắt đôi chạy tầu khách và tầu hàng tốc độ tối đa 250km/h, tuyến có 5km đặt thí điểm 5,4km đường không có đá, bán kính nhỏ nhất là 4000m

- Tây Ban Nha: Tuyến Madrit-Xaaywaylia là tuyến đường sắt đôi chạy tầu khách và tầu hàng tốc độ tối đa 250km/h, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,2m, độ dốc max 12,5%o, bán kính tối thiểu là 4000m; các tuyến chuyên chạy tầu khách tốc độ tối đa 300km/h, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,3m, độ dốc max 35%o, bán kính tối thiểu 4000m

- Hàn Quốc: Tuyến đường đôi Seoul - Busal có tốc độ thiết kế cao nhất 350km/h,bán kính tối thiểu là 7000m, độ dốc lớn nhất 25%o, khoảng cách giữa 2 tim đường 5,0m

- Trung Quốc: Tuyến đường đôi Bắc Kinh - Thượng Hải là tuyến chuyên chạy tầu khách có tốc độ thiết kế 350 km/h, độ dốc tối đa 12%o,bán kính tối thiểu của chính tuyến khu gian ở điều kiện bình thường lấy 7000m, khoảng cách giữa 2 tim đường chính tuyến trong khu gian và trong ga đều lấy là 5,0m

- Đài Loan: Tuyến đường đôi Đài Bắc - Cao Hùng có tốc độ thiết kế 350km/h, bán kính nhỏ nhất là 6250m, độ dốc lớn nhất 25%o, khoảng cách giữa 2 tim đường 4,5m

Bảng 1-1 Thống kê TSKTCB của một số tuyến đường sắt cao tốc trên thế giới

Loan

Hàn Quốc

Hanây Stusatơ

Man-HămBuôc Wâysbao

Tuyến Đông Nam TGV

Tuyến Đại Tây Dương TGV

Tuyến Đông Hải

Tuyến Sơn Dương

Tuyến Đông Bắc

Tuyến Thượng Việt

FuRô- Luân

Rôma-Đài Bắc - Cao Hùng

Soul- Busan

Ghi chú: Các số ( ) là chỉ điều kiện khó khăn

1.2.2.3 Đối với Việt Nam:

Trên cơ sở tham khảo tài liệu nước ngoài; Bộ GTVT đã ban hành quy định tiêu chuẩn cấp kỹ thuật đường sắt tại Tiêu chuẩn ngành 22TCN362-07 như sau:

- Tốc độ thiết kế (tốc độ mục tiêu): Vmax ≤ 350km/h

- Bán kính đường cong nằm + Điều kiện bình thường: Rmin ≥ 5000m + Điều kiện khó khăn: cho phép điều chỉnh theo tốc độ

- Độ dốc dọc tối đa + Điều kiện bình thường: Imax ≤ 25‰

+ Điều kiện khó khăn hoặc tuyến được điện khí hóa: Imax ≤ 30‰

- Kích thước nền đường + Từ tim đến vai đường ≥ 4,5m + Khoảng cách giữa 2 tim đường: D ≤ 5m 1.2.2.4 TSKTCB của tuyến ĐSCT Qua tài liệu giới thiệu về ĐSCT của nước ngoài, các tiêu chuẩn của Việt Nam; xác định 6 TSKTCB khi nghiên cứu thiết kế, xây dựng 1 tuyến ĐSCT, gồm:

1 Tốc độ thiết kế (V tk ): Có các dải tốc độ 200km/h 250km/h; 250km/h

-300km/h và -300km/h - 350km/h Chọn một giá trị tốc độ phù hợp với đường sắt

nước ta

2 Số đường chính tuyến (n): Toàn tuyến phải thiết kế đường đôi xây dựng

một lần Cả hai tuyến đều phải có các trị số như nhau đối với độ dốc tối đa, bán kính đường cong tối thiểu, chiều dài sử dụng đường đón gửi tầu, đầu máy chạy trên tuyến, phương thức khống chế chạy tầu, giãn cách thời gian nhỏ nhất của các đoàn tầu chạy đuổi Các tiêu chuẩn kỹ thuật đó được xác định bằng cách so sánh

về kinh tế - kỹ thuật tùy theo tốc độ thiết kế của tầu khách, địa chất, địa hình dọc tuyến, năng lực vận chuyển …

Cần thiết kế đường đôi 2 chiều vì ĐSCT có mật độ chạy tầu lớn, cự ly chạy tầu dài, khả năng điều chỉnh vận tải lớn Trong trường hợp duy tu tuyến đường hoặc trường hợp đặc biệt đoàn tầu tuyến chuyên chạy tầu khách có thể chạy qua

độ tuyến, vận hành ngược chiều để điều chỉnh biểu đồ chạy tầu, hạn chế ít nhất ảnh hưởng đến hành khách Vậy n = 2

3 Khoảng cách tối thiểu giữa các tim tuyến (D): Là khoảng cách ngắn nhất

giữa tim tuyến chiều đi và tim tuyến chiều về ở khu gian Nó được quy định theo vân tốc thiết kế:

Khoảng cách giữa các tim tuyến trong ga ngoài việc phụ thuộc tốc độ của tuyến bên cạnh và cao độ nền đường tuyến bên cạnh như ở chính tuyến, còn phụ thuộc điều kiện thiế bị ga, thoát nước nền đường, tấm cách âm, cầu cống, đường cho nhân viên đi lại làm việc… tối thiểu không nên nhỏ hơn 5,0m

Trên đường sắt chạy cả tầu khách và tầu hàng, nếu bố trí cột điện nằm giữa các tuyến thì khoảng cách giữa 2 tim tuyến trong ga không nên nhỏ hơn 5,3m

Ở tuyến chuyên chạy tầu khách nó bị khống chế bởi lực khí động học khi tầu tuyến đi gặp tầu tuyến về Căn cứ vào sóng áp lực khi 2 tầu gặp nhau để quyết định khoảng cách giữa các đường Một mặt phải nghiên cứu phân tích quy luật trị

số sóng áp lực lớn nhất khi hai tầu gặp nhau ∆Pmax tác dụng lên đoàn tầu và đại

lượng ∆Pmax biến đổi theo thời gian (∆Pmax/∆t) theo khoảng cách 2 thành tầu liền

kề (Y); Mặt khác phải xác định trị số sóng áp lực lớn nhất cho phép [∆Pmax] Bảng thống kê trị số Y theo Vmax của các loại tầu của Nhật Bản, Pháp và Đức xem tài liệu [1]

- Các đặc trưng của sóng áp lực + Trị số sóng áp lực tác dụng lên 2 thành tầu liền kề nhau tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc tầu chạy hướng đối diện ở đường bên cạnh (đoàn tầu ngược chiều gặp nhau)

+ Nếu 2 đoàn tầu có ngoại hình tương tự nhau, sóng áp lực đoàn tầu tốc độ thấp nhận được, lớn hơn sóng áp lực mà đoàn tầu tốc độ cao nhận được

+ Trị số sóng áp lực tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai thành liền kề của các tầu gặp nhau Sóng áp lực ở cửa sổ tàng dưới tầu 2 tầng lớn hơn sóng áp lực ở cửa sổ toa xe 1 tầng

+ Sóng áp lực thay đổi theo cao độ điểm đo, cao độ càng thấp, áp lực càng lớn +Trị số sóng áp lực liên quan đến ngoại hình đoàn tầu (hình dáng khí động học đầu máy, toa xe, chiều rộng toa xe và chiều dài đoàn tầu), trong đó ảnh hưởng của hính dáng khí động học đầu tầu là lớn nhất

- Trị số sóng áp lực cho phép Căn cứ trên việc thử nghiệm các đoàn tàu ở vận tốc 200km/h, tầu chạy trên đường thẳng sóng áp lực ở tại cửa sổ toa tầu mà tầu chạy an toàn để quy định trị số sóng áp lực cho phép là 1,2kpa Ví dụ:

Vmax=200km/h; B=3,4m; D=4,2m; Sóng áp lực là: 1,41 kpa>1,2kpa (không đạt)

Vmax=200km/h; B=3,4m; D=4,4m; Sóng áp lực là: 1,17 kpa<1, 2kpa ( đạt )

4 Bán kính đường cong tròn tối thiểu (R min ): Đây là một trong những

TSKTCB chủ yếu của tuyến đường sắt Nó liên quan với phương thức tổ chức chạy tầu, với tốc độ thiế kế, với độ thích nghi của hành khách, với độ ổn định chạy tầu

Trên tuyến tổ chức chạy tầu khách và tầu hàng Rmin quyết định bởi các nhân tố như: tốc độ chạy tầu cao nhất của tầu tốc độ cao VG , tốc độ chạy tầu bình thường của tầu hàng và trị số tổng siêu cao thiếu và siêu cao thừa cho phép[hq+hg]

Trên tuyến chạy toàn tầu khách thì Rmin phụ thuộc chủ yếu vào các nhân tố: tốc độ cao nhất của tuyến đường, trị số tổng siêu cao thực đặt và siêu cao thiếu cho phép [h+hq]

+ Việc phân tích kết quả xây dựng các công trình và tình hình vận tải thực

tế đã chứng tỏ: khi tỷ số giữa tốc độ thấp và tốc độ cao nhỏ hơn 0,6 sẽ làm tăng thêm đầu tư xây dựng, hạ thấp năng lực chuyên chở Vì vậy tốc độ tầu khách/tốc

độ tầu hàng là 250/160, 200/120,300/180

+ Tri số siêu cao thực đặt cho phép [h].Nó quyết định bởi yêu cầu an toàn,

ổn định và độ thích nghi đi tầu của hành khách Căn cứ theo nghiên cứu và thí

nghiệm năm1980 của Trung Quốc, khi dừng tầu trên trên đường cong có siêu cao

200 mm, một số hành khách cảm thấy đứng không vững, đi lại khó khăn, váng đầu Nhật bản ở đương Đông Hải Đạo đã đặt siêu cao 2000mm, nhưng các tuyến làm sau đều đặt siêu cao cho phép là 180mm, các tuyến ICE cuả Đức, các tuyến chạy tầu TGV của Pháp cũng là 180 mm và tri số siêu cao thực đặt lớn nhất cho phép ctreen tuyến Bắc Kinh - Thượng Hải cũng là 180 mm

+ Trị số siêu cao thiếu cho phép [hq] Trên tuyến chuyên chạy tầu khách trị

số [hq] chủ yếu phụ thuộc độ thích nghi của hành khách đi tầu, đồng thời xét thấy trên đường sắt siêu cao thiếu quá lớn có thể dẫn đến khối lượng công tác duy tu lớn Vì vậy khi chọn trị số siêu cao thiếu cần để lại một lượng dư nhất định.hq =40

mm (độ thích nghi tốt); hq =80 mm (độ thích nghi bình thường); hq =110 mm (độ thích nghi kém)

+ Trị số tổng siêu cao thực đặt và siêu cao thiếu cho phép Vì lý do giảm duy tu bảo dưỡng đường nên [h+ hq] cần nhỏ hơn [h]+[hq] một lượng là ∆h Vậy[h+ hq] = 220mm ( tiêu chuẩn); 260 mm ( khó khăn)

+ Trị số siêu cao thừa cho phép [hg] Kết quả thí nghiệm của đường sắt Anh, Nhật cho thấy ảnh hưởng của [hq] và [hg] đến độ thích nghi đi tầu của hành khách là như nhau Nên trên đường chạy toàn tầu khách có thể lấy [hg] = [hq]; Trên đường sắt chạy tầu khách và tầu hàng của Trung Quốc thì trị số siêu cao thừa cho phép nhỏ hơn siêu cao thiếu cho phép, vì tải trọng trục và tổng trọng thông qua của tầu hàng lớn hơn tầu khach dẫn tớ đường bị phá hoại và mòn ray bụng trong đường cong tương đối lớn, vậy cần hạn chế trị số siêu cao thừa cho phép

+ Trị số tổng siêu cao thiếu và siêu cao thừa cho phép [hq+hg], khi chạy tầu khách và tầu hàng tại bán kính đường cong nào đó, trị số siêu cao thực đặt trên đường xác định theo tốc độ căn quân phương, nó sẽ chênh lệch một lượng ∆h so với tốc độ cân bằng của mỗi loại tầu Do đó trong thực tế hq>[hq] và hg >[hg] ( điều này không cho phép) Vậy khi xác định siêu cao thiết kế để thỏa mãn sự biến đổi của tình hình vận tải ở hiện trường cần điều chỉnh siêu cao thực đặt một lượng

∆h, tức là:

[hq+hg] = [hq] + [hg]- ∆h

∆h= 20-50 mm, phụ thuộc số đôi tầu, trọng lượng tầu tốc độ tầu hàng và tốc

độ tầu khách Vậy [hq+hg] = 110 mm (điều kiện bình thường); [hq+hg] =140mm (khó khăn)

+ Công thức xác định bán kính Rmin Trên tuyến chạy tầu khách và tầu hàng nó phải thảo mãn điều kiện sau: h= (11, 8 Vg/R)-h q ≥ (11, 8 Vg/R)-[h q]

h= (11, 8 Vz/R) +hg ≥ (11, 8 Vz/R) + [hg]

Do đó Rmin= 11, 8 (V2 g-V z2)/ [hq+hg] Trên tuyến chuyên chạy tầu khách bán kính Rmin xác định công thức sau:

Rmin= 11, 8 V max2/ [h+hq] ở đây Vmax là tốc độ thiết kế cao nhất của đoàn tầu khách

Tuyến chuyên chạy tầu khách Tuyến chạy tầu khách và hàng

Vmax(km/h) Rmin (m) Vkhách/Vhàng(km/h) Rmin (m)

5 Độ dốc tối đa (12-25%o): Độ dốc tối đa của chính tuyến ở khu gian cần

căn cứ loại công nghệ đoàn tầu và tình hình công trình độ do dốc cao thấp gây ra, thông qua việc kiểm toán sức kéo đoàn tầu chạy vượt dốc tối đa mà xác định được Nhưng độ dốc tối đa không nên lớn hơn 25%o

Đường sắt tầu hàng và tầu khách cùng chạy trên tuyến thì độ dốc tối đa của tuyến đó được xác định bởi yêu cầu vận hành của tầu hàng Đường sắt chỉ chuyên chạy tầu khách sử dụng nhóm toa nhẹ, trong khi động cơ lại có công suất lớn, tính năng kéo và hãm tốt nên thích ứng với việc vận hành trên độ dốc lớn

Độ dốc tối đa phụ thuộc mô hình tổ chức chạy tầu và địa hình tuyến đi qua Đường sắt Pháp và Nhật dùng mô hình tổ chức chạy chuyên tầu khách nên có độ dốc tối đa từ 25-35%o và 15-20%o Đường sắt Đức và Ý dùng mô hình tầu hàng

và tầu khách chạy chung đường, nên độ dốc tối đa 12,5%o và 8,5%0 Đường sắt Trung Quốc nói chung dùng mô hình tầu cao tốc và tầu trung tốc chạy chung tuyến Động lực của nhóm toa động cơ cao tốc tương đối lớn, nên có thể đạt tốc

độ cao nhất cho phép khi chạy trên dốc lớn Vì vậy độ dốc max phụ thuộc vào đặc tính kéo (kéo bằng 1 hay 2 đầu máy) và điều kiện lập tầu (số toa trên đoàn tầu) của đoàn tầu chạy liên tuyến Kết hợp điều kiện địa hình (đường bộ chạy trên cao, công trình giao cắt lập thể…đòi hỏi dốc lên xuống liên tục, cần tiến hành so sánh chọn lựa độ dốc tối đa hợp lý

6 Chiều dài sử dụng của đường đón gửi tầu trong ga không nhỏ hơn 480m

Chiều dài sử dụng đường đón gửi tầu khách phải không nhỏ hơn 480m Chiều dài sử dụng của đường đón gửi cần đảm bảo cho đoàn tầu dài nhất giữa tầu khách chạy liên tuyến và tầu khách chỉ chạy trên tuyến tốc độ cao Các nghiên cứu của Đức, pháp, Nhật thì chiều dài sử dụng của đường đón gửi ngoài việc phù hợp chiều dài đoàn tầu còn phải xét tới chiều dài an toàn Thông thường số toa xe nhiều nhất trong một đoàn tầu là 16, khi đó chiều dài đoàn tầu là 16x26m = 416m, lấy tròn 420m, lượng dự trữ dừng tầu về mỗi phía là 30m,thì chiều dài dừng tầu có hiệu của đường đón gửi là 480m

1.3 Sự cần thiết phải lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật trên tuyến ĐSCT

- Như trên đã trình bày, mỗi TSKTCB có một miền giá trị được giới hạn bởi các cận dưới hoặc cận trên xác định theo các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật chung hoặc các kết quả nghiên cứu từ thực nghiệm, từ kinh nghiệm của các nước

đã có ĐSCT

- Giá trị hợp lý nhất của TSKTCB chính là giá trị nằm trong miền giới hạn

đó sao cho thỏa mãn tốt nhất các mục tiêu về năng lực khai thác và hiệu quả kinh

tế - xã hội của tuyến đường

Vì vậy, lựa chọn các TSKTCB rất cần thiết và quan trọng vì với mỗi tổ hợp các giá trị TSKTCB tạo cho tuyến đường một trị số năng lực và hiệu quả kinh tế -

xã hội

- Việc tìm ra một tổ hợp các thông số kỹ thuật cơ bản nào thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật trong khai thác nhưng đạt hiệu quả kinh tế - xã hội tốt nhất chính là lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật cơ bản

- Việc lựa chọn hợp lý các thông số kỹ thuật cơ bản là bài toán phức tạp vì vậy cần lựa chọn phương pháp và công cụ hỗ trợ tính toán tin cậy, tăng độ chính xác, giảm thời gian và chi phí tính toán

1.4 Lựa chọn thông số kỹ thuật cơ bản trên tuyến đường sắt cao tốc

1.4.1 Phương pháp lựa chọn riêng biệt từng thông số kỹ thuật cơ bản

Bằng cách tìm các nhân tố ảnh hưởng đến mỗi thông số kỹ thuật cơ bản từ

đó đề ra miền xác định mỗi thông số và bằng cách xây dựng công thức định lượng

để xác định một giá trị hợp lý nhất trong miền xác định đó Cụ thể như sau:

- Quan hệ giữa tốc độ và giá thành xây dựng

+ Nói chung tốc độ mục tiêu càng cao thì tiêu chuẩn phải cao do đó giá thành xây dựng phải cao Nhưng mức độ chênh lệch tuỳ theo điều kiện địa hình ở đồng bằng xét khối lượng đào đắp giá thành không tăng nhiều lắm

+ Các nhân tố liên quan trực tiếp là:

Khoảng cách giữa các tim tuyến càng lớn khi tốc độ mục tiêu lớn

Chiều dầy đệm đường và lớp mặt

+ Các nhân tố ít hoặc không liên quan Yêu cầu về độ lún sau thi công Loại hình ray, tà vẹt, phụ kiện, tải trọng cầu, tiêu chuẩn lu lèn lớp mặt đường đắp, loại đá đoạn đường lồi vào cầu

+ Tốc độ càng cao chênh lệch giá thành xây dựng càng nhỏ

- Quan hệ giữa tốc độ và tiêu hao năng lượng + Tốc độ chạy tầu tăng thì lực cản không khí tăng tỉ lệ với bình phương tốc

độ chạy tầu (Lực cản không khí là thành phần chủ yếu của lực cản (80% trở lên))

+ Lượng tiêu hao năng lượng tỉ lệ thuận với tăng lực cản

- Ảnh hưởng giữa tốc độ và năng lực cạnh tranh với phương tiện giao thông khác + Tổng thời gian lữ hành và chi phí lữ hành là mục tiêu cạnh tranh

+ Máy bay có tổng thời gian lữ hành tăng do thời gian phụ lớn

+ Chi phí lữ hành của tầu cao tốc = 40% - 50% máy bay

+ Đường ôtô cao tốc có tốc độ bình quân thấp (85 100 km/h) vào đô thị tốc độ giảm làm thời gian phụ tăng

+ Phương diện an toàn đúng giờ, tốc độ và độ thích nghi đi tầu của hành khách thì đường sắt tốc độ cao có ưu thế hơn cả

- Ảnh hưởng của tốc độ đối với môi trường:

+ Tốc độ càng cao thì ma sát của thân tầu với không khí càng lớn và tiếng

Dưới tác dụng của lực ngang hướng ngang, đường (ray) phát sinh chuyển

vị ngang Nếu lực này tương đối lớn mà cường độ ngang không đủ chống lại lực nằm ngang tương đối lớn thì đường sẽ biến dạng nghiêm trọng (cầu ray chuyển dịch ngang trên đệm đường hoặc chèn lật ray), dẫn đến trật bánh Vì vậy cần hạn chế lực nằm ngang chiều ngang Theo quy định trong “Quy phạm đánh giá, giám định thí nghiệm tính năng động lực học toa xe đường sắt” (GB5599-85) của Trung Quốc, khi có tác dụng lực nằm ngang hướng ngang của đường tà vẹt, bê tông, cần

sử dụng các trị số giới hạn sau:

 

1 20,85 15

P1,P2: Tải trọng bánh tĩnh của hai bánh trên một trục (kN)

Hỡnh 1-1 Lực tỏc dụng lờn cỏc bỏnh xe trong đường cong + Tính toán hệ số trật bánh

Toa xe có trật bánh hay không liên quan đến tỷ số lực cản nằm ngang hướng ngang với tải trọng bánh Nhân tố chính của trật bánh là do bánh xe trườn lên ray gây nên

Hỡnh 1-2 Bỏnh dẫn hướng trườn lờn ray

Hình 1-2 biểu thị trạng thái giới hạn khi một bánh xe dẫn hướng trườn lên ray Từ trên hình cho thấy, điểm tiếp xúc của gờ bánh xe với ray là B Tại B có tải trọng bánh P1 tác dụng và lực nằm ngang hướng ngang H AB là mặt cắt gờ bánh

xe tại điểm tiếp xúc bánh xe - ray, nó tạo với mặt phẳng nằm ngang một góc , góc này được gọi là góc gờ bánh, thường lấy là 600 ~ 800

Đem tất cả các lực của đôi bánh lên phương AB và pháp tuyến CD vuông góc với AB, được lựa làm bánh xe trượt xuống theo mặt AB là:

2

Lực ngăn cản toa xe trượt xuống theo mặt AB là:

2

1

k P

Tính toán cho thấy khi  = 600,  = 0,250, k = 1,25 Khi  = 650,  = 0,364, k = 1,00

Vì vậy hạ thấp hệ số ma sát giữa bánh xe ray, có thể tăng k, giảm nguy cơ trượt bánh Căn cứ các thông tin sự cố trật bánh mấy năm gần đây ở nước ta, phần lớn trật bánh xảy ra trong mùa nóng nực, một trong những nguyên nhân là vì hệ số

ma sát tăng (đạt 0,4)

Căn cứ lý luận trên và hàng loạt thí nghiệm, Trung Quốc quy định như sau: Trong trường hợp tốc độ bình thường, nếu chỉ dùng tỷ số giữa lực nằm ngang hướng ngang H so với lực thẳng đứng P1 của bánh xe trườn lên ray hàm hệ

P

+ Ổn định ngang của đường: Q<L

- Tớnh thớch nghi của hành khỏch đi tầu + Gia tốc lớn nhất

- Tớnh kinh tế + Vỡ bỏn kớnh thiết kế thường lớn hơn nhiều so với bỏn kớnh tối thiểu nờn Rmin

ớt ảnh hưởng đến giỏ thành xõy dựng cụng trỡnh và vận doanh

- Độ thớch nghi của hành khỏch đi tầu + Siờu cao thiết kế (h)

+ Siờu cao thiếu, siờu cao thừa cho phộp: Trị số của nú được xỏc định từ điều kiện độ thớch nghi yờu cầu của hành khỏch và việc ớt và dễ duy tu bảo dưỡng

Trong cụng thức trờn:

Vmax: Tốc độ cao nhất của tàu cao tốc (km/h) [ h+ hq]: Trị số tổng siờu cao tối đa và siờu cao thiếu cho phộp [ hq+ hg]: Trị số tổng siờu cao thiếu và siờu cao thừa cho phộp [h], [hq],[hg]: Lần lượt là siờu cao tối đa, siờu cao thiếu cho phộp, siờu cao thừa cho phộp

+ Trị số cho phộp [h], [hq],[hg]:

Trị số siêu cao tối đa [h] cho phép được quyết định bởi điều kiện thích nghi của hành khách đi tầu khi tàu dừng trên đường cong Khi đó siêu cao lớn hơn 200mm, một bộ phận hành khách cảm thấy đứng không vững, đi lại khó khăn và

có cảm giác đau đầu Hiện nay, siêu cao lớn nhất trên tuyến mới của Nhật Bản là 155-180mm Năm 1985, khi nâng tốc độ từ 210km/h lên 280km/h trên tuyến TOKYO- OSAKA, đã bất đắc dĩ dùng đến 200mm Tuyến TGV của Pháp, siêu cao tối đa là 180mm Đường sắt tốc độ cao Bắc Kinh - Thượng Hải, trị số siêu cao tối đa là 180mm [17]

Trị số siêu cao thiếu tối đa cho phép [hq] được xác định bởi yêu cầu độ thích nghi của hành khách đi tàu Độ thích nghi này phụ thuộc vào trị số gia tốc ngang chưa được cân bằng của đoàn tầu và khả năng chịu đựng của mỗi người Phân bố trạng thái sác xuất đánh giá độ thích nghi tương ứng với các gia tốc ngang chưa được cân bằng khác nhau achưa ( hình 1-3)

Hình 1-3 Đường cong sác xuất độ cảm giác Hình 1-4 Quan hệ N-a chưa

Chỉ số độ thích nghi bình quân N (Trị số bình quân gia quyền của lượt người ứng với các chỉ số đánh giá độ thích nghi theo một gia tốc ngang chưa được cân bằng nào đó) với gia tốc ly tâm mà hành khách phải chịu achưa có quan hệ tuyến tính (hình 1-4) Chọn 0,5; 1,0; 1,5 là cận trên độ thích nghi bình quân của các khu vực “không có cảm giác”, “cảm giác nhẹ”, “cảm giác rõ rệt”, tương ứng với gia tốc ngang chưa được cân bằng 0,03g; 0,05g và 0,077g, siêu cao thiếu tương ứng là 45mm, 81mm và 115mm

Các chuyên gia đường sắt đã đánh giá quan hệ giữa độ thích nhi của hành khách đi tàu và siêu cao thiếu như sau: hq = 30mm, cảm giác tốt; hq = 55mm, cảm giác tương đối tốt; hq = 80mm, cảm giác còn có thể; hq=108mm cảm giác không thỏa mái.Và đưa ra quan hệ giữa N và hq theo công thức sau:

N = 0,0053hq + 0,560 Khi hq = 40mm, N = 0,772; hq = 100mm, N = 1,143

Do đó trị số siêu cao thiếu cho phép [hq] tuyến ĐSTĐC nên sử dụng các trị

số nêu ở Bảng 1-1

Bảng 1-2 Trị số siêu cao thiếu, thừa cho phép (mm) [16], [7], [8]

Điều kiện Độ thích nghi

tốt

Độ thích nghi bình thường

Không thích nghi nhẹ Trị số siêu cao thiếu cho phép

Trị số siêu cao thừa cho

Trị số siêu cao thừa cho phép [hg]:

Mặt khác theo kết quả thí nghiệm trên Đường sắt cao tốc ở Anh, Nhật và Trung Quốc cho thấy ảnh hưởng của siêu cao thiếu và siêu cao thừa đến độ thích nghi của hành khách đi tàu là giống nhau Vì vậy có thể lấy siêu cao thừa, siêu cao thiếu cho phép bằng nhau, như ở Bảng 1-1

1.4.1.3 Độ dốc tối đa của chính tuyến [7], [8], [21]

- Tuyến toàn chạy tầu tốc độ cao có đặc điểm trọng lượng nhẹ, công suất đầu máy lớn, tính năng kéo và hãm tốt, do vậy có thể vận hành đoàn tầu trên dốc lớn

Độ dốc tối đa của tuyến chính tuyến khu gian, cần căn cứ lực kéo đầu máy

và tình hình công trình Qua kiểm toán lực kéo và được xác định độ dốc tối đa không nên ≥ 25‰ Độ dốc tối đa đường chạy của nhóm xe động cơ không nên > 30‰ Độ dốc tối đa không xét giảm độ dốc của lực cản đường cong trên bình đồ

và lực cản của hầm

Trong điều kiện tự nhiên nhất định, độ dốc tối đa của tuyến có ảnh hưởng rất lớn đến hướng tuyến, chiều dài của tuyến, chi phí đầu tư công trình, chi phí vận doanh, trọng lượng kéo và năng lực chuyên chở

Tàu cao tốc chuyên chạy tàu khách sử dụng nhóm toa nhẹ có động cơ, công suất lớn, tính năng kéo và hãm tốt có thể thích ứng vận hành ở độ dốc lớn Do mô hình tổ chức vận tải và điều kiện địa hình ở mỗi nước có sự khác nhau nên độ dốc tối đa sử dụng cũng khác nhau như tại Pháp độ dốc tối đa từ 25‰ đến 35‰, ở Nhật từ 15‰ đến 20‰

Tuyến đường sắt cao tốc chuyên chạy tàu khách nói chung đi qua các khu vực kinh tế phát triển, qua các đô thị và điểm dân cư dày đặc, đường sắt, đường bộ sông ngòi đan xen dày đặc nên đường sắt chủ yếu chạy trên cao, giao cắt lập thể, tĩnh không thông thuyền khi vượt sông khá lớn nên trắc dọc tuyến thay đổi liên tục Vì vậy cần so sánh lựa chọn những độ dốc tối đa khác nhau từ các điều kiện khống chế cao độ để tính chi phí đầu tư công trình là hợp lý nhất

Đường chạy của nhóm toa động cơ đường sắt tuyến cao tốc chỉ đảm nhiệm việc vận hành nhóm toa động cơ cao tốc trong điều kiện không tải, tốc độ vận hành thấp, hơn nữa công suất của nhóm dốc tối đa của đường chạy nhóm toa động

cơ tối đa là 30‰

* Căn cứ các tài liệu đã thu thập được và nhóm toa động cơ, phân tích chiều dài đoạn dốc lớn nhất:

- Tính năng nhóm toa động cơ + Phân tích tính năng và tính thích ứng nhóm toa động cơ Nâng cao tốc độ đoàn tàu được thực hiện thông qua công suất kéo cho 1 đơn vị trọng lượng đoàn tàu hoặc hạ bớt trọng lượng đoàn tàu Trên chuyến tàu chạy khách, các tàu nhóm toa động cơ tốc độ cao nhất 250km/h, 200km/h, tổng trọng lượng đoàn tàu là 786 tấn và 1.080 tấn Căn cứ và nghiên cứu phân tích các đoàn tàu cao tốc của các nước, kết hợp hiện trạng và tương lai phát triển của nhóm động cơ, công suất lớn nhất của tàu tốc độ 200km/h là 14.4000kw, công suất kéo cho một đơn vị khối lượng là 13,33kw/tấn, công suất lớn nhất cho đoàn tàu tốc đọ 350km/h là 21.120kw, công suất kéo cho một đơn vị khối lượng là 27,5kw/tấn

+ Phân tích tính năng tương thích của tốc độ với độ dốc Trong quá trình chạy tàu, công suất kéo tàu phải đáp ứng yêu cầu năng lực gia tốc khi kéo tàu và gia tốc dư khi đạt tốc độ mục tiêu Lực cản đoàn tàu khác nhau và trọng lượng kéo khác nhau đòi hỏi công suất khác nhau Dưới đây phân tích quan hệ tương thích giữa tốc độ và độ dốc với công suất đã xác định

Bảng 1-3 Quan hệ tương thích giữa tốc độ và độ dốc với công suất đầu máy

Loại

nhóm toa

động cơ

Công suất kéo một đơn

vị khối lượng

Tốc

độ (km/h)

Lực cản cơ bản (N/kN)

Lực kéo (N/kN)

Lực kéo dư (N/kN)

Gia tốc dư của tàu chạy trên dốc phẳng (m/s2)

Độ dốc giữ tốc

độ đều (‰)

Ghi chú: Hệ số lợi dụng công suất là 0,95 Hệ số sử dụng lực kéo là 0,9,

không xét ảnh hưởng của lực phụ do đường cong và hầm gây ra

Từ phân tích trên cho thấy đoàn tàu có tốc độ cao nhất 200km/h có thể chạy với tốc độ đều 160km/h trên dốc 20‰

- Chiết giảm độ dốc tối đa + Chiết giảm độ dốc đường cong:

Theo nghiên cứu của Viện nghiên cứu đường sắt Trung Quốc tiến hành với giả thiết:

Giữa lực cản phụ do đoàn tàu khách có tốc độ cao chạy trên đường cong tròn sinh ra và bán kính đường cong có mối quan hệ hàm số ωr.R = hằng số C

Tỷ số giữa lực cản phụ đơn vị do đường cong ωr của đoàn tàu khách cao tốc với lực cản cơ bản của nó (a + bv) về cơ bản giống như tàu hàng

Với 2 giả thiết trên, tham khảo “Quy trình sức kéo đoàn tàu” tình hình lực cản cơ bản đoàn tàu cao tốc trên đường sắt nước ngoài rút ra công thức lực cản phụ đơn vị của đường cong khi đoàn tàu khách cao tốc chạy qua:

ωr = 2000/R Bán kính đường cong trên tuyến chạy tàu khách cao tốc tương đối lớn, nên lực cản phụ do đường cong chiếm ty lệ rất nhỏ trong tổng lực cản (tổng lực cản cơ bản và lực cản độ dốc)

Qua việc chạy tàu một số tuyến đường sắt tốc độ cao cho thấy: tuyến Đông Hải Đạo của Nhật Bản, lúc đầu mới khai thác chạy tàu khách và tàu hàng, xét tới chiết giảm độ dốc lực cản phụ do tàu hàng chạy qua đường cong Sau đó do nhiều nguyên nhân, khi chính thức đưa vào khai thác đã không cho tàu hàng chạy Các tuyến mới của Nhật Bản đều là tuyến chạy tàu khách không xét đến chiết giảm dốc do đường cong

Đường sắt cao tốc Đức tuy chạy tàu khách và tàu hàng, nhưng xem xét các quy trình thiết kế không có quy định liên quan về chiết gảm độ dốc do đường cong

Đường sắt cao tốc Pháp cũng không có quy định về chiết giảm độ dốc do đường cong

Tổng hợp những phân tích trên, kết luận chung là đường sắt tốc độ cao không xét đến chiết giảm độ dốc do đường cong

+ Chiết giảm độ dốc do hầm Tuyến đường sắt cao tốc chuyên chạy tàu khách do có công suất kéo lớn, mà trọng lượng kéo lại nhẹ, vì vậy quy định không xét đến việc chiết giảm độ dốc do hầm (Tại Đức đường sắt cao tốc cũng quy định không chiết giảm độ dốc qua hầm)

1.4.1.4 Khoảng cách giữa hai tim tuyến [7], [8], [2], [1]

Tuyến đường sắt cao tốc có nhiệm vụ vận chuyển khối lượng hành khách lớn, mật độ chạy tầu cao, cự ly chạy tầu dài và khả năng điều chỉnh vận tải lớn Vì vậy trong trường hợp duy tu tuyến đường hoặc trong một số trường hợp đặc biệt, đoàn tầu tuyến chuyên khách vận, có thể thông qua độ tuyến vận hành ngược chiều để điều chỉnh biểu đồ chạy tàu, hết sức giảm thiểu ảnh hưởng đối với hành khách.Vì vậy chính tuyến thiết kế 2 chiều, chiều ngược lại cần có đủ điều kiện chạy tầu, nhưng chiều ngược không thiết kế theo tốc độ chiều thuận với tiêu chuẩn chạy đuổi

+ Khi đường đôi trên đường thẳng và phẳng không có cột điện ở giữa thì nó phụ thuộc vào chiều rộng toa xe và lực không khí khi 2 tầu chạy ngược chiều nhau

1 22

B B

D Y    Y là khoảng cách tương ứng với số sóng áp lực cho phép B1 là chiều rộng toa xe phổ thông

B2 là chiều rộng toa xe động cơ

+ Trị số sóng áp lực cho phép khi tàu gặp nhauPmax.[24]

Kinh nghiệm nâng tốc độ một số tuyến chính trong khoảng mười năm trở lại đây của đường sắt Trung quốc cho thấy, khi nâng tốc độ lên đến 140km/h, chưa thấy có thông tin về vỡ kính cửa ra vào, cửa sổ, thương tích cho hành khách khi tàu gặp nhau, cũng không có thông tin về an toàn, hư hỏng toa xe hàng hoá Nhưng khi tàu khách nâng tốc độ lên đến 160km/h thì đã xảy ra hiện tượng kính cửa ra vào, cửa sổ bị vỡ Ví dụ, theo thống kê của công ty đường sắt Quảng Châu, trong 4 năm khai thác tuyến đường sắt cao tốc Quảng Châu - Thâm Quyến đã bị

vỡ 678 tấm kính Đoạn giữa Bắc Kinh - Thiên Tân, sau khi nâng tốc độ, trong đó

có một số khu gian tốc độ chạy tàu 155km/h, trong 22 lần tàu gặp nhau từ ngày 20/11/1999 đến 28/5/2000, toa xe khách kiểu 22 đã vỡ tổng cộng 190 tấm kính Một ví dụ khác, khi thí nghiệm tổng hợp tuyến Trịnh Châu - Vũ Hán, khi đoàn tàu thí nghiệm kéo bằng đầu máy điện SS8, vận hành lần thứ nhất với tốc độ 160km/h theo kế hoạch, vừa gặp nhau với một đoàn tàu khách thường, liên tiếp 3 toa đoàn tàu khách thường xuất hiện hiện tượng vỡ cửa kính Các điều tra nghiên cứu trên chứng tỏ, các tàu khách phổ thông, tàu hàng có thể chịu được sóng áp lực do tàu gặp nhau bằng trị số tối đa sóng áp lực tàu gặp nhau tốc độ 140km/h (Khoảng cách tĩnh giữa hai vách toa xe liền kề gặp nhau Y=0,9m) Do vậy để đảm bảo an toàn cho các tàu khách phổ thông, tàu hàng vận hành trên đường sắt tốc độ 200km/h, kiến nghị lấy trị số lớn nhất sóng áp lực lớn nhất do tàu gặp nhau ở tốc

độ 140km/h, Y = 0,9m làm trị số sóng áp lực cho phép khi tàu gặp nhau Căn cứ đường cong thí nghiệm trên hình 1-5 có thể tìm được trị số sóng áp lực lớn nhất cho phép khi tàu gặp nhau là 0,9kPa

Hình 1-5 Đường cong thí nghiệm tại hiện trường sóng áp lực khi tàu gặp nhau + Đặc tính đa trị của sóng áp lực do tàu gặp nhau

Khi đầu máy đoàn tàu chạy qua, sóng áp lực sinh ra lớn nhất ở chỗ cửa sổ nằm ở vách toa xe của đoàn tàu tuyến bên cạnh Trị số đỉnh của nó được gọi là trị

số sóng áp lực tối đa do 2 tàu gặp nhau, ký hiệu là Pmax Sóng áp lực mà các toa

xe gây ra cho đoàn tàu tuyến bên cạnh là tương đối nhỏ Khi đuôi tàu chạy qua, trị

số sóng áp lực sinh ra đối với đoàn tàu tuyến bên cạnh liên quan tới hình dạng đuôi đoàn tàu chạy qua Khi đuôi đoàn tàu chạy qua dạng nhọn, sóng áp lực sinh

ra rất nhỏ, không có khác biệt lớn so với sóng áp lực do các toa xe chạy qua đối với đoàn tàu tuyến bên cạnh (hình 1-6) Khi đuôi tàu có dạng khí động học (Dạng dòng chảy) thì sẽ sinh ra dao động rõ rệt (hình 1-7)

Hình 1-6 Sóng áp lực do các tàu phổ thông gặp nhau

Hình 1-7 Sóng áp lực do tàu có dạng hình khí động học gặp nhau

Trị số sóng áp lực tối đa do tàu gặp nhau tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ chạy tàu của đoàn tàu chạy tuyến bên cạnh mà không quyết định bởi bình phương tốc độ tương đối hai đoàn tàu gặp nhau Đối với một tuyến đường sắt, trị số sóng áp lực tối đa khi hai đoàn tàu gặp nhau trên đoạn đường thẳng tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ chạy tàu cao nhất của tuyến đường đó Thí dụ: khi cự ly giữa hai tuyến như nhau, dạng hình khí động học giống nhau, chiều rộng hai đoàn tàu không đổi, khi tốc độ chạy tàu cao nhất từ 140km/h tăng lên 160km/h thì trị số sóng áp lực lớn nhất do 2 tàu gặp nhau tăng lên khoảng trên một lần

Khi hai đoàn tàu gặp nhau với tốc độ không bằng nhau, trị số sóng áp lực tối đa do hai tàu gặp nhau mà đoàn tàu tốc độ thấp chịu luôn luôn cao hơn trị số sóng áp lực tối đa do 2 tàu gặp nhau mà đoàn tàu tốc độ cao phải chịu Nghiên cứu

ở các nước đều đã chứng tỏ điều này Lý do đơn giản là đầu đoàn tàu tốc độ nhanh khuấy động mạnh không khí xung quanh, sóng áp lực không khí hình thành mạnh hơn sóng áp lực do 2 tàu gặp nhau của đoàn tàu tốc độ chậm hơn Nghiên cứu còn chỉ ra rằng, khi một đoàn tàu đỗ ở trên đường, tuyến bên cạnh có tàu chạy qua, trị

số lớn nhất sóng áp lực đoàn tàu đang đỗ phải chịu bằng 0,8-0,9 lần khi hai đoàn tàu gặp nhau với tốc độ như nhau

Trị số sóng áp tối đa lực gặp nhau tỷ lệ nghịch với khoảng cách tĩnh Y hai vách liền kề của hai đoàn tàu gặp nhau

Đường cong quan hệ giữa hệ số C pcủa trị số sóng áp lực tối đa do hai tầu gặp nhau với khoảng cách Y tĩnh xem hình I-5

Có thể thấy khi trị số Y nhỏ, trị số sóng áp lực tối đa do hai tàu gặp nhau giảm xuống nhanh Như vậy, nếu trị số kiến nghị nằm trong phạm vi này thì có thể thu được hiệu quả kinh tế cao

Ngoài ra, mức độ hình dạng khí động học của đầu đoàn tàu càng tốt, thì trị

số sóng áp lực do hai tàu gặp nhau càng nhỏ

Trong hình I-5, đường phía trên là một phần đường cong thu được qua thí nghiệm hai tàu gặp nhau của các đoàn tàu kéo bằng đầu máy điện trên tuyến Trịnh Châu - Vũ Hán, đường cong phía dưới là kết quả nghiên cứu tính toán của trường Đại học Giao thông Tây Nam kết hợp với số liệu thí nghiệm X-2000 Từ hình thuyết minh cho thấy, khi đoàn tàu chuyển từ dạng hình nhọn sang dạng hình khí động học, trị số sóng áp lực tối đa do hai tàu gặp nhau giảm đi rõ rệt

+ Trị số D giữa các tuyến trên đoạn đường thẳng

Ở đường sắt phổ thông, khi tốc độ chạy tàu cao nhất của tàu khách bằng hoặc nhỏ hơn 140km/h, cự ly tim hai đường được tính theo chiều rộng giới hạn đầu máy toa xe (1700mm), giới hạn tín hiệu đoàn tàu (100mm) và lượng an toàn giữa hai tàu lấy là 400mm, khi đó khoảng cách D giữa tim hai đường:

D = 2*(1700 + 100) + 400 = 4000 (mm) Khi bắt đầu nâng tốc độ lên 160km/h, tỷ lệ kính cửa sổ bị vỡ là khá cao Theo kết quả thí nghiệm nhiều lần, nếu mở rộng cự ly tim đường từ 4,0m lên 4,2m thì sóng áp lực gặp nhau giảm khoảng 20%, có thể khống chế dưới 0,9kPa, có thể đảm bảo chạy tàu an toàn Vì vậy ở tốc độ này, khoảng cách D nên lấy là 4,2 m

Tiếp tục nâng tốc độ tới 200km/h, vấn đề khí động học càng trở nên rõ rệt Khoảng cách tim hai đường D tính theo công thức:

D = Y + ½ (B1 + B2) Trị số lớn nhất sóng áp lực gặp nhau 0,9kPa, hệ số C p khoảng 0,47, tra đường cong phía dưới của hình I-5 có thể tìm ngược lại trị số Y tương ứng là 1,3m Từ hình thuyết minh cho thấy trị số này nằm trong phạm vi có thể hạ rõ rệt trị số lớn nhất của sóng áp lực tàu gặp nhau

Nếu lấy B1 và B2 lần lượt là chiều rộng tàu phổ thông và chiều rộng nhóm toa động cơ 200km/h thì tính theo công thức, trị số tính toán khoảng cách giữa các tuyến là 4,45m, lấy tròn là 4,4m

Theo phương pháp tương tự, tìm được trị số D cho các dải tốc độ cao hơn như kiến nghị của viện nghiên cứu khoa học đường sắt Trung Quốc trong bảng sau:

Tốc độ thiết kế cao nhất (km/h)

1.4.2 Phân tích đánh giá phương pháp truyền thống lựa chọn tổ hợp các thông số kỹ thuật cơ bản về các yếu tố tuyến đường [14], [42]

Sau khi lựa chọn riêng biệt các thông số kỹ thuật cơ bản như nêu tại mục (1.4.1); thực hiện tổ hợp các thông số

Mỗi một tổ hợp các thông số kỹ thuật cơ bản tương ứng với một sơ đồ năng lực và hiệu quả kinh tế của tuyến

Bài toán lựa chọn tổ hợp các thông số thiết kế hình học tuyến đường sắt theo phương pháp truyền thống được thành lập bằng cách sau: Tìm tổ hợp các thông số

với điều kiện đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và đảm bảo chi phí dẫn xuất nhỏ nhất

Thuật toán giải bài toán này như sau:

- Đầu tiên tổ hợp các thông số của tuyến thiết kế

-Vạch tuyến cho mỗi một tổ hợp và xác định vốn đầu tư xây dựng nó

- Xác định các trạng thái ban đầu, giữa và cuối của tuyến đảm bảo tính hệ thống và tính logic đối với tổ hợp các thông số

- Tính khả năng thông qua và khả năng vận chuyển cho mỗi 1 trạng thái, xác định thời kỳ hết năng lực theo kỹ thuật của mỗi trạng thái

- Thành lập sơ đồ tăng năng lực cho tuyến, xác định khả năng vận chuyển cho mỗi trạng thái,vốn đầu tư cần thiết để chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, chi phí khai thác cho mỗi trạng thái, thời kỳ hợp lý kinh tế chuyển giữa các trạng thái

- Thành lập sơ đồ tối ưu giai đoạn tăng nặng lực Khi số trạng thái ít có thể giới hạn sự so sánh các sơ đồ có thể

- Tổng chi phí dẫn xuất của sơ đồ tối ưu và là chỉ tiêu đánh giá của phương

án tổ hợp các tham số thiết kế đã cho Nếu cần xem xét tổ hợp các thong số khác của đồ án thì quay trở lại thuật toán ban đầu Các thủ thuật thiết kế tính toán đảm bảo thực hiện thuật toán quá tốn nhiều công sức mặc dù có sự trợ giúp từ các công

cụ máy tính

Thực hiện 1 chu kỳ chọn các thông số thiết kế đòi hỏi chi phí thời gian Vì vậy tùy theo lượng thông tin xuất phát, mức độ phức tạp của địa hình v v.mà giới hạn bản thiết kế sơ bộ tuyến, nếu việc đơn giản đó không làm mất tính chính xác của kết quả chọn Khi đó ảnh hưởng của việc thay đổi các thông số thiết kế tuyến và các chỉ tiêu thiết kế chưa rõ ràng

Theo các tài liệu tham khảo [5], [6], [7], tại Việt Nam hiện nay việc lựa chọn các thông số kỹ thuật cơ bản khi thiết kế đường sắt vẫn sử dụng theo phương pháp truyền thống: Tức là lập luận riêng biệt để chọn từng thông số kỹ thuật, sau

đó tổ hợp lại để chọn 1 số phương án để tiến hành khảo sát, lập thiết kế sơ bộ từng

phương án, và thực hiện so sánh chỉ tiêu kinh tế với cơ sở toán học là: giải bài toán tìm cực tiểu đối với hàm chỉ tiêu Kdx theo [14], [42]

Các thông số cần tìm x1 , x2, x3 … cần phải tìm min K (x1 , x2, x3 … ) tức

là tổ hợp giá trị các thông số thiết kế tốt nhất khi đó sảy ra cực tiểu chỉ tiêu K Về

ý nghĩa hình học K (x1 , x2, x3 … ) là mặt phẳng nào đó, mà mỗi một điểm của nó

là chỉ tiêu khi xác định liên hợp các thông số

Quan niệm của phương pháp là ở chỗ: Ở 1 điểm tùy ý nào đó của mặt siêu phẳng này được xây dựng một mặt phẳng tiếp tuyến trên đó xác định đường giảm nhanh nhất (ĐGNN), nó cho phép quy định lập luận phép thực hiện như sau:

Bắt đầu thiết kế phương án đầu tiên với các thông số xio(i=1,2,3,…,n) sau

đó còn n phương án trong đó mỗi một trong các thông số được thay đổi ở các bước Δxi Đối với mỗi một trong các phương án người ta xác định chỉ tiêu K:

( )

( 1,2,3, , )

i i

C1∆ x1 + C2 ∆ x2 + …… < 0 Mục đích của nhóm thứ hai của các phép thực nghiệm có thế ở trên mặt phẳng tiếp tuyến vạch hướng đường giảm nhanh nhất (DGNN),phương trình của

nó ở dạng thông số:

x1 x i(0) C1 (i=1,2,….,n)

Trong đó : thông số tùy ý Qúa trình tìm kiếm nhiều chiều được kết thúc khi các tổ hợp thông số đó được tìm ra khi đó xảy ra min K, tức là bất cứ sự thay đổi của một trong các thông

số cần tìm của đồ án dẫn đến việc tăng K tức là:

( )i

K

 > 0 (i=1,2,….,n) 1.4.3 Phân tích những công trinh nghiên cứu ở trong nước liên quan đến chọn thông số kỹ thuật cơ bản của tuyến đường sắt cao tốc

Việt Nam trong thời gian gần đây mới bàn đến ĐSCT nên không thấy có công trình nào nghiên cứu về thông số kỹ thuật cơ bản của nó Duy chỉ 2 dự án của Hàn Quốc: Đường sắt cao tốc Hà Nội - Vinh, Thành phố HCM - Nha Trang

và 1 dự án của Nhật: Hà Nội – Thành phố Hồ chí Minh Trong các dự án đó cũng đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản và các thông số khác của các tuyến ĐSCT đó, trong từng phương án thiết kế

Vì vậy ở Việt Nam thực hiện chiến lược hiện đại hóa đường sắt do Thủ tướng Chính phủ giao việc làm đầu tiên về ĐSCT là cần phải nghiên cứu về các TSKTCB của nó

1.4.4 Những tồn tại trong việc tìm các thông số kỹ thuật cơ bản theo phương pháp truyền thống

- Do chỉ xét đến chỉ tiêu kinh tế, nên không xét một cách toàn diện các chỉ tiêu về xã hội, môi trường và những chỉ tiêu đó không định lượng được ảnh hưởng của nó đến tuyến đường sắt

- Phải thiết kế tuyến để có khối lượng tính toán và nó rất lớn

- Thời gian tính toán nhiều vì cần rất nhiều thông tin rõ ràng mới có thể tính toán được, hàm số Kdx Mà trên thực tế phải qua nhiều bước thiết kế mới biết được

- Số lượng các phương án đưa vào tính toán so sánh bị hạn chế, không phản

án đầy đủ quan hệ phụ thuộc giữa các chỉ tiêu định lượng được và các chỉ tiêu không định lượng được

- Riêng ở Việt Nam chưa có tuyến ĐSCT nên không có nghiên cứu nào chỉ

ra những thông số nào là TSKTCB của nó Chưa có nghiên cứu về những về TSKTCB của tuyến ĐSCT

1.5 Mục tiêu của luận án

- Xác định thông số kỹ thuật cơ bản của một tuyến ĐSCT và các yếu tố cơ bản của nó để từ đó xây dựng mô hình giải bài toán thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, kinh tế, xã hội, môi trường với các dữ liệu mờ (chưa rõ ràng)

- Tìm phương pháp chọn nhanh tổ hợp thông số kỹ thuật cơ bản (các yếu tố hình học) của tuyến đường sắt có xét đến các chỉ tiêu định lượng được và các chỉ