Đồ án thiết kế đường sắt yên bái lào cai đoạn 3

Nội dung thiết kế : 1- Nêu nhiệm vụ và tài liệu xuất phát 2- Giới thiệu tóm tắt về các điều kiện tự nhiên và điều kiện xã hội vùng tuyến đi qua 3- Chọn thông số kỹ thuật cơ bản 4- Tính t

THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT

Tuyến : YÊN BÁI – LÀO CAI

Sinh viên : Hoàng Đình Trường

Lớp : Cầu – Đường Sắt K55

Mã sinh viên : 1408477

Giáo viên hướng dẫn : Trần Anh Dũng

Phần I : Nhiệm vụ và tài liệu ban đầu

2 Nội dung thiết kế :

1- Nêu nhiệm vụ và tài liệu xuất phát

2- Giới thiệu tóm tắt về các điều kiện tự nhiên và điều kiện xã hội vùng tuyến

đi qua

3- Chọn thông số kỹ thuật cơ bản

4- Tính toán và kiểm tra khối lượng đoàn tàu, chiều dài đoàn tàu, chọn chiềudài sử dụng và chiều dài nền ga

5- Vạch tuyến và thiết kế trắc dọc cho các phương án Tuyến thiết kế 2 khugian với tổng chiều dài 15 - 25 km

6- Tính toán phân bố ga theo thời gian đi về trên khu gian

7- Bố trí tính toán công trình thoát nước

8- Tính toán khối lượng đào đắp

3 Các số liệu ban đầu được giao :

- Bình đồ tuyến với tỷ lệ 1/10000

- Sức kéo: Đầu máy loại Diezel D9E

Hoàng Đình Trường Cầu – Đường Sắt k55

+ Tra bảng trang 36-TCN tính toán sức kéo đoàn tầu đường sắt ( 22TCN 56-84 )

ta có các thông số của đầu máy như sau :

Sức kéo dài hạn : Fkp = 12000 kg

Sức kéo khởi động : FKkđ = 15600 kg

Vận tốc dài hạn : Vp = 12 Km/h

Trọng lượng đầu máy: P = 52 tấn

Vận tốc cấu tạo: Vmax = 114 Km/h

Chiều dài đầu máy: Lđầu máy = 11.644 m

- Toa xe gồm 2 loại

STT Loại toa

xe

Tỷ lệ(%)

Tự trọng(T)

Tải trọng(T)

Chiều dài(m)

Loại máphanh

Lực ép

má phanh (tấn/trục)

II Tài liệu sử dụng:

- Quy phạm thiết kế đường sắt khổ 1000(mm) của Viện thiết kế giao thông.

- Sổ tay thiết kế của Viện thiết kế đường sắt.

- Giáo trình khảo sát thiết kế tuyến đường sắt (Trường ĐHGTVT).

- Công trình vượt sông.

- Bản hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp.

- Quy trình tính sức kéo đầu máy.

- Đinh mức XDCB của Viện kinh tế (Bộ XD) ban hành năm 1994.

- Bảng giá cả máy (Bộ XD).

Phần II : Giới thiệu tuyến

-Lào Cai là một tỉnh miền núi nằm ở phía Bắc Việt Nam, diện tích tự nhiên6.383,89km2 Vị trí nằm ở các điểm: Phía Bắc giáp tỉnh Vân Nam - Trung Quốc; phíaNam giáp tỉnh Yên Bái; phía Đông giáp tỉnh Hà Giang; phía Tây giáp tỉnh Lai Châu

Cai rất phức tạp, phân tầng độ cao lớn, mức độ chia cắt mạnh Hai dãy núi chính là

dãy Hoàng Liên Sơn và dãy Con Voi cùng có hướng Tây Bắc - Đông Nam nằm vềphía đông và phía tây tạo ra các vùng đất thấp, trung bình giữa hai dãy núi này và mộtvùng về phía tây dãy Hoàng Liên Sơn

-Yên Bái là tỉnh miền núi nằm sâu trong nội địa, nằm giữa 2 vùng Đông Bắc và TâyBắc Phía Bắc giáp tỉnh Lào Cai, phía Nam giáp tỉnh Phú Thọ, phía Đông giáp 2 tỉnh

Hà Giang, Tuyên Quang và phía Tây giáp tỉnh Sơn La Yên bái có các tuyến giaothông đường bộ, đường sắt, đường thuỷ từ Hải Phũng, Hà Nội lên cửa khẩu Lào Cai.Yên Bái nằm ở vùng núi phía Bắc, với địa hình cao dần từ Đông Nam lên Tây Bắc vàđược kiến tạo bởi 3 dãy núi lớn đều có hướng chạy Tây Bắc – Đông Nam: pháa Tây

có dãy Hoàng Liên Sơn – Pú Luông nằm giữa sông Hồng và sông Đà, dãy núi cổ ConVoi kẹp giữa sông Hồng và sông Chảy, phía Đông có dãy núi đỏ vụi nằm kẹp giữasông Chảy và sông Lô Địa hình phức tạp nhưng có thể chia thành 2 vùng lớn: vùngcao và vùng thấp.Vùng cao có độ cao trung bình 600 m trở lên, chiếm 67,56% diệntích toàn tỉnh, dân cư thưa thớt, có tiềm năng về đất đai, lâm sản, khoáng sản, có khảnăng huy động phát triển kinh tế - xã hội Vùng thấp có độ cao dưới 600 m, chủ yếu

là địa hình đồi núi thấp, thung lũng bồn địa, chiếm 32,44 % diện tích tự nhiên toàntỉnh

Hoàng Đình Trường Cầu – Đường Sắt k55

Phần III : Chọn thông số kĩ thuật cơ bản

A. Các thông số kỹ thuật cơ bản:

I Khổ đường và cấp đường :

1. Khổ đường

- Việc chọn khổ đường thiết kế phụ thuộc vào ý nghĩa tuyến đường, lượng hàng

vận chuyển và điều kiện tiếp giáp với đường lân cận

- Tuyến đường sắt Lào Cai – Yên Bái là tuyến thuộc mạng lưới đường sắt quốc

gia

- Khổ đường có ảnh hưởng rất lớn đến khối lượng đào đắp nền đường và khốilượng kiến trúc tầng trên Đông thời , ảnh hưởng tới việc duy trì và bảo dưỡng saunày

- Nhiệm vụ giao thiết kế khổ đường 1000(mm) thì phù hợp vì giá thành xây dựngnhỏ, đầu tư ban đầu giảm đi Nhưng xét tới những năm tương lai như năm thứ 5, 10

có cường độ hoá vận tăng, phải thay đổi đầu máy hoặc phương thức chạy tàu Do đónếu thiết kế theo 1435(mm) thì có điều kiện dùng toa rộng, đầu máy loại to, chở đượcnhiều hàng, nhưng giá đầu tư lớn

- Định hướng chiến lược về khổ đường sắt nước ta:

+ Căn cứ thông báo số 46 TB ngày 26/03/1994 của Thủ tướng Chính phủ đãđịnh hướng cho ĐSVN chỉ có một khổ đường loại 1000(mm)

+ Căn cứ quyết định số 1553/KHĐT ngày 11/06/1997 của Bộ GTVT quyếtđịnh khổ đường sắt Việt Nam là đường 1000(mm), thời gian đầu là đường đơn, thờigian sau là đường đôi

KL : Vậy thiết kế tuyến với khổ đường là 1000(mm) là phù hợp

2. Cấp đường

Cấp đường là một trong những thông số kỹ thuật cơ bản của thiết kế tuyến, có ýnghĩa về mặt kinh tế, chính trị và quốc phòng Tuyến Yên Bái – Lào Cai là tuyếnđường sắt thuộc mạng lưới đường sắt quốc gia, nhưng là đường giao thông mang tínhchất địa phương, có khối lượng vận chuyển hàng hoá, hành khách nhỏ, tốc độ tăngchậm Do vậy ta chọn cấp đường là đường sắt thứ yếu.

II.Chọn số đường chính :

- Căn cứ năng lực thông qua yêu cầu ở năm thứ 10

Nyc = (1 + p)(nh + nk × ek + nl × el) (đôi tàu/ ngày đêm)

Trong đó:

p = 0,2 là hệ số dự trữ khả năng thông qua

nk = 4 : Số đôi tàu khách

nl = 3: Số đôi tàu lẻ

el = 1,5 ; e k = 1,2 hệ số quy đổi tàu khách, tàu lẻ và tàu hàng

nh là số đôi tàu hàng cần thiết

H h

Q

G n

×

×

×

= 365

10 6 10

Thay số liệu vào ta có năng lực thông qua của tuyến là:

Hoàng Đình Trường Cầu – Đường Sắt k55

Nyc = (1+ 0,2) ( 16.64 + 4×1.2 + 3 × 1.5) = 31.13 (đôi tàu/ ngày đêm)

đường chính là 1

III Chọn các loại sức kéo, chọn loại đầu máy , toa xe

Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam vẫn dùng 3 loại sức kéo cơ bản:Hơi nước, điện và diezel

Khi chọn loại sức kéo cũng như đầu máy phải căn cứ vào:

- Tình hình địa hình

- Ý nghĩa và vai trò của tuyến

+ Đầu máy hơi nước: Có sức kéo nhỏ, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sứckhoẻ của công nhân và khách hàng

+ Đầu máy điện: Có sức kéo lớn, leo dốc cao không gây ô nhiễm

+ Đầu máy diezel: Có hiệu suất cao Hiện nay ở nước ta đang dùng phổ biến loạinày

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế và tình hình hiện nay chọn loại sức kéo diezelvới loại đầu máy D9E có :

FKP = 12000 KG ; VP = 12 Km/h

P = 52 T; Vmax = 114 Km/h; FKkđ = 15600 KG

Căn cứ vào lượng hàng vận chuyển hàng hoá , tiêu chuẩn khổ đường , cấpđường, loại đầu máy, và nhiệm vụ thiết kế được giao, chọn như sau :

+ Toa xe 4 trụcTQ : tải trọng 30T, tự trọng 20 T, dài 11.5 m, chiếm 35%

+ Toa xe 4 trụcLX : tải trọng 55T, tự trọng 22T, dài 12 m, chiếm 65%

+ Chiều dài toa xe trưởng : LTXT = 8 m

IV Độ dốc hạn chế

trọng lượng đoàn tàu, công trình phí, vận doanh phí Chọn dốc hạn chế phải xéttới:

+ ý nghĩa của tuyến đường

+ Phải thích ứng với nhiệm vụ vận chuyển đảm nhận

+ Phải kết hợp với địa hình và tính toán kinh tế

+ Số đường chính

+ Trọng lượng đầu máy, sức kéo đầu má

Để phù hợp với địa hình, các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế: với tuyến này lấy

iP = 70/00

PHẦN IV : Tính toán và kiểm tra khối lượng đoàn tàu, chiều dài

đoàn tàu, chọn chiều dài sử dụng và chiều dài nền ga.

I Xác định trọng lượng đoàn tàu, chiều dài L tàu

1. Tính trọng lượng đoàn tàu và số toa xe

= 2.2+0.01 ×

12 + 0.0003 ×

122

= 2.36 Kg/T

ω''o : lực cản cơ bản bình quân của toa xe

+ Với toa xe 4 trục TQ ( bi trượt )

ω''01 = 1

29

V q

+ + ×

+ + ×

Suy ra ω''02 = 0.7 + 02

1

q

( b+cV+dV2) = 0.7 + ( 3+0.1×

122) =0.965 (Kg/T)

Từ 2 loại toa trên ta đưa về lực cản chung cho cả đoàn tàu:

γ γ

×

×

∑

với q1 = 30×0.85+20 = 45.5 (T)

Q =

g i w

i w Pg F

p o

p o k

) '' (

) ' (

β : Tỉ trọng các loại toa xe tính theo trọng lượng

3 Kiểm tra điều khiện khởi động

Sau mỗi lần dừng lại, đoàn tàu lại phải khởi động để thực hiện hành trình của nó.Ngoài việc phải khắc phục lực cản cơ bản và lực cản phụ do dốc, đoàn tàu cònphải khắc phục lực cản khởi động nữa

Lực cản khởi động phát sinh do:

+Dầu ở cổ trục bị chảy xuống dưới, đông đặc lại, làm cho hệ số ma sát tăng lên

+Tàu dừng, ray bị vừng xuống Khi tàu chạy, ma sát tăng lên

+Hiện tượng trên xuất hiện rừ ràng nhất khi đoàn tàu dừng quá 20 phút

+Phương trình cân bằng lực kéo khởi động của đoàn tàu có dạng:

Fkkđ = P.g.(wkđ + ikkđ) + Q.g.(wkđ + ikkđ)

Qkđ =

P ).g i

(w

F

kkd kd

+

Fk(kđ) = 156000 N: lực kéo đầu máy khởi động

ωkđ : lực cản cơ bản khi khởi động đoàn tàu

k : Tỉ số luồng hàng hướng nặng và hướng nhẹ

Hoàng Đình Trường Cầu – Đường Sắt k55

k = h h

ih ih

Gih; Gh :Cường độ vận chuyển hàng hoá theo hướng nhẹ và hướng nặng

γih , γh : Hệ số ba động luồng hàng hướng nhẹ và hướng nặng

ở đây lấy γih = γh = 1.1

⇒ k = 3 1.1

1 1 5 1

= 0.5 ⇒ Qih =23(0.5*0.85*46.30+ 21.30) = 942.483(T)

II Chiều dài dùng được của đường ga và chọn chiều dài ga :

- chiều dài sử dụng của sân ga :

Lsử dụng =Lt + 30 m = 291.644+ 30 = 321.644 (m)

- chiều dài sử dụng sân ga :

Căn cứ vào : +loại hình ga

+loại ga

+Lsử dụng của đường đón tiễn

Chiều dài đường ga trung gian : Lng=520(m)

-Xác định số đường trong ga

+ Khả năng thông qua cần thiết của năm thứ 2

*

2 γ

== 16.64lấy nh =18 (đôi tàu/ngày đêm)

Theo qui phạm thiết kế dường sắt khổ 1000 ,ta chọn số đường trong ga là 3

Căn cứ vào địa hình của tuyến và quy phạm thiết kế đường sắt khổ 1000 Ta

IV Tiêu chuẩn về nền đường :

Nền đường là bộ phận chịu lực của kiến trúc tầng trên truyền xuống, do đó bất

kỳ trong điều kiện nào cũng phải đảm bảo điều kiện ổn định

đường cong Với R < 400(m) thì mở rộng thêm  = 0.25

R ≥

400(m)   = 0.15 B

Hoàng Đình Trường

13 Cầu – Đường Sắt k55

3. Ta luy nền đường 1:m B

- Nền đắp: 1.4 m

- Hvđ ở đầu cầu lớn và cầu trung: Hvđ≥ Hp + Hs + Hd + 0.5 m

Dựa vào bình đồ khu vực Yên Bái – Lào Cai ta xác định được các phương án tuyến

đi qua Mỗi phương án phải đảm bảo tương quan hợp lý giữa chiều dài, khối lượngcông tác, chi phí xây dựng và kinh phí khai thác

trắc dọc đường đen phản ánh địa hình của tuyến.

Khi thiết kế đường đỏ (biểu thị cao độ vai đường) cần bám sát địa hình để khốilượng đào đắp là ít nhất

Cao độ đường đỏ phải đảm bảo các điều kiện sau:

Trên đường đắp dẫn vào cầu lớn, cầu trung:

Hd - Chiều cao nước dềnh (m)

1 Thiết kế trắc dọc đảm bảo tàu chạy an toàn:

Hiện tượng mất an toàn là do đứt móc đầu máy toa xe Đứt móc nối dễ xảy ra ở những nơi mà móc nối đổi trạng thái làm việc đột ngột từ ép chặt sang kéo căng (chân dốc lõm, dốc bậc thang, dốc lồi ở chân dốc lõm) ở một độ chênh về cao độ và một trị số dốc nhất định (trường hợp móc nối chuyển trạng thái làm việc từ kéo căng sang ép chặt thì ít xảy ra hơn)

Để tránh hiện tượng này, người ta thiết kế trắc dọc sao cho móc nối chuyển trạng thái làm việc một cách từ từ Điều này được thể hiện ở hiệu đại số của 2 dốc liền nhau và chiều dài của những dốc đó đủ để đảm bảo độ êm chuyển động của đoàn tàu, chiều dài nhỏ nhất ≥ 200 (m)

Để đảm bảo tàu chạy an toàn, quy phạm quy định như sau: Hiệu số đại số lớn nhất của 2 độ dốc liền nhau trên trắc dọc không được vượt quá trị số độ dốc hạn chế

hướng xe nặng (∆i ≤ ip), ngoại trừ 3 trường hợp đoạn dốc có hại sau đây: khi ip≥ 8 ‰thì ∆i ≤ ip/2 và khi ip< 8 ‰ thì ∆i ≤ 4 ‰

 Dốc lõm (1 phía hoặc 2 phía):

Lưu ý trong trường hợp này:

Dốc bậc thang là dốc được ngăn cách bởi dốc bằng 0 0/00 hoặc dốc nhẹ 1 ÷ 20/00

Khi xác định chiều cao H của dốc có hại, cần xem xét kỹ Nếu xuống dốc nối bằng nhiều đoạn dốc mà trong đoạn này có dốc ≤ 40/00 nhưng chiều dài dốc < 2Ltàu thì vận tốc đoàn tàu chạy trên dốc này vẫn chưa được hoà hoãn Vì vậy, tính chiều cao H phảitính từ đỉnh chỗ nối tiếp giữa đoạn không có hại (có chiều dài ≥ 2Ltàu) và đoạn có hại tính đi Ngược lại, nếu đoạn có dốc ≤ 40/00 (dốc vô hại) có chiều dài ≥ 2Ltàu thì vận tốcđoàn tàu chạy trên dốc này đã được hoà hoãn Vì vậy, tính chiều cao H cần phân đoạnra

 Dốc lồi ở chân dốc lõm:

Đoạn dốc lồi ở chân dốc lõm xảy ra hiện tượng móc nối chuyển trạng thái làm việc từ

ép chặt sang kéo căng Do đó, phải làm một đoạn dốc đệm nhẹ ở giữa, để đảm bảo ở chân dốc lõm và đỉnh dốc lồi ∆i ≤ ip/2, còn ở các vị trí khác thì ∆i ≤ ip

Hoàng Đình Trường Cầu – Đường Sắt k55

2. Thiết kế trắc dọc đảm bảo tàu chạy liên tục

Để đảm bảo tàu chạy liên tục, khi thiết kế trắc dọc và bình diện tuyến đường cần phảiđảm bảo các điều kiện sau:

Lực cản thực tế không vượt quá lực cản tính toán Muốn vậy, phải triết giảm các dốc giới hạn ở những vị trí có đường cong

Lực cản thực tế không vượt quá lực cản tính toán ở nơi lên dốc vào ga

3. Triết giảm dốc trên đường cong

Khi tàu vào đường cong, nó chịu một lực cản, do một trong những nguyên nhân chính sau đây:

Vành bánh phía ngoài siết chặt vào má trong ray lưng dưới tác dụng của lực ly tâm

Do hiện tượng trượt ngang của đầu máy toa xe khi vào đường cong

Do các bánh xe trên cùng một trục không chạy trên cùng một chiều dài, bánh xe phía ngoài phải vượt nhanh lên vì đường phía ngoài dài hơn, nên bánh xe vừa quay vừa trượt

Khi tàu vào đường cong, lực cản do đường cong được coi tương đương như lực cản

do độ dốc ir

Khối lượng đoàn tàu được tính theo điều kiện chuyển động đều với vận tốc tính toán

Vp trên độ dốc giới hạn ip Do đó, khi vào đường cong thì đoạn có dốc ip phải giảm đi

tế khi đi qua vị trí có đường cong là:

i = ip - ir

Trong đó, ir được tính theo các công thức sau:

700

R

12, 2 o t

L

α

∗

Nếu tàu nằm trên nhiều đường cong:

đường cong, hệ số ma sát giữa bánh cái và ray giảm tức khắc trong khi đoàn tàu còn nằm ngoài đường cong ( Điều 2.1.1 – QPTKKTĐS khổ 1435 mm)

Triết giảm dốc ở đoạn lên dốc trước khi vào ga

Hoàng Đình Trường Cầu – Đường Sắt k55

i L

4. Thiết kế chiều dài yếu tố trắc dọc

Để giảm khối lượng công trình (công tác đất, công trình nhân tạo ), cần thiết kế những yếu tố trắc dọc ngắn, có độ dài khác nhau để bám sát địa hình Tuy nhiên, như vậy sẽ gặp nhiều nhược điểm trong khai thác vì khi đoàn tàu chuyển động từ yếu tố trắc dọc này sang yếu tố trắc dọc khác, lực cản phụ do dốc thay đổi sẽ dẫn đến hợp lực tác dụng vào đoàn tàu cũng thay đổi, và do đó, xuất hiện lực dọc và gia tốc dọc làm ảnh hưởng đến độ bền của toa xe và tiện nghi cho hành khách

Ảnh hưởng lớn nhất tới trị số của lực dọc trong đoàn tàu không phải là các điểm đổi dốc riêng biệt mà là hình dạng của trắc dọc Khi đoàn tàu nằm đồng thời trên các điểm lồi, lõm (hoặc là lõm, lồi) thì trong đoàn tàu, lực dọc thay đổi lớn và có tính xung kích, làm ảnh hưởng đến hàng hoá, hành khách và đầu máy toa xe

Vì vậy, dưới một đoàn tàu, không nên có quá một điểm đổi dốc, tức là: Ldốc > Ltàu Trường hợp khó khăn: Ldốc ≥ Ltàu/2, tức là lúc này, đoàn tàu nằm trên 2 điểm đổi dốc

công trình cũng không giảm được là bao nhiêu

Theo điều 2.1.4– QPTKKTĐS khổ 1435 mm, trên tuyến đường sắt chủ yếu, thiết kế với độ dốc hạn chế ip = 5 0/00 thì chiều dài yếu tố trắc dọc ngắn nhất cho phép là 400 (m).