Bài giảng Cơ sở tính toán đường sắt hiện đại - Trường ĐH Giao thông Vận tải

Bài giảng Cơ sở tính toán đường sắt hiện đại cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát chung về đường sắt hiện đại; Kết cấu đường không đá; Đường sắt không khe nối vượt khu gian;...Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-1-

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐƯỜNG SẮT HIỆN ĐẠI

Tốc độ là một trong các tiêu chí quan trọng của việc hiện đại hóa giao thông vận tải, có ảnh hưởng đối với sự hưng suy của một loại công cụ vận tải, hoặc một phương thức vận tải nào đó

Đường sắt ngay từ khi ra đời đã có ưu thế rất lớn về tốc độ và năng lực vận tải, nên đã trở thành xương sống của sự nghiệp giao thông vận tải các quốc gia trên thế giới trong một thời gian lịch sử rất dài, thúc đẩy tiến bộ xã hội phát triển và tiến trình lịch sử Đường sắt hiện đại bao gồm: đường sắt tốc độ cao (v=120km/h đến 200km/h), đường sắt đô thị, đường sắt cao tốc (v >200km/h đến 350km/h), đường sắt tải trọng nặng…v v Nhưng chương trình học chủ yếu nghiên cứu về đường sắt cao tốc và nó gần như bao hàm các loại hình kết cấu của các loại đường sắt đã nói trên vã lại tốc độ là một trong các yếu tố quan trọng nhất để phát triển nghành đường sắt nói chung

1.1 ƯU THẾ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐƯỜNG SẮT CAO TỐC

So với vận tải đường bộ cao tốc và hàng không, vận tải đường sắt có các ưu thế sau:

1.1.1 Tiện lợi, kinh tế, tiết kiệm thời gian và tiền bạc, hấp dẫn mạnh đối với hành

khách

Cuối thế kỉ XX, tốc độ thử nghiệm cao nhất của đoàn tàu cao tốc đã đạt 515,3 km/h, tốc độ chạy tàu nói chung đạt khoảng 300km/h Một số đoàn tàu thí nghiệm mới của Pháp

và Nhật, khi đưa vào vận hành thương nghiệp đạt tốc độ 350 km/h – 360 km /h

Việc vận dụng đoàn tàu đường sắt cao tốc, đã làm thay đổi khái niệm về khỏang cách của mọi người Khi người ta xuất hành, đã thay đổi khái niệm đối với khoảng cách tuyệt đối bằng khái niệm khoảng cách thời gian Do đó người ta khi chọn công cụ vận chuyển, thường so sánh tổng thời gian lữ hành giữa các công cụ giao thông Trong đó đoàn tàu đường sắt cao tốc đạt tổng thời gian lữ hành giữa các công cụ giao thông Trong đó đoàn tàu đường sắt cao tốc đạt tổng thời gian lữ hành ngắn nhất, bảng 1.1 là hiệu quả hành khách tiết kiệm được thời gian đi tàu TGV

Bảng 1.1 - Hiệu quả tiết kiệm thời gian của tàu TGV

Khu đoạn Thời gian vận hành của tàu truyền thống Thời gian vận hành của tàu cao tốc TGV Paris – Lion

2h00 min 1h00 min 2h00 min 1h20 min 2h30 min Phân tích tổng hợp thời gian lữ hành của 3 phương thức vận tải, đường bộ, hàng không

và đường sắt cao tốc thấy rằng: khoảng cách 300 km trở xuống, đường bộ cao tốc có sức

-2-

cạnh tranh mạnh, 1000km trở lên, hàng không có sức hút lớn, 150 km -1300 km là khu vực

cạnh tranh của đường sắt cao tốc So với vận tải hàng không dân dụng, đường sắt cao tốc

còn có ưu thế về giá vé Bảng 1.2 so sánh giữa giá vé máy bay dân dụng và đường sắt cao

tốc cuả Pháp do công ty Alstom cung cấp năm 2000

Bảng 1.2 - So sánh giá vé (Franc) giữa máy bay và tàu cao tốc

Máy bay ( khoang thương mại)

Tàu TGV ( toa hạng hai)

đêm đến sáng, còn gọi là tàu nhà trọ, hành khách có thể ngủ đêm, như thế sẽ tiết kiệm được

cả thời gian lẫn tiền trọ, do đó trong phạm vi khoảng cách 300 km – 2000 km, đường sắt cao

tốc đã có hiệu quả kép, đây là ưu thế rất rõ ràng

Do đường sắt cao tốc có hiệu quả kép như trên, nên rất được hành khách hưởng ứng

lựa chọn, lượng chu chuyển khách tăng lên hàng năm, bảng 1.3 biểu thị sự biến đổi lượng

chu chuyển khách của đường sắt Châu Âu từ năm 1981 đến năm 1996 do UIC cung cấp

Bảng 1.3 - Biến đổi lượng chu chuyển khách của đường sắt châu Âu

Năm

Lượng vận chuyển

ng.km

Tăng trưởng cộng dồn

10 9 ng.km

Năm

Lượng vận chuyển

đường bộ và hàng không; Theo thống kê của đường sắt Đức, trong 3 năm đầu đoàn cao tốc

ICE đưa vào sử dụng, số khách tăng mới chiếm tỉ lệ trên tổng số khách khoảng 18-22%,

trong số tăng 22% khách mới năm 1993, có 8% là khách chuyển từ máy bay chuyển sang,

14% là khách từ xe nhà chuyển sang, trong số khách đi tàu cao tốc ICE của Đức điều tra

năm 1996, có 2/3 lựa chọn đi tàu này là do tốc độ của nó, phần lớn hành khách đều cho rằng

môi trường thoải mái của toa xe và giá vé đã tạo ra sức hút mạnh

Theo đường sắt Tây Ban Nha thống kê, trong số hành khách đi tàu đường sắt cao tốc

AVE, có 26% vốn là khách của hàng không, 3% vốn là khách của ô tô công cộng, 24%

khách vốn dùng xe riêng, 13% là khách vốn đi tàu đường sắt phổ thông, 34% là khách vốn

-3-

không có nhu cầu lữ hành bị thu hút Theo thông báo chung, sau khi thực hiện mạng đường sắt châu Âu, suất chiếm hữu thị trường khách vận châu Âu từ 14% tăng lên 23%, còn đường

bộ giảm 6%, hàng không giảm 3%

1.1.2 Tốc độ kinh tế của đường sắt cao tốc

Đường sắt các nước Tây Âu, khi khởi đầu trù tính xây dựng đường sắt cao tốc đều tiến hành nghiên cứu tốc độ kinh tế của đường sắt cao tốc Tốc độ kinh tế là tốc độ mà đường sắt cao tốc mang lại doanh thu cao nhất

Nâng cao tốc độ có thể tiết kiệm được thời gian lữ hành nhưng thời gian gia giảm tốc

độ tăng thêm cũng dài thêm nên thời gian lữ hành tiết kiệm được bị giảm tương đối Hình 1.1 là kết quả nghiên cứu của Pháp trên tuyến Đông Nam, t là thời gian lữ hành tiết kiệm được mỗi khi tốc độ cao nhất nâng lên 50 km/h

Nâng cao tốc độ có thể giảm bớt thời gian chạy nhưng tốc độ càng cao thì mỗi khi dừng tàu, thời gian phụ thêm lại càng dài Vì thế, mỗi lần dừng tàu thì thời gian phụ thêm cho việc tăng, giảm tốc lại càng nhiều nên các khả năng tiết kiệm thời gian cũng giảm đi

Hình 1.1 - Đường cong quan hệ giữa tốc độ tối đa và thời gian chạy tàu

Trong hình, t là thời gian chạy tàu tiết kiệm được mỗi khi tăng tốc độ tối đa thêm 50 km/h

Khi tốc độ cao nhất nâng lên, giá trị do rút ngắn thời gian lữ hành mang lại có thể tính bằng cách lấy số giờ hành khách nhân với giá trị bình quân của giờ công; đồng thời do rút ngắn thời gian đi lại, có thể thu hút được nhiều hơn số lượng khách đi tàu, nhờ đó mà tăng doanh thu và lợi nhuận của đường sắt Nhưng tốc độ cao nhất nâng lên, tất nhiên phải tăng thêm đầu tư cho đường sắt do các tiêu chuẩn xây dựng phải cao hơn, trang bị kỹ thuật phải tiên tiến hơn Mặt khác, yêu cầu chất lượng duy tu sửa chữa đường, đầu máy toa xe cũng phải cao hơn, tiêu hao năng lượng để khắc phục lực cản không khí tăng lên, làm cho chi phí vận doanh tăng thêm, giá thành vận tải phải đội lên

200 250 300 350 400 450 500

Tốc độ (Km/h)

Thời gian chạy (phút)

-4-

Trước và sau thập kỷ 70 của thế kỷ trước, các nước Tây Âu căn cứ tình hình cụ thể

đã nghiên cứu tốc độ kinh tế của nước mình Ở Anh là 230 km/h, Pháp là 280 km/h -300 km/h, Đức là 270 km/h, liên minh đường sắt quốc tế (International Union of Railways) là

300 km/h Tốc độ kinh tế có tác dụng chỉ đạo tốc độ cao nhất của đường sắt cao tốc Nói chung, tốc độ cao nhất phải hơi cao hơn tốc độ kinh tế

1.1.3 Vận chuyển khối lượng lớn, hiệu quả mở rộng tốt

Lấy Shinkansen đông hải đạo của Nhật làm ví dụ: năm 1996 lượng khách vận đạt 1,3.107 lượt người; Bình quân lượng khách vận ngày là 37 vạn lượt người; Mỗi giờ một chiều phát đi 11 đoàn tàu, mỗi ngày vận hành 283 đôi tàu Hoàn thành vận lượng khách lớn như vậy thì máy bay và ô tô đều không thể thực hiện được

Đường sắt cao tốc chuyên vận tải hành khách đều men theo đường sắt đã có trước đó,

do đó đã thực hiện được việc phân khai tuyến vận tải khách và hàng Như thế vừ có thể nâng cao hiệu quả mở rộng khách vận, vừa có thể nâng cao năng lực vận tải hàng của đường sắt vốn có

1.1.4 An toàn tin cậy

Shinkansen Nhật Bản bắt đầu vận doanh từ năm 1964, tới năm 1999, sau 35 năm chưa

hề có tai nạn chết người Năm 1996, cho dù có thiên tai nghiêm trọng, đoàn tàu Shinkansen đông hải đạo chậm giờ bình quân cũng chỉ là 0,6 min

Tàu TGV của Pháp vận doanh từ năm 1981, sau 18 năm tới năm 1999, đã chuyên chở được hơn 500.000.000 lượt người, hoàn thành lượng chu chuyển hành khách khoảng 2.1011 người.km, nhưng chưa bao giờ xảy ra tai nạn chết người; Tuy nhiên, cũng cần nhắc đến một số tai nạn xảy ra trên tàu TGV mà nguyên nhân không phải do lỗi kĩ thuật của đoàn tàu và tuyến đường, đó là 3 vụ nổ ngẫu nhiên: Do đoàn tàu được làm bằng vật liệu chống cháy, nên đã không gây thành hỏa hoạn Ngoài ra, tàu TGV có một lần chạy với tốc độ 294 km/h trên khu gian hay xảy ra động đất, do đường ray bị lún đột biến, khiến tàu trật bánh, nhưng không bị lật, toa không bị tuột móc, chỉ bị thương nhẹ một số ít người Trường hợp khác là, khi Tàu TGV chạy trên đọan đường cũ, có giao cắt phẳng nên đã gặp sự cố va chạm, nhưng không gây chết người vì có thiết bị chống va đập tốt Tính đến năm 1999, đoàn tàu đường sắt cao tốc trên thế giới đã xảy ra một vụ tai nạn chết người nghiêm trọng vào ngày 3 tháng 6 năm 1998, đó là đoàn tàu ICE của Đức bị trật bánh bị lật do băng đa bánh xe bị bong ra, làm chết hơn 100 người Sau tai nạn này, đường sắt Đức đã thay toàn bộ bánh xe thép cán liền So với đường sắt cao tốc, đường bộ và hàng không dân dụng, tai nạn còn xảy ra nghiêm trọng hơn nhiều.Theo thống kê, đường bộ chuyên chở 10.108 người.km, suất tử vong là 140 người, toàn thế giới bình quân năm có 25 vạn đến 30 vạn người chết vì tai nạn đường bộ Năm 1989 toàn thế giới có 1764 người chết vì tai nạn máy bay, năm 1994

có 47 chiếc máy bay bị nạn, làm chết 1385 người

-5-

1.1.5 Chiếm dụng đất ít, giá thành xây dựng thấp

Theo tính toán của Pháp, thì diện tích chiếm đất của 1km đường sắt cao tốc xây dựng mới chiếm khoảng từ 50.000m2 đến 70.000m2, trong đó bao gồm đất dốc và đất thiết bị chiếm dụng Diện tích chiếm đất của một tuyến TGV, chỉ bằng ½ diện tích chiếm đất của một tuyến đường bộ cao tốc hai chiều 4 làn xe, Đường sắt cao tốc từ Paris đến Lion chiếm diện tích đất là 420 km2 nhỏ hơn diện tích sân bay Degaule pử Paris

Tiền đầu tư thiết bị cơ sở của một tuyến đường sắt cao tốc thấp hơn khoảng 17% so với đầu tư một tuyến đường bộ cao tốc Giá thành chế tạo bình quân mỗi chỗ ngồi của tàu TGV chỉ bằng 1/10 giá thành chế tạo bình quân mỗi chỗ ngồi của máy bay dân dụng đường ngắn

1.1.6 Tiết kiệm năng lượng, có lợi cho việc bảo vệ môi trường

Đường sắt Đức năm 1992 đã tiến hành việc so sánh mức tiêu hao năng lượng giữa 3 loại công cụ giao thông: tàu ICE, ô tô và máy bay; Nếu tính mức tiêu thụ xăng (đơn vị là Lít) cho 100 người.km, theo thứ tự trên là : ICE là 2,5; Ô tô cá nhân là 5,9; Máy bay là 8,5 Nhật Bản, tiến hành so sánh mức tiêu hao năng lượng theo “kJ/người.km”, kết quả là : Shinkansen là 569,4; Ô tô cá nhân là 2641,8; máy bay là 2989,4 Liên minh châu Âu, đã nghiên cứu mức tiêu hao năng lượng đối với các công cụ giao thông, và kết luận: năng lượng tiêu hao 1 kW.h cho một người thì khoảng cách di chuyển được sẽ là: đường sắt cao tốc đi được 5km; Ô tô cá nhân là 1,7 km; Máy bay là 1,1 km Mức tiêu thụ của các công cụ giao thông khác nhau, thì ảnh hưởng của chúng đối với môi trường cũng khác nhau Trung Quốc đã cử một đoàn cán bộ đến 4 nước châu Âu: Đức, Pháp, Ý, Tây Ban Nha, tiến hành khảo sát đường cao tốc, các số liệu hữu quan trong báo cáo khảo sát, xem bảng 1.4 liệt kê:

Bảng 1.4 Mức độ ô nhiễm môi trường của mấy loại phương thức vận tải (người/km)

111 0,03 0,01

0,51 0,70 0,24

158 0,05 0,01

0,003 0,10 0,001

28 0,01 0,02 Báo cáo khảo sát còn đưa ra số liệu về đầu tư kinh phí để xử lý môi trường theo đơn vị tiền châu Âu (ECU), đối với các phương thức vận tải khác nhau, của 17 nước châu Âu năm

1991, trong đó, đường sắt cao tốc là 28, chiếm 1,7% tổng phí dụng; Hàng không là 124, chiếm 6%; Ô tô là 1942, chiếm 92,3%

-6-

1.1.7 Có tác dụng thúc đẩy kinh tế khu vực phát triển

Xây dựng đường sắt cao tốc là một loại đầu tư có lợi cho sự phát triển kinh tế khu vực Nghiên cứu của đường sắt Pháp cho thấy, đầu tư cho một hạng mục đường sắt cao tốc 1 tỉ Franc, mỗi năm có thể tạo ra 3.500 cơ hội việc làm, khi xây dựng đường sắt cao tốc địa trung hải, giữa khu Marseil – Monpelier đã tạo ra 20.000 cơ hội việc làm Sau khi đường sắt cao tốc đưa vào vận doanh, lượng khách tăng lên rõ rệt, tăng cường giao lưu giữa các đô thị, thúc đẩy việc xây dựng các khu công nghiệp và thương nghiệp trên dọc toàn tuyến đường sắt, thúc đẩy sự phát triển du lịch Theo tính toán của Nhật Bản, hiệu ích kinh tế gián tiếp của Shinkansen đông hải đạo tạo ra trong phạm vi cả nước, thì chỉ trong 2 năm đã thu hồi được toàn bộ vốn đầu tư xây dựng tuyến đường sắt cao tốc này

Chính vì đường sắt cao tốc so với đường bộ và hàng không, có những ưu thế nói trên, nên ngay khi nó xuất hiện trên trái đất, đã có ngay sự phát triển mạnh mẽ, thể hiện một sức sống đầy tiềm năng

1.2 KHÁI QUÁT VỀ ĐSCT CỦA MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1 Đường săt cao tốc của Nhật

Nhật Bản là nước xây dựng đường sắt cao tốc sớm nhất thế giới Tuyến đường sắt cao tốc đầu tiên trên thế giới là The Tokaido Shinkasen từ Tokyo đến New Oshaka, khởi công tháng 4 năm 1959, ngày 1 tháng 10 năm 1964 chính thức thông xe vận doanh, cho đến nay vẫn gọi đường sắt cao tốc là Shinkansen Chiều dài đường sắt cao tốc quy hoạch của Nhật Bản là 7.000km, cuối thế kỷ XX đã có hơn 2.000km vận doanh và hơn 500km đang xây dựng Đặc điểm của Shinkansen Nhật Bản là tốc độ cao, vận lượng lớn, khoảng cách ga ngắn, an toàn cao, suất đúng giờ cao, dùng tổ hợp toa tự chạy điện động

1.2.2 Đường sắt cao tốc Pháp

Đường sắt cao tốc Pháp gọi là TGV, hàm nghĩa Pháp ngữ là đoàn tàu cao tốc TGV của Pháp vừa có thể chạy trên tuyến mới xây dựng, cũng có thể chạy trên tuyến đường cũ Cuối thế kỷ XX, chuyên tuyến vận doanh TGV có khoảng 1.300km, chiều dài đường cũ mà TGV vận doanh có khoảng 6.300km, số đoàn tàu TGV vận dụng là 357 đoàn, trong đó đoàn tàu 2 tầng thế hệ 3 là 30 đoàn Tổng vận lượng mà TGV thời điểm này đã hoàn thành tới 5.108 lượt người, hoàn thành tổng lượng chu chuyển khách khoảng 2000.108 người/km chiếm 55% tổng lượng khách vận chuyển của đường sắt chính tuyến Pháp

Nước Pháp ngoài việc phát triển đường sắt cao tốc trong nước ra, còn xuất khẩu kĩ thuật này ra nước ngoài từ cuối thế kỷ XX, tham gia các hạng mục đường sắt cao tốc của Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Đài Loan, Mỹ, Australia, thông qua phương thức đấu thầu quốc

tế, hoặc chuyển nhượng kĩ thuật

Trên tuyến cao tốc mới, đoàn tàu ICE chở khách thường chạy từ 6 giờ sáng đến 0 giờ đêm với tốc độ vận doanh khoảng 280km/h, còn đoàn tàu hàng chạy chung thì hoạt đọng từ

21 giờ đêm đến 6 giờ sáng, với tốc độ vận doanh khoảng 160km/h

Đoàn tàu cao tốc ICE đầu tiên của Đức được chế tạo thành công năm 1995, tới năm

2000 đã phát triển tới 5 loại: ICE - V, ICE1, ICE2, ICE3 (hoặc ICE2.2) và ICT, đồng thời đang chế thử ICE4( ICE-S thử nghiệm)

Đoàn tàu cao tốc Ý gọi là “ETR” Đưa vào vận dụng sớm nhất là tàu ETR450, còn tàu ETR500 là thiết kế để vận dụng trên tuyến cao tốc mới

1.2.5 Đường sắt cao tốc các quốc gia và khu vực khác trên thế giới

Tới năm 2000 các dự án đường sắt cao tốc Seoul đến pushan Hàn Quốc; Tanpo – Olando – Miami của Mỹ; Đài Bắc – Cao Hùng cảu Đài Loan đều đã ở giai đoạn thực thi Đặc điểm chung của chúng là sử dụng kết hợp kĩ thuật TGV và ICE

Ngoài ra, Thổ Nhĩ Kỳ cũng đã có kế hoạch thực hiện chạy tàu cao tốc 300km/h giữa Ancara và Ixtambun, sau khi hoàn thành công trình đường sắt ngằm eo biển Bosipulusi Cùng thời gian này, Trung Quốc đã trù bị cho xây dựng đường sắt đôi điện khí hóa cao tốc Bắc Kinh – Thượng Hải, chuyên tuyến chở khách chiều dài khoảng 1300km, gần như song song với đường sắt phổ thông hiện có; Lúc đó dự định thời gian đầu dùng mô hình vận hành tuyến chung đoàn tàu cao-trung tốc qua tuyến dẫn vào tuyến cao tốc đường sắt cũ chủ yếu vận tải hàng, cho chạy một lượng nhỏ xe khách nội quản; Đoàn tàu cao tốc thiết kế tốc độ vận doanh là 300km/h, tốc độ vận doanh trung tốc là 160km/h đến 200km/h, thiết bị cơ sở dựa vào sức mình, tích cự nhập kĩ thuật tiên tiến, đạt mức tiên tiến của thế giới

-8-

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU ĐƯỜNG KHÔNG ĐÁ

Kết cấu đường sắt không đá kiểu tấm bản bê tông khắc phục nhược điểm đường sắt có đá: tích luỹ biến dạng dư nhanh và phân bố biến dạng dư không đều trên chiều dọc đường dẫn đến đường cao thấp, không phẳng thuận (> 0,5mm/10m), xóc lắc, hành khách không thoải mái và khối lượng bảo dưỡng đường tăng Nó phát huy các ưu điểm là: Kết cấu đường ray đủ cường độ, ổn định, đàn hồi, biến dạng dư tích luỹ nhỏ, chiều cao kết cấu giảm, giảm thiểu duy tu và độ thích nghi của hành khách đi tàu tốt

Vì vậy cần phải tính toán kết cấu mặt đường bản bê tông không đá balat để lựa chọn loại hình kết cấu phù hợp cho đường sắt cao tốc

2.1 ĐƯỜNG KIỂU TẤM BẢN TRÊN CÁC TUYẾN TRỤC MỚI CỦA NHẬT BẢN

Đường sắt Nhật Bản là quốc gia phát triển đường không đá tương đối sớm và tương đối nhanh Năm 1923, Nhật Bản đã từng đặt đệm đường liền khối bê tông trong hầm Ycubia trên chính tuyến Ulan Từ đó cho đến đầu những năm 60 chủ yếu là đặt đường không đá đệm đường bê tông kiểu tà vẹt gỗ ngắn và đệm đường bê tông kiểu khối đỡ bê tông Nhưng chi phí công trình cao, tốc độ thi công chậm, khi nền dưới ray biến dạng, việc chỉnh sửa hết sức khó khăn

Để đáp ứng nhu cầu chạy tàu tốc độ cao, giải quyết khó khăn duy tu đường, các kết cấu cầu hầm trên các tuyến mới Sơn Dương, Đông Bắc, Thượng Việt vv… Chiếm một tỷ lệ rất lớn của toàn tuyến, nên từ giữa những năm 60 trở lại đây, Nhật Bản đã nghiên cứu, phát triển thành công đường kiểu tấm bản, không đá Đường kiểu tấm bản lần lượt chiếm 90% và 91% trên chiều dài toàn tuyến Đông Bắc và Thượng Việt Hiện nay đường tấm bản kiểu A

đã được tiêu chuẩn định hình và lấy làm kết cấu đường cơ bản để ứng dụng rộng rãi

Đường tấm bản kiểu A gồm ray, phụ kiện giữ ray, tấm bản đường, lớp đệm vữa cát xi măng nhựa đường, đệm đường bê tông và ụ chặn bê tông hợp thành (xem hình 2.1 (a),(b),(c))

Đặc điểm của đường tấm bản kiểu A là giữa đệm đường bê tông và tấm bản đường có một lớp vữa cát xi măng, nhũ tương nhựa đường dày 50mm làm lớp đệm đỡ tấm bản đường

bê tông cốt thép đúc sẵn, để đường có đủ cường độ và đàn hồi nhất định

1 Ray và phụ kiện giữ ray:

Đường kiểu tấm bản trên tuyến trục của Nhật dùng ray 60kg/m hàn nối thành ray dài Tác dụng của phụ kiện giữ ray là truyền lực ngang của đoàn tàu và tạo đàn hồi cho tấm bản đường Phụ kiện giữ dùng trên đường tấm bản các tuyến mới của Nhật chủ yếu có hai loại: Trực kết 4 (hình 2.2) và trực kết 5 (hình 2.3) Trực kết 4 dùng trên đường thẳng trong hầm, còn trực kết 5 dùng trên đường thẳng, đường cong của khu gian lộ thiên và đoạn đường cong trong hầm

-9-

a Đường kiểu tấm bản trên cầu b Đường kiểu tấm bản trong hầm

c Kết cấu đường không đá của đường sắt Shinkansen Nhật Bản

Hình 2.1 - Đường kiểu tấm bản trên các tuyến trục mới của Nhật

Phụ kiện giữ trực kết 4 là loại phụ kiện có vai chặn, tải trọng thiết kế lấy trọng tải trục

160 kN, lực ngang 59 kN, kích thước mặt cắt miếng đệm đàn hồi 5 mm x 75 mm, lực nén giữ ban đầu ray 3 kN, mômen xoắn bulông 100 N.m Lực cản chống xô ray của mỗi bộ phụ kiện giữ ray là 3,5 kN ( khi chuyển vị 2 mm)

Điều chỉnh cự ly đường dùng đế sắt hình chêm, lượng điều chỉnh  3 mm, điều chỉnh cao thấp dùng đệm lót điều chỉnh, lượng điều chỉnh  10 mm Đệm cao su dưới ray là miếng đệm cao su lưu hoá dày 10 mm, độ cứng tĩnh của nó là 58,8 MN/m Phụ kiện giữ ray trực kết 5 là loại phụ kiện kiểu đệm đường sắt không có vai chặn tải trọng bánh thiết kế cao nhất

là 95,6 kN, lực ngang là 58,8 kN

9 Đệm cao su dưới ray; 10 Đệm phụ

điều chỉnh được; 11 Bulông chìm

Hình 2.2 - Cấu kiện giữ ray kiểu trực kết 4 Hình 2.3 - Cấu kiện giữ ray kiểu trực kết 5

Kích thước mặt cắt miếng đệm đàn hồi 5 mm x 75 mm Trên tấm bản đường trước hết lắp miếng đệm cách điện khít với tấm đệm sắt Sau đó đặt tấm đệm lót điều chỉnh và đệm cao su dưới ray vào dưới ray, tiếp đó dùng thanh đàn hồi ép giữ chặt ray Lực ép giữ ban đầu ray là 3,43 kN mômen xiết bulông 70 N.m, mômen xiết bulông chữ T là 350 N.m Lực cản chống xô là 3 kN khi chuyển vị 2 mm Lượng điều chỉnh cự ly đường  10 mm Lượng điều chỉnh cao thấp là 30 mm Đệm cao su dưới ray là cao su lưu hoá Độ cứng tĩnh của nó 68,6 MN/m Chiều dày đệm lót có hai loại 5 mm và 10 mm Có thể điều chỉnh tùy theo yêu cầu

Đặc điểm lớn nhất của phụ kiện giữ ray đường tấm bản là: Ngoài lớp đệm cao su dưới ray, còn có đệm lót điều chỉnh, đệm này dùng túi nhựa bơm một lượng thích đáng chất ôxy hoá vào đó, sau 2-3 giờ đông cứng lại, có tác dụng chèn khe hở giữa tấm bản đường và đế ray

2 Tấm bản đường:

Tấm bản đường có tác dụng truyền tải trọng đứng bánh xe trên diện tích rộng từ phụ kiện giữ ray xuống lớp đệm vữa xi măng nhựa đường Đồng thời truyền tải trọng ngang và tải trọng dọc lên các ụ chặn

-11-

Thiết kế kết cấu tấm bản đường, lấy lớp vữa xi măng nhựa đường làm lớp đệm đàn

hồi; xem ray và tấm bản đường là dầm hợp, hoặc xem ray là dầm, tấm bản đường là bản

phẳng Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để giải bài toán

Tấm bản đường chia hai loại: Kiểu máng đỡ ray và kiểu tấm đệm sắt Kiểu máng đỡ

ray dùng ở đoạn đường thẳng trong hầm, còn kiểu tấm đệm sắt dùng ở đoạn đường cong và

kết cấu trên cao

Bảng 2.1 - Kích thước chủ yếu và sai số cho phép của tấm bản đường

Kích thước

Sai số cho phép

Tấm bản

có rãnh

đỡ ray

Tấm bản không có rãnh đỡ ray

Khoảng cách từ tâm bulông chìm đến

chứa sẵn các ống để lắp bulông của phụ kiện giữ ray Vị trí phải hết sức chuẩn xác Kích

thước chủ yếu của tấm bản đường xem bảng 2.1

3 Lớp vữa cát xi măng nhựa đường:

Lớp vữa cát xi măng nhựa đường nhũ hoá nằm ở giữa tấm bản đường và đệm đường

bê tông (sau đây gọi tắt là vữa cát CA hoặc CAM), tương đương như lớp đá ở đường có đá

Có tác dụng đàn hồi như lớp đá ở dưới tà vẹt Nguyên tắc chọn vữa cát CA là nó chịu được

-12-

ảnh hưởng phá hoại do chạy tàu, bền vững, giá thành hạ Vữa xi măng tuy có ưu điểm là cường độ cao, bền chắc nhưng hiệu quả đàn hồi kém, còn nhũ tương nhựa đường trung tính bền vững kém nhưng có độ dính và đàn hồi tốt Vì vậy vữa cát CA kết hợp hai thứ trên lại với nhau Nó là vật liệu nửa cứng gồm nhũ tương nhựa đường đặc biệt, nước, xi măng và cốt liệu mịn Như vậy nó không những tạo cho đường có độ đàn hồi thích hợp, lấp đầy khe

hở giữa tấm bản đường và đệm đường bê tông mà còn có thể điều chỉnh cao thấp cùng với phụ kiện giữ ray

Chiều dày vữa cát CA lớn nhất là 100 mm, nhỏ nhất là 40 mm Khi thi công chiều dày

là 50 mm  10 mm Dưới tác dụng của tải trọng bánh xe, độ võng phần giữa tấm bản đường

là 0,061 mm Trị số này là biến dạng chịu nén của lớp đệm vữa cát CA

Hệ số đàn hồi của vữa cát CA dùng cho thiết kế lấy là kp = 1225 N/cm3 Do đó ứng suất nén của vữa cát CA: C = 9,8 N/cm2 Cường độ chịu nén thiết kế ca28 = 9,8 N/cm2 Ngoài ra yêu cầu hệ số ma sát giữa tấm bản đường và vữa CA ít nhất phải là 0,35

4 Ụ chặn bê tông:

Ở giữa hai đầu tấm bản có ụ chặn bê tông Bán kính 200 mm, cao 200 mm, đổ liền khối với đệm đường Giữa tấm bản đường và ụ chặn chèn vữa CA Bố trí các ụ chặn có lợi cho việc cố định ngang, dọc của tấm bản đường, đồng thời dùng làm điểm chuẩn khi đặt đường và chỉnh đường (xem hình 2.4)

5 Đệm đường bê tông:

Đệm đường bê tông tính toán theo dầm hoặc bản trên nền đàn hồi và đổ bê tông tại chỗ

ở hiện trường Đệm đường bê tông chỉ được xây dựng ở đoạn đường cong lộ thiên để điều chỉnh và bố trí siêu cao Còn ở đoạn đường thẳng không có Thế nhưng xét nguyên nhân như hầm, nền đào sâu, đất lu lèn không đủ độ chặt thì đệm đường lại càng không thể thiếu

Về kết cấu phía dưới đệm đường bê tông, ở chỗ địa chất không tốt cần xây vòm ngửa còn chỗ địa chất tốt có thể đặt trực tiếp đệm đường bê tông trên nền bê tông rải đều

1 Tấm bản đường; 2 Đệm đường bê tông; 3 Ụ chặn bê tông

Hình 2.4 - Ụ chặn bê tông (đơn vị: mm)

-13-

Ngoài việc xây dựng đường không đá kiểu tấm bản trên cầu và trong hầm cho đường sắt cao tốc, Nhật Bản còn xây dựng đường không đá kiểu tấm bản trên nền đất (xem hình 2.5)

K30≥11kg/cm 3 , K ≥95%

K30≥11kg/cm 3 , K ≥90%

K ≥90%

Tấm bản đườngLớp bê tông bổ sungLớp trải trên

Lớp trải dướiLớp đệm cơ sởPhần đất đắp phía trên

Phần đất đắp phía dướiLớp lọc ngược

Hình 2.5 - Mặt cắt ngang nền đường kiểu tấm bản trên nền đất đường sắt Nhật Bản

Trên cùng là tấm bản đường, tiếp đến là lớp bê tông bổ sung Dưới lớp bê tông bổ sung là lớp trải trên và trải dưới Phía trên cùng của nền đường là lớp đệm cơ sở dày 30cm

để bảo vệ nền đường Bề mặt của nó là bê tông nhựa đường dày 5cm Phía dưới lớp đệm cơ

sở là đá cấp phối (hoặc xỉ lò cao) thành phần hạt như bảng 2.2

Bảng 2.2 - Yêu cầu cấp phối đá mỏ, cát tầng đệm cơ sở

của đường sắt kiểu tấm bản trên nền đất của Nhật Bản

2.2 ĐƯỜNG KHÔNG ĐÁ CỦA ĐƯỜNG SẮT ĐỨC

2.2.1 Đường không đá kiểu tấm bản

Để đáp ứng nhu cầu chạy tàu cao tốc ngành đường sắt Tây Đức cũ đã nghiên cứu, sáng tạo đường không đá để thay thế một phần đường có đá

Năm 1959, lần đầu tiên đặt đường không đá ở hầm Xiânstan và hầm Hanstơbao Đặc điểm chủ yếu của nó là đổ một lớp đệm dày 5 cm trên vòm ngửa hoặc nền đá Trên đó đặt các tấm bản đường bê tông cốt thép (hình 2.6) Tấm bản đường có rãnh vuông, mục đích là đặt vào đó các khối đỡ bê tông cốt thép chế tạo sẵn Đợi sau khi vị trí ray đã được điều chỉnh chuẩn xác đổ vữa xi măng cát vào xung quanh các khối đỡ bê tông Trên khối đỡ bê tông đúc sẵn có cắm sẵn 4 đinh gỗ răng cưa để đóng các đinh đường gai ốc cố định ray

-14-

Hình 2.6 - Kết cấu tấm bản đường hầm Henstanbao

Vào 1967, lại đặt thử hai loại đường không đá kiểu tấm bản ở giữa Panpaofuhai Hình thức và kích thước chủ yếu (xem hình 2.7) Kết cấu đường không đá kiểu tấm bản đặt trên nền đường đất (xem hình 2.8)

Tấm bản đường loại thứ nhất dài 5,17 m, rộng 2,4 m, dày 0,18 m và nặng khoảng 5t thuộc loại tấm bản bê tông cốt thép ứng suất trước Đặt trên lớp bảo ôn bê tông bọt dày 0,15

m Cường độ chịu nén 2 MPa Việc liên kết giữa hai tấm bản đường là nhờ cốt thép nhô dài

ra của đầu tấm bản này cắm vào đầu tấm bản kia

Tấm bản đường loại thứ hai có chiều dài, rộng, dày vẫn giống như loại thứ nhất Nhưng thuộc loại tấm bản bê tông cốt thép ứng suất trước hai hướng Điểm khác biệt của nó với loại thứ nhất là được đặt trên lớp đá được xử lý bằng vật liệu dính kếtdày 0,30 m Dùng biện pháp hàn nhiệt nhôm để liên kết các tấm bản Mục đích là có thể chịu mômen uốn và lực ngang

Hình 2.7 - Đường không đá kiểu tấm bản dự ứng lực của đường sắt Đức

Hai loại đường kiểu tấm bản này đều dùng phụ kiện giữ ray đàn hồi có tấm đệm sắt Phía dưới ray đặt các đệm gỗ có chiều dày khác nhau để điều chỉnh độ cao, thấp của ray Phía dưới đệm cao su có lớp đệm chất dẻo mỏng

Loại đường không đá kiểu tấm bản này sau khi lượng vận chuyển thông qua 45 triệu tấn, lượng lún bình quân 6 mm, trạng thái lớp bê tông bọt tốt khi nhiệt độ ngoài trời xuống dưới -230C thì nhiệt độ thấp nhất của lớp đệm là -10C Dưới tác dụng của tải trọng động đầu máy điện tốc độ 180  200 km/h chuyển vị dao động của đường không quá 0,6mm, ứng suất nền đường 0,04 MPa Các chuyên gia đường sắt Đức cho biết mặc dù giá thành đặt đường cao hơn 50%  60% so với đường phổ thông nhưng chi phí duy tu giảm đi một nửa,

là một hình thức kết cấu đường có nhiều triển vọng

-16-

1 Tấm bản đường; 2 Vữa xi măng; 3 Lớp bê tông bọt; 4 Ống thoát nước; 5 Sơn chống thấm

nước; 6 Nền đường; 7 Lớp gia cố bằng xi măng; 8 Lớp chống băng;

9 Chốt vít; 10 Lỗ rót xi măng

Hình 2.8 - Kết cấu đường kiểu tấm bản trên nền đất của đường sắt Đức

-17-

1 Lớp bê tông bọt; 2 Lớp bê tông mác thấp; 3 Lớp bê tông xỉ quặng;

4 Tường lót; 5 Ray UIC60; 6 Tấm bản đường bê tông cốt thép; 7 Đá đường đệm thêm; 8 Quét

sơn nhựa đường; 9 Cống thoát nước ngầm; 10 Móng tường;

11 Đá thấm nhập nhựa đường; 12 Kega

Hình 2.9 - Đường không đá kiểu tấm bản ở ga Lata của Đức

Ngoài ra năm 1967, đường sắt Tây Đức cũ còn đặt một đoạn thí nghiệm đường kiểu tấm bản ở ga Lata (hình 2.9) Loại kết cấu đường kiểu tấm bản này có thể thích hợp với tàu cao tốc trên 250 km/h, nó có 4 lớp chịu tải trọng Đầu tiên trên nền đường rải một lớp đất hỗn hợp xi măng dày 15 cm, trên đó là lớp bê tông mác 80 dày 20 cm, tiếp đến là lớp bê tông bọt dày 20 cm, cuối cùng là lớp tấm bản bê tông kiểu phối cốt liên tục mác 350 dày 22

cm Để đề phòng đường dịch chuyển theo hướng đường ray Ở cuối tấm bản có tường chắn ngắn Để khống chế vết nứt phát triển trên tấm bê tông phối cốt liên tục cứ cách 3 m lại có một khe co giãn rộng 4 mm sâu 40 mm Để giảm ứng suất kéo cần quét sơn nhựa đường lên cốt thép dọc đi qua khe co giãn giả để phòng rỉ Loại đường kiểu tấm bản này, sau khi thông qua lượng vận chuyển 38 triệu tấn đường chỉ lún bình quân 4-5 mm hiệu quả tốt

2.2.2 Đường không đá kiểu tà vẹt của đường sắt Đức

Năm 1972 đường sắt Tây Đức cũ đã đặt thử đường không đá kiểu tà vẹt ở ga Rheda

Cơ sở dưới ray gồm có tà vẹt bê tông và tấm bản bê tông cốt thép đổ tại hiện trường (xem hình 2.10)

-18-

1 Bê tông mác 250 dùng san phẳng và bổ sung; 2 Tà vẹt bê tông B70S, cự ly 60mm;

3 Ray UIC60; 4 Tấm bản bê tông kiểu phối cốt liên tục mác 350; 5 Bê tông bọt;

6 Lớp đất hỗn hợp xi măng; 7 Tường cọc đất; 8 Thanh dọc; 9 Sơn nhựa đường (2kg/m 2 ); 10

Cống ngầm thoát nước; 11 Tầng đá bổ sung; 12 Máng tường; 13 Cốt thép đai;

14 Ke ga; 15 Lớp đá xâm nhập nhựa đường

Hình 2.10 - Đường không đá kiểu tà vẹt ở ga Rheda của Đức

Trên mặt nền đường đầu tiên rải một lớp hỗn hợp đất xi măng dày 15 cm, trên đó là lớp bê tông bọt dày 20 cm chủ yếu là tác dụng bảo ôn nhưng cũng có thể chịu tải Trên lớp này đổ trực tiếp tà vẹt bê tông kiểu phối cốt liên tục dày 14 cm Trên đó lại đặt tà vẹt bê tông kiểu B70S Giữa tà vẹt bê tông liền khối và tấm bản đổ tại chỗ có chứa khe hở 3cm để điều chỉnh độ phẳng Giữa các tà vẹt bê tông và phía đuôi tà vẹt đổ bê tông mác 250 Trong hộp tà vẹt có chôn sẵn 3 vòng đai ở trong tấm bản bê tông để luồn các thanh sắt dọc để đổ

bê tông liền khối

Thực tiễn vận doanh đường không đá kiểu tà vẹt ở ga Rheda cho thấy ngoài tác nghiệp điều chỉnh giữa ray ra, hầu như không phải làm các tác nghiệp gì khác, lượng công tác duy

tu ít Loại đường không đá này không ngừng được cải tiến và hoàn thiện Đến nay đã định hình là đường không đá kiểu Rheda và ứng dụng rộng rãi trên nền đường đất (hình 2.11), trong hầm (hình 2.12) và trên cầu cao (hình 2.13)

-19-

Hình 2.11 - Đường không đá kiểu Rheda trên nền đất của đường sắt Đức

Hình 2.12 - Đường không đá kiểu Rheda trong hầm đường sắt Đức

Hình 2.13 - Đường không đá kiểu Rheda trên cầu của đường sắt Đức

Đường không đá kiểu Rheda gồm tà vẹt bê tông liền khối dài 2,6 m và tấm đệm đường

bê tông đổ tại chỗ Tấm đệm đường lại do tấm bản lòng máng và lớp bê tông tạo thành

-20-

Trong hầm tấm đệm đường liên kết trực tiếp với cơ sở hầm Trên cầu cao tấm đệm đường

và đế mặt cầu có một lớp cách ly Bề mặt của đế mặt cầu giữa và đáy tấm đệm đường có rãnh khớp nhau để khống chế chuyển vị tương đối tấm đệm đường với mặt dầm

2.3 ĐƯỜNG KHÔNG ĐÁ CỦA ĐƯỜNG SẮT ANH

2.3.1 Đường không đá kiểu tấm bản của đường sắt Anh

Bắt đầu từ năm 1960, đường sắt Anh tiến hành nghiên cứu đường không đá Năm

1966, đặt thử các loại đường không đá kiểu tấm bản Đường không đá của đường sắt Anh khác với đường không đá kiểu tấm bản của Nhật và của Đức Trên tấm đệm đường cứng liên tục không có khe hở, được đổ bằng bê tông cốt thép, ray được đặt trực tiếp lên đó Giữa

đế ray và đệm đường bê tông có một dải đệm cao su liên tục, để tạo đàn hồi cần thiết cho đường Sử dụng liên kết bằng linh kiện thanh đàn hồi Pandrol Loại đường này được gọi là đường không đá kiểu PACT

Hình 2.14 là mặt cắt ngang của một loại tấm bản đường sử dụng cho đường không đá trên các tuyến trục đường sắt Anh

a) Cấu kiện giữ ray Pandrol; b) Mặt cắt ngang tấm bản đường

1 Lá thép đàn hồi; 2 Tấm đệm cách điện; 3 Ụ thép giữ lá thép đàn hồi;

4 Lớp nhựa oxy hóa; 5 Đệm dưới ray

Hình 2.14 - Cấu kiện giữ ray, mặt cắt ngang và kết cấu tấm bản bê tông Anh

Đường không đá kiểu PACT đặt thử của đường sắt Anh có các đặc điểm: Đầu tư thấp, chi phí duy tu ít, tiếng ồn nhỏ, ổn định tốt, thích hợp với việc sử dụng trong hầm và trên cầu cao Nhưng do liên kết cứng giữa tấm bản đường và cơ sở của nó nên đòi hỏi cơ sở phải vững chắc, không biến dạng Một khi đệm đường bê tông bị hư hỏng việc khôi phục hết sức khó khăn

-21-

2.3.2 Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi của đường sắt Anh

Hình 2.15 - Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi trong hầm của Anh

Hình 2.15 là đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi trong hầm ở vịnh Anh quốc Loại đường không đá bê tông chấn động thấp kiểu khối đỡ ủng bọc đàn hồi Sử dụng hai khối đỡ

bê tông độc lập, phía dưới có lớp đệm đàn hồi Phía dưới và xung quanh khối đỡ có thêm ủng bọc cao su Sau khi đã điều chỉnh cao thấp của khối đỡ và cự ly đường tiến hành đổ bê tông bọc cả khối đỡ và ủng cao su để tạo thành đường không đá khối đỡ đàn hồi thẳng đứng Còn bọc ủng cao su tạo độ đàn hồi dọc và ngang cho đường

Loại đường không đá này được ứng dụng và phát triển ở Thụy Sĩ, Đan mạch, Bồ Đào Nha, Bỉ, Trên đường metro ở các thành phố Cốppenha, Atlanta cũng sử dụng kết cấu này Đường không đá kiểu VSB (hình 2.16) của đường sắt Pháp đem tà vẹt bê tông kiểu hai khối gắn liền vào đệm đường bê tông, cũng thuộc kiểu kết cấu này

Hình 2.16 - Đường không đá kiểu VSB của Pháp

2.4 ĐƯỜNG KHÔNG ĐÁ CỦA ĐƯỜNG SẮT TRUNG QUỐC

Năm 1934 và năm 1939, trong hầm Bắc Lão Tùng Lĩnh của tuyến Mẫu Đồ và hầm Phúc Phổ Lĩnh của tuyến Thẩm Đơn ở vùng Đông bắc Trung Quốc đã từng đặt đường có đệm đường bê tông liền khối kiểu tà vẹt gỗ dài và tà vẹt gỗ ngắn

Bắt đầu từ năm 1958, đầu tiên Trung Quốc đặt thí nghiệm đường tà vẹt dọc và đường

có đệm đường bê tông liền khối trên nền đường đất ở ga Đường Sơn trên tuyến Kinh Sơn Tiếp đó cũng đặt thử đệm đường bê tông liền khối trên nền đường đất và nền đường đá ở đường ga của một số ga

-22-

Sau đó đi cùng với việc xây dựng các hầm dài ở vùng núi và việc xây dựng các đường metro ở thành phố cần phải nhanh chóng cải thiện điều kiện duy tu trong các hầm dài, rút ngắn thời gian phải ở lại làm việc trong hầm và giảm nhẹ cường độ lao động Từ năm 1965, bắt đầu sử dụng đệm đường liền khối trong các hầm dài ở vùng núi, đường metro Bắc Kinh cũng sử dụng toàn bộ đệm đường không đá bê tông liền khối hiệu quả rất tốt

Để hoàn thiện và phát triển đường có đệm đường bê tông liền khối, nâng cao độ đàn hồi cả chỉnh thể đường và mức độ duy tu được Năm 1981, đã đặt thử một đoạn đường kiểu tấm bản dài 25m trong hầm Dung Khẩu của tuyến Vãn Hàn, đến nay tình hình sử dụng vẫn tốt

Bước vào những năm 90, để đáp ứng nhu cầu chạy tàu cao tốc, phát triển đường sắt cao tốc ở Trung Quốc Qua nghiên cứu, triển khai đã đưa ra đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi, kiểu chôn tà vẹt dài và kiểu tấm bản có thể sử dụng trong các hầm, cầu cao, ga lớn, v.v

2.4.1 Đường đệm đường liền khối kiểu khối đỡ cứng

1 Hình thức kết cấu:

Hình 2.17 - Đường đệm đường bê tông liền khối kiểu khối đỡ cứng trong hầm

Hình 2.17 là đường đệm đường bê tông liền khối kiểu khối đỡ bê tông cốt thép đặt trên vòm ngửa của hầm Loại đường này gồm các khối đỡ bê tông cốt thép đúc sẵn và đệm đường bê tông đổ tại chỗ Khối bê tông đúc sẵn được gắn chặt vào trong đệm đường bê tông Bê tông của đệm đường dùng mác 500, có bố trí cốt thép để đề phòng vết nứt phát triển Khối đỡ là cấu kiện bê tông đúc sẵn (hình 2.18) dùng bê tông mác 500 Kích thước của khối là 500 mm x 200 mm x 200 mm trên nhỏ dưới to Trên khối đỡ có máng đỡ ray để lắp các linh kiện nối giữ Phần đáy của khối đỡ có các cốt thép nhô ra để dễ dàng liên kết chặt với đệm đường bê tông Cách bố trí các khối đỡ: khi độ dốc tuyến dưới 12‰ sử dụng

1760 đôi, khi độ dốc tuyến > 12‰ sử dụng 1840 đôi

2 Bố trí siêu cao đường cong:

Đối với đường có đệm đường bê tông liền khối, sau khi bê tông đã đông cứng chiều dày đệm đường không thể thay đổi được Nếu nâng cao tốc độ chạy tàu thì phải dùng phụ

2 bq sc

Hình 2.18 - Khối đỡ bê tông cốt thép

Khi trị số biến đổi siêu cao ở thời kỳ đầu và thời kỳ tương lai nhỏ hơn hoặc bằng 20mm thì thời kỳ đầu có thể căn cứ trị số tính toán theo công thức trên để bố trí siêu cao, còn siêu cao ở thời kỳ tương lai có thể dùng đệm điều chỉnh cao độ đệm thêm vào phía dưới ray ngoài Khi lượng biến đổi siêu cao giữa thời kỳ đầu và thời kỳ tương lai bằng 20  40

mm thì ở thời kỳ đầu có thể cho đặt trước đệm điều chỉnh cao độ dày 20mm phía trước ray trong Đến khi cần tăng siêu cao thì dùng biện pháp cất bộ đệm điều chỉnh cao độ ở dưới ray trong còn phía dưới ray ngoài đệm thêm tấm đệm điều chỉnh cao độ thích hợp Khi lượng biến đổi siêu cao giữa thời kỳ đầu và thời kỳ tương lai vượt quá 40mm thì cần xem xét tổng hợp điều kiện vận doanh tuyến đường để xác định siêu cao thời kỳ đầu Phương pháp có hiệu quả nhất là sử dụng phụ kiện có lượng điều chỉnh cao độ lớn cho phù hợp với nâng cao tốc độ

-24-

3 Phụ kiện nối giữ ray:

Đường có đệm đường bê tông liền khối thuộc loại cơ sở dưới ray cứng, đòi hỏi phụ kiện nối giữ phải có đủ lực nén giữ để bảo đảm liên kết chắc chắn ray với đệm đường có độ đàn hồi nhất định, để giảm xung kích của đoàn tàu, có lượng điều chỉnh nhất định để điều chỉnh cao thấp, bằng phẳng, phương hướng và cự ly đường

Phụ kiện nối giữ dùng cho đường đệm đường bê tông chủ yếu có: phụ kiện giữ ray đàn hồi kiểu I (hình 2.19) và phụ kiện giữ ray đàn hồi kiểu TF-Y (hình 2.20) lần lượt thích hợp cho đoạn đường thẳng và đoạn đường cong điều kiện sử dụng tốt

Hình 2.19 - Phụ kiện giữ ray đàn

4 Đoạn thí nghiệm đường tấm bản lớn ở hầm Dung Khẩu:

Năm 1981, đoạn thí nghiệm đường tấm bản lớn lần đầu tiên được thí nghiệm ở hầm Dung Khẩu do Viện thiết kế bộ đường sắt và Viện nghiên cứu khoa học bộ đường sắt thiết

kế và do đội công trình số 5 thuộc cục công trình số 4 thi công Đoạn thử nghiệm dài 25 m trong đó 20 m là đoạn trên vòm ngửa, còn 5 m là đoạn đá xây loại 3 Đây là đường dùng lớp đệm vữa cát xi măng nhựa đường nhũ hoá làm kết cấu đỡ toàn tấm bản đường (hình 2.21)

Cơ sở dưới ray gồm có: tấm bản lớn bê tông cốt thép, lớp đệm vữa cát xi măng nhựa đường nhũ hoá và đệm đường bê tông

-25-

Hình 2.21 - Sơ đồ mặt cắt đường tấm bản trong hầm Dung Khẩu

-26-

Hình 2.22 - Kết cấu tấm bản bê tông cốt thép

Dưới mỗi cầu ray bố trí 6 tấm bản lớn, kích thước kết cấu tấm bản là 4120 mm x 2400

mm x 195 mm, sử dụng bê tông mác 500, đặt cốt thép hai hướng không có ứng suất trước Trên tấm bản có 8 đôi bệ đỡ ray và đổ 14 lỗ đường kính trong 50 mm Hai tấm bản ở vị trí đối xứng nhau có 4 mũ bulông nhô lên và mũ bulông định vị Hai đầu tấm bản là rãnh hình vuông để khớp với trụ hình vuông trên đệm đường bê tông Hình 2.22 là kết cấu tấm bản lớn

bê tông cốt thép Mỗi tấm bản lớn nặng 5,2t dùng xe ôtô giải phóng để chuyên chở, dùng cần cẩu ôtô 5t để xếp và đặt

-27-

Cơ sở của tấm bản đường là đệm đường bê tông mác 200 đổ tại chỗ ở hiện trường dày

30 cm trên tầng đắp bổ sung trong hầm Trên đệm đường cứ cách 4,17 m lại có một trụ hình vuông bằng bê tông để chịu lực đẩy dọc và đẩy ngang từ tấm bản truyền tới Cột trụ được thiết kế có thể chịu được lực ngang 9,8 kN của mỗi mét đường Xung quanh cột trụ trong phạm vi 1 m có bố trí một ít cốt thép và sử dụng bê tông mác 300

Sau khi đã lắp đặt xong tấm bản là có thể tiến hành đổ ngay vữa cát xi măng nhựa đường nhũ hoá

Bảng 2.3 - Tỷ lệ cấp phối vừa cát nhựa đường

Nhựa đường

nhũ hoá

Cát hạt Xi măng Nước 0 - 10

Bột nhôm

Colorua can xi

Chất dẻo FDN

Khi đổ vữa lắp đặt phễu lên lỗ đã chừa sẵn, vữa cát sẽ từ phễu qua lỗ chừa sẵn chảy xuống đáy tấm bản Để dễ kiểm tra tình hình rót đổ vữa hai bên tấm bản cần đặt sẵn tấm chắn vữa cao 100 mm Giữa tấm chắn vữa và tấm bản đường có chừa khe hở 30 mm để luồng không khí của tầng điều chỉnh thoát ra và kiểm tra tình hình rót đổ vữa Nói chung, yêu cầu vữa cát hai bên tấm bản cao hơn đáy tấm bản 20  30 mm là có thể ngừng rót đổ vữa

Khi vữa cát đã đạt được cường độ nhất định là có thể tiến hành các tác nghiệp đặt ray Sai lệch nhỏ trong thi công có thể dùng phụ kiện nối giữ để điều chỉnh Đường tấm bản lớn sau khi hoàn công, có độ chỉnh thể tốt, công tác duy tu ít, đến nay vẫn sử dụng tốt

2.4.2 Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi

1 Hình thức kết cấu:

Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi gồm các bộ phận: ray và phụ kiện nối giữ ray, ủng cao su, đệm cao su dưới khối đỡ, tấm bản đệm đường bê tông, đế bê tông… Ở phần đáy khối đỡ có đệm cao su đàn hồi để tăng hiệu quả giảm chấn, xung quanh có ủng bọc cao su Nhờ đó đệm dưới ray và đệm cao su dưới khối đỡ tạo ra đàn hồi thẳng đứng, ủng cao su tạo đàn hồi ngang cho đường không đá Do lớp đệm đàn hồi là vật liệu đều, có tính năng đàn hồi như nhau, có thể đỡ ray như nhau, chịu lực đều, vị trí hình học của đường dễ được giữ nguyên, đạt mục đích ít phải duy tu Hình 2.23 và hình 2.24 lần lượt là mặt cắt đường không

đá khối đỡ đàn hồi trong hầm và trên cầu cao Hình 2.25 là sơ đồ bố trí mặt cắt dọc và bình

đồ loại đường này

-28-

Hình 2.23 - Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi trong hầm

Hình 2.24 - Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi trên cầu cao

Hình 2.25 - Mặt cắt dọc và bình đồ đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi

2 Khối đỡ bê tông cốt thép:

Khối đỡ là kết cấu bê tông thông thường, cường độ bê tông cấp C50, bố trí cốt thép gai

8 x 10 Kích thước mặt đỉnh khối 624 mm x 324 mm, kích thước mặt đáy 600 mm x 290

mm Chiều cao mặt cắt dưới ray 200 mm Rãnh đỡ ray có độ dốc đế ray 1:40 Trong khối đỡ

có đặt sẵn hai ống bọc cách điện

-29-

3 Ủng cao su:

Ủng cao su được sử dụng phối hợp với khối đỡ Kích thước ngoại hình của nó đòi hỏi chặt chẽ, độ dày xung quanh và đáy ủng là 7 mm Công năng của ủng cao su là làm giảm tác dụng xung kích của tải trọng ngang đoàn tàu nên ở trên mặt đầu ngang của nó có rãnh để tạo

ra đàn hồi, còn ở phần đáy không có rãnh, chủ yếu có tác dụng cách ly Độ cứng tĩnh của ủng khối đỡ đòi hỏi là 140  165 kN/mm Ngoài ra còn phải có tuổi thọ sử dụng dài (30 

40 năm) và dễ duy tu

4 Đệm cao su dưới khối đỡ:

Đệm cao su dưới khối đỡ được đặt ở phía dưới khối đỡ ở phía trong ủng cao su Kích thước mặt bằng là 596 mm x 284 mm nhỏ hơn kích thước mặt đáy khối đỡ, dày 12mm Mặt phía trên, phía dưới của đệm cao su dưới khối đều có rãnh để đáp ứng tính đàn hồi của đường Độ cứng tĩnh của đệm dưới khối đỡ là 95  110 kN/mm

5 Tấm bản bê tông:

Tấm bản bê tông gồm khối đỡ đàn hồi và bê tông bổ sung cấp C40 tạo thành Khoảng cách giữa tâm các khối đỡ là 600mm, cứ 78 khoảng cách đỡ được gọi là một đơn nguyên tấm bản đường Mặt cắt đệm đường đặt cốt thép theo yêu cầu thiết kế, tối thiểu phải phối cốt thép theo yêu cầu cấu tạo Trên mặt tấm bản đường cần có độ dốc thoát nước

6 Đệm đường bê tông:

Đệm đường bê tông cần liên kết với các cốt thép chờ sẵn trên vòm ngửa của hầm hoặc mặt cầu trên cao và dùng bê tông cùng cấp đổ liền thành một khối Kích thước mặt cắt là

200 mm x 2730 mm, đặt cốt thép theo yêu cầu tỷ lệ cấp phối nhỏ nhất dùng làm cơ sở cho tấm bản đường Để ngăn ngừa dịch chuyển ngang, ở giữa hai đầu đế bê tông có rãnh lõm kích thước 1000 mm x 700 mm x 130 mm Ngoài ra đế bê tông còn có thể dùng để bố trí siêu cao đường cong Giữa đế và tấm bản đường có một lớp cách ly để có thể sửa chữa tấm bản đường

-30-

7 Phụ kiện nối giữ ray:

Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi sử dụng phụ kiện nối giữ đàn hồi kiểu tách rời (hình 2.26)

1 Thanh đàn hồi kiểu III; 6 Đệm cao su dưới ray; 2 Tấm đệm sắt;

7 Tấm đệm điều chỉnh; 3 Bulông; 8 Đệm giảm xung kích;

4 Ụ thép giữ thanh đàn hồi; 9 Ống chèn; 5 Khối chặn cự ly đường

Hình 2.26 - Cấu kiện giữ ray đàn hồi kiểu phân khai

Các tham số kỹ thuật chủ yếu của phụ kiện nối giữ (ép giữ) đàn hồi:

 Phụ kiện nén giữ thanh đàn hồi kiểu III

 Lực nén giữ của thanh đàn hồi: 11 kN

 Lượng điều chỉnh cự ly đường: +4,-8 mm

 Lượng điều chỉnh cao độ lớn nhất: 30 mm

 Lực chống nhổ ống bọc chôn sẵn:  60 kN

 Lực chống dịch ngang lớn nhất: 50 kN (tải trọng mỏi)

 Độ cứng tĩnh đệm cao su dưới ray: 50  70 kN/mm

2.4.3 Đường không đá kiểu chôn tà vẹt dài

1 Hình thức kết cấu:

Đường không đá kiểu chôn tà vẹt dài chủ yếu gồm tà vẹt bê tông liền khối, bản bê tông

đổ tại chỗ Đường này có ray và phụ kiện nối giữ ray, tà vẹt bê tông có lỗ xuyên qua, tấm bản đường bê tông và bê tông đệm Hình 2.27, hình 2.28 lần lượt là sơ đồ mặt cắt đường không đá kiểu chôn tà vẹt dài trong hầm và trên cầu cao Hình 2.29 là sơ đồ bố trí trên bình

đồ và trắc dọc loại đường này

-31-

Hình 2.27 - Đường không đá kiểu tà vẹt dài đặt chìm trong hầm

1 Ray 60kg/m; 2 Tà vẹt bê tông có lỗ xuyên qua; 3 Bê tông bổ sung;

4 Bản bê tông; 5 Tầng cách ly; 6 Bê tông đệm

Hình 2.28 - Đường không đá kiểu tà vẹt dài đặt chìm ở trên cầu cao

Hình 2.29 - Mặt cắt dọc và bình đồ đường không đá kiểu tà vẹt dài đặt chìm

Để bảo đảm liên kết chắc chắn tà vẹt và bản đường bê tông, ở mặt bên tà vẹt có chứa sẵn lỗ, luồn dọc thanh thép để tăng cường liên kết chúng Kết cấu loại đường này bền chắc, tin cậy, vị trí hình học khó dịch chuyển, khối lượng công tác duy tu ít, đạt được mục đích ít phải duy tu đường

-32-

2 Tà vẹt bê tông có lỗ xuyên qua:

Hình 2.30 - Tà vẹt bê tông có lỗ xuyên qua

Hình 2.30 là kích thước bề ngoài của tà vẹt này: dài 2500 mm, đáy rộng 250 mm, chiều cao mặt cắt dưới ray 200 mm, chiều cao mặt cắt ở giữa 185 mm, là tà vẹt bê tông ứng suất trước, có 8 thanh thép 7 Mặt bên tà vẹt có 5 lỗ 40 để luồn xuyên thanh sắt liên kết với đệm đường bê tông Mặt đỉnh tà vẹt chỗ đỡ ray có độ dốc đế ray 1:40 Hai đầu tà vẹt có chôn sẵn ống móc dây thép để khi thi công có thể dùng bulông điều chỉnh cao, thấp của đường Trong tà vẹt có ống bọc cách điện để liên kết với miếng đệm sắt của phụ kiện giữ ray

3 Tấm bản đường bê tông:

Tấm bản đường bê tông gồm có tà vẹt bê tông có lỗ xuyên qua và tấm bản đường bê tông lòng máng Mỗi đơn nguyên tấm bản đường có thể đặt 7  8 thanh tà vẹt có lỗ xuyên Khoảng cách giữa các tà vẹt là 600 mm, trên mặt bản đường giữa các tà vẹt xuyên lỗ, có độ dốc thoát nước 2% để thoát nước

Tấm bản đường bê tông bố trí cốt thép mặt cắt theo mômen uốn tải trọng thiết kế, tối thiểu là bố trí theo yêu cầu cấu tạo

2.4.4 Đường không đá kiểu tấm bản

Đường kiểu tấm bản là một loại hình thức kết cấu đường được sử dụng rộng rãi trên đường sắt cao tốc nước ngoài Các tuyến trục mới của Nhật đã được định hình tiêu chuẩn, được sử dụng rộng rãi Ở Trung Quốc, năm 1981 đã đặt thử đường kiểu tấm bản trong hầm Dung Khẩu, tình hình sử dụng tới nay vẫn tốt Hiện nay, qua việc nghiên cứu đã đưa ra đường kiểu tấm bản có thể sử dụng trong hầm và cầu cao của đường sắt cao tốc

-33-

Loại đường kiểu tấm bản mới này dùng tấm bản đường bê tông và vữa cát xi măng nhựa đường thay cho tà vẹt và đá sử dụng ở đường có đá trước đây Nói chung, khi đặt trong hầm có cơ sở vững chắc và trên cầu cao, người ta chuyên chở các tấm bản bê tông cốt thép đúc sẵn được chế tạo cẩn thận trong xưởng đem ra đặt ở hiện trường Sau khi đã điều chỉnh xong độ cao thấp và phương hướng tấm bản đường, rồi rót vữa cát xi măng nhựa đường xuống phía dưới tấm bản đường dùng làm vật liệu giảm xung, dùng lớp đệm vữa cát

CA để đỡ toàn bộ đáy tấm bản Khi nền đất hoặc kết cấu có biến dạng hay bị lún làm biến dạng đường kiểu tấm bản thì thông thường có thể dùng các phụ kiện nối giữ ray để điều chỉnh phương hướng và cao thấp của ray Trường hợp điều chỉnh các phụ kiện giữ ray không đáp ứng được yêu cầu nữa thì có thể dùng các công cụ như kích để nâng tấm bản đường lên, đổ thêm vật liệu vào giữa tấm bản và lớp đệm vữa cát CA Vì vậy, đường kiểu tấm bản là một loại đường không đá chắc chắn, bền vững, ổn định, biến dạng nhỏ, ít phải duy tu, thích hợp cho kết cấu trong hầm và trên cầu cao, nhưng chi phí xây dựng lớn, tiếng

ồn cao khi tàu vận hành, khó cải tuyến, khó khăn khi kết cấu hạ tầng có biến dạng lớn

1 Ray P60; 2 Tấm bản đường; 3 Lớp vữa cát xi măng nhựa đường;

4 Đệm đường bê tông

-34-

1 Tấm bản đường; 2 Vữa cát CA; 3 Đệm đường bê tông; 4 Ụ chặn bê tông

Hình 2.32 - Sơ đồ bố trí mặt bằng đường kiểu tấm bản

2 Tấm bản đường:

Tấm bản đường có thể tính toán thiết kế theo lý thuyết dầm trên nền đàn hồi hoặc tấm trên nền đàn hồi Kết cấu tấm bản đường sử dụng bố trí cốt thép hai lớp, hai hướng theo mômen uốn tải trọng thiết kế Kích thước ngoại hình tấm bản: 4930 mm x 2400 mm x 190

mm Cứ mỗi ray tiêu chuẩn 25 m, bố trí 5 tấm bản, giữa các tấm bản chừa khe điều chỉnh và khe co dãn 70 mm Trên mỗi tấm bản bố trí 8 điểm cho phụ kiện giữ ray, khoảng cách là

556 mm Ở hai đầu của tấm bản có lỗ khuyết nửa vòng tròn, bánh kính là 300 mm để ăn khớp với ụ chặn bê tông gắn với lớp đệm đường bê tông, nhằm mục đích ngăn cản tấm bản đường dịch chuyển ngang, dọc

Ngoài ra, trên tấm bản còn có mũ bulông định vị, mũ bulông cẩu, lỗ rót vữa cát, v.v…

3 Ụ chặn bê tông:

Đối với đường kiểu tấm bản trên đệm đường bê tông ở chỗ giữa hai đầu tấm bản có ụ chặn bê tông bán kính 250 mm, cao 250 mm nhằm để truyền tải trọng dọc, tải trọng ngang của đường xuống nền móng và khống chế tấm bản đường dịch chuyển ngang, dọc

Ụ chặn bê tông có mặt cắt hình tròn, có thể thiết kế theo cấu kiện chịu uốn cánh treo, xung quanh bố trí đều cốt thép có gai 1212, cốt thép chủ nằm ở trong đệm đường bê tông

sử dụng bê tông cấp C30 đổ tại hiện trường

Hình 2.33 - Ụ chặn bê tông

-35-

4 Đệm đường bê tông:

Đệm đường bê tông là cơ sở của tấm bản đường Tác dụng của nó: một là dùng thi công bê tông ở giữa vòm ngửa và đất đổ thêm cho hầm đào quá độ sâu, hai là làm cho lớp vữa cát xi măng nhựa đường được đều đặn, ba là để đặt siêu cao

Kích thước mặt cắt đệm đường bê tông nói chung là 200 mm x 280 mm Đệm đường

bê tông dày trong khoảng 200  300 mm tuỳ loại đá xung quanh hầm Còn trên cầu cao, chiều dày còn phải xét đến độ uốn của dầm và ụ chặn bê tông, về nguyên tắc là khoảng 200

mm

Thiết kế kết cấu đệm đường bê tông, cần phải xét ảnh hưởng của cầu biến dạng khi chịu lực đến đệm đường, cũng như ảnh hưởng của điều kiện địa chất, khí hậu Ngoài ra còn phải xét tới ảnh hưởng của các nhân tố như co ngót bê tông và tính năng thi công Có thể căn cứ quy phạm thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, sử dụng tiêu chuẩn hoá

5 Lớp đệm vữa cát CA:

Vữa cát xi măng nhựa đường là một hỗn hợp gồm nhựa đường nhũ hoá, xi măng, cát, nước, chất phụ gia, được sử dụng làm lớp đệm đỡ toàn bộ tấm bản đường, phải có đủ cường

độ và độ đàn hồi cần thiết, dễ thi công và duy tu bảo dưỡng

Độ dày của vữa cát CA là 50 mm, cường độ chịu nén 1,5 - 2,5 MPa, mô đun đàn hồi

200 - 600 MPa, độ lưu động 16 - 26 giây, thời gian có thể làm việc 30 phút, nhiệt độ thi công 50C- 250C

6 Phụ kiện giữ ray:

Phụ kiện giữ ray dùng cho đường kiểu tấm bản ngoài các tính năng cần thiết của các phụ kiện giữ ray nói chung còn phải có khả năng điều chỉnh vị trí hình học ray tốt, có tính năng đàn hồi tốt để giảm thiểu tác dụng động lực của hệ thống bánh xe – ray, giảm tiếng ồn Hình 2.34 là phụ kiện giữ ray do Viện thiết kế bộ đường sắt thiết kế Đây là phụ kiện kiểu tách rời có miếng sắt đệm Liên kết giữa miếng sắt đệm và tấm bản đường sử dụng đế sắt chôn sẵn, phía trên có lắp bulông chữ T, có khả năng chịu lực ngang lớn Phía dưới miếng sắt đệm có đệm các mảnh đệm điều chỉnh cao độ khác nhau, để điều chỉnh cao, thấp của ray, đồng thời tải trọng đoàn tàu sau khi thông qua miếng sắt đệm sẽ truyền sang tấm bản đường; nhờ tăng thêm diện tích tiếp xúc của tấm bản đường nên cải thiện trạng thái chịu lực tấm bản đường Để đáp ứng nhu cầu điều chỉnh cự ly đường có thể dùng cách đảo tấm chắn cự ly đường

7 Ray:

a Loại hình ray:

Ray trên tuyến đường sắt cao tốc xây dựng mới cần có độ cứng chịu uốn thẳng đứng

và uốn ngang lớn để cầu ray có đủ độ cứng chịu uốn ngang, uốn dọc, bảo đảm tải trọng bánh

-36-

xe tay theo hướng ngang, hướng dọc được phân bố càng đều đặn lên nhiều tà vẹt, từ đó làm chậm biến dạng tích luỹ kết cấu đường, nâng cao tính ổn định đường không khe nối, giảm thiểu khối lượng công tác duy tu bảo dưỡng đường

1 Bulông T; 2 Mũ bulông; 3 Vòng đệm phẳng; 4 Thanh đàn hồi; 5 Nhựa cách điện;

6 Đệm điều chỉnh cao độ; 7 Đệm cao su dưới ray; 8 Đế sắt chôn sẵn; 9 Khối chặn;

10 Tấm đệm sắt; 11 Miếng đệm điều chỉnh cao độ

Hình 2.34 - Phụ kiện giữ ray dùng cho đường kiểu tấm bản

Trong “Quy phạm đường” Trung Quốc quy định: Trên tuyến đường, tốc độ thiết kế của tàu khách 140 km/h, cần sử dụng ray 60 kg/m và nên sử dụng ray tôi trên toàn chiều dài Trên tuyến đường sắt cao tốc Quảng Châu - Thẩm Quyến trên đường sắt tốc độ 160 –

120 km/h và trên đường sắt cao tốc các nước Pháp, Đức, Nhật đều sử dụng ray 60kg/m trên chính tuyến trong “Quy định tạm thời tốc độ 200 km/h” tuyến chuyên dùng Tần - Thẩm và

“Quy định tạm thời Bắc Kinh - Thượng Hải” cũng đều quy định sử dụng ray 60kg/m

b Ray Trung Quốc 60 kg/m và ray UIC 60:

(1) Các chỉ tiêu tính năng lực học của ray:

Các chỉ tiêu tính năng lực học ray do các nhà máy Trung Quốc sản xuất không giống nhau, có chênh lệch với các chỉ tiêu lực học ray của đường sắt cao tốc các nước, xem bảng 2.4, bảng 2.5 (ray không tôi) và bảng 2.6, bảng 2.7 (ray tôi)

Bảng 2.5 - Chỉ tiêu tính năng lực học ray đường sắt cao tốc các nước

kéo (MPa)

Tỷ lệ dãn dài (%)

Độ cứng (HB)

Bảng 2.6 - Ray tôi của tập đoàn Xin Kha Phay sản xuất cho Pháp

Cấp I Cấp II Cấp III Cấp I

Cường độ chịu kéo ( MPa) 1175 1175 1200 1300

Độ cứng bề mặt (HB) 355-388 350-380 360-388 370-388

Bảng 2.7 - Chỉ tiêu tính năng lực học của ray tôi do một số nhà máy

của Trung Quốc sản xuất

Tính năng

U74 U71 Mn PD2 PD3 Ray rất hiếm

Cường độ chịu kéo (MPa) 1177 1177 1175 1275 1225

Độ cứng bền mặt (HB) - 300 - 380 320-380 350-418 -

(2) Mắt cắt ray:

Từ biểu 2.8 cho thấy, hai loại ray có bề rộng đế như nhau thì chiều cao ray 60 sản xuất

ở Trung Quốc cao hơn ray UIC60 4mm

-38-

Bảng 2.8 - Các tham số mặt cắt tiêu chuẩn ray 60 sản xuất ở Trung Quốc và ray UIC60

Chiều rộng đầu ray: Ray UIC60 rộng hơn ray Trung Quốc 1,3 mm; còn tổng diện tích

mặt cắt thì ray Trung Quốc lớn hơn ray UIC60, tỷ lệ diện tích đầu ray thì ray UIC60 lớn hơn

ray 60 sản xuất Trung Quốc nên tuổi thọ hao mòn ray UIC60 tốt hơn

Mômen quá trình Jx đối trục trung hoà và mômen quán tính Jy đối với trục thẳng đứng

bằng ray 50 sản xuất ở Trung Quốc lớn hơn ray UIC60, nên độ cứng chịu uốn thẳng đứng

và độ cứng chịu uốn nằm ngang của ray sản xuất ở Trung Quốc ưu việt hơn

(3) Chọn ray cho đường sắt cao tốc:

Từ bảng 2.4 đến 2.8 cho thấy, ray PD3 và ray tôi sản xuất ở Trung Quốc, ngoài chỉ

tiêu quan trọng là chỉ tiêu tỉ lệ dãn dài thấp hơn 10%  20% so với ray nước khác, các chỉ

tiêu khác đều không thấp hơn ray nước khác Mặt cắt ray sản xuất ở Trung Quốc hầu như

không chênh lệch với ray UIC60 Vì vậy, hai loại ray này đều có thể sử dụng trên đường sắt

cao tốc trên 200 km/h Nhưng đứng về mặt các thiết bị cán ray của các nhà máy, các công

cụ và thiết bị duy tu bảo dưỡng, v.v thì sử dụng chung cả ray UIC60 và ray 60 kg/m do

Trung Quốc sản xuất (đường sắt hiện tại đang sử dụng), không những gây khó khăn thêm về

quản lý mà còn tăng thêm chi phí chế tạo ray và phối kiện Vì vậy, đường sắt cao tốc Trung

Quốc hợp lý hơn cả là sử dụng ray 60 kg/m có cùng mặt cắt với mạng lưới đường trên cả

nước

Do đường sắt cao tốc không vận hành tàu hàng hoặc vận hành tàu hàng nhanh, nhẹ

trọng lượng kéo và tải trọng trục đều nhỏ nên hầu hết các đường cong đều có bán kính lớn,

ray bị mòn tương đối nhẹ nên cũng có thể sử dụng ray không tôi

c Yêu cầu về đặt ray:

Ray của chính tuyến đường sắt cao tốc cần thiết kế xây dựng mới một lần, đường

không khe nối vượt khu gian Độ bằng phẳng hàn đầu nối phải đáp ứng yêu cầu quy định

Trước khi khai thông tuyến, cần tiến hành mài dự phòng để phù hợp yêu cầu độ chính xác

về độ phẳng thuận của đường

(2) Đường không đá cần có đủ cường độ, kết cấu đơn giản dễ thi công và lắp đặt

(3) Nền móng của đường không đá phải bền chắc, không thể để xảy ra nứt hỏng vì nền móng lún không đều

(4) Phụ kiện giữ ray đồng bộ, có thể hiệu chỉnh biến đổi vị trí hình học của đường do biến dạng kết cấu phía dưới (như cầu vồng lên do từ biến)

(5) Tuỳ theo tình hình mỗi nước một khác, nhưng giá thành xây dựng đường không đá

về nguyên tắc khoảng gấp đôi đường có đá

(6) Có ba loại kết cấu đường không đá

 Đường không đá kiểu tà vẹt

 Đường không đá kiểu khối đỡ đàn hồi

 Đường không đá kiểu tấm bản

So sánh ba loại đường không đá:

1 So sánh về độ cứng và ảnh hưởng động lực của ba loại đường không đá trên

Sau đây là kết quả thí nghiệm thả búa trong phòng của viện nghiên cứu khoa học

Bộ Đường sắt Trung Quốc

Bảng 2.9 - So sánh độ cứng đường và ảnh hưởng động lực của ba loại đường không đá

Loại kết cấu

Hạng mục Kiểu tà vẹt

Kiểu khối đỡ đàn hồi

Kiểu tấm bản

2 So sánh về chế tạo và lắp đặt:

Việc chế tạo, lắp đặt đường kiểu tà vẹt thuận tiện hơn cả Việc chế tạo, lắp đặt đường kiểu khối đỡ đàn hồi và kiểu tấm bản đòi hỏi kỹ thuật cao