Thiết kế đờng sắt F1
Bộ Môn Đờng Sắt
CHƯƠNG 1
Nêu nhiệm vụ và tài liệu xuất phát
1.1 Nhiệm vụ thiết kế:
Thit k tuyn ng st Kộp Thỏi nguyờn vi kh ng 1435mm, m bo
cỏc tiờu chun k thut hin hnh, phự hp vi k hoch phỏt trin, hin i hoỏ
mng li ng st Quc gia.
- Bình đồ tuyến với tỷ lệ 1/10000.
- Lợng vận chuyển:
Năm thứ
2(3)
5
10
Khối lợng hàng vận chuyển 106 (triệu tấn/năm)
2
3
4.5
Số đôi tàu khách/ngày đêm
2
-
Toa xe :
STT Loại toa xe
Tỷ lệ
Tự trọng
Tải trọng
Chiều dài
Loại má Lực ép má
Thiết kế đờng sắt F1
Bộ Môn Đờng Sắt
(%)
(tấn)
(tấn)
(m)
12.2
G+P
40
Hệ số chất hàng: = 0.8.
1.2.Các giai đoạn thiết kế:
Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế môn học và các tài liệu đợc giao tôi trình
bày bài thiết kế môn học nh sau:
*. Nhiệm vụ:
- Nêu nhiệm vụ và tài liệu xuất phát.
- Giới thiệu tóm tắt về các điều kiện tự nhiên và điều kiện xã hội vùng
tuyến đi qua.
- Chọn thông số kỹ thuật cơ bản.
-Tính toán và kiểm tra khối lợng đoàn tàu,chiều dài đoàn,chọn chiều dài
sử dụng và chiều dài nền ga.
-Vạch tuyến và thiết kế trắc dọc cho các phơng án.Mỗi tuyến thiết kế 1
khu gian vơi tổng chiều dài 8-12km.
-Tính toán thời gian đi về trên khu gian.
-Bố trí tính toán công trình thoát nớc
1.3 Tài liệu sử dụng;
Bình đồ tuyến Kép -Thái nguyên tỷ lệ 1:10000.
Tài liệu khảo sát địa hình , địa chất thủy văn của tuyến.
Quy phạm TKĐS khổ 1435.
Quy trình tính sức kéo đầu máy.
Giáo trình thiết kế đờng sắt
Tỉnh Thái Nguyên nằm ở phía Bắc tiếp giáp với thủ đô Hà Nội, phía Tây
tiếp giáp với tỉnh Vĩnh Phúc và tỉnh Tuyên Quang. Tỉnh Thái Nguyên có diện
tích tự nhiên 3.541 km2 và dân số hơn 1 triệu người, với 8 dân tộc anh em
chủ yếu sinh sống đó là: Kinh, Tày, Nùng, Sán Dìu, Mông, Sán Chay, Hoa và
Dao. Tỉnh Thái Nguyên có 9 đơn vị hành chính gồm Thành phố Thái Nguyên,
thị xã Sông Công và 7 huyện (Phổ Yên, Phú Bình, Đồng Hỷ, Võ Nhai, Đại
Từ,Định Hoá, Phú sLương)...
2.3.2 Tỉnh Bắc Giang
-Vị trí: Nằm cách thủ đô Hà Nội 50 km về phía Bắc, cách cửa khẩu quốc
tế Hữu Nghị 110 về phía Nam, cách cảng Hải Phòng hơn 100 km về phía
Đông. Phía Bắc và Đông Bắc tiếp giáp tỉnh Lạng Sơn, phía Tây và Tây Bắc
giáp Hà Nội, Thái Nguyên, phía Nam và Đông Nam giáp tỉnh Bắc Ninh, Hải
Dương và Quảng Ninh.
2.4. Vật liêu xây dựng
Thái Nguyên có nhiều khoáng sản vật liệu xây dựng trong đó đáng chú ý
là đất sét xi măng ở 2 mỏ Cúc Đường và Khe Mo, trữ lượng khoảng 84,6 triệu
tấn. Đá Cacbônat bao gồm đá vôi xây dựng, đá vôi xi măng, Đôlômit tìm thấy
ở nhiều nơi.
2.5. Tình hình giao thông:
*Hiện trạng hệ thống giao thông tỉnh Thái Nguyên:
Đường bộ
Hệ thống giao thông đường bộ toàn tỉnh có 4.267 km gồm 3 tuyến Quốc
lộ (Quốc lộ 3, Quốc lộ 37, Quốc lộ 1B) với tổng chiều dài 183 km; 11 tuyến
Đường thuỷ
Hiện nay trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên có 02 tuyến đường thuỷ nội địa
tiêu chuẩn sông cấp 4 do Đoạn quản lý đường sông 4 - Cục đường sông Việt
Nam quản lý, bao gồm:
Đường sắt
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
Ưu điểm:
Vốn đầu tư nhỏ
Tiết kiệm diện tích đất sử dụng
Nhược điểm:
Khả năng vận chuyển bị hạn chế.
Ưu và nhược điểm của đường 1435mm:
Ưu điểm:
Khả năng vận chuyển lớn vì thế sẽ có lợi về kinh tế khi nhu cầu vận
chuyển ngày càng tăng.
Nhược điểm:
Giá thành xây dựng cao và công nghệ thi công phức tạp.
Căn cứ vào các yếu tố trên và nhiệm vụ thiết kế tôi chọn khổ thiết kế
tuyến KÉP -THÁI NGUYÊN là khổ 1435mm.
Trong đó:
p - Hệ số dự trữ về khả năng thông qua.
ek, el - Hệ số tính đổi của các loại tàu khách và tàu lẻ ra tàu hàng.
nk, nl - Số đôi tàu khách và tàu lẻ trong một ngày đêm.
nh - Số đôi tàu hàng thông qua theo một chiều.
nh =
γ.G ct
365.Q H
QH - Khối lượng hàng của đoàn tàu (T)
γ - Hệ số xét đến sự vận chuyển không đều trong năm.
Ta tính khả năng thông qua của tàu hàng ở năm thứ 10:
p = 0.2
ek = 1.2
el = 1.5
nk = 4
nl = 2
(đôi tàu/ngày đêm)
(đôi tàu/ngày đêm)
Số đôi tàu hàng thông qua theo 1 chiều ở năm thứ 10 là:
γ = 1.1
QH = 1074.546 (T) (Tính ở phần khối lượng hàng của đoàn tàu)
Gct = G10 = 4.5 (triệu tấn/năm)
γ.G10
1,1 ∗ 4.5 ∗10 6
dài
đầu
Bé M«n §êng S¾t
máy:
13.306
W' o * P + W"0 *Q 2.52 * 54 + 1.485 *1431
=
= 1.52( Kg / T ) (m)
P+Q
54 + 1431
3.4 Loại toa xe
Theo nhiệm vụ thiết kế, ta sử dụng 2 loại toa xe 4 trục với tỉ lệ số lượng
mỗi loại như sau:
*Loại 1:
+ tải trọng 30T
+ tự trọng 20T
+ dài 12,7 m
+ chiếm 45 %
*Loại 2:
+ tải trọng 40T
+ tự trọng 19T
+ dài 12.2 m
+ chiếm 55 %
Chiều dài toa xe trưởng: 8(m)
Hệ số chất hàng: α= 0,8
qbì - Trọng lượng bì của toa xe (Tự trọng của toa xe) (T)
qtt - Trọng lượng hàng của toa xe (Tải trọng của toa xe) (T)
α - Hệ số chất hàng (Phụ thuộc loại hàng và loại toa xe)
Thay số, ta có:
Với toa xe loại 1
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
qbì 1 = 20 T
qtt1 = 30 T
α = 0,8
q0(1) = αqtt1+qbì1= 0,8*30+20 = 44 (T)
Với toa xe loại 2
qbì 2 = 19 T
qtt2 = 40T
α = 0,8
q0(2) = αqtt2+qbì2= 0,8*40+19= 51(T)
Vậy, lực cản đơn vị cơ bản của từng toa xe mỗi loại là:
ω 0'' (1) =
29 + 16
= 1.45( N / kN )
(1.3621 + 5) ∗ 9,81
3.6.1.2 Kiểm tra khối lượng của đoàn tàu theo điều kiện khởi động
Phương trình cân bằng lực kéo khởi động của đoàn tàu có dạng:
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
Fkkđ = P.g.(wkđ + ikkđ) + Q.g.(wkđ + ikkđ)
Fkkd
Qkđ = (w + i ).g − P
kd
kkd
Fkkd
ikkđ = (Q + P).g − w kd
Trong đó:
Fkkđ - Lực kéo khởi động của đầu máy: Fkkđ = 146000N
P - Khối lượng của đầu máy: P = 56(T)
wkđ =
W' o * P + W"0 *Q 2.4368 * 56 + 1.3621 * 1809
=
= 1.52( Kg / T ) - Lực cản khi
P+Q
56 + 1809
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
α=0,8 :Hệ số chất hàng
Thay số, ta có:
η=
0.45 ∗ 0,8 ∗ 30 + 0,55 ∗ 0,8 ∗ 40
= 0.594
0,45 ∗ 44 + 055 ∗ 51
Vậy, khối lượng hàng của đoàn tàu là:
QH = η.Q = 0,594∗1809 = 1074.546(T)
3.6.2. Chiều dài đoàn tàu
3.6.2.1 Tính số toa tàu mỗi loại
Ta có công thức tính khối lượng của đoàn tàu theo tổng số toa tàu, tỉ lệ
theo số lượng từng loại toa và khối lượng toa cả bì của từng loại:
Q = n.∑γi.qi
Trong đó:
Q - Khối lượng của đoàn tàu (T)
n - Tổng số toa tàu.
γi - Tỉ lệ theo số lượng của toa xe loại i.
qi - Khối lượng cả bì của toa xe loại i (T)
Từ đó, ta có:
Q
1809
lsử dụng = ltàu + 30 = 493.906 + 30 = 523.906 (m)
Căn cứ vào điều 2.3.2 – Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm: chiều dài
đường đón tiễn của ga trên Đường sắt chủ yếu nên sử dụng con số tiêu chuẩn:
650m, 750m, 850m
Với chiều dài sử dụng của đường đón tiễn tính toán được như trên, ta
chọn:
lsủ dụng = 650 (m).
3.7.2 Chiều dài nền ga
Chiều dài sử dụng của đường đón tiễn: lsử dụng = 650 (m).
Loại ga
Ga
nhườngtránh
Ga trung
gian
Loại hình
ga
Kiểu xếp
ngang
Kiểu xếp
ngang
Chiều dài đường đón tiễn trong thời kỳ
sau(m)
650
900
1100
3.7.3 Số đường trong ga
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
Khả năng thông qua ở năm vận doanh thứ3:
N = (1 + p).(nh + ek.nk + el.nl)
(đôi tàu/ngày đêm)
Trong đó:
p - Hệ số dự trữ về khả năng thông qua.
ek, el - Hệ số tính đổi của các loại tàu khách và tàu lẻ ra tàu hàng.
nk, nl - Số đôi tàu khách và tàu lẻ trong một ngày đêm.
nh - Số đôi tàu hàng thông qua theo một chiều.
γ.G ct
nh = 365.Q
H
QH - Khối lượng hàng của đoàn tàu (T)
γ - Hệ số xét đến sự vận chuyển không đều trong năm.
Ta có:
p = 0,2 ek = 1,2
el = 1,5
nk = 2
(đôi tàu/ngày đêm)
nl = 1
(đôi tàu/ngày đêm)
Số đôi tàu hàng thông qua theo 1 chiều ở năm thứ 3 là:
được đảm bảo.
Theo điều 2.2.1 - Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm, với đường cấp
I,II : Rmax = 4000 (m).
Với tuyến ĐS Thái Nguyên-Kép, chọn: Rmax = 3000 (m).
3.9 Nền đường
3.9.1 Bề rộng mặt đỉnh nền đường
Bề rộng mặt đỉnh nền đường trên đường thẳng tuyến Đường sắt KépThái Nguyên là:
Nền đào B=6,2 (m).
Nền đắp B=6,4 (m)
Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm quy định: Trên những đoạn đường
cong trong khu gian, phải nới rộng nền đường về phía lưng đường cong:
Đường cong R < 600 (m) thì nới rộng thêm ∆B=0,6(m).
Đường cong R =600 ÷ 1500(m) thì nới rộng ∆B=0,5(m).
Đường cong R =1500÷ 2000(m) thì nới rộng ∆B=0,4(m).
Đường cong R =2000 ÷ 3000(m) thì nới rộng ∆B=0,3(m).
Đường cong R =3000 ÷ 4000(m) thì nới rộng ∆B=0,2(m).
3.9.2 Mui luyện
Theo điều 4.3.1 – Quy phạm TKKTĐS khổ1435 mm, ta chọn trắc ngang
mui luyện nền đường có hình thang:
Mặt đỉnh nền đường phải có mui luyện để dễ thoát nước và làm khô nền
đường .Thiết kế mui luyện căn cứ vào QPTK khổ 1435 mm
Ta chọn trắc ngang mui luyện là hình thang
Cạnh trên: 2,1 (m)
Chiều cao: 0.15 (m)
Cạnh đưới bằng bề rộng mặt nền đường
Trên đường cong, chiều rộng trên mui luyện vẫn giữ là 2,1(m).
3.9.3 Taluy nền đường
Điều 4.3.5 – Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm quy định: Nếu điều kiện
1:0.2 ÷
1:1
Điều 4.3.7 – Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm quy định về taluy nền
đắp như sau:
ChiÒu cao lín nhÊt(m)
ChiÒu
ChiÒu
ChiÒu
cao toµn cao líp cao líp
bé
trªn
díi
6
_
_
12
_
_
§¸ d¨m,®¸
cuéi,c¸t to
12
dèc líp dèc líp
toµn bé trªn
díi
1:1
_
_
,5
1:1
_
_
,5
1:1
1:1,
_
,5
75
1:0
1:1,
_
2
2
1:1
1:1,
_
,5
75
Tùy vào chiều cao đào và đắp từng đoạn mà chọn độ dốc mái ta luy theo
bảng.
3.9.4 Cao độ vai đường
yêu cầu của thuỷ lợi và công nghiệp.
Công trình thoát nước mặt nền đường bao gồm rãnh biên, rãnh đỉnh,
máng nước, hố lấy đất và mương thoát nước của đường đắp.
Khi độ dốc ngang mặt đất lớn, nước ở mặt đất chỉ có thể chảy từ một bên
dốc vào nền đường thì rãnh biên hoặc rãnh đỉnh chỉ cần làm ở phía đó.
Ở vùng đồng bằng, độ dốc ngang không rõ ràng và chiều cao nền đường
đắp dưới 2 (m) thì phải bố trí mương thoát nước ở 2 bên nền đắp.
Căn cứ theo Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm, kích thước rãnh thoát
nước của nền đường phải đảm bảo các quy định sau:
Kích thước mặt cắt ngang rãnh biên, rãnh đỉnh, máng nước phải xét đến
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
lưu lượng nước chảy, đảm bảo nước chảy nhanh thoát.
Đối với nền đào, chiều rộng đáy rãnh nói chung không được nhỏ hơn
0.40 (m), chiều sâu không được nhỏ hơn 0.60 (m).
Đối với nền đường đắp, chiều rộng đáy rãnh không được nhỏ hơn 0.60
(m).Trường hợp đắp qua bùn, không được bé hơn 0.8 (m).
Chiều rộng đường bảo hộ giữa chân mái dốc đường đắp và mép mương
thoát nước hay thùng đấu nói chung không được nhỏ hơn 2.00 (m). Trường
hợp cá biệt, khi điều kiện thoát nước tốt, điều kiện địa chất, khí hậu tốt và
chiều cao nền đắp thấp thì có thể giảm chiều rộng đường bảo hộ xuống 1 (m).
Đường bảo hộ phải làm dốc ra phía ngoài chân mái dốc nền đường với độ dốc
≥ 2 %.
Kích thước của mặt cắt ngang rãnh biên của đoạn đường không đào
không đắp, của đoạn chiều cao nền đắp < 5.00 (m) và của rãnh đỉnh phải kiểm
toán theo lưu lượng nước tần suất 25 năm đối với đường chủ yếu, 20 năm đối
≥ 0.4 m
Khi mặt đất có độ dốc ngang lớn (1:5 ~ 1:2.5) thì phải đánh cấp, máng
thoát nước hoặc hố đấu lấy đất để thoát nước nên đặt ở bên sườn cao để đón
5
1.
1:
≥ 1m
1m ~ 2m
≥ 0.4 m
2%~4%
1%~2%
h = 6m
6,2m
2,1 m
1:5 ~ 1:2.5
1:1
.7
5
đất thừa, cứ 50 ~ 100m thì để một cửa rộng hơn 1m để thoát nước.
2%~4%
1 ~ 5m
≤ 3m
≥ 1m
≥ 0.6m
2%~4%
≥ 0.4m
2 ~ 5m
1
0.15 m
:m
3.1 m
1.05 m
Trắc ngang định hình nền đào không có đống đất thừa được sử dụng khi
nền đường đi qua vùng đất nông nghiệp, lượng đất đào phải được vận chuyển
dọc, đổ xuống nền đắp.
≥ 5m
≥ 0.4m
Theo Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm, chiều rộng nền đường ở ga,
trạm phải quyết định theo thiết kế của đường ga. Khoảng cách từ tim đường
ga ngoài cùng đến mép đường không được nhỏ hơn 3,5 (m), Khoảng cách
giữa các tim đường trong ga bằng 4,8 m
≤
%
3.9.8 Ranh giới chiếm đất của Đường sắt
Theo Điều 4.8.3 Quy phạm TKKTĐS khổ 1435 mm:
Chiều rộng chiếm đất của khu gian phải tuân theo quy định. Đồng thời,
khoảng cách tính từ chân nền đối với nền đường đắp, hay kể từ mép đỉnh đối với
nền đường đào tới giới hạn chiếm đất là 5 (m). Hoặc là kể từ chân rãnh dọc hay
mép ngoài của rãnh đỉnh tới giới hạn chiếm đất là 3 (m).
Đối với vùng ruộng nương chuyên dùng để sản xuất nông nghiệp thì
khoảng cách trên có thể giảm xuống tới 2 (m).
3.10 Kiến trúc tầng trên
3.10.1 Ray
3.10.1.1 Chọn ray theo quan điểm khai thác đảm bảo tổng trọng lượng
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
thông qua ở năm thứ 5
Theo quan điểm này, ta phải tính được Qtt ở năm vận doanh thứ 5:
Qtt ≥ 2.[(nh + nl).(P + Q) + nk.(P + Qk)].365
Trong đó:
= 36.36 (kg/m)
2,2
2.2
Trong đó: Vmax - Lấy bằng tốc độ cấu tạo của đầu máy: Vmax = 80(km/h).
Như vậy, sau khi tính toán theo các cách lựa chọn loại ray khác nhau, ta
chọn sử dụng loại ray P43 cho tuyến Kép- Thái Nguyên
3.10.2 Tà vẹt
Hiện nay, đường sắt Việt Nam sử dụng 3 loại tà vẹt:
Tà vẹt sắt.
Tà vẹt gỗ.
Tà vẹt bê tông.
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
3.10.2.1 Tà vẹt sắt
Ưu điểm:
Khả năng xê dịch lớn.
Sản xuất công nghiệp.
Vận chuyển dễ dàng.
Nhược điểm:
Thời gian phục vụ ngắn.
Khó chèn đá dưới tà vẹt.
Nhược điểm:
Dễ bị nứt ở vị trí bị kéo.
Cứng, do đó, phải tăng cường hệ thống lò xo đàn hồi để giữ ray, giảm lực
ThiÕt kÕ ®êng s¾t F1
Bé M«n §êng S¾t
xung kích.
Tà vẹt bê tông cốt thép chia thành 2 loại chính:
Tà vẹt bê tông cốt thép thường.
Tà vẹt bê tông cốt thép dự ứng lực.
Tà vẹt BTCT thường 2 khối có đòn thép liên kết. Đòn thép có thể làm
bằng ray cũ loại nhẹ, thép góc, thép chữ U hay thanh thép.
Để cho tà vẹt loại này làm việc được tốt, phải đảm bảo cho bê tông chỗ
đòn thép chôn vào khối tà vẹt không bị vỡ và phải dùng thiết bị nối giữ kiểu
lò xo. Tà vẹt loại 2 khối có lực cản chống xê dịch ngang lơn hơn loại tà vẹt
toàn khối bởi vì khi xê dịch, nó bị đá balát giữa 2 khối giữ lại.
Loại tà vẹt BTCT thường toàn khối có độ cứng chống uốn ở phần giữa
tương đối nhỏ. Nó chỉ thích ứng với tải trọng trục và cường độ hoá vận không
lớn.
Tà vẹt BTCT 2 khối dễ chế tạo, giá thành rẻ hơn loại liền khối cùng khổ
đường nên được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới.
Qua phân tích và so sánh ưu, nhược điểm của các loại tà vẹt, ta thấy, với
khí hậu của nước ta và trong điều kiện hiện nay, sử dụng tà vẹt bê tông là phù
hợp và kinh tế nhất.
Số lượng các thanh tà vẹt:
Trên đường thẳng: 1600 (thanh/km).
Trên đường cong phải mở rộng về phía lưng đường cong một khoảng
∆b=0,5m
+Độ dốc mái ba lát :chọn độ dốc mái ba lát là 1:m=1:1,5
3.10.4 Ghi
Ghi dùng cho tàu thông qua đi theo nhánh bên có tốc độ không qua
45(km/h) không nhỏ hơn ghi số 11
Ghi dùng để đón tiễn tàu hàng ở hướng bên và ghi ở các đường ga khác
không được nhỏ hơn ghi số 9
Để tiện sử dụng cho cả tàu hàng và tàu khách cũng như điều kiện cung
cấp ghi hiện tại ,ta chọn ghi N10 cho tuyến thiết kế Tà vẹt ghi là tà vẹt ghỗ
nhóm 2 được phòng mục trước khi sử dụng
3.10.5 Thiết bị phòng xô
Trên toàn chiều dài của đường chính phải lắp đặt thiết bị phòng xô Trên
đường cong bán kính từ 600m trở xuống từ 600m trở xuống thì ở toàn bộ
đường cong tròn và đường cong chuyển tiếp đều ph¶i lắp thanh giằng và
thanh chống ray theo bảng dưới đây:
Bán kính đường
Số thanh rằng lắp
Số đôi chống ray
Copyright: Tài liệu đại học ©