Báo cáo khoa học: "Nghiên cứu thực nghiệm chỉ tiêu mô đun đàn hồi của một số loại đất làm nền đ-ờng ôtô d-ới tác dụng của tải trọng động (Mr)" potx

tính toán năng lực v thời gian thông qua
cho đon tu đờng sắt nhẹ h nội h đông

TS. Nguyễn Văn Chuyên
Bộ môn Đầu máy - Toa xe
Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT

Tóm tắt: Tuyến đờng sắt trên cao H Nội - H Đông đợc nh nớc đầu t sẽ triển khai
trong thời gian tới. Để có thể lựa chọn đợc mật độ v thnh phần đon tu, cần tính toán năng
lực v thời gian thông qua. Đây l một quá trình rất khó khăn, cần phải thống kê v tính toán
chính xác.
Summary: The overhead railway Ha Noi - Ha Dong will be implemented in the near
furture. To decide density and components of a train, we work out its transporting capacity and
working time. This is a difficult process so we have to collect data and caculate precisely.

i. đặt vấn đề
Tuyến đờng sắt Hà Nội - Hà Đông là tuyến đờng sắt nhẹ, đợc xây dựng có đoạn trên
mặt đất, có đoạn dới lòng đất và có đoạn trên cao, hoàn toàn cách ly với các phơng tiện giao
thông khác. Đây là loại hình giao thông giao cắt không gian, bảo đảm tốc độ nhanh. Do loại
hình giao thông đặc biệt nh vậy nên giãn cách các đoàn tàu có thể rất ngắn. Chúng ta cần
phải xác định năng lực vận tải trên cơ sở tần suất và thành phần đoàn tàu để có thể đạt đợc
hiệu quả vận tải cao.
ii. nội dung
1. Những đặc trng chủ yếu của giao thông đờng sắt nhẹ
Do đặc điểm kỹ thuật và phạm vi sử dụng, sự phân loại giao thông đờng sắt nhẹ rất khác
nhau, chẳng hạn nh: nớc Đức, lấy việc cải tạo tàu điện truyền thống ở các giai đoạn khác
nhau để chia đờng sắt nhẹ ra 4 cấp: cấp I là tàu điện bánh sắt truyền thống đợc hiện đại hoá
toàn bộ tuyến đờng nằm trên mặt đất, chỉ có tuyến mới xây dựng mới đặt băng hàng cách ly.
Cấp Il là phần đờng chạy qua thành phố thì đợc xây dựng trên cao hoặc ngầm dới đất, phần
đờng ngoại ô thì chạy trên đê cạn, nhằm tạo giao cắt không gian với các phơng tiện giao

thông khác. Cấp III là tỉ lệ phần đờng chạy ngầm đợc tăng lên, toàn tuyến cách ly, dùng máy
tính chỉ huy chạy tàu. Cấp IV so với cấp III có mức độ tự động hoá cao hơn. Năng lực khách vận
(một chiều) lớn nhất có thể đạt 40.000 khách/h. Thờng chỉ xây dựng ở thành phố lớn.

Cũng có nớc lấy mức độ hiện đại hoá, chia giao thông đờng sắt nhẹ ra 3 loại: thấp, trung
bình và cao. Loại thấp: tuyến đờng chủ yếu nằm trên mặt đất, dùng hình thức chạy tàu bán tự
động, chỉ có điểm giao nhau quan trọng, mới giao cắt không gian, các điểm giao bình thờng
vẫn là giao cắt phẳng, đoàn tàu có 2 ~ 3 toa: năng lực chuyên chở là 8.000 ~ 5.000 khách/h.
Loại trung và cao cấp: phần lớn tuyến đờng đợc xây dựng trên cao hoặc ngầm dới đất, một
phần nhỏ chạy trên mặt đất, chủ yếu là ở vùng ngoại ô thành phố và chạy tàu hoàn toàn tự
động. Năng lực khách vận (một chiều), loại trung bình là 16.000 ữ 28.000 khách/h, loại cao cấp
là 28.000 ữ 38.000 lợt khách/h.
Tham số kỹ thuật chủ yếu của giao thông đờng sắt nhẹ gồm có:
* Năng lực khách vận
Năng lực khách vận của giao thông đờng sắt nhẹ, thiết kế trong khoảng 10.000 ữ 30.000
khách/h (một chiều giờ cao điểm), tức là nằm giữa đờng sắt ngầm và ôtô buýt. Tối đa, không
nên vợt qúa 40.000 khách/h, vì nh thế đầu t sẽ ở mức cao hơn rất nhiều, hiệu quả kinh tế
giảm thấp.
* Tuyến đờng
Tuyến đờng của giao thông đờng sắt nhẹ, có thể là trên mặt đất, trên giá cao hoặc ngầm
dới đất. Khi thiết kế cụ thể, phụ thuộc vào bố cục tổng thể và quỹ đất của thành phố, hớng di
chuyển của hành khách và yêu cầu bảo vệ môi trờng
Tuyến đờng và bến đỗ cần phối hợp tốt với toàn mạng giao thông của thành phố liên hệ
một cách hữu cơ giữa khu dân c với các khu dịch vụ và công tác thơng mại, nhà máy, trờng
học, bệnh viện và vui chơi giải trí
Bán kính nhỏ nhất: Trên tuyến không nhỏ trơn 100 m, nơi đặc biệt không khó khăn, không
nhỏ hơn 50m, bãi xe, không nhỏ hơn 25m.
Độ dốc lớn nhất: Trên tuyến có thể tới 60%
o. Để đảm bảo vận hành bình thuận, trên đờng
cong thiết kế có đờng hoà hoãn và đoạn thẳng giữa 2 đờng cong liên tiếp.

* Đờng ray
Đờng ray thờng dùng theo tiêu chuẩn quốc gia, để duy tu bảo dỡng thuận tiện và sự
quản lý thống nhất với các hình thức giao thông đờng sắt thành phố khác.
Trên tuyến dùng ray 50kg/m, trừ đoạn cong ra, đều dùng ray không mối nối, nhằm nâng
cao chất lợng chạy tàu, giảm nhỏ tiếng ồn.
* Toa xe
Toa xe đờng sắt nhẹ phân thành: toa 4 trục, toa 6 trục một khớp và toa 8 trục hai khớp.
Mỗi loại còn chia ra: toa hai buồng lái, toa một buồng lái và toa không buồng lái. Tất cả các loại
toa đều là toa động lực: Toa xe đờng sắt nhẹ, có thể chạy độc lập, cũng có thể nối kết chạy
thành đoàn. Trung Quốc thờng dùng toa 6 trục một khớp hai buồng lái, mô tơ điện kéo một
chiều. Khi kết nối thành đoàn, nhiều nhất là 4 toa.

* Bến đỗ
Căn cứ vị trí tuyến đờng, điều kiện địa hình, yêu cầu tổ chức chạy tàu và lu lợng hành
khách lên xuống đợc quyết định vị trí, hình thức và quy mô bến đỗ.
Vị trí bến đỗ, trớc hết xét đến các điểm có khách lên xuống tơng đối tập trung nh: ga
đờng sắt chính tuyến, sân bay, bến cảng, các trung tâm thơng mại, vui chơi giải trí, các công
sở, nhà máy, trờng học, bệnh viện và các điểm chuyển đổi phơng tiện giao thông
Hình thức kiến trúc bến đỗ phải phù hợp cảnh quan đô thị. Không cách bến đỗ trung bình
1000m là tốt nhất, vùng ngoại ô có thể dài hơn, trong nội thành có thể ngắn hơn.
* Hệ thống cấp điện
Hệ thống cấp điện phải an toàn và tin cậy, đây là điều kiện tiên quyết đợc bảo đảm cho
hành khách và trình tự vận hành
bình thờng của đoàn tàu. Hệ thống
cấp điện cho giao thông đờng sắt
thành phố nói chung, đờng sắt nhẹ
nói riêng phải thuộc hệ thống phụ tải
cấp I của quốc gia, hơn thế còn phải
do hai đờng nguồn cung cấp, trong
đó một đờng phải là đờng cấp chuyên dùng, nhằm bảo đảm cấp điện liên tục.

Nội dung thực hiện Thời gian (s) Khoảng cách (m)
Tăng tốc từ 0 ữ 40 km/h
với a = 0,83 m/s2
13,39 74,22
Tăng tốc từ 40 ữ 80 km/h
13 74,21
Hãm từ 80 ữ 0 km/h với
a = 1 m/s2
22,24 246,4
Chế độ điện áp theo tiêu chuẩn điện áp quốc tế DC 750V và dùng phơng thức mạng tiếp
xúc trên cao.
* Hệ thống thông tin tín hiệu
Hệ thống thông tin tín hiệu để bảo đảm an toàn chạy tàu và nâng cao hiệu suất vận tải; Nói
chung, cần thoả mãn các nguyên tắc sau:
- Phải có năng lực bảo đảm an toàn và hiệu suất chạy tàu; phục vụ an toàn tin cậy và
thuận tiện đối với hành khách.
- Cần kết hợp điều kiện thực tế với kỹ thuật tiên tiến, trong điều kiện kinh tế cho phép, cần
lợi dụng tối đa kỹ thuật cao, nâng cao trình độ hiện đại hoá.
- Phù hợp yêu cầu nhất thể hoá thiết bị, khi thiết kế có lợng d để có thể thích ứng với sự
phát triển sau này.
* Bảo vệ môi trờng
Theo sự phát triển của kinh tế và xã hội, yêu cầu của c dân đô thị đối với chất lợng cuộc
sống ngày càng cao, bởi vậy, vấn đề bảo vệ môi trờng trong phát triển đờng sắt thành phố
nói chung phải đặc biệt coi trọng, bao gồm: cảnh quan, ô nhiễm không khí, tiếng ồn.
Tham khảo khả năng kỹ thuật của các nớc có nền công nghiệp chế tạo đoàn tàu metro
tiên tiến, các chỉ tiêu đặc trng cho khả năng vận tải nhanh có thể chọn tiêu chuẩn kỹ thuật khi
thiết kế tuyến đờng Hà Nội - Hà Đông nh sau: khi tăng tốc đoàn tàu từ vận tốc 0 km/h ữ 40 km/h

thì gia tốc a = 0,83 m/s
2

; gia tốc khi hãm từ tốc độ 80 km/h ữ 0 km/h: a = 1 m/s
2
. Từ đó xác định
thời gian và khoảng cách tăng tốc và giảm tốc tại các ga đón và trả khách theo bảng 1.
Sau khi tăng tốc và giảm tốc đoàn tàu đạt tốc độ cao ngay, sơ bộ có thể biểu thị khả năng
phát huy tốc độ trong một khu gian nh hình 1:
trong hình 1:
t
k
- Thời gian khởi hành tăng
tốc từ 0 ữ 40 km/h.
S
k
- Quãng đờng cần thiết
để tăng tốc từ 0 ữ 40 km/h.
t
h
- Thời gian hãm từ tốc độ
80 km/h ữ 0 km/h.
S
h
- Quãng đờng hãm giảm
tốc từ 80 km/h ữ 0 km/h.
t
v
- Thời gian vận hành với
tốc độ định mức cho phép.
S
v
- Quãng đờng vận hành

tơng ứng với tốc độ định mức.
Từ đặc tính gia và giảm tốc
trên, có thể xây dựng đợc quá
trình vận chuyển của đoàn tàu metro nh hình 2.
Thời
g
ian
(
s
)

Khoảng cách (m)
V km/h
80
70
60
50
40
30
20
10
0
t
k
S
k

t
v
S

v

t
h
S
h

Khoản
g
cách của 1 khu
g
ian
Hình 1. Biểu đồ quan hệ tốc độ, thời gian,
khoảng cách vận hnh cho một ga

Hình 2. Biểu đồ V =

(s) tuyến H Nội - H Đông
Dựa vào giá trị gia tốc giảm tốc và khoảng cách giữa các ga, tính đợc thời gian cần thiết
để đoàn tàu đi hết từng khu gian, từ đó tính đợc thời gian đoàn tàu đi hết một quay vòng, số
liệu theo bảng 2, 3:

Bảng 2
Thời gian (giây)
Ga Khoảng cách (m)
t
k
+ t
h
t

v
t
i
TG dừng (s)
Tổng thời
gian (s)
01 850 49,03 13,80 62,83 30 92,83
02 1120 49,03 25,95 74,98 30 104,98
03 995 49,03 20,33 69,36 30 99,36
04 768 49,03 10,11 59,14 30 89,14
05 867 49,03 14,57 63,6 30 93,6
06 1075 49,03 23,93 72,96 30 102,96
07 1125 49,03 26,19 75,22 30 105,22
08 1000 49,03 20,55 69,58 30 99,58
09 1450 49,03 40,80 89,83 30 119,83
10 990 49,03 20,10 69,13 30 99,13
11 1160 49,03 27,75 76,78 30 106,78
12 1470 49,03 41,70 90,73 30 120,73
Tổng 12.870 m 588,36 s 285,78 s 874,14 s 360 s 1234,14 s
Bảng 3. Thời gian cần thiết đon tu thông qua các khu gian
TT Ga Cự ly (m) Thời gian chạy Thời gian đỗ
1 Cát Linh Nhạc Viện 850 62,83 30
2 Nhạc Viện Thái Hà 1120 74,98 30
3 Thái Hà - Láng 995 69,36 30
4 Láng Ngã T Sở 768 59,14 30
5 Ngã T Sở - ĐH Quốc Gia 867 63,6 30
6 ĐH Quốc Gia Vành Đai 3 1075 72,96 30
7 Vành Đai 3 Thanh Xuân 1125 75,22 30
8 Thanh Xuân BX Hà Đông 1000 69,58 30
9 BX Hà Đông Bệnh Viện 1450 89,83 30

10 Bệnh Viện La Khê 990 69,13 30
11 La Khê - Văn Khê 1160 76,78 30
12 Văn Khê - Vành đai 4 1470 90,73 30
Tổng cộng 12.870 m 874,14 giây 360 giây
Dựa vào kết quả bảng 2, bảng 3 ta vẽ đợc đồ thị t = f(s).

Hình 3. Biểu đồ t = (s) tuyến H Nội - H Đông

Tổng thời gian đoàn tàu chạy từ ga Cát Linh đến ga Hà Đông có kể tới 5% dự phòng:
t = 1234,14 + 1234,14*5% = 1295,85 giây 21 phút.
Để ý tới thời gian quay đầu đoàn tàu chuyển làn đờng và quay vòng tại ga đầu mối, thời
gian cần thiết để thực hiện 1 quay vòng là:
TQV = (21 + 6)*2 = 54 phút = 0,9 giờ
Căn cứ vào quy chuẩn thiết kế các đoàn tàu Metro chạy trên đờng 1435, đây là khổ
đờng chọn cho tuyến Hà nội - Hà Đông và quy chuẩn tính toán khung giới hạn toa tầu tính
đợc số lợng hành khách cho một toa tầu và kích thớc toa tầu biểu thị ở bảng 4 và bảng 5.
Bảng 4. Xác định số hnh khách trong 1 đon tu
Lợng khách trên mỗi toa
Điều kiện chuyên chở
Toa có động cơ M Toa có buồng lái TC
Tổng số khách ở 4 toa
Khách ngồi 42 36 156
Khách đứng 6 ngời/1m
2
245 230 950
Khách đứng 9 ngời/1m
2
367 345 1424
Nếu đứng 6 ngời/m
2

đoàn tàu sẽ chứa đợc 1106 ngời.
Nếu đứng 9 ngời/m
2
đoàn tàu sẽ chứa đợc 1580 ngời.
Bảng 5. Các kích thớc cơ bản của toa xe
TT Các thông số Trị số [mm]
1 Chiều dài kể cả móc nối 19520
2 Chiều dài thùng xe 19000
3 Chiều rộng lớn nhất của thùng xe 2800
4
Chiều cao toa xe từ đỉnh ray đến đỉnh toa xe với bánh xe mới và không kể cần
tiếp điện bao gồm cả hệ thống gió và điều hoà không khí
3800
5 Chiều cao từ sàn xe tới trần toa xe ở giữa xe Khoảng 2100
6 Chiều cao từ đỉnh ray tới mặt sàn toa xe 1100
7 Khoảng cách tâm hai cối chuyển Khoảng 13000
8 Đờng kính bánh xe mới 840
9 Đờng kính bánh xe đã chạy mòn 770
10 Khoảng cách trục trong một giá chuyển hớng 2200
11 Chiều cao từ mặt ray tới tâm móc nối
660 10
2. Tính toán năng lực vận tải hành khách trên tuyến Hà nội - Hà Đông.
Trên cơ sở thống kê hiện trạng và dự báo của Viện Chiến lợc giao thông vận tải, qua phân
tích tuyến Cát Linh - Hà Động có lợng hành khách vận chuyển biến động theo thời gian.
Tại giờ cao điểm mật độ hành khách lớn nhất trên khu gian theo số liệu thiết kế là 7600
hành khách/1 giờ (số liệu thống kê tại khu gian Nhạc viện Hà Nội - Thái Hà là 7330 ngời/ giờ)
theo một chiều. Mật độ hành khách lớn nhất theo hai chiều tại giờ cao điểm là: 7600 ì 2 =
15.200 hành khách.
Sức chứa lớn nhất của đoàn Metro gồm 04 toa với mật độ 6 ngời/m
2

là 950 hành khách đi
một chiều. Với mật độ 9 ngời/m
2
là 1424 hành khách.
Số lợng đoàn tầu Metro yêu cầu để hoàn thành kế hoạch vận chuyển hành khách trong
giai đoạn đầu là 11 đôi tàu/1giờ.
Đoàn Metro làm việc từ 5 giờ đến 22 giờ (17 giờ liên tục), giờ cao điểm là các giờ: 6 - 7;
7 - 8; 8 - 9; 16 - 17; 17 - 18; 18 - 19 (tổng là 6 giờ). Trong các giờ không cao điểm ta chỉ lấy
bằng 60% so với giờ cao điểm. Căn cứ vào lợng hành khách có thể biên chế đoàn tàu cho các

thời kỳ 2005-2007, 2010, 2020 theo bảng 6.
Bảng 6. Số đôi tu trong 1 giờ
Các thời kỳ
Số đôi tàu/giờ
2005 - 2007 2010 2020
Số lợng cần thiết để hoàn thành khối lợng vận tải hành
khách
9 17 25
Số lợng yêu cầu giờ cao điểm 11 20 30
Số lợng yêu cầu giờ khôngcao điểm 7 12 18
Trên cơ sở bảng 6 ta sẽ tính đợc năng lực vận chuyển của đoàn tàu Metro trong một ngày
trong giai đoạn đầu 2005 - 2007, 2010 và 2020 biểu thị qua các bảng 7, 8, 9.
Bảng 7. Năng lực vận chuyển của đon tu trong giai đoạn 2005-2007
Giờ bắt
đầu
Giờ kết
thúc
Gin cách
(phút)
Chuyến/giờ/tuyến

Năng lực
(ngời)
Khả năng
(ngời)
05 : 00 06 : 00 5 7 6.650 9.968
06 : 00 07 : 00 4 11 10.450 15.664
07 : 00 08 : 00 4 11 10.450 15.664
08 : 00 09 : 00 5 11 10.450 15.664
09 : 00 10 : 00 7 7 6.650 9.968
10 : 00 11 : 00 7 7 6.650 9.968
11 : 00 12 : 00 7 7 6.650 9.968
12 : 00 13 : 00 7 7 6.650 9.968
13 : 00 14 : 00 7 7 6.650 9.968
14 : 00 15 : 00 7 7 6.650 9.968
15 : 00 16 : 00 4 7 6.650 9.968
16 : 00 17 : 00 4 11 10.450 15.664
17 : 00 18 : 00 4 11 10.450 15.664
18 : 00 19 : 00 5 11 10.450 15.664
19 : 00 20 : 00 7 7 6.650 9.968
20 : 00 21 : 00 10 7 6.650 9.968
21 : 00 22 : 00 10 7 6.650 9.968
Tổng cộng 143 135.850 163.760
Bảng 8. Năng lực vận chuyển của đon tu trong giai đoạn 2010
Giờ bắt
đầu
Giờ kết
thúc
Gin cách
(phút)
Chuyến/giờ/tuyến Năng lực (ngời) Khả năng (ngời)

05 : 00 06 : 00 5 12 11.400 17.088
06 : 00 07 : 00 4 20 19.000 28.480
07 : 00 08 : 00 4 20 19.000 28.480
08 : 00 09 : 00 5 20 19.000 28.480
09 : 00 10 : 00 7 12 11.400 17.088
10 : 00 11 : 00 7 12 11.400 17.088
11 : 00 12 : 00 7 12 11.400 17.088
12 : 00 13 : 00 7 12 11.400 17.088
13 : 00 14 : 00 7 12 11.400 17.088
14 : 00 15 : 00 7 12 11.400 17.088
15 : 00 16 : 00 4 12 11.400 17.088
16 : 00 17 : 00 4 20 19.000 28.480
17 : 00 18 : 00 4 20 19.000 28.480
18 : 00 19 : 00 5 20 19.000 28.480
19 : 00 20 : 00 7 12 11.400 17.088
20 : 00 21 : 00 10 12 11.400 17.088
21 : 00 22 : 00 10 12 11.400 17.088
Tổng cộng 204 193.800 290.496

Bảng 9. Năng lực vận chuyển của đon tu trong giai đoạn 2020
Giờ bắt
đầu
Giờ kết
thúc
Gin cách
(phút)
Chuyến/giờ/tuyến
Năng lực
(ngời)
Khả năng

(ngời)
05 : 00 06 : 00 5 18 17.100 25.632
06 : 00 07 : 00 4 30 28.500 42.720
07 : 00 08 : 00 4 30 28.500 42.720
08 : 00 09 : 00 5 30 28.500 42.720
09 : 00 10 : 00 7 18 17.100 25.632
10 : 00 11 : 00 7 18 17.100 25.632
11 : 00 12 : 00 7 18 17.100 25.632
12 : 00 13 : 00 7 18 17.100 25.632
13 : 00 14 : 00 7 18 17.100 25.632
14 : 00 15 : 00 7 18 17.100 25.632
15 : 00 16 : 00 4 18 17.100 25.632
16 : 00 17 : 00 4 30 28.500 42.720
17 : 00 18 : 00 4 30 28.500 42.720
18 : 00 19 : 00 5 30 28.500 42.720
19 : 00 20 : 00 7 18 17.100 25.632
20 : 00 21 : 00 10 18 17.100 25.632
21 : 00 22 : 00 10 18 17.100 25.632
Tổng cộng 306 290.700 435.744
Từ kết quả các bảng 7, 8, 9 ta vẽ đợc đồ thị năng lực vận chuyển hình 4, 5, 6.
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000

56789101112131415161718192021

Ngời
Năng lực
Khả năng
giờ
Hình 4. Năng lực vận chuyển hnh khách ở giai đoạn 2005-2007

0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
56789101112131415161718192021
Series2
Series1

Ngời
giờ
Năng lực
Khả năng

Hình 5. Năng lực vận chuyển hnh khách ở giai đoạn 2010
0
5.000
10.000
15.000
20.000

25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
5 6 7 8 9 101112131415161718192021

Ngời
giờ

Năng lực
Khả năng
Hình 6. Năng lực vận chuyển hnh khách ở giai đoạn 2020
III. Kết luận
Việc tính toán năng lực thông qua và thời gian quay vòng đoàn tàu của tuyến đờng sắt
nhẹ Hà Nội - Hà Đông là rất khó khăn phụ thuộc vào quá trình thống kê trong nhiều năm.
Chúng tôi dựa trên cơ sở đó với sự trợ giúp của các cơ quan nh Viện Chiến lợc, Tổng Công ty
t vấn thiết kế giao thông vận tải; mới chỉ tính toán đợc năng lực trong một số mốc thời gian
của tuyến và xây dựng các biểu đồ V = f(s), t = f(s), để xây dựng các quay vòng định ra tần suất
đoàn tàu nhằm giúp cho việc xây dựng tuyến đờng sắt Hà Nội - Hà Đông có độ chính xác cao.
Tài liệu tham khảo
[1]. TEWET Và trung tâm nghiên cứu phát triển giao thông vận tải phía Nam. Nghiên cứu khả thi tuyến tàu
điện ngầm thành phố Hồ Chí Minh.
[2]. Co, Ltd. CNR Group. Technical proposal for vehicle of Ha Noi rail traffic line, Bắc kinh 2004.
[3]. Nguyễn Văn Chuyên, Trơng Duy Phúc. Sức kéo đầu máy điện, Hà Nội 2003