Khảo sát và thiết kế đường sắt part 8 pdf

43
nhiờn chi phớ vận doanh của phương ỏn ñI thẳng ñó ớt hơn chi phớ vận doanh của
phương ỏn ñi vũng trỏnh.
Ngày nay khi mà các giải pháp công nghệ sử lý ñất yếu ñã ñược nghiên cứu
ñầy ñủ, nhà thiết kế thường lựa chọn một giải pháp gia cố ñất yếu phù hợp nhất ñể
ñặt tuyến ñi thẳng vì như vậy mới giải quyết ñược vấn ñề nâng cao tốc ñộ. Tuy nhiên
cũng chú ý ñến:
- Tuyến phải ñi qua vùng bùn lầy hẹp nhất và nơi mặt ñáy không có dốc
nghiêng thì có thể vét hết ñược lớp bùn ñó ñể thay ñất. Nếu mặt ñáy vùng bùn lầy có
dốc nghiêng thì không thể vét hết ñược bùn, do ñó chỉ có thể sử lý bằng cách ñóng
cọc bê tông cho trụ cầu dầm dài bắc qua vùng bùn lầy ñó.
- Nếu có thể, nên lái tuyến ñi gần nơi có ñất tốt có thể dùng ñể ñắp nền ñường.

5.5. CÁC VẤN ðỀ CHỌN TUYẾN QUA CẦU, CỐNG, HẦM VÀ NƠI ðƯỜNG
NGANG
ðường sắt và các công trình cầu, hầm có mối quan hệ chỉnh thể và cùng tồn tại,
nên cần ñược xem xét tổng hợp và thiết kế tổng hợp. Các cầu ñặc biệt lớn, ñường
hầm dài có khối lượng công trình lớn ñược bố trí trên tuyến ñã ñịnh, ñể ñảm bảo an
toàn và hợp lý về kinh tế của các công trình kiến trúc này, căn cứ tình hình ñịa hình,
ñịa chất và thuỷ văn cũng có khi phải di dời tuyến.

5.5.1. Vạch tuyến qua sông.
Vạch tuyến qua sông, chủ yếu là giải quyết tốt hai vấn ñề: chọn vị trí cầu và
thiết kế tuyến ñường dẫn.
Các nhân tố chủ yếu cần xem xét khi chọn vị trí cầu có thể quy nạp thành 3
mặt: ñiều kiện thuỷ văn và ñịa mạo có lợi, ñiều kiện ñịa chất công trình tương ñối tốt
và thoả mãn các quy ñịnh chung của vạch tuyến.

Hình 5-31. Mối quan hệ giữa mực nước với cầu và nền ñường ñầu cầu
Cao ñộ thiết kế của nền ñường ñầu cầu như trên hình 3-29 cần thoả mãn:

H
min
≥ H
l
+ H
g
+ H
j
(5-2)

44
Trong công thức trên:
H
min
: Cao ñộ vai ñường thiết kế (m)
H
l
: Cao ñộ ñáy dầm thiết kế (m). trị số này phụ thuộc vào mức nước thiết
kế của tần suất lũ (ñường sắt cấp I,cấp II là 1% ñường sắt cấp III là 2%) và cao ñộ
tĩnh không ñòi hỏi. Cao ñộ tĩnh không yêu cầu, có thể tra bảng ở tiêu chuẩn thiết kế
do do ngành ñường sắt ban hành.
H
g
: Cao ñộ từ ñáy dầm ñến ñế ray (m)
H
j
: Cao ñộ từ ñế ray ñến vai ñường (m)
Sự phát triển của kĩ thuật thi công cầu khẩu ñộ lớn, trụ cao tạo ñiều kiện thuận
lợi cho công tác chọn vị trí lý tưởng của cầu ở khu vực ñịa hình, ñịa chất phức tạp.
Tại nơi núi cao, vực sâu nếu dùng cầu khẩu ñộ lớn có thể tránh ñược việc dùng trụ

cầu cao và ñịa chất không tốt. Sử dụng cầu khẩu ñộ lớn còn có thể giảm ñược tổng
chiều dài triển tuyến
Khi chọn vị trí cầu phải phù hợp với chiều tuyến không nên làm xa hướng
tuyến nhiều quá, ñối với cầu lớn, vị trí cầu quyết ñịnh hướng tuyến (tuyến theo cầu),
ñối với cầu nhỏ, cầu trung hướng tuyến sẽ quyết ñịnh vị trí cầu tuyến (cầu theo
tuyến).
Lưu ý khi gặp bãi sông nên chọn chiều rộng bãi sông hẹp ñể nền ñường bãi
sông ngắn, nên chọn dòng chính (dòng chủ) có chiều rộng trung bình ñể lưu tốc dong
chảy không lớn lắm, sẽ làm sói mòn ít. Nên tránh ñặt cầu ở những nơi có dòng phân
ñôi. Không nên ñặt góc quay của tuyến ở bãi sông. Nếu bắt buộc phải phải bố trí góc
quay, thì nó phải phù hợp với hướng nước chảy: nước dâng trên bãi sông gặp góc
quay phù hợp sẽ nhanh chóng dồn về dòng chủ thoát qua cầu. Nếu bố trí góc quay
không phù hợp sẽ sinh ra sói nền ñường bãi sông, vì nước không dồn ñược về phía
dòng chủ. Khúc sông có cầu ñi qua phải thẳng, nếu không khúc sông dễ bị xói lở.

45
G
ã
c

q
u
a
y

k
h
«
n
g

h
î
p

l
ý
§
−
ê
n
g

g
i
í
i

h
¹
n
n
−
í
c

l
ª
n

c
a
o
T
è
t
K
h
«
n
g

t
è
t

Hình 5-32.
Tận lượng bố trí cầu không những vuông góc với dòng chính mà còn vuông
góc với thung lũng sông, tức là nên chọn nơi nào thung lũng và dòng chính song
song với nhau.
Nếu sông có thông thuyền thì tuyến phải vuông góc với dòng chính, còn ñối
với thung lũng thì có thể nghiêng một góc 5 - 10
0
.
Nếu không thông thuyền thì vuông góc với thung lũng, ñối với dòng chính thì
nghiêng từ 5 - 10
0
.
Khi làm cầu thứ 2 song song với cầu cũ chú ý vị trí tương quan.
Cầu tạm làm ở vị trí cầu chính.

Cầu mới làm ở phía trên cầu cũ. Khi cần thiết phải so sánh một cách toàn diện
ñể xác ñịnh vị trí tương quan của chúng.
Tận lượng ñặt vị trí cầu cách xa bãi bồi một cách thích hợp với hướng nước
chảy. Nếu bãi bồi ở phía thượng lưu của cầu thì khoảng cách từ cuối bãi ñến trụ cầu
không ñược nhỏ hơn 3 lần chiều dài ñoàn tầu kéo trên sông. Nếu bãi bồi nằm ở phía
hạ lưu cầu thì khoảng cách ñó là 1,5 lần chiều dàI ñoàn tầu kéo. Khoảng cách phía
thượng lưu bắt buộc phải lớn vì phia cuối bãi bồi có xói, nên cần khoảng cách xa ñể
không gây sói trụ cầu (cho các trụ cầu không làm hệ móng cọc). Nói chung cần một
khoảng cách xa hơn ñể các ñoàn tầu kéo có thời gian và khoảng cách lái tránh các trụ
cầu.
5.5.2. Vạch tuyến qua ñoạn làm cống.

46
Cống là một công trình kiến trúc ñặt trong ñường ñắp, ñường kính không quá 6,
0 m dùng cho thoát lũ, tưới tiêu hoặc cho giao thông.Số lượng cống rất nhiều, mỗi
km khoảng 2-3 cống. Trong việc chọn tuyến qua nơi làm cống cần phải giải quyết tốt
sự phân bố cống, chọn loại hình cống và cao ñộ ñường ñắp.
5.5.2.1. Sự phân bố cống.
Nói chung, sự phân bố cống ñược xác ñịnh theo khảo sát ở hiện trường, nhất là
các cống có liên quan ñến tưới tiêu và ñi lại của người và gia súc, cần phải có sự bàn
bạc với các ngành có liên quan của chính quyền ñịa phương. Các mương máng mà
tuyến vượt qua ñều phải làm cầu nhỏ hoặc cống.
Bình ñồ và trắc dọc của các khe suối thiên nhiên, nói chung không nên có thay
ñổi. Chỉ những suối, mương, rạch có lưu lượng lũ nhỏ, mới dẫn dòng chảy thoát vào
các cầu cống liền kề.
Ở những ñoạn tuyến rất dài trên khu vực bằng phẳng, không có mương ngòi rõ
rệt, thì ñặt cống ở những ñịa ñiểm thoát nước thuận tiện ñể cự ly cầu cống thoả ñáng,
thoát lũ thông suốt, bảo ñảm an toàn cho nền ñường.
5.5.2.2. Chọn loại hình và khẩu ñộ cống.
Loại hình và khẩu ñộ cống, nói chung chọn theo bản vẽ thiết kế ñịnh hình phụ

thuộc các ñiểm chính sau:
a. Lưu lượng dòng chảy và cao ñộ ñường ñắp.
Khi lưu lượng nhỏ, nên dùng cống tròn bê tông cốt thép, lư lượng tương ñối
lớn nên dùng cống xây ñá hoặc cống vòm bê tông.
Lưu lượng tương ñối lớn mà cao ñộ ñường ñắp lại thấp, có thể có thể dùng
cống hộp, cống ống ñôi, hoặc nhiều ống, nếu vẫn không ñáp ứng ñược yêu cầu lưu
lượng, nên dùng cầu nhỏ.
- ðiều kiện ñịa chất:
Cống vòm cần có nền móng chắc chắn, ñể tránh lún không ñều làm tổn hại
công trình kiến trúc nói chung và cống vòm nói riêng. Cống tròn một ống và cống
hộp thích hợp với các loại nền móng, riêng cống bản còn thích hợp với ñất nền tơi,
mềm.
Ở nơi lượng ñất,ñá,cáy lẫn trong dòng chảy nhiều dễ làm tắc cống, cần dùng
cống có khẩu ñộ lớn hoặc cầu nhỏ.Ngòi,khe có dòng bùn ñá, không nên dùng cống.
b. ðiều kiện thi công và duy tu.
Trường hợp ñá ở ñịa phương phong phú, có thể xây cống vòm bằng ñá, nơi có
cát ñá thuận tiện cũng có thể dùng cống vòm bê tông, ñể hạ giá thành, tiết kiệm thép
và xi măng.

47

Cống tròn bê tông cốt thép ñược ñúc sẵn ở xưởng,vận chuyển ñến hiện trường
lắp ñặt, thi công ñơn giản, tiến ñộ nhanh, thích hợp với những ñịa phương thiếu ñá.
ðể tiện thi công dây chuyền trên cùng một ñoạn ñường nhất ñịnh, không nên có
nhiều loại cống, ñường kính tối thiểu của cống không nên dưới 1,0m dễ tiện lợi khi
thi công, bảo dưỡng, quyết dọn và thoát lũ. Các cống ở hệ thống tưới tiêu lượng nước
dâng nhỏ, ñường kính cống nói chung không nên nhỏ hơn 0,75 m, chiều dài không
quá 10 m.
Chiều dài cống các kiểu tuỳ theo chiều cao tĩnh không (hoặc ñường kính trong)
h, chọn theo các yêu cầu sau:

H = 1,0 m,: chiều dài không nên quá 15m
H = 1,25 m: chiều dài không nên quá 25 m
H = 1,5 m: chiều dài không hạn chế
c. Yêu cầu về nông nghiệp và giao thông ñi lại.
Khi phân bố cống, cần cố gắng không thay ñổi hoặc ít thay ñổi hệ thống tưới
tiêu hiện có, ñể khỏi ảnh hưởng tới tưới tiêu. Cao ñộ cửa ra của cống tưới tiêu cần
ñược xác ñịnh cùng với các ngành liên quan của lĩnh vực thuỷ lợi. Các cống thoát lũ
cần phải xét sao cho lượng nước tích tụ trước cống không làm ngập thôn bản và
ruộng ñồng phía thượng lưu.Các cống dùng cho giao thông ñi lại cần cố gắng thoả
mãn nhu cầu giao thông tại chỗ.
5.5.2.3. Yêu cầu ñối với cao ñộ ñường ñắp.
Khi chọn loại hình cống thoát lũ, ñường kính cống chủ yếu ñược chọn theo lưu
lượng của tần suất lũ quy ñịnh (ñường sắt các cấp là 2 %) và kiểm toán cao ñộ thiết
kế vai ñường theo các ñiều kiện sau:
a. ðiều kiện thuỷ lực.
cao trình thiết kế vai ñường gần cống phẩi cao hơn ít nhất là 0,5 m so với mức
nước thiết kế của tần suất lũ quy ñịnh (ñường sắt cấp I,cấp II là 1%, ñường sắt cấp
IIIlà 2%) kể cả chiều cao nước dâng, tức là cao ñộ ñắp ñất của ñường ñắp (h min)
cao hơn cao ñộ tích nước trước cống (hp) ít nhất là 0,5 m
h
min
= h
p
+0,5 m (3-3)
b. ðiều kiện kết cấu.
ðể cải thiện trạng thái chịu lực của bản thân cống, phía trên ñỉnh cống cần ñắp
ñất với một ñộ dầy nhất ñịnh ñể ñảm bảo chiều cao ñường ñắp tối thiểu (hj) cần thiết
cho ñiều kiện kết cấu cống.

48

Chiều cao ñắp ñất ñường ñắp (h
h
) tính từ ñáy mương chỗ ñặt cống cần phải
thoả mãn
h
hmin
= h
j
(3-4)
Chiều cao ñường ñắp tối thiểu cần thiết theo cao ñộ tích nước trước công trình
cống ứng với lưu lượng các loại khẩu ñộ cống và theo ñiều kiện kết cấu, có thể tra ở
sổ tay có liên quan về tính toán thuỷ văn cầu cống.
Trường hợp cao ñộ ñắp ñất ñường ñắp trong thiết kế trắc dọc không thoả mãn
hai ñiểm trên, thì có thể áp dụng các biện pháp sau:
- Khi thoả mãn yêu cầu lưu lượng thiết kế, chuyển sang sử dụng loại cống có
yêu cầu cao ñộ ñất ñắp nhỏ hơn.
- Mở rộng ñường kính cống, hạ thấp cao ñộ tích nước, chuyển cống ñơn sang
dùng cống ñôi, ba, nhưng cống vòm không ñược quá 3 vòm.
- ðào thấp thích ñáng ñáy mương, thích hợp với mương máng có cửa thoát
nước thấp hoặc dốc dọc tương ñối dốc.
- Thay ñổi ñộ dốc dọc, nâng cao ñộ thiết kế vai ñường, hạ thấp cao ñộ thiên
nhiên mặt ñất nơi ñặt cống.
5.5.3. Vạch tuyến nơi làm hầm.

5.5.3.1. ðặc ñiểm của của công trình hầm.
Trong vạch tuyến ñường sắt, sử dụng hầm là một biện pháp quan trọng ñể khắc
phục trở ngại về cao ñộ, hạ thấp cao ñộ vượt núi, rút ngắn chiều dài tuyến, và vòng
tránh khu vực ñịa chất không tốt. Bố trí hầm hợp lý là khâu quan trọng nâng cao chất
lượng thiết kế chọn tuyến. Gặp các trường hợp sau ñây khi ñịnh tuyến, cần dùng hầm
trong vạch tuyến

Tuyến vượt dãy núi phân thuỷ, cần xây dựng hầm - ñó là hầm vượt núi. Vạch
tuyến bên cạnh núi chạy dọc sông: hoặc phải cắt tuyến ñi cong, ñi thẳng hoặc phải
vòng tránh ñịa chất không tốt mà phải xây dựng ñường hầm - ñó là hầm ven núi, như
hình 5-33.


49
Hình 5-33. So sánh vị trí hầm
5.5.3.2. Chọn vị trí hầm.
Chọn vị trí hầm ven núi, cần chú các vấn ñề sau:
- ðặt cạn, ñường nên dịch vào phía trong ñể tránh áp lực lệch hầm quá lớn.
- Cần tránh ñịa chất không tốt như ñá chồng, dốc trượt, bờ sông xói lở, bờ hồ
ñập nước sụt lở.
- Cần kết hợp tình hình ñịa hình, ñịa chất của khu vực và công trình lớn hay
nhỏ, ñể tiến hành so sánh phương án hầm dài cắt cong, ñi thẳng với phương án ñi
vòng ven sông.
- Khi ñịa hình gấp khúc, ñịa chất phức tạp thường xuất hiện một quần thể nhiều
hầm. Khi quyết ñịnh vị trí bình ñồ và cao ñộ tuyến, cần chú ý sự chồng chéo nhau
giữa giao thông ñi lại, thoát nước và ñất ñá dổ ra trong thời gian thi công hầm, cần
hết sức giảm thiểu ảnh hưởng ñối với công trình giao thông, thuỷ lợi hiện có.
5.5.3.3. Chọn vị trí cửa hầm.
C
ửa hầm là là mắt xích yếu của hầm, xử lý không tốt nơi cửa hầm sẽ dễ phát
sinh các bênh hại, ảnh hưởng ñến an toàn chạy tầu. Khi chọn tuyến ở ñoạn phải làm
hầm cần chú ý các nhân tố sau ñây, qua so sánh kinh tế kĩ thuật, chọn vị trí cửa hầm.
- Chọn vị trí cửa hầm cần quán triệt nguyên tắc “sớm vào hầm, chậm ra hầm",
tránh cách làm phiếm diện chỉ mong rút ngắn chiều dài hầm mà xem nhẹ ổn ñịnh ta
luy hai bên cửa hầm.
Không nên dùng ñường ñào sâu ñể rút ngắn chiều dài hầm. Trong trường hợp
chung, chiều cao ta luy nền ñào không nên quá 15- 20 m, trường hợp ñá xung quanh

vùng ñào sâu kém, không nên quá 10-15 m và trường hợp nham thạch xung quanh
vùng ñào sâu tốt cũng không nên quá 20-25 m.

Không nên bố trí hầm ở giữa lòng chảo vì không những ñiều kiện ñịa chất
công trình kém, mà khi thi công thoát nước và thải ñất ñá cũng khó khăn. Vì vậy
tuyến cửa hầm nói chung nên bố trí một bên lưu vực sông như phương án A hình 5-
33.
- Cửa hầm cần hết sức cố gắng bố trí nơi thân núi ổn ñịnh, ñiều kiện ñịa chất
tương ñối tốt, ñể bảo ñảm an toàn cửa hầm, nếu không, cần phải làm công trình
tường chắn hoặc kéo dài cửa hầm, làm thêm hầm lộ thiên.
- Cửa hầm nên bố trí ở nơi giao thẳng góc hoặc gần thẳng góc giữa tuyến với
ñường ñồng mức, nếu giao xiên thì phải xây cửa hầm giao xiên hoặc xây hầm lộ
thiên.
5.5.4. Vạch tuyến nơi làm ñường ngang.

50
Khi ñường sắt giao nhau với ñường bộ, cần bố trí ñường ngang giao nhau trên
mặt phẳng hoặc giao cắt lập thể. Hình thức giao nhau ñược xác ñịnh tuỳ thuộc vào
các nhân tố như tính chất, cấp hạng, lượng vận chuyển, ñiều kiện ñịa hình, yêu cầu
an toàn, lợi ích kinh tế, xã hội v.v của ñường sắt và ñường bộ. Nói chung nên ưu
tiên sử dụng giao cắt lập thể, giảm bớt ñường ngang trên mặt phẳng.

5.5.4.1. ðiều kiện bố trí giao cắt lập thể.
- ðường sắt giao nhau với ñường ô tô cao tốc, ñường ô tô cấp I và ñường tốc ñộ
cao trong hệ thống ñường thành phố: cần bố trí giao cắt lập thể.
- ðường sắt giao nhau với các ñường khác, nếu phù hợp một trong các ñiều
kiện dưới ñây, cần bố trí giao cắt lập thể:
+ Giao nhau giữa ñường sắt với ñường ô tô cấp II
+ Giao nhau giữa ñoạn ñường sắt tốc ñộ 140km/h với ñương bộ
+ Giao nhau giữa ñường sắt và ñường bộ mà lượng giao thông tính ñổi tại

ñường ngang trong tương lai gần lớn hơn hoặc bằng các số liệu ở bảng khối lượng
giao thông tính ñổi ở ñường ngang giao cắt lập thể
Bảng 5-2. Khối lượng giao thông tính ñổi ở ñường ngang
giao cắt lập thể (vạn lượt xe)
Tốc ñộ ñoạn ñường (km/h)
ðiều kiện
nhìn
120 100 Max = 80
Tốt 6 12 16
Không tốt 3 6 8
Ghi chú: ðiều kiện nhìn thoả mãn biểu trên là tốt nếu không là không tốt.
+ Kết hợp ñịa hình hoặc tình hình vật kiến trúc, nơi có ñiều kiện bố trí giao
cắt lập thể
+ Nơi thực sự có nhu cầu ñặc biệt
- ðường sắt ở ñoạn tốc ñộ 120km/h giao nhau với ñường bộ: nên bố trí giao cắt
lập thể.
5.5.4.2. Giới hạn kiến trúc của ñường ngang giao cắt lập thể giữa ñường sắt
và ñường ô tô.
- Giới hạn kiến trúc của ñường sắt phải phù hợp với quy ñịnh trong “Giới hạn
kiến trúc ñường sắt cự ly ñường tiêu chuẩn”
- ðường bộ phải phù hợp với các quy ñịnh giới hạn kiến trúc trong “Tiêu chuẩn
kĩ thuật ñường ô tô",“Quy phạm thiết kế ñường thành phố" và “Quy phạm thiết kế
nhà máy hầm mỏ"

51
- Tĩnh không ñường nông thôn dưới cầu giao cắt lập thể với ñường sắt, không
ñược dưới các số liệu ở biểu tĩnh không ñường nông thôn dưới cầu giao cắt lập thể
(m).
Bảng 5-3.
Loại ñường thông qua

Ô tô Máy kéo và xe súc vật

Xe ba gác ñường người ñi
Chiều rộng tĩnh 5,0(1) 4,0 2,0
Chiều cao tĩnh 4,5(2) 3,0 2,5
Ghi chú: (1) ðiều kiện khó khăn ñặc biệt có thể giảm ñến 4,5 m
(2) ðiều kiện khó khăn ñặc biệt có thể giảm ñến 3,5 m
5.5.4.3. ðiều kiện bố trí ñường ngang.
- ðường ngang cần bố trí nơi phạm vi tầm nhìn không nhỏ hơn quy ñịnh ở biểu
5-4. ðường ngang ñường sắt ñường ñôi cự ly ñường nhỏ hơn hoặc bằng 5,0 m thì cự
ly nhìn sang bên nhỏ nhất của tài xế ñầu máy cần phải công thêm 50 m. ðường
ngang của ñường sắt nhiều ñường ñược xác ñịnh theo tính toán
Bảng 5-4. Cự ly nhìn tối thiểu (m)
Tốc ñộ ñoạn ñường sắt
(km/h)
Cự ly nhìn tối thiểu của tài
xế tàu
Cự ly nhìn sang bên tối thiểu
của xe có ñộng cơ
140 1200 470
120 900 400
100 850 340
80 800 270
Ghi chú: Cự ly nhìn của tài xế xe có ñộng cơ tương ứng với cấp hạng ñường
mà tài xế phải dừng cách ñường ngang, nhưng không dưới 50 m, có thể nhìn thấy tầu
hoả ở hai phía.
- ðường ngang không ñược bố trí trong ga, cũng không nên bố trí ở ñoạn
ñường cong của ñường sắt, gần ghi, ñầu cầu và cửa hầm.
- Cự ly giữa các ñường ngang không nên dưới 2km.

- Giao cắt trên mặt phẳng giữa ñường sắt và ñường bộ, cần thiết kế giao vuông
góc, nếu giao xiên, góc giao cần lớn hơn 45 ñộ.

5.6. ðẶC ðIỂM VẠCH TUYẾN THEO NHỮNG ðỘ DỐC GIỚI HẠN KHÁC

NHAU VÀ CÁC CHỈ TIÊU ðÁNH GIÁ VIỆC VẠCH TUYẾN.
5.6.1. ðối với ñộ dốc hạn chế.

52
Ta có thể dùng các ñại lượng ñộ dốc hạn chế khác nhau cho một tuyến ñường.
Khi vạch tuyến theo mỗi phương án về ñộ dốc ta phải nêu ra ñược ưu và khuyết ñiểm
của mỗi phương án theo ñại lượng ñộ dốc ñó.
Khối lượng chuyên chở càng lớn càng phải chú ý việc dùng dốc hạn chế nhỏ.
Còn nếu khối lượng chuyên chở nhỏ thì phải ñánh giá ñược hiệu quả của việc dùng
dốc lớn do hạn chế ñược chiều dài tuyến hay khối lượng công tác. Khối lượng
chuyên chở càng lớn về mặt bình diện càng phải chú ý cho tuyến ñi thẳng mặc dù
phải ñào ñắp nhiều.
Về quan ñiểm kỹ thuật việc vạch tuyến theo các ñộ dốc hạn chế khác nhau
cũng có những ñặc ñiểm như:
- Khi tăng ñại lượng ñộ dốc hạn chế, mà tiêu chuẩn khả năng thông qua là một
con số cố ñịnh, thì số ñiểm phân giới sẽ bớt ñi, bởi vì trọng lượng ñoàn tàu xác ñịnh
bởi ñại lượng ñộ dốc hạn chế lớn là một ñại lượng nhỏ, khi chạy trên các dốc thoải
vận tốc sẽ lớn hơn, nên có thể kéo dài khu gian ra.
- Khi dốc hạn chế nhỏ, thì không nên dùng các bán kính nhỏ bởi vì trong
trường hợp này ñại lượng i
r
có trị số lớn nên sẽ chiếm tỷ lệ khá lớn so với ñại lượng
ñộ dốc mà ta giảm dốc ñi ñại lượng i
r
và vấn ñề vượt ñộ cao trở nên phức tạp.

Khi vạch tuyến mà ta dùng ở mỗi chiều một trị số dốc hạn chế khác nhau thì
phải xét: Do khối lượng vận chuyển mỗi chiều khác xa nhau (dùng dốc cân bằng)
hay do tổng số chiều cao phải vượt cho mỗi chiều khác xa nhau.
Trong trường hợp thứ nhất ñại lượng tối ña của dốc cân bằng phải tính theo
dốc hạn chế của chiều nhiều hàng và tỷ lệ không cân bằng về luồng hàng theo chiều
(K).
Trong trường hợp thứ hai nên vạch tuyến cho 2 chiều ñộ dốc hạn chế như nhau
vì như vậy quá trình khai thác lâu dài sau này không nảy sinh ra những vấn ñề phức
tạp.
ðối với dốc gia cường ta dùng ñể giảm bớt chiều dài ở những ñoạn ñòi hỏi phải
triển tuyến lớn. Có thể giảm ñộ dốc hạn chế cho toàn tuyến bởi vì ta có thể vượt ñộ
cao ở từng ñoạn ngắn từ 2-4 khu gian bằng dốc gia cường lớn. ðoạn có dốc gia
cường nên ñặt tập trung gần vào nơi sẽ làm công tác kỹ thuật (như thay dầu máy ở
ga) ñể khỏi phải có thiết bị riêng phục vụ cho ñầu máy phụ thêm.
Về phương diện vận tải phải thống nhất trọng lượng ñoàn tàu trên tuyến, nếu ở
từng ñoạn tuyến ñịa hình khác nhau.
Khi vạch tuyến cũng cần chú ý tới loại sức kéo. Như ñầu máy ñiện là loại có
sức kéo khoẻ vận tốc nhanh. Cũng vì vận tốc lớn, trọng lượng tàu lớn nên cần và có

53
thể cho tuyến ñi thẳng, nên dùng phương án cho tàu chạy suốt qua ga. Vì có thể hãm
hoàn nguyên nên có thể dùng dốc lớn, hiệu quả kinh tế của dốc lớn ñối với ñầu máy
ñiện rất cao. Do thiết bị cung cấp ñiện rất tốn kém, giá thành thiết bị tỷ lệ với chiều
dài, cho nên ñường càng ngắn càng tốt.
5.6.2. ðánh giá việc vạch tuyến.
Một việc không thể thiếu ñược sau khi hoàn thành việc thiết kế xong con
ñường, hay sau khi thiết kế hoàn tất một tuyến ñường ta phải xem nó là tuyến ñường
tốt xấu ñến mức ñộ nào. ðể ñánh giá việc vạch tuyến phải dùng các chỉ tiêu sau ñây:
- Chiều dài tuyến bao gồm chiều dài các ñoạn thẳng và chiều dài các ñường
cong, ñơn vị tính bằng km

- Chiều dài triển tuyến thêm

∆
L = L - L
0

L - Chiều dài tuyến (km)
L
0
- Khoảng cách ngắn nhất từ ñiểm ñầu qua các ñiểm khống chế (nếu có)
và ñiểm cuối. Vậy nếu có ñiểm khống chế thì chiều dài ñường chim bay ñó sẽ là
ñường thẳng gấp khúc. Trong các phương án cục bộ thường không có ñiểm khống
chế. Khi ñó nó là một ñường thẳng và trong thực tế nếu bình ñồ không ghi tọa ñộ
chiều dài này ño trực tiếp trên bản ñồ: khoảng cách theo ñường thẳng căng dây từ
ñiểm ñầu ñến ñiểm cuối của phương án cục bộ. Nếu là các ñường gấp khúc có ñộ dài
lớn không thuận tiện cho việc làm như trên và bình ñồ có ñủ hệ tọa ñộ thì phải tính
toán thông qua toạ ñộ của các ñiểm nói trên.
- Hệ số triển tuyến là tỷ số L và L
0


0
L
L
=
λ

Trong ñiều kiện ñịa hình bình thường hệ số này giao ñộng trong khoảng 1,05 -
1,15.
- Chiều dài và tỷ lệ của các ñoạn vạch tuyến tự do và khó khăn.

5.7. THIẾT KẾ CHỌN TUYẾN VỚI VIỆC SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH
Vạch tuyến ñường sắt là một trong những nhiệm vụ phức tạp và quan trọng
nhất trong thiết kế ñường sắt (TKðS). Khác với việc thiết kế các yếu tố khác của
ñường sắt, việc vạch tuyến dựa trên cơ sở chủ quan của người thiết kế. Một cách phổ
biến, việc vạch tuyến dựa vào thói quen, truyền thống, khuynh hướng riêng của
người thiết kế, vì vậy trong chừng mực nào ñó kết quả thu ñược còn có khoảng cách

54
với lời giải tốt nhất và không thể ñủ thời gian, công sức ñể chỉ ra phương án tốt nhất
- tối ưu.
Khó khăn khách quan cơ bản về giải pháp của việc vạch tuyến là chứa ñựng
một số lượng lớn các phương án, ngay cả những nơi mà ñịa hình có phần bị giới hạn.
Bằng sức người chỉ cho phép so sánh vài, ba phương án giải pháp tìm ñược ñể nói ñó
là phương án tốt nhất.
Thiết kế chọn tuyến có sự trợ giúp của máy tính, chủ yếu nghiên cứu kĩ thuật sử
dụng máy tính cùng với các thiết bị ngoại vi của nó và các thiết bị ñưa vào dẫn ra
giúp các kĩ sư tiến hành thiết kế tuyến ñường sắt.Kĩthuật này ngày càng phát triển
cùng với sự phát triển của máy tính và thiết bị ngoại vi của nó, thiết bị vẽ hình và
phần mềm, kĩ thuật trắc ñịa hiện ñại và thiết bị của nó. Sử dụng máy tính bổ trợ công
tác thiết kế tuyến ñường sắt có hiệu quả rõ rệt nâng cao chất lượng thiết kế, tiết kiệm
nhân lực và tiền của, tăng nhanh tốc ñộ thiết kế. ðây là biện pháp có hiệu qủa cải
cách phương pháp chọn tuyến truyền thống của nước ta và thúc ñẩy hiện ñại hoá
công tác trắc ñạc, thiết kế ñường sắt.
Nội dung chủ yếu của thiết kế chọn tuyến bổ trợ bằng máy tính gồm:
- Xây dựng mô hình ñịa hình kỹ thuật số
- Chọn phương án cục bộ hướng tuyến
- Thiết kế bổ trợ bằng máy tính bình ñồ, trắc dọc tuyến.
- Thiết kế tối ưu trắc dọc tuyến.
- Thiết kế tối ưu liên hợp bình ñồ và trắc dọc tuyến

Việc tối ưu hoá vạch tuyến ñường sắt, tất nhiên dựa trên MTð hiện ñại, mở ra
một triển vọng to lớn, nhưng ñồng thời cũng nẩy sinh những công việc mới ñó là
thông tin ñịa hình. Như ta ñã biết MTðT hiện ñại có thể giữ lại, xử lý những thông
tin số, do ñó ñịa hình cần phải ñược biểu thị ở dạng chỉnh lý một cách ñặc biệt thông
tin số. Hệ thống như thế ñược gọi là mô hình ñịa hình kĩ thuật số(DTM).
5.7.1. Mô hình ñịa hình kĩ thuật số.
Mô hình ñịa hình kĩ thuật số (Digital Terrain Model viết tắt là DTM) là chỉ sự
sắp xếp các số liệu theo quy tắc và không quy tắc phân bố không gian của các ñặc
trưng ñịa hình, tức là ñem bề mặt ñịa hình biểu thị bằng hình thức số các toạ ñộ x, y,
z của dầy ñặc các ñiểm. Nếu ñem các số liệu của các ñiểm ñó lập thành một mặt
cong toán học, ñể mặt cong này gần giống bề mặt ñịa hình thực tế thì có thể căn cứ
mặt cong này ñưa ra cao ñộ hoặc các tin tức khác về ñịa hình của bất kì ñiểm nào
trên mặt ñất. DTM cần ñược xây dựng như thế nào ñể mỗi ñiểm trên bình diện với
toạ ñộ x, y với ñộ chính xác cho việc vạch tuyến, sẽ xác ñịnh ñược cao ñộ mặt ñất

55
thiên nhiên z. ðối với một ñường bất kỳ trên bình diện, trên ñó ñược phân chia bằng
những khoảng cách, cần phải tìm ñược cao ñộ mặt ñất của các ñiểm phân chia ấy,
như vậy ta sẽ ñược một trắc dọc theo hướng ñã cho này, ñó là ñường ñen trắc dọc
của tuyến ñường thiết kế.
Các hình thức DTM dùng trong thiết kế tuyến với sự bổ trợ của máy tính bao
gồm: mô hình ñịa hình kĩ thuật số kiểu ô vuông, kiểu tam giác, kiểu xương cá, kiểu
ly tán, kiểu li tán phân khối.
Dưới ñây giới thiệu ngắn gọn một số DTM mạng ô vuông và mạng tam giác.
5.7.1.1. Thu thập các ñiểm số liệu của mô hình ñịa hình kĩ thuật số.
Các ñiểm số liệu là các nguyên tố cơ bản cấu thành mô hình ñịa hình kĩ thuật
số. Tác dụng của chúng tương ñương với các ñiểm rời rạc khi ño vẽ ñường ñồng mức
ngoại nghiệp. Phương pháp thường dùng thu thập cấu tạo mô hình ñịa hình kĩ thuật
số gồm 4 loại: tức là các số liệu thu thập ño ñạc từ mặt ñất, số hoá bản ñồ ñịa hình
hiện có, các số liệu thu thập bằng chụp ảnh và các số liệu thu thập bằng vệ tinh.

Thu thập các số liệu thực ñịa là phương pháp chủ yếu trong công tác ño ñạc
công trình, nhất là các thông tin số liệu thu ñược khi ño vẽ bản ñồ tỷ lệ lớn. Còn
phương pháp thu thập số liệu thì tuỳ theo phương pháp tác nghiệp thực ñịa và thiết bị
máy móc sử dụng khác nhau, có thể chia thành 3 hình thức; phương pháp ño vẽ bản
ñồ ñịa hình phổ thông, phương pháp sử dụng kinh vĩ ño cự ly và "sổ tay ñiện tử" và
phương pháp dùng kinh vĩ ñiện tử kiểu toàn trạm.
Số hoá bản ñồ ñịa hình hiện có là một trong những biện pháp dùng máy số hoá
trợ giúp thành bản ñồ. Máy số hoá trợ giúp vẽ thành bản ñồ mới ñược phát triển
trong một vài chục năm, còn ñưa vào sản xuất quy mô thì mới chỉ gần 10 năm. Các
bản ñồ ñịa hình vốn có của các ngành sản xuất (kể cả bản ñồ cơ bản quốc gia) ñều
không phải bản ñồ do máy tính vẽ ra.
Xây dựng DTM trong công trình còn phải sử dụng rất nhiều bản ñồ ñịa hình
hiện có, vì vậy người ta sử dụng các máy móc số hoá ñể hoàn thành công tác số hoá
các bản ñồ hiện có.
Phương pháp ño chụp ảnh bao gồm ño chụp ảnh hàng không và ño chụp ảnh
mặt ñất. ðem tất cả các ảnh ñịnh hướng tương ñối vào máy ño vẽ lập thể và ñịnh
hướng tuyệt ñối theo tỷ lệ mô hình ñã xác ñịnh. Trên mô hình ñã ñược ñịnh hướng,
dùng toạ ñộ ño không gian cắt các ñiểm của mô hình vẽ thành các ñường của kết cấu
tuyến tính ñặc biệt hoặc ñường theo ñịnh nghĩa toán học (như ñường ñồng mức,
ñường trắc dọc) tìm ñược vị trí ñiểm vẽ hoặc hình vẽ, ñồng thời dùng ñường ñồng
mức ñiểm cao ñộ ñộc lập, ñọc ra các cao ñộ và ghi chú.

56
Sử dụng các tín hiệu vệ tinh ñể thu thập các số liệu ñịa hình là kĩ thuật mới
phát triển mấy năm gần ñây. Phương pháp chủ yếu là phương pháp ño chụp ảnh,
thông qua ảnh vệ tinh mặt ñất, xây dựng ra mô hình mặt ñất kĩ thuật số. Trong những
năm gần ñây ở nước ngoài, người ta ñầu tư rất nhiều lực lượng nghiên cứu kĩ thuật
trực tiếp dùng tín hiệu vệ tinh thu ñược tín hiệu mặt ñất kĩ thuật số, từ ñó nhanh
chóng xây dựng DTM.
Tất nhiên các phương pháp thu thập ñịa hình kĩ thuật số nêu trên chỉ phải tiến

hành các công tác tương ứng kết hợp với nhiệm vụ khảo sát thiết kế trong trường hợp
ở kho tư liệu chưa sẵn có các số liệu tín hiệu ñịa hình. Các nước phương tây phát
triển ñã xây dựng ñược các tín hiệu có thể cung cấp ñịa ñồ kĩ thuật số với nhiều dạng,
nhiều tỷ lệ.
Hiện nay ở Trung Quốc, ñã xây dựng ñược kho số liệu tín hiệu ñịa hình phủ
toàn quốc với tỷ lệ 1/250.000 và ñang xây dựng kho tín hiệu ñịa hình tỷ lệ 1/100.000;
1/50.000 và 1/10.000 một khi ñã có kho số liệu trung tâm quốc gia, các bộ môn thiết
kế có thể căn cứ các hạng mục xây dựng công trình, trực tiếp lấy các tín hiệu ñịa hình
cần thiết từ kho số liệu tín hiệu ñịa hình quốc gia.
5.7.1.2 Các loại mô hình ñịa hình kĩ thuật số.
Các hình thức chủ yếu của DTM dùng trong thiết kế tuyến ñường sắt có hỗ trợ
của máy tính bao gồm: DTM kiểu mạng ô vuông, mạng tam giác, kiểu xương cá.
- DTM kiểu hình ô vuông
+ Hình thức bố trí ñiểm số liệu.
Các ñiểm số liệu của DTM kiểu mạng ô vuông, ñược phân bố theo hình thức
có quy tắc hình vuông hoặc hình chữ nhật, tạo thành mạng như hình vẽ.

Hình5-34. Mạng hình chữ nhật
DTM của hình thức này chỉ cần ñem chia phần ñất dùng cho ñường sắt trong
một phạm vi nhất ñịnh thành các ô vuông hoặc chữ nhật bằng nhau, ñọc các thông tin

57
mặt ñất của các ñiểm ô mạng theo một trình tự nhất ñịnh là ñược. DTM kiểu ô mạng
dùng trong thiết kế ñường sắt, thường căn cứ vào sự biến hoá của loại ñịa hình, tại
các khu ñoạn khác nhau, sử dụng chiều dài ô mạng khác nhau, ñể nâng cao ñộ chính
xác nội suy.
+ Thăm dò ñiểm nội suy.
Do các số liệu của mô hình ñịa hình kĩ thuật số mạng ô vuông ñược sắp xếp
theo hình vuông hoặc hình chữ nhật, gia số toạ ñộ phẳng X, X của mạng ô vuông
là một hằng số. Toạ ñộ phẳng của bất kì một ñiểm nào có thể suy ra từ toạ ñộ gốc X

0
,
Y
0
, X, X và hàng, cột ñiểm ñó trong mạng. Ngược lại,biết toạ ñộ phẳng của một
ñiểm nào ñó, sẽ nhanh chóng tìm ñược hàng và cột của nó trong mạng, từ ñó nội suy
ra các dữ liệu trên mặt ñất của ñiểm ñó.
Nếu biết toạ ñộ phẳng (Xp,Yp) của bất kì một ñiểm P nào, ô mạng của ñiểm P,
toạ ñộ phẳng (Xa,Ya)của ñiểm ảơ góc dưới bên trái của ô mạng ñó, có thể tính theo
công thức
J =
1
0
+
−
L
xx
p

I = 1
0
+
−
L
yy
p

X
A
= x

0
+ (J - 1).L
Y
A
= y
0
+ (I - 1).L
Trong công thức trên: I, J: Số hàng, số cột của ñiểm góc dưới bên trái mặt
mạng của ñiểm P
Xo,Yo: Toạ ñộ phẳng của ñiểm gốc DTM
L: khoảng cách bước mạng ô vuông
+ Nội suy các thông tin về mặt ñất của ñiểm chờ xác ñịnh.
Nội suy ñiểm cần xác ñịnh trong DTM: Việc chọn phương pháp nội suy ảnh
hưởng rất nhỏ ñến ñộ chính xác của cao ñộ, vì vậy có thể chọn phương pháp tương
ñối ñơn giản, tốc ñộ tính toán nhanh, như phương pháp nội suy tính tuyến kép.
Dùng 4 ñiểm số liệu gần với ñiểm cần tìm, lập thành một hình 4 cạnh, sử dụng
công thức dưới ñây ñể tìm cao ñộ Zp của ñiểm chờ xác ñịnh:
Zp = a
0
+ a
1
x + a
2
y= a
3
xy.
Trước hết dùng 4 ñiểm số liệu giải tìm các hệ số a
0
, a
1

, a
2
, a
3
, sau ñó căn cứ toạ
ñộ x,y của ñiểm chờ xác ñịnh ñể tìm cao ñộ Zp.
Mô hình số ñịa hình của loại giải bằng này, trong ñó tuyến vạch ñi qua, ñược
bọc bởi 1 mạng lưới, tạo thành từ những ñường thẳng vuông góc với nhau, những

58
hình vuông có cạnh là a. Trong bộ nhớ của MTðT cho thông tin về số hiệu giao
ñiểm của lưới V và cao ñộ của nó. Vạch phương án tuyến qua ñoạn ñó theo ñường
thẳng. ðường thẳng ñược chia theo các cọc. Cao ñộ của mỗi cọc nhận ñược bằng
phép nội suy giữa các ñiểm lân cận.
- DTM kiểu mạng tam giác.
+ Hình thức bố trí ñiểm số liệu:
DTM này gồm 3 toạ ñộ của tất cả các ñỉnh tam giác lập thành. các ñiểm số liệu
phân bố tại ñỉnh các tam giác, nối lại thành ô mạng hình tam giác. cơ sở của mô hình
này giả sử mặt ñất có ñủ ñộ chính xác có thể biểu thị bằng một số hữu hạn mặt
phẳng, mỗi mặt phẳng ñược viết dưới dạng phương trình tuyến tính:
Ax+By+Cz +D = 0
Vì vậy khi phân mạng tam giác, cần cố gắng sao cho tất cả các ñường ñồng
mức nằm ở phía trong ba cạnh của hình tam giác cơ sở của mô hình này giả sử mặt
ñất có ñủ ñộ chính xác có thể biểu thị bằng một số hữu hạn mặt phẳng, mỗi mặt
phẳng ñược viết dưới dạng phương trình tuyến tính:
Ax+By+Cz +D = 0
Vì vậy khi phân mạng tam giác, cần cố gắng sao cho tất cả các ñường ñồng
mức nằm ở phía trong ba cạnh của hình tam giác ñều tương ñối thẳng và tương ñối
song son, ñược bố trí theo cự ly cố ñịnh như hình 5-35.

Hình 5-35. Mạng tam giác
+ Thăm dò ñiểm nội suy: ðể thuận tiện tìm mặt mạng tam giác nào ñó và tiếnư
hành nội suy, các thông tin về mô hình ñịa hình kĩ thuật số mạng tam giác ñược lưu
trữ theo một quy luật nhất ñịnh. ðem các số liệu ban ñầu lập thành biểu lưu trữ thông
tin DTM mạng tam giác
Toạ ñộ ñỉnh các cạnh
Số thứ tự ñỉnh
các cạnh
x y z
Số thứ tự cạnh
hình tam giác
1 2 3 4 5

59
1 35 44 383,5 123
3 45 55 381,4 134
4 47 52 380,1 145

Ý nghĩa của các cột 1- 4 ñã rõ không cần giải thích
Cột 5: ñối với mỗi hình tam giác trong máy tính ñều chiếm mộ thứ tự.Số thứ
tự này ñều do 3 ñỉnh tam giác hợp thành. Thí dụ tam giác do các ñỉnh 1,2,3 lập
thành, mang số thứ tự 123. Sử dụng phương pháp này khi cung cấp thông tin không
cần phải trùng lặp nhiều lần mỗi ñiểm ñỉnh chung của các tam giác liền kề.
Các cạnh của tam giác ñược tìm theo phương pháp tra từng cái một trong
toàn bộ toạ ñộ phẳng ñược lưu giữ trong bộ nhớ.
ñể phán ñoán xem ñiểm cần tìm có nằm trong một tam giác nào ñó hay không, trước
hết cần tìm phương trình các cạnh của tam giác và toạ ñộ trọng tâm của tam
giác.Phương trình mỗi cạnh của tam giác ñược suy ra từ phương trình ñường thẳng ñi
qua các ñỉnh tương ứng của tam giác.

21
1
21
1
xx
xx
yy
yy
−
−
=
−
−

Từ dó qua chỉnh lý ñược:
M.x+ N.y+ L = 0
ðặt f(x.y) = M.x+ N.y+L
Tọa ñộ trọng tâm của hình tam giác:
ðem toạ ñộ trọng tâm và toạ ñộ ñiểm cần tìm thế vào các công trình các cạnh
tam giác, nếu dấu của các trị số giống nhau, chứng tỏ ñiểm cần tìm và trọng tâm hình
tam giác cùng ở một phía phía với ba cạnh hình tam giác, tức là cùng nằm trong hình
tam giác.
+ Nội suy các thông tin mặt ñất ñiểm ñợi xác ñịnh:
Mỗi hình tam giác của mạng tam giác của mạng tam giác ñược xem là một mặt
phẳng, phương trình mặt phẳng ñó là:
X Y Z 1
X1 Y1 Z1 1
X2 Y2 Z2 1
X3 Y3 Z3 1
Giải ma trận này là có thể tìm ñược các thông tin nội suy của ñiểm cần tìm

3
,
3
321321
yyy
y
xxx
X
trongtam
trongtam
++
=
++
=

60
5.7.2. Mô hình ñối tượng của thiết kế tuyến bổ trợ bằng máy tính.

Mô hình ñối tượng là chỉ biểu thức toán học biểu thị sự tổ hợp số liệu và mối
quan hệ giữa các số liệu của ñối tượng, phản ánh mối quan hệ biến hoá giữa các biến
số trong thiết kế, dùng ñể miêu tả quy luật biến ñổi giữa các tham số thiết kế, ñiều
kiện ràng buộc với hàm mục tiêu.
Trong thiết kế tuyến bổ trợ bằng máy tính, ñối tượng ứng dụng ñược ñề cập tới,
chủ yếu là các mô thức bình ñồ, trắc dọc, trắc ngang, mô hình ñịa hình, biểu thức
toán học của hàm mục tiêu và ñiều kiện ràng buộc.
5.7.2.1. Mô thức bình ñồ tuyến.
Bình ñồ tuyến gồm các ñường cong và ñường thẳng cắt nhau tạo thành. ðường
cong bao gồm ñường cong tròn và ñường cong chuyển tiếp. Biến số thiết kế bình ñồ
có thể là bán kính ñường cong và toạ ñộ các ñiểm chuyển của bình ñồ, cũng có thể là
bán kính ñường cong nằm và các ñộ dài ñoạn tính toán trên bình ñồ (ðoạn ñường

thẳng là chiều dài ñường thẳng ñoạn ñó, ñoạn ñường cong là toàn chiều ñường cong
ñó).
5.7.2.2. Mô thức mặt cắt dọc tuyến.
Mặt cắt dọc tuyến bao gồm ñường mặt ñất và ñường ñộ dốc thiết kế:
ðường mặt ñất sử dụng mô thức tuyến hình gấp khúc, kết cấu số liệu của nó
ñược cấu thành từ cao ñộ mặt ñất. Khi sử dụng DTM, căn cứ vào các mốc 100 m,
bình ñồ tuyến ñã biết và nội suy toạ ñộ bình ñồ các mốc thêm vào.
Mô thức mặt cắt dọc tuyến có hai loại: Tuyến hình gấp khúc và tuyến hình
ñường cong loại hàm số. Trong thiết kế tuyến bổ trợ bằng máy tính, phần lớn sử
dụng mô thức tuyến hình gấp khúc.
Mô thức tuyến hình gấp khúc gồm một loạt các ñoạn thẳng tổ thành, biến số
thiết kế có thể là vị trí của ñiểm ñổi dốc và cao ñộ thiết kế, cũng có thể là ñộ dốc và
chiều dài của ñoạn dốc. Mô thức ñường gấp khúc mặt cắt dọc tuyến có hai hình thức:
mặt cắt dọc kiểu mắt xích không dài bằng nhau và mặt cắt dọc thiết kế thoả mãn yêu
cầu chiều dài dốc tối thiểu.
5.7.2.3. Mô thức mặt cắt ngang mặt ñất.
Trong tính toán tối ưu, cao ñộ thiết kế các ñiểm ñổi dốc luôn thay ñổi theo sự
biến ñộng của phương án tuyến, sử dụng ñường cắt ngang mặt ñất của tuyến hình
gấp khúc ñể tính diện tích mặt cắt rất mất thời gian, vì vậy trong chương trình tối ưu,
phần lớn ñều dự kiến mặt cắt ngang mặt ñất xử lý thành ñường thẳng. Trong chương
trình tối ưu mặt cắt dọc tuyến do trong nước nghiên cứu, ñã ñem mặt cắt ngang mặt
ñất xử lý thành ñường dốc ngang sang hai phía trái phải.

61
5.7.2.4. ðiều kiện ràng buộc.

Thiết kế bình ñồ và trắc dọc tuyến phải thoả mãn các yêu cầu trong “quy
phạm thiết kế ñường sắt", cần biến các yêu cầu và ñiều kiện kỹ thuật khác thành ñiều
kiện ràng buộc của biến số.
Khi thiết kế tối ưu mặt cắt dọc, vị trí ñiểm ñổi dốc cần thoả mãn các ñiều kiện

ràng buộc: Ràng buộc vị trí ñiểm ñổi dốc, ràng buộc ñộ dốc của ñoạn dốc, ràng buộc
chênh lệch ñộ dốc với dốc bên cạnh và ràng buộc cao ñộ v.v
Bình ñồ tuyến cần thoả mãn các ñiều kiện ràng buộc:
Bán kính ñường cong nằm, ñoạn thẳng chêm giữa hai ñường cong tối thiểu,
chiều dài tối thiểu của ñường cong tròn, ràng buộc về chiều dài ga.
Các khu vực ñịa chất không tốt, các khu bảo tồn văn hóa, hồ chứa nước, khu
vực các công trình trọng ñiểm, ñều phải xét là các khu vực cấm vạch tuyến. Khu vực
cấm biểu thị chuỗi số liệu biên giới của khu vực.
Vị trí ga quy ñịnh vị trí cần xét là khu vực phải ñi qua, cũng cần có biểu thị
biên giới của khu vực ñó.
Ngoài ra còn có ràng buộc về ga dọc ñường và ràng buộc về ñoạn kết thúc
tuyến.
Về mặt phối hợp bình ñồ và trắc dọc tuyến, cần ñảm bảo ñường cong ñứng và
ñường cong chuyển tiếp không trùng nhau.
5.7.2.5. Mô hình toán học của hàm mục tiêu.

Trong thiết kế tuyến ñường sắt có bổ trợ bằng máy tính, nói chung lấy chi phí
vận doanh công trình tính ñổi làm hàm mục tiêu ñể phân tích tính toán và tối ưu hoá.
5.7.3. Mô thức CAD chọn hướng ñi.
Mô thức CAD chọn hướng tuyến ñược thực hiện mô phỏng quá trình ñịnh
tuyến thủ công trên bản vẽ. Quá trình chọn hướng tuyến có thể chia ra: chọn ñiểm
khống chế; các phương án hướng tuyến sản sinh.
5.7.3.1. Chọn ñiểm khống chế.
Các ñiểm khống chế trong chọn tuyến bao gồm: Các ñiểm khống chế ban
ñầu (initial contrrol points) và các ñiểm khống chế khác (aditional control points).
Các ñiểm khống chế ban ñầu có: ñiểm khởi ñầu, ñiểm kết thúc tuyến, các trung tâm
vận tải trung gian lớn v.v Dùng ñường thẳng nối các ñiểm khống chế là có thể ñưa
khu vực ñại thể tuyến có thể ñi qua. Nhiệm vụ của hệ thống thiết kế bổ trợ chọn
tuyến bằng máy tính (viết tắt là RLCAD) là trong khu vực có thể tìm các ñiểm vượt
sông, vượt ñèo, ñầu núi, khu vực ñịa hình, ñịa chất không tốt, các trung tâm giao

thông thứ cấp v.v

62
Các bước xác ñịnh ñiểm khống chế của hệ thống CAD như sau:
- Phân tích “bản ñồ ñịa hình ñiện tử" và chọn các ñiểm khống chế có thể.
- Toàn bắt các toạ ñộ phẳng của các ñiểm khống chế và sửa kho số liệu trạng
thái ñộng
- Xác ñịnh các thuộc tính của các ñiểm khống chế ñã chọn (thí dụ tại ñiểm
khống chế, các thông tin về ñối tượng hiện có xung quanh ñiểm khống chế v.v )
- Tra tìm kho trạng thái ñộng, tìm các tin tức về ñiểm khống chế tương ứng
(số liệu và kiến thức).
- Xác ñịnh tham số thiết kế.
- Sửa chữa kho kiến thức và kho số liệu ñộng.
5.7.3.2. Các phương án tuyến có thể sản sinh.

Dùng phương pháp nhận biết CAD ñem tổ hợp khác nhau các ñiểm khống chế
ban ñầu và các ñiểm khống chế khác và dùng ñường thẳng nối thành các ñường gấp
khúc kiểu moc xích khác nhau sẽ sinh ra một số phương án hướng tuyến; qua so sánh
xác ñịnh loại các kết cấu của các công trình cầu, hầm v.v
5.7.4. Thiết kế mặt cắt dọc bằng bổ trợ của máy tính.
Trước hết, trên bản ñồ ñịa hình xác ñịnh vị trí bình ñồ tuyến (xác ñịnh tuyến
thủ công trên giấy hoặc dùng phương pháp giao hoán hình trên ñoạn cuối bản ñồ máy
tính ñể ñịnh ra vị trí bình ñồ tuyến ñược các số liệu toạ ñộ ñiểm chuyển bình ñồ, bán
kính ñường cong nằm, các tiêu chuẩn kĩ thuật có liên quan, cao ñộ và lý trình ñiểm
khống chế v.v ñưa vào kho dữ liệu, căn cứ mô hình mặt ñất kĩ thuật số của khu vực
ñi qua, nội suy ra các tài liệu về mặt cắt dọc mặt ñất và dốc ngang mặt ñất v.v Căn
cứ mặt cắt dọc mặt ñất ñã nội suy ra, dùng máy tính tự ñộng tìm ra một ñường thiết
kế mặt cắt dọc vừa thoả mãn các ñiều kiện ràng buộc và tiêu chuẩn kĩ thuật vừa có
thể tiếp cận với mặt ñất, lấy ñó làm mặt cắt dọc ban ñầu.
Xuất phát từ mặt cắt dọc ban ñầu ñó,dùng một phương pháp tối ưu, tiến hành

thiết kế tối ưu, tiến hành thiết kế tối ưu mặt cắt dọc, từ ñó ñưa ra mặt cắt tối ưu có chi
phí công trình nhỏ nhất trên bình ñồ ñã ñịnh.
Kết hợp phân tích tính toán tự ñộng với kĩ thuật vẽ hình kiểu trao ñổi, ñem mặt
cắt dọc tối ưu "trang sức" thành mặt cắt dọc thiết kế.
Cuối cùng sử dụng thiết bị ngoại vi của máy tính - máy vẽ bản ñồ ñể vẽ ra bản
vẽ mặt cắt dọc tuyến ñường
Mô hình toán học của thiết kế tối ưu mặt cắt dọc tuyến ñường sắt có thể quy
nạp như sau:

63
Có một nhóm biến số thiết kế x
1
, x
2
, x
n
, tìm lời giải thoả mãn hàm mục tiêu
F(x) > min.
ðiều kiện ràng buộc: Gi(x) > = 0 i = 1,2, p
Hj(x) = 0 j = 1,2, q
5.7.4.1. Tự hoá sản sinh mặt cắt dọc ban ñầu.

Phương pháp sản sinh tự ñộng mặt cắt dọc ban ñầu, về cơ bản có hai loại:
- Xác ñịnh tuyến thiết kế gồm các ñoạn dốc ngắn (ñoạn dốc kiểu xích) sau khi
tìm ñược phương án ối ưu của ñoạn dốc kiểu xích "trang sức", nó thành ñoạn dốc
ñường thẳng mà quy phạm cho phép, như phương pháp xác ñịnh trị số ban ñầu dùng
trong phương pháp tối ưu hiệu bậc thang.
- Dùng hàm số kiểu ñường cong, giải tìm lời giải ban ñầu, như phương pháp
dạng B dùng phương pháp này ñể xác ñịnh trị số ban ñầu.
Trong phương pháp thiết kế tối ưu mật cắt dọc tuyến ñường sắt phần nhiều sử

dụng ñoạn dốc kiểu mắt xích làm cơ sở thông qua phương pháp thăm dò từng bước
tìm ra trị số thiết kế ban ñầu của nhóm ñoạn dốc kiểu mắt xích có các chiều dài
không bằng nhau. Trong chương trình phương pháp này mô phỏng kiến thức chọn
tuyến thủ công. Trong thiết kế chỉ xét:
+ Ràng buộc cao ñộ
+ ðộ dốc tối ña
+ Hạn chế hiệu ñại số ñộ dốc cho phép, không hạn chế chiều dài dốc tối thiểu.
Tại chỗ cầu, cống cần xét cao ñộ khỗng chế. Số lượng hầm, vị trí hầm, chiều dài hầm
do máy tính tự ñộng xác ñịnh. Cần tiến hành ñiều chỉnh các chỗ vi phạm tiêu chuẩn
thiết kế và ñiều kiện ràng buộc. Nếu các ñiều kiện ràng buộc ñược thoả mãn thì có
thể tìm ñược ñường mặt cắt dọc sơ bộ vừa phối hợp chặt chẽ với ñường mặt ñất lại
tuân thủ các ñiều kiện ràng buộc. Phương pháp này có thể tự ñộng xác ñịnh trị số ban
ñầu mặt cắt dọc ở ñịa hình thông thường, phản ánh tương ñối tốt ñoạn dốc gò bó và
tự do.
5.7.4.2. Tối ưu hóa mặt cắt dọc.

Phương pháp tối ưu hoá thiết kế mặt cắt dọc trên máy tính có rất nhiều như
phương pháp phân tich, phương pháp liên tục, phương pháp sai phân cục bộ, phương
pháp bậc thang, phương pháp hình chiếu bậc thang v.v Sự khác nhau của phương
pháp này là ở chỗ vấn ñề ñề xuất và mức ñộ chặt chẽ của phương pháp tối ưu hóa;
mức ñộ lời giải tìm ñược tiệm cận với lời giải tối ưu; các nhân tố chủ yếu và mức ñộ
ñầy ñủ có ảnh hưởng ñối với vị trí tuyến; cũng như thới gian của máy tính v.v

64
Hàm mục tiêu của bài toán thiết kế tối ưu mặt cắt dọc tuyến là hàm bậc 2 phân
ñoạn, có thể thấy ñây là hàm lồi, còn các ràng buộc của nó là bậc nhất. Phương pháp
hình chiếu bậc thang thích hợp với việc giải các vấn ñề quy hoạch phi tuyến có ràng
buộc tuyến tính này. Còn hàm mục tiêu có thể tính toán theo phương pháp vi phân
biến số.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp chiếu bậc thang là dùng hình chiếu bậc

thang âm -
∇F(xq) của hàm mục tiêu trên tập giao của mặt cong các ràng buộc thuộc
ñiểm xq ñể giải tìm cực tiểu của bài toán.
5.7.4.3. "Trang sức" mặt cắt dọc kiểu mắt xích.
Trang sức ở ñây là tu chỉnh mặt cắt dọc kiểu mắt xích thành mặt cắt dọc dốc
dài. Phương pháp cơ bản của nó như sau:
- Dùng kĩ thuật ñồ họa của máy tính ñem mặt cắt dọc kiểu mắt xích tối ưu phân
thành các ñoạn dốc gò bó và thoải.
- Dùng máy tính tiến hành trang sức tự ñộng các ñoạn dôc gò bó và dốc thoải.
- Dùng kĩ thuật ñồ họa kiểu giao nhau ñể hoàn thiện kết quả trang sức tự ñộng.
Nguyên tắc trang sức tự ñộng là: mặt cắt ñoạn dốc dài ñã chỉnh sửa, dưới tiền
ñề thoả mãn yêu cầu quy phạm, sao cho tổng bình phương chênh lệch cao ñộ giữa
các ñiểm 50 m trên mặt cắt thiết kế với các ñiểm tương ứng trên mặt cắt dọc kiểu
xích tối ưu là nhỏ nhất.
5.7.4.4. Vẽ bản vẽ mặt cắt dọc.
Chiều ngang trong bản vẽ mặt cắt dọc tuyến là biểu thị chiều dài tuyến, còn
chiều ñứng biểu thị cao ñộ. Bản vẽ mặt cắt dọc tuyến gồm 2 nội dung: Các số liệu và
tài liệu về tuyến, sơ ñồ mặt cắt dọc tuyến. Bản vẽ mặt cắt dọc tuyến ở kết quả cuối
cùng cần ñược vẽ thành bản vẽ theo mẫu tiêu chuẩn của "bản vẽ ñường sắt". Kết quả
trung gian, có thể vẽ thành bản vẽ có một số ñơn giản bớt ñi so với bản vẽ tiêu chuẩn,
chẳng hạn chỉ cần vẽ bình ñồ, ñộ dốc thiết kế và cao ñộ vai ñường thiết kế.
5.7.5. Thiết kế bình ñồ tuyến có sự bổ trợ của máy tính.

Lấy DTM và "bản ñồ ñịa hình ñiện tử" làm cơ sở sử dụng kĩ thuật ñồ họa trao
ñổi nhau và kết hợp với kĩ thuật tối ưu ñể hoàn thành công tác thiết kế bình ñồ
phương án tuyến.
5.7.5.1. Phương án bình ñồ tuyến ban ñầu.
Có thể dùng phương pháp thủ công ñể lập bình ñồ ban ñầu hoặc dùng máy tính
ñể lập tự ñộng bình ñồ ban ñầu.
5.7.5.2. Tối ưu hoá liên hợp bình ñồ và trắc dọc tuyến.

65
Xuất phát từ phương án bình ñồ ban ñầu, tiến hành tối ưu hoá liên hợp cả bình
ñồ và trắc dọc, dùng làm căn cứ xét chọn tổng hợp phương án.
Khi mặt cắt dọc lấy cao ñộ thiết kế Z của 5 ñiểm ñổi dốc làm biến số thiết kế,
bình ñồ lấy bán kính ñường cong R và toạ ñộ x, y của ñiểm dổi dốc làm biến số thiết
kế thì mô hình toán học của thiết kế tối ưu liên hợp bình ñồ, trắc dọc là:
min f(x,y,z)
gj(x,y,R) ≥ 0 (j = 1,2, p)
hk(z) ≥ 0 (k = 1,2, q)
Lấy chi phí vận doanh công trình tính ñổi nhỏ nhất làm hàm mục tiêu ñể tối ưu
hoá liên hợp bình ñồ, trắc dọc, lúc ñó lấy bán kính ñường cong nằm làm biến số liên
tục, dốc dọc là dốc kiểu xích, hàm mục tiêu tương ứng là:
f =
∇(f
1
+ f
2
+ f
3
+ f
4
+ f
5
+ f
6
) + E
1
+ E

2

Trong công thức ∇, f
1
, f
2
, f
3
, f
4
, f
5
, f
6
, E
1
, E
2
lần lượt là hệ số hiệu quả ñầu tư;
chi phí công trình nền ñường, chí phí công trình cầu; chi phí công trình cống, chi phí
công trình hầm, chi phí công trình tỷ lệ với chiều dài tuyến; chi phí mua ñất; chi phí
vận doanh hàng năm có liên quan tới lượng chạy tầu; chi phí vận doanh hàng năm có
tỉ lệ thuận với chiều dài tuyến.
Theo phương pháp vi phân hàm hợp, trực tiếp tính ra dộ bậc thang
∇F của biến
ñộc lập hàm mục tiêu, sử dụng phương pháp hình chiếu bậc thang ñể tiến hành tối ưu
hoá liên hợp cả bình ñồ và trắc dọc.
5.7.5.3. Vẽ bản vẽ bình ñồ tuyến.
Sau khi ñã có bản ñồ ñịa hình thể hiện ñường ñồng mức, vẽ bản vẽ bình ñồ
tuyến thiết kế là vẽ lồng bình ñồ tuyến thiết kế lên bản ñồ ñịa hình có ñường ñồng

mức. Trước hết tính toạ ñộ phẳng của các ñiểm ñặc trưng của tuyến, cọc 100 m và
các cọc khác, thông qua biến ñổi toạ ñộ chuyển thành toạ ñộ rồi dùng hàm số vẽ
ñường thẳng và chương trình con vẽ ñường cong, vẽ ra bình diện tuyến, ghi chú các
kí hiệu và các chữ là xong. Kết cấu số liệu dùng vẽ bình ñồ tuyến có: toạ ñộ phẳng
ñiểm khởi ñầu, ñiểm kết thúc của tuyến, chiều dài ga, lý trình ñiểm ñầu và cuối của
cầu, hầm các kí hiệu loại hình ga (ga trung gian, ga nhường tránh và ga khu ñoạn),
toạ ñộ các ñỉnh ñường cong trên bình ñồ tuyến, bán kính ñường cong tròn, chiều dài
ñường cong chuyển tiếp, dấu hiệu ñường cong quay trái, quay phải, góc chuyển
hướng của ñường cong, toạ ñộ và lý trình các ñiểm chính v.v

Câu hỏi cho chương vạch tuyến
1. Thế nào là vạch tuyến tự do, khi nào là vạch tuyến khó khăn.

66
2. Phương pháp vạch tuyến tự do.
3. Phương pháp vạch tuyến khó khăn.
4. ðặc ñiểm vạch tuyến theo ñịa hình.
5. Vạch tuyến theo ñiều kiện ñịa chất phức tạp.
6. Các phương pháp MHSðH thường dùng trong vạch tuyến.



1

CHƯƠNG 6
TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY, LỰA CHỌN LOẠI VÀ KHẨU ðỘ
CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ

6.1. PHÂN TÍCH LOẠI CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC NHỎ
Công trình thoát nước nhỏ chủ yếu trên ñường sắt là cầu nhỏ và cống.

6.1.1. Cống.
Trên mạng ñường sắt tỷ lệ về mặt số lượng thì công trình cống là chủ yếu.
Nói ñến cống ta phải xét ñến các thông số là khẩu ñộ và chiều dài cống. Khẩu
ñộ cống do lưu lượng nước thoát qua quyết ñịnh. Nhìn chung cống trên ñường sắt có
khẩu ñộ từ 1m ñến 6m. Còn chiều dài cống do chiều cao nền ñường ñắp khống chế.
Số lượng ống cống nối ghép tạo nên chiều dài cống thường không hạn chế và do việc
chế tạo chiều dài ñốt cống ở công xưởng sản xuất ra nó.
Ta thường gặp ba loại cống là cống tròn cống vuông và cống vòm. Trong ñó
cống tròn là phổ biến nhất vì nó dễ thi công và phù hợp với ñiều kiện thi công cơ
giới. Cống tròn dùng khi lưu lượng cần thoát qua nhỏ hơn 15m
3
/s. Khi cần thoát qua
một lưu lượng nước lớn hơn 15m
3
/s thì cống vuông kinh tế hơn cống tròn cống vòm
dùng ở những nơi ñịa chất lòng sông (suối) tốt.
6.1.2. Cầu.
Trên tuyến ñường sắt thường thiết kế cầu bê tông cốt thép, cầu thép và cầu
vòm ñá.
Cầu ñược dùng khi lưu lượng cần thoát qua công trình là 25 - 30m
3
/s. Tuy
nhiên rất nhiều trường hợp cần phải so sánh kinh tế kỹ thuật ñể quyết ñịnh chọn cầu
hay cống.
Nếu ñiều kiện cho phép nên chọn cống vì kết cấu cống ñơn giản, thi công dễ,
chịu ñược tải trọng cao và ñặc biệt là không phụ thuộc vào việc thay ñổi hoạt tải tác
dụng lên cống. Nói cách khác là khi cần thay ñổi ñầu máy chạy trên tuyến thì cống
không phải gia cố thêm một cách phức tạp như cầu.
6.1.3. Các loại công trình khác.
Ngoài hai loại trên còn có cống xi phông (thường thấy trên tuyến miền núi,

cống máng và cống ngầm có hố tiêu năng (hình 6-1).