Công nghệ thi công đường sắt mới hàn liền khổ tiêu chuẩn cho đường sắt việt nam luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật chuyên ngành xây dựng đường sắt

Công nghệ hàn liền khổ tiêu chuẩn mới cho đường sắt Việt Nam, nghiên cứu chuyên sâu trong luận án thạc sĩ kỹ thuật xây dựng đường sắt.

• Tác giả: Nguyễn Hồng Phong
• Người hướng dẫn: Lê Hải Hà
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Xây dựng đường sắt
• Đề tài: Công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ tiêu chuẩn cho đường sắt Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG ĐƯỜNG RAY HẠN LIỀN
• 1.1. Công nghệ thi công đường ray hạn liền trên thế giới
• 1.2. Công nghệ thi công đang áp dụng ở Việt Nam
• 1.3. Yêu cầu kỹ thuật đặt đường không khe nối trên đường mới xây dựng
• 1.4. Tổng hợp các yêu cầu kỹ thuật đặt đường không khe nối trên đường mới xây dựng

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ tiêu chuẩn

Công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ là một bước tiến quan trọng trong ngành đường sắt, đặc biệt trong việc xây dựng các tuyến đường sắt cao tốc. Đường sắt hàn liền khổ không chỉ giúp tăng tốc độ chạy tàu mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến khe nối, từ đó nâng cao độ ổn định và an toàn. Tại Việt Nam, việc áp dụng công nghệ hàn liền khổ đang được nghiên cứu và triển khai, đặc biệt trong các dự án xây dựng mới như tuyến đường sắt Hà Nội - TP HCM.

1.1. Công nghệ thi công đường ray hàn liền trên thế giới

Trên thế giới, công nghệ thi công đường ray hàn liền đã được áp dụng từ những năm 1930, đặc biệt tại các nước phát triển như Nhật Bản, Trung Quốc, và các nước châu Âu. Các tuyến đường sắt cao tốc như Bắc Kinh - Thượng Hải đã sử dụng công nghệ hàn liền khổ để đạt tốc độ chạy tàu lên đến 300 km/h. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp tăng tốc độ mà còn giảm chi phí bảo trì và nâng cao tuổi thọ của đường sắt.

1.2. Tình hình áp dụng tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm. Một trong những dự án đầu tiên áp dụng công nghệ này là tuyến đường sắt Nông Sơn - Trà Kiệu, với các thanh ray hàn dài từ 200m trở lên. Việc triển khai công nghệ này đòi hỏi sự đầu tư lớn về trang thiết bị và kỹ thuật, cũng như việc xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế và thi công phù hợp với điều kiện địa lý và khí hậu của Việt Nam.

II. Kỹ thuật và quy trình thi công đường sắt hàn liền khổ

Kỹ thuật xây dựng đường sắt hàn liền khổ đòi hỏi sự chính xác cao trong từng công đoạn, từ việc hàn nối các thanh ray đến việc lắp đặt và kiểm tra chất lượng. Công nghệ hàn liền khổ sử dụng các phương pháp hàn nhiệt nhôm và hàn khí nén, đảm bảo độ bền và độ ổn định của đường ray. Quy trình thi công bao gồm các bước như đo đạc nhiệt độ ray, hàn nối các thanh ray, và lắp đặt đường ray vào vị trí.

2.1. Quy trình hàn nối các thanh ray

Quy trình hàn nối các thanh ray trong công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ bao gồm việc sử dụng các thiết bị hàn nhiệt nhôm và hàn khí nén. Các thanh ray được hàn nối thành các đoạn dài từ 200m trở lên, đảm bảo độ liên tục và ổn định của đường ray. Quá trình hàn được giám sát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng mối hàn, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt.

2.2. Lắp đặt và kiểm tra chất lượng đường ray

Sau khi hàn nối, các thanh ray được lắp đặt vào vị trí bằng các thiết bị cơ giới hiện đại. Quá trình lắp đặt đòi hỏi sự chính xác cao, đặc biệt là việc điều chỉnh khe hở và độ phẳng của đường ray. Sau khi lắp đặt, các mối hàn và toàn bộ đoạn đường ray được kiểm tra chất lượng bằng các phương pháp siêu âm và đo lường lực chịu tải, đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn thiết kế.

III. Ứng dụng và giá trị thực tiễn của công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ

Công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ mang lại nhiều giá trị thực tiễn, đặc biệt trong việc nâng cao tốc độ và độ an toàn của các tuyến đường sắt. Việc áp dụng công nghệ này giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến khe nối, từ đó giảm chi phí bảo trì và nâng cao tuổi thọ của đường sắt. Tại Việt Nam, công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các tuyến đường sắt cao tốc và hiện đại hóa hệ thống đường sắt quốc gia.

3.1. Giá trị kinh tế và kỹ thuật

Công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có giá trị kinh tế lớn. Việc giảm thiểu các khe nối giúp giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ của đường sắt, từ đó tiết kiệm chi phí trong dài hạn. Ngoài ra, công nghệ này còn giúp nâng cao tốc độ chạy tàu, tăng tính cạnh tranh của đường sắt so với các phương tiện vận tải khác.

3.2. Tiềm năng ứng dụng tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ thi công đường sắt hàn liền khổ có tiềm năng lớn trong việc phát triển các tuyến đường sắt cao tốc và hiện đại hóa hệ thống đường sắt quốc gia. Việc áp dụng công nghệ này sẽ giúp nâng cao chất lượng và độ an toàn của các tuyến đường sắt, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế và giao thông vận tải trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của ngành giao thông vận tải, đặc biệt là hệ thống đường sắt cao tốc, việc xây dựng và áp dụng công nghệ thi công đường ray hàn liền đạt tiêu chuẩn là một yêu cầu cấp thiết. Mạng lưới đường sắt Việt Nam hiện có tổng chiều dài khoảng 3.143 km, trong đó chỉ khoảng 6% là đường ray tiêu chuẩn. Chiến lược phát triển giao thông vận tải đường sắt đến năm 2020 đã được Chính phủ phê duyệt, trong đó nhấn mạnh việc xây dựng đường ray không khe nối nhằm nâng cao tốc độ chạy tàu, đảm bảo an toàn và tính cạnh tranh với các phương tiện vận tải khác.

Đường ray hàn liền là kết cấu đường ray liên tục, không có khe nối, giúp giảm rung lắc, tiếng ồn và tăng độ bền kết cấu. Trên thế giới, hệ thống đường ray hàn liền đã phát triển mạnh mẽ với tổng chiều dài khoảng 350.000 km, trở thành kết cấu chính của các tuyến đường sắt hiện đại. Tại Việt Nam, đoạn đường ray hàn liền đầu tiên dài khoảng 11 km đã được thi công trên tuyến Hà Nội – TP. Hồ Chí Minh, với nhiều thách thức về địa chất, kỹ thuật thi công và điều kiện khí hậu.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích, đánh giá công nghệ thi công đường ray hàn liền phù hợp với điều kiện Việt Nam, từ đó đề xuất quy trình thi công và tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả và an toàn cho các dự án đường sắt mới. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công nghệ thi công đường ray hàn liền trên các tuyến đường sắt mới xây dựng, đặc biệt là đoạn Nông Sơn – Trà Kiệu, với thời gian nghiên cứu từ năm 2000 đến 2005.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho ngành đường sắt Việt Nam trong việc áp dụng công nghệ thi công hiện đại, góp phần nâng cao năng lực vận tải, giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ kết cấu đường ray.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về kết cấu đường ray hàn liền, bao gồm:

• Lý thuyết kết cấu đường ray không khe nối (Continuous Welded Rail - CWR): Đường ray hàn liền là kết cấu liên tục, không có khe nối, giúp giảm rung động và tăng độ bền cơ học. Lý thuyết này giải thích các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất nhiệt, biến dạng và ổn định của đường ray trong quá trình vận hành.

• Mô hình tính toán ứng suất và biến dạng nhiệt của đường ray: Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, tải trọng tàu và đặc tính vật liệu đến ứng suất trong đường ray, từ đó xác định các tiêu chuẩn kỹ thuật về chiều dài thanh ray, biên độ nhiệt cho phép và phương pháp hàn.

• Khái niệm về nền đường và lớp đệm (Subgrade and Ballast): Nền đường và lớp đệm có vai trò quan trọng trong việc phân phối tải trọng và ổn định đường ray. Tiêu chuẩn thiết kế nền đường, lớp đệm và lớp đệm mặt được áp dụng theo quy định kỹ thuật của Trung Quốc và Nhật Bản, phù hợp với điều kiện địa chất Việt Nam.

• Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công đường ray hàn liền: Bao gồm các yêu cầu về vật liệu (ray, tà vẹt, phụ kiện), phương pháp hàn, kỹ thuật đặt ray, kiểm tra và bảo dưỡng đường ray nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa thu thập dữ liệu thực nghiệm, phân tích kỹ thuật và khảo sát thực tế:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các dự án thi công đường ray hàn liền tại Việt Nam, đặc biệt là đoạn Nông Sơn – Trà Kiệu; tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc tế và trong nước; báo cáo ngành đường sắt và các nghiên cứu liên quan.

• Phương pháp phân tích: Phân tích kỹ thuật kết cấu đường ray, tính toán ứng suất nhiệt, đánh giá các phương pháp thi công hiện đại như đặt ray từng thanh, đặt ray dài, sử dụng máy móc chuyên dụng (SVM1000S, PKJ-20ES, PTH500, TL50, T28); so sánh ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2000 đến 2005, bao gồm khảo sát thực địa, thu thập số liệu, phân tích kỹ thuật và đề xuất giải pháp.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các đoạn đường ray hàn liền dài từ 11 km đến 237 m, với các thiết bị thi công và máy móc được khảo sát, đánh giá chi tiết. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các đoạn đường ray tiêu biểu và khả năng áp dụng công nghệ thi công trong điều kiện Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả của công nghệ thi công đặt ray dài: Việc sử dụng ray dài ≥200 m, hàn nối liền mạch giúp giảm số lượng mối nối, tăng độ bền kết cấu và giảm chi phí bảo trì. Tại đoạn Nông Sơn – Trà Kiệu, ray dài được vận chuyển và lắp đặt bằng các thiết bị chuyên dụng như xe vận chuyển ray hai tầng, máy đặt ray SVM1000S với năng suất khoảng 350 m/giờ, tiết kiệm thời gian thi công khoảng 30% so với phương pháp đặt từng thanh ray.

2. Ứng dụng công nghệ hàn nhiệt và hàn khí gas: Phương pháp hàn nhiệt nhúng theo tiêu chuẩn Australia được áp dụng để hàn nối ray dài, đảm bảo độ bền cơ học và ổn định nhiệt. Nhiệt độ khoan ray được kiểm soát trong khoảng 35°C ± 10°C, giúp giảm ứng suất nhiệt dư và hạn chế biến dạng ray.

3. Tiêu chuẩn kỹ thuật nền đường và lớp đệm: Nền đường được thiết kế với bán kính cong ≥700 m, độ dốc ngang ≤3%, lớp đệm mặt dày 30 cm, lớp đệm dưới 20 cm, đảm bảo phân phối tải trọng hiệu quả. Lớp đệm sử dụng vật liệu đá nghiền đạt tiêu chuẩn K30 ≥ 150 MPa/m, độ rỗng < 20%, giúp tăng độ ổn định và tuổi thọ đường ray.

4. Phương pháp thi công và tổ chức lao động: Việc sử dụng dây chuyền thi công đồng bộ gồm máy đặt ray, xe vận chuyển ray, cầu trục chuyên dụng giúp nâng cao năng suất và chất lượng thi công. Một ca thi công có thể xử lý khoảng 160 cặp ray, với đội ngũ khoảng 26 người, đảm bảo tiến độ và an toàn lao động.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ thi công đường ray hàn liền bằng ray dài và sử dụng máy móc chuyên dụng là phù hợp với điều kiện kỹ thuật và kinh tế của Việt Nam. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, phương pháp này giúp giảm thiểu các vấn đề về biến dạng nhiệt, mối nối ray yếu và tăng tính liên tục của kết cấu đường ray.

Việc áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật nền đường và lớp đệm theo tiêu chuẩn Trung Quốc và Nhật Bản đã được chứng minh là phù hợp với địa chất phức tạp tại các khu vực nghiên cứu, đặc biệt là đoạn Nông Sơn – Trà Kiệu với độ dốc và bán kính cong lớn.

Biểu đồ năng suất thi công (m/giờ) và biểu đồ phân bố ứng suất nhiệt trong ray hàn liền có thể được sử dụng để minh họa hiệu quả của các phương pháp thi công và kiểm soát chất lượng.

Tuy nhiên, một số hạn chế như thời gian phong tỏa đường ray dài trong quá trình thi công, chi phí đầu tư máy móc ban đầu cao và yêu cầu kỹ thuật vận hành cao cần được cân nhắc và giải quyết trong thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ đặt ray dài và hàn nhiệt nhúng: Khuyến nghị sử dụng ray dài ≥200 m và phương pháp hàn nhiệt nhúng theo tiêu chuẩn Australia để đảm bảo độ bền và ổn định kết cấu. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm cho các tuyến đường sắt mới. Chủ thể thực hiện là các nhà thầu thi công và quản lý dự án đường sắt.

2. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật nền đường và lớp đệm phù hợp: Đề xuất áp dụng tiêu chuẩn thiết kế nền đường với bán kính cong ≥700 m, lớp đệm mặt dày 30 cm, sử dụng vật liệu đá nghiền đạt tiêu chuẩn K30 ≥ 150 MPa/m. Thời gian áp dụng ngay trong các dự án hiện tại và tương lai. Chủ thể là các đơn vị thiết kế và quản lý xây dựng.

3. Đầu tư trang thiết bị máy móc chuyên dụng: Khuyến nghị đầu tư máy đặt ray SVM1000S, PKJ-20ES, cầu trục PTH500 và các thiết bị hỗ trợ để nâng cao năng suất và chất lượng thi công. Thời gian đầu tư và đào tạo vận hành trong 1 năm. Chủ thể là các công ty thi công và cơ quan quản lý ngành đường sắt.

4. Tổ chức đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Đào tạo kỹ thuật viên vận hành máy móc, kỹ sư giám sát thi công và công nhân thi công để đảm bảo quy trình thi công đạt chuẩn. Thời gian đào tạo liên tục, ưu tiên trong giai đoạn triển khai dự án. Chủ thể là các trường đào tạo kỹ thuật và doanh nghiệp thi công.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành đường sắt: Giúp hiểu rõ về công nghệ thi công đường ray hàn liền, từ đó xây dựng chính sách phát triển hạ tầng đường sắt hiện đại, nâng cao năng lực vận tải.

2. Các đơn vị thiết kế và tư vấn kỹ thuật: Cung cấp cơ sở kỹ thuật và tiêu chuẩn thiết kế nền đường, lớp đệm, kết cấu ray phù hợp với điều kiện Việt Nam, hỗ trợ thiết kế các dự án đường sắt mới.

3. Nhà thầu thi công và doanh nghiệp xây dựng: Hướng dẫn quy trình thi công, lựa chọn công nghệ và thiết bị phù hợp, nâng cao hiệu quả thi công và chất lượng công trình.

4. Các trường đại học và viện nghiên cứu: Là tài liệu tham khảo cho nghiên cứu phát triển công nghệ thi công đường sắt, đào tạo kỹ sư xây dựng và giao thông vận tải.

Câu hỏi thường gặp

1. Đường ray hàn liền là gì và có ưu điểm gì so với đường ray truyền thống?
   Đường ray hàn liền là loại đường ray không có khe nối, được hàn liên tục thành một đoạn dài. Ưu điểm gồm giảm rung lắc, tiếng ồn, tăng độ bền kết cấu và giảm chi phí bảo trì. Ví dụ, tại đoạn Nông Sơn – Trà Kiệu, việc sử dụng đường ray hàn liền giúp nâng cao tốc độ chạy tàu và an toàn vận hành.

2. Phương pháp thi công đặt ray dài có những lợi ích gì?
   Phương pháp này giúp giảm số lượng mối nối, tăng độ bền và ổn định đường ray. Máy móc chuyên dụng như SVM1000S có thể đặt được 350 m ray mỗi giờ, tiết kiệm thời gian và nhân lực so với đặt từng thanh ray. Đây là công nghệ phù hợp với các tuyến đường sắt mới xây dựng.

3. Tiêu chuẩn kỹ thuật nền đường và lớp đệm ảnh hưởng thế nào đến chất lượng đường ray?
   Nền đường và lớp đệm chịu trách nhiệm phân phối tải trọng và ổn định đường ray. Tiêu chuẩn như bán kính cong ≥700 m, lớp đệm mặt dày 30 cm, vật liệu đá nghiền đạt K30 ≥ 150 MPa/m giúp tăng tuổi thọ và giảm biến dạng đường ray trong quá trình vận hành.

4. Các thiết bị thi công đường ray hàn liền phổ biến hiện nay là gì?
   Các thiết bị gồm máy đặt ray SVM1000S, PKJ-20ES, cầu trục PTH500, máy hàn nhiệt nhúng, xe vận chuyển ray hai tầng. Những thiết bị này giúp nâng cao năng suất, đảm bảo độ chính xác và an toàn trong thi công.

5. Làm thế nào để kiểm soát ứng suất nhiệt trong đường ray hàn liền?
   Ứng suất nhiệt được kiểm soát bằng cách hàn trong điều kiện nhiệt độ thích hợp (khoảng 35°C ± 10°C), sử dụng phương pháp hàn nhiệt nhúng và kiểm tra nhiệt độ khoan ray liên tục. Việc này giúp giảm biến dạng và nguy cơ nứt gãy đường ray khi vận hành.

Kết luận

• Đường ray hàn liền là giải pháp kỹ thuật tiên tiến, phù hợp với chiến lược phát triển đường sắt Việt Nam đến năm 2020.
• Công nghệ thi công đặt ray dài kết hợp hàn nhiệt nhúng giúp nâng cao chất lượng và hiệu quả thi công.
• Tiêu chuẩn kỹ thuật nền đường và lớp đệm theo quy định quốc tế được áp dụng thành công tại các đoạn đường ray nghiên cứu.
• Việc đầu tư máy móc chuyên dụng và đào tạo nhân lực là yếu tố then chốt đảm bảo thành công của dự án.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ thi công đường ray hàn liền phù hợp với điều kiện Việt Nam, góp phần hiện đại hóa hệ thống giao thông đường sắt.

Next steps: Triển khai áp dụng quy trình thi công và tiêu chuẩn kỹ thuật đã đề xuất trong các dự án đường sắt mới; tiếp tục nghiên cứu cải tiến công nghệ và đào tạo nhân lực.

Các đơn vị quản lý, thiết kế và thi công cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng công nghệ thi công đường ray hàn liền, nâng cao chất lượng và hiệu quả đầu tư hạ tầng đường sắt Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr­êng ®¹i häc giao th«ng vËn t¶i C«ng nghÖ thi c«ng ®­êng s¾t míi hµn liÒn khæ tiªu chuÈn cho ®­êng s¾t ViÖt nam luËn v¨n th¹c sü khkt chuyªn ngµnh : X©y dùng ®­êng s¾t M· sè : 60.35 Gv h­íng dÉn : TS Lª H¶i Hµ PGS.TS NguyÔn träng luËt Häc viªn : nguyÔn hång phong Hµ néi - 11 / 2005 bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr­êng ®¹i häc giao th«ng vËn t¶i luËn v¨n th¹c sü khoa häc kü thuËt C«ng nghÖ thi c«ng ®­êng s¾t míi hµn liÒn khæ tiªu chuÈn cho ®­êng s¾t viÖt nam Gv h­íng dÉn : ts Lª h¶i hµ PGS.TS NguyÔn träng luËt Häc viªn : NguyÔn hång phong chuyªn ngµnh : x©y dùng ®­êng s¾t Hµ néi - th¸ng 11 / 2005 Gi¸o viªn h­íng dÉn LuËn v¨n th¹c sü KHKT Lêi nãi ®Çu §­êng s¾t kh«ng khe nèi lµ sù ph¸t triÓn tÊt yÕu cña ®­êng s¾t tÊt c¶ c¸c n­íc trªn thÕ giíi, bëi v× chØ víi kÕt cÊu cña ®­êng s¾t kh«ng khe nèi míi cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu ch¹y tµu tèc ®é cao, t¶i träng lín, lµ tiÒn ®Ò ®Ó ®­êng s¾t tån t¹i vµ cã tÝnh c¹nh tranh víi c¸c lo¹i ph­¬ng tiÖn vËn t¶i kh¸c §­êng s¾t c¸c n­íc ph¸t triÓn ®· sö dông kÕt cÊu ®­êng kh«ng khe nèi tõ nh÷ng n¨m ®Çu vµ gi÷a cña thÕ kû tr­íc, chÝnh do nÒn t¶ng ®ã mµ tèc ®é khai th¸c cña c¸c ®oµn tÇu t¨ng lªn liªn tôc, t¹o ra tÝnh c¹nh tranh cña ph­¬ng tiÖn vËn t¶i ®­êng s¾t. Trong xu thÕ ph¸t triÓn chung, chiÕn l­îc ph¸t triÓn ®­êng s¾t ®Õn n¨m 2020 ®· ®­îc Thñ t­íng ChÝnh phñ phª duyÖt, ViÖt Nam ®ang vµ sÏ x©y dùng ®­êng s¾t kh«ng khe nèi. §Ó x©y dùng ®­êng s¾t kh«ng khe nèi cã nhiÒu yÕu tè ¶nh h­ëng, trong ®ã mét phÇn rÊt quan träng ®ã lµ c«ng nghÖ thi c«ng. Cã rÊt nhiÒu c«ng nghÖ thi c«ng, tõ l¹c hËu ®Õn c¸c c«ng nghÖ hiÖn ®¹i, mçi lo¹i c«ng nghÖ hiÖn ®¹i l¹i cã nh÷ng ­u khuyÕt ®iÓm, ph¹m vi ¸p dông riªng, do ®ã viÖc ph©n tÝch c¸c c«ng nghÖ thi c«ng ®Ó lùa chän c«ng nghÖ thi c«ng tiªn tiÕn, phï hîp víi ®iÒu kiÖn ViÖt Nam lµ hÕt søc cÇn thiÕt.

Víi sè l­îng c«ng nghÖ thi c«ng rÊt nhiÒu, ph¹m vi nghiªn cøu réng do ®ã trong néi dung cña luËn v¨n nµy chØ nghiªn cøu c«ng nghÖ thi c«ng ®­êng s¾t kh«ng khe nèi trªn ®­êng x©y dùng míi khæ 1435, chØ nghiªn cøu phÇn c«ng nghÖ thi c«ng phÇn kiÕn tróc phÇn trªn. §Ó hoµn thµnh ®­îc luËn v¨n nµy, em xin ®­îc ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o, PGS.TS NguyÔn Träng LuËt, TS Lª H¶i Hµ ®· tËn t×nh h­íng dÉn, c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n §­êng s¾t vµ trong Tr­êng, c¸c b¹n ®ång nghiÖp trong vµ ngoµi Nhµ tr­êng ®· hÕt lßng d¹y dç, gióp ®ì trong suèt qu¸ tr×nh häc tËp vµ c«ng t¸c. Víi h¹n chÕ trong viÖc tÕp cËn c«ng nghÖ míi, luËn v¨n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng nh×n nhËn ch­a ®­îc tæng quan, do vËy mong ®­îc sù ®ãng gãp ý kiÕn cña c¸c thÇy c«, c¸c b¹n ®ång nghiÖp. NguyÔn Hång Phong 1 LuËn v¨n th¹c sü KHKT Ch­¬ng 1 Tæng quan vÒ c«ng nghÖ thi c«ng ®­êng ray hµn liÒn 1.

C«ng nghÖ thi c«ng ®­êng ray hµn liÒn trªn thÕ giíi. §­êng s¾t cao tèc x©y dùng míi, víi môc tiªu lµ sau khi x©y dùng cã thÓ ch¹y tµu kh¸ch víi vËn tèc 200 km/h, hoÆc 300 km/h, tÊt yÕu ph¶i ®­a viÖc ®Æt ®­êng KKN v­ît khu gian vµo c«ng tr×nh x©y dùng míi. C¸c n­íc tiªn tiÕn ®· ¸p dông c«ng nghÖ nµy ®· t­¬ng ®èi l©u vµ ®­êng s¾t chuyªn dông ch¹y tµu kh¸ch TÇn Hoµng §¶o-ThÈm D­¬ng cña TQ x©y dùng ®­îc thiªt kÕ víi môc tiªu ®ã, ®­êng s¾t cao tèc B¾c kinh-Th­îng H¶i ®ang n¨m trong kÕ ho¹ch còng ®­îc thiÕt kÕ víi môc tiªu nµy. §Ó thùc hiÖn ch¹y tµu tèc ®é cao, t¶i träng lín th× viÖc ®Çu tiªn ph¶i t¹o cho ®­êng cã sù ªm thuËn, ®­êng s¾t kh«ng khe nèi ®¸p øng ®­îc yªu cÇu nµy vÒ mÆt kÕt cÊu vµ còng lµ lùa chän ®Çu tiªn cña ®­êng s¾t c¸c n­íc trªn thÕ giíi.

N©ng cao tèc ®é ch¹y tÇu vµ ch¹y c¸c chuyÕn tÇu cã t¶i träng lín trªn c¸c tuyÕn cã mËt ®é ch¹y tÇu cao lµ néi dung chñ yÕu cña viÖc c¶i t¹o ®­êng s¾t. §ång thêi ®iÒu ®ã còng nãi lªn ý nghÜa to lín cña viÖc ®Æt ®­êng kh«ng khe nèi trªn c¸c tuyÕn x©y dùng míi. §­êng kh«ng khe nèi ®­îc ph¸t triÓn tõ nh÷ng n¨m 30 cña thÕ kû 20 víi ­u thÕ kü thuËt vµ hiÖu qu¶ kinh tÕ râ rÖt ®· ®­îc ®­êng s¾t c¸c n­íc trªn thÕ giíi thõa nhËn. HiÖn nay, ®­êng KKN trªn thÕ giíi ®· cã kho¶ng 350000 km.

§­êng kh«ng khe nèi ®· trë thµnh kÕt cÊu ®­êng chÝnh cña ®­êng s¾t c¸c n­íc. ViÖc x©y dùng ®­êng s¾t cao tèc vµ c¸c tuyÕn ®­êng trôc ë n­íc ngoµi ®Òu thiÕt kÕ lµ ®­êng kh«ng khe nèi vµ ®Æt mét lÇn. HiÖn nay ®­êng s¾t TQ cã kho¶ng 27310 km ®­êng KKN ®Æt trªn ®­êng hiÖn cã, ®Òu ®Æt theo h×nh thøc thay ray. §­êng s¾t n­íc ta ch­a cã con ®­êng s¾t KKN ®Æt mét lÇn.

V× vËy, kü thuËt ®Æt ®­êng KKN ë tuyÕn x©y dùng míi ®èi víi ®­êng s¾t n­íc ta, ®Õn nay vÉn ®ang lµ b­íc ®Çu nghiªn cøu, chØ cã thÓ b¾t tay x©y dùng tiªu chuÈn, quy ph¹m thiÕt kÕ, thi c«ng, tÝch luü kinh nghiÖm, kh«ng ngõng hoµn thiÖn trong thùc tiÔn thiÕt kÕ vµ thi c«ng. Tr­íc ®©y ë Trung Quèc, khi thiÕt kÕ tuyÕn ®­êng cÊp 1, tèc ®é 120 km/h, kh«ng cã tuyÕn nµo sau khi khai th«ng l¹i cã thÓ ®¹t 120 km/h mµ ph¶i qua mét thêi gian dµi sau khi x©y dùng míi dÇn dÇn n©ng cao ®­îc tèc ®é ch¹y tµu. NÕu cã thÓ, ®i s©u t×m hiÓu ngän nguån, thùc sù nghiªn cøu nguyªn nh©n sÏ rót ra ®­îc kinh nghiÖm quý NguyÔn Hång Phong 2 LuËn v¨n th¹c sü KHKT b¸u cho viÖc ®Æt ®­êng KKN tuyÕn x©y dùng míi. Nãi chung, ®Æt ®­êng kh«ng khe nèi cho tuyÕn míi cã c¸c vÊn ®Ò sau.

C¸c tiªu chuÈn thiÕt kÕ nÒn ®­êng, c¸c líp mÆt ®Öm ®­êng, ®Öm ®­êng ®Òu thÊp, l¹i kh«ng ®ång bé, nhÊt lµ vÒ thi c«ng, ngay nh÷ng tiªu chuÈn thÊp còng ch­a ®¹t, dÉn ®Õn c¬ së cña ®­êng kh«ng ch¾c. C¬ së cña ®­êng kh«ng ch¾c th× kÕt cÊu tÇng trªn kh«ng thÓ æn ®Þnh ®­îc. Sau khi th«ng xe, ®­êng bÞ lón, bÖnh h¹i ph¸t sinh nhiÒu, kh«ng nh÷ng kh«ng ®¹t tiªu chuÈn thiÕt kÕ, mµ ngay ch¹y tµu an toµn còng khã ®¶m b¶o. Qua tæng kÕt ë c¸c n­íc trªn thÕ giíi, viÖc thiÕt kÕ c¸c kÕt cÊu ®­êng cña tuyÕn míi, ®Òu nhÊt lo¹t thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn ®­êng cã khe nèi.

MÆc dï còng ®· sö dông tiªu chuÈn ®­êng ray nÆng nh­ 60 kg/m, tµ vÑt bª t«ng …, nh­ng v× vÉn tån t¹i khe nèi, kh«ng nh÷ng kh«ng ph¸t huy ®­îc ­u thÕ cña ®­êng ray nÆng, ng­îc l¹i do t¶i träng ®éng ë ®Çu nèi qu¸ lín, nhanh chãng lµm gôc mèi, ®Çu mèi thÊp l¹i lµm t¨ng t¶i träng xung kÝch, dÉn tíi bÖnh h¹i ®Çu mèi xuÊt hiÖn nhiÒu, ®Öm ®­êng phôt bïn, c«ng t¸c duy tu b¶o d­ìng kh«ng theo kÞp sù tÝch luü vµ ph¸t triÓn cña c¸c bÖnh h¹i. Do ®ã, thÊy r»ng sö dông kÕt cÊu ®­êng ray nÆng mµ kh«ng dïng ®­êng kh«ng khe nèi th× kÕt cÊu ®­êng kh«ng t­¬ng xøng ®ã, khã n©ng cao ®­îc tèc ®é ch¹y tµu. N¾m b¾t ®­îc vÊn ®Ò nµy ®­êng s¾t TQ ®· x¸c ®Þnh ®­îc chiÕn l­îc n©ng cao tèc ®é ch¹y tµu. C¸c quy ®Þnh t¹m thêi thiÕt kÕ tuyÕn, cÇu hÇm, nhµ ga trªn tuyÕn ®­êng s¾t cao tèc B¾c Kinh-Th­îng H¶i vµ "Quy ®Þnh t¹m thêi vÒ thiÕt kÕ tuyÕn, cÇu hÇm, ga trªn tuyÕn ®­êng s¾t míi tèc ®é 200 km/h", ®· quy ®Þnh ®Æt ®­êng kh«ng khe nèi v­ît khu gian, c¸c c«ng tr×nh c¶i t¹o n©ng tèc ®é ®ang ®­îc tiÕn hµnh trªn c¸c trôc chÝnh hiÖn cã ®Òu lµ sù thÓ hiÖn t­ t­ëng chiÕn l­îc ®ã.

Trong quy ph¹m míi ban hµnh "Quy ph¹m thiÕt kÕ ®­êng s¾t" còng ®· quy ®Þnh vÊn ®Ò ®Æt ®­êng kh«ng khe nèi trªn tuyÕn x©y dùng míi. C¸c ngµnh cã liªn quan cña Bé §­êng s¾t TQ còng ®· cã cïng nhËn thøc tèc ®é khi khai th«ng tuyÕn míi ph¶i ®¹t tèc ®é thiÕt kÕ, tr­íc hÕt ®· thÓ hiÖn trªn tuyÕn chuyªn dïng vËn chuyÓn hµnh kh¸ch TÇn Hoµng §¶o-ThÈm D­¬ng. Trong thùc tiÔn, ng­êi ta ngµy cµng nhËn ra r»ng trong cuéc c¹nh tranh giµnh giËt thÞ tr­êng gi÷a c¸c ph­¬ng thøc vËn t¶i, ®­êng s¾t chØ cã n©ng cao tèc ®é ch¹y tµu míi cã thÓ tån t¹i ®­îc. Muèn vËy, ph¶i n©ng cao tiªu chuÈn thiÕt kÕ ®­êng s¾t, ra søc øng dông c«ng nghÖ míi.

TuyÕn ®­êng x©y dùng míi, chØ cã ®Æt ®­êng kh«ng khe nèi míi cã thÓ ®¶m b¶o ®­êng ªm thuËn, míi cã thÓ ®¶m b¶o ch¹y tµu víi tèc ®é thiÕt kÕ. NguyÔn Hång Phong 3 LuËn v¨n th¹c sü KHKT §­êng x©y dùng míi cÇn n©ng cao tiªu chuÈn thiÕt kÕ, ®Æt ®­êng kh«ng khe nèi. §Æt ®­êng kh«ng khe nèi mét lÇn lµ ®Ó nãi so s¸nh víi viÖc ®Æt ®­êng s¾t hiÖn nay, ®Æt tr­íc tõng ®o¹n ray ng¾n vµ sau thay dÇn tõng ®o¹n ®­êng kh«ng khe nèi. Ph­¬ng ¸n thùc thi ®Æt ®­êng kh«ng khe nèi mét lÇn lµ c«ng tr×nh thi c«ng víi c¸c trang thiÕt bÞ c¬ giíi t­¬ng ®èi tiªn tiÕn hiÖn nay trªn thÕ giíi, lµm cho chÊt l­îng thi c«ng ®Öm ®­êng, ®­êng ray chuÈn x¸c, mét lÇn, ®¹t tiªu chuÈn thiÕt kÕ, nhê ®ã ®­êng ray cã c­êng ®é cao, ªm thuËn; sau khi hoµn c«ng, khi ®­êng khai th«ng tèc ®é ®oµn tµu ®¹t ®­îc tèc ®é thiÕt kÕ.

C¸c n­íc ph¸t triÓn ®Æt ®­êng ray dµi, ®­îc tiÕn hµnh nhê ®oµn tÇu tæ hîp ®Æt tµ vÑt, ®Æt ray, ray dµi dì tõ ®oµn tµu xuèng hai bªn ®­êng, tµ vÑt xÕp trªn toa xe chë tµ vÑt. §oµn tµu tæ hîp ®Æt tµ vÑt, ®Æt ray tiÕn vµo ®o¹n thi c«ng, võa ®Æt tµ vÑt võa ®Æt ray, ®oµn tµu ch¹y lªn phÝa tr­íc trªn ®­êng võa ®Æt (h×nh 1. Ray dµi ®­îc hµn tõng ®o¹n thµnh mét ®¬n nguyªn ray dµi, råi l¹i ®Æt ®o¹n ®ã vµo ®­êng, khi ®Æt ®em hµn nèi víi ray dµi ®Æt tr­íc ®ã thµnh ®­êng kh«ng khe nèi v­ît khu gian. Ngoµi ra ng­êi ta còng cã thÓ sö dông h×nh thøc ®Æt cÇu ray dµi.

Tuy nhiªn, còng cã thÓ dïng ph­¬ng ph¸p ®Æt tr­íc c¸c cÇu ray, cã ®ñ sè l­îng ray dù bÞ ®Ó sö dông. CÇu ray ®­îc l¾p r¸p s½n ë c¬ së, vËn chuyÓn ®Õn c«ng tr­êng ®Æt tõng ®o¹n, sau thay ray dµi, võa ®Æt võa dì, nh­ng kh«ng ®­îc lîi dông ®­êng ray ng¾n chuyªn chë vËt liÖu.