MỘT SỐ GIẢI PHÁP THI CÔNG CƠ GIỚI ĐƯỜNG SẮT KHÔNG KHE NỐI ÁP DỤNG CHO ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM ThS. NGUYỄN HỒNG PHONG ThS. CHU QUANG CHIẾN Bộ môn Đường sắt Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo giới thiệu sơ bộ một số giải pháp thi công cơ giới đường sắt của một số nước tiên tiến, phân tích khả năng áp dụng cho đường sắt Việt Nam và bước đầu xây dựng mô hình giải pháp thi công đường sắt không khe nối cho đường sắt Việt Nam. Summary: The paper presents an overview of some mechanical implementing solutions for continuous welded railways in developed countries; analysis of the possibility of applying these solutions in Viet Nam; and development of an initial model of such solutions. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Từ những năm đầu thập kỷ 70 - 80 của thế kỷ trước đến nay ở Việt Nam không xây dựng mới tuyến đường sắt nào, công nghệ thi công đường sắt khi đó là các công nghệ lạc hậu, chủ yếu dùng phương pháp thủ công để thi công. Trong thời gian gần đây trên tuyến đường sắt Thống Nhất ở nước ta đặt đường ray hàn dài ở khu gian Nông Sơn-Trà Kiệu, đoạn đường sắt Thanh Hoá, đây là đoạn ray hàn dài đầu tiên của Đường sắt Việt Nam, ở đây ray hàn dài không được đặt liên tục trong phạm vi toàn khu gian hoặc toàn tuyến. Phương pháp thi công đặt đường ray hàn liền trong dự án này là phương pháp thi công thủ công của Nhật Bản áp dụng cho thay ray hàn dài trong duy tu bảo dưỡng, lẻ tẻ và ray cũng chỉ dài không quá 50 m. Sang Việt Nam được áp dụng cho ray hàn dài ≥ 800 m. CT 1 - Ưu điểm: Trang bị đơn giản gồm một đoàn goòng máy chuyên dùng vận chuyển ray hàn dài gồm một đầu máy goòng và 15 xe goòng có guốc hãm được điều khiển hãm hơi từ đầu máy goòng. Trên đầu máy có lắp cần trục nâng, hạ ray. Trên các xe goòng có giá đỡ và thiết bị sàng ngang ray, 63 giá poóctích cổng, 75 thiết bị lắp, 45 thiết bị tháo cóc pandrol, 4 bộ kẹp đầu ray cưa ray máy, khoan ray máy Ngoài ra là các thiết bị mà phương pháp nào cũng cần có như: nhiệt kế đo nhiệt độ ray, thiết bị đo trở lực chống xê dịch ngang, dọc của TVBT. Phương pháp này dễ sử dụng không phải huấn luyện thời gian dài. - Nhược điểm: Thời gian phong toả dài, năng suất thấp, trong 3 - 4 giờ chỉ đặt được tối đa 800 m đường ray hàn liền. Công tác chuẩn bị cho thay ray hàn dài tốn rất nhiều thời gian, sau khi đã hoàn tất thì việc vận chuyển và thi công lắp đặt ray hàn dài mới được bắt đầu. Phương pháp này chỉ áp dụng khi ray hàn dài cùng chủng loại với ray đang đặt trên đường cũ. Hiện tại ở Việt Nam đang nghiên cứu và triển khai rất nhiều dự án xây dựng đường sắt như tuyến dự án Yên Viên - Phả Lại; Hạ Long - Cái Lân, dự án đường sắt cao tốc Hà Nội - Vinh, TP Hồ Chí Minh - Nha Trang, dự án tuyến đường sắt phục vụ phát triển công nghiệp nhôm khu vực Tây Nguyên và Nam trung bộ. Trong các dự án này thì chi phí về thi công kết cấu tầng trên chiếm tỷ trọng rất lớn trong tổng dự toán, các dây chuyền công nghệ trong nước không đáp ứng được yêu cầu thực tế. Trong bối cảnh chung về việc xây dựng đường sắt ở Việt Nam thì việc nghiên cứu công nghệ thi công cơ giới đường sắt không khe nối là hết sức cần thiết, nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn rất cao. II. NỘI DUNG 1. Trình tự và dây chuyền công nghệ của các nước tiên tiến Trình tự thi công đường không khe nối có thể tổng hợp thành các bước như sau: (1) Đá được dỡ xuống san bằng theo chiều dày thiết kế lớp đá (2) Trên lớp đá đáy đặt đường ray nổi. (3) Chia lớp bổ sung đá, chèn từng lớp, ổn định động lực và chỉnh đường (4) Hàn nối các ray dài theo chiều dài thiết kế đơn nguyên. (5) Phát tán ứng suất và khoá ray đơn nguyên, hàn nối với đơn nguyên bên cạnh (6) Cường hoá các tác nghiệp ổn định đường, chèn đường, làm chắc vai đá và ổn định động lực. (7) Sửa điều chỉnh chính xác vị trí hình học đường ray. Dây chuyền công nghệ của một số nước tiên tiến được chia thành hai nhóm là đặt từng thanh tà vẹt và đặt cầu ray dài, điển hình nhất là các dây chuyền công nghệ như sau: a. Phương pháp đặt ray của đường sắt Pháp (1) Dùng máy đặt ray phổ thông đặt đường tạm thời phía trước đường đã đặt. Chiều dài đặt đường ray tạm thời không dưới 2000 m, nối ray tạm thời với đường đã đặt. Kết cấu đường tạm thời là cầu ray đặt nổi dài 18 m gồm ray và tà vẹt hợp thành. Phía trước đường ray tạm thời đặt đường ray phụ trợ 200 m. TCT1 (2) Xe vận chuyển ray dài tiến vào đường ray tạm thời, rỡ ray dài tuần tự sang hai bên đường, nối ray phụ trợ với ray dài vừa rỡ xuống và đặt song song giữa cự ly đường 3310 mm, chuẩn bị làm đường chạy cho cần trục cổng chạy. Khi xe vận chuyển quay trở về, dỡ xuống giữa hai tuyến các ray đợi đặt của đường ray thứ hai. (3) Xe vận chuyển tà vẹt và xe mặt bằng tiến vào phía trước của đường tạm thời. Tháo lập lách liên kết giữa đường ray tạm thời và đường đã đặt. Dùng cần trục PTH500 cẩu cầu ray 18 m trên đường tạm thời, đưa lên xe mặt bằng ở phía trước, tạo khoảng trống đặt tà vẹt và ray dài. (4) Khi cần cẩu cổng PTH500 quay trở về, cẩu 60 thanh tà vẹt từ xe vận chuyển tà vẹt bê tông từ phía trước chở tới, đưa vào khoảng trống chia làm hai lần, đặt tà vẹt vào vị trí theo khoảng cách đã thiết kế. (5) Dùng máy gắp ray MRT bẩy ray dài vào bệ đỡ của tà vẹt. (6) Dùng máy định vị tà vẹt PRD9 chỉnh chính xác vị trí tà vẹt và bắt các phụ kiện hình thành đường ray ray dài nổi. (7) Dùng phương pháp hàn nhiệt nhôm hàn ray dài với ray dài đã đặt trước, tạo thành đường ray dài mới đặt. (8) Đoàn tàu chở đá thế vào đường ray dài nổi dỡ đá, tiến hành chèn từng lớp, phối đá, chnh hỡnh, n nh ng lc, ng ray mi t n nh. (9) Phỏt tỏn ng sut, khoỏ chớnh xỏc nhit khoỏ ray. C theo tun t nh vy kộo di ray v phớa trc, trỡnh t thi cụng xem hỡnh 1. Chiu di hn ray di ca Tõy Ban Nha v Phỏp ln lt l 396 m v 288 m. máy chèn đuờng Tháo dỡ v lắp đặt ray hn liền cwr TLR2000 Xe vận chuyển ray di Hn nhiệt nhôm đầu nối Điều chỉnh cự ly TV xiết các cấu kiện nối giữ Đua ray di vo bệ đỡ của t vẹt Đặt t vẹt MPR Máy lắp ray xe ổn định động lực phát tán ứng suất đuờng ray máy lm đá PTH500 cần cẩu cổng PRD9 Máy định vị t vẹt Vận chuyển cầu ray đặt ray phụ trợ Xe vận chuyển ray di dỡ v đặt ray di TLR2000 Vận chuyển đá dăm đến vị trí Tháo dỡ v lắp đặt t vẹt máy tháo dỡ v lắp đặt kgt Đặt đuờng số II Vận chuyển t vẹt bê tông CT 1 Hỡnh 1. Th t t ng TGV ca Phỏp b. Phng phỏp t ray ca ng st o (1) Dựng cỏc mỏy SVM1000S, xe ch t vt, xe ch ray di lp thnh on tu cụng trỡnh ng ray ray di (hỡnh 2). on tu cụng trỡnh ny khi tỏc nghip thỡ khụng cn gii th, cỏc mỏy múc cựng xp trờn cựng mt toa cú th hon thnh cỏc tỏc nghip t t vt, t ray, xit cht cỏc ph kin (2) Phớa trc ca xe tỏc nghip SVM 1000S cú c cu chy kiu xớch, chy trờn m ng, gia cú mỏy chy phớa trờn v giỏ chuyn hng phớa sau ca SVM 1000S l c cu t t vt v c cu by ray. (3) Trc khi r ray, trờn m ng c 10 m t con ln dn hng cho ray. Ray dn xp trờn xe do c cu y, y n phn u mỏy SVM100S ri do mỏy kộo kộo v phớa trc, r cỏc con ln hai phớa c ly ray hai phớa l 3000 mm. (4) Cn cu Long Mụn chy trờn i xe tỏc nghip SVM1000S, cu t vt trờn xe vn chuyn t vt a v b t vt phớa trc SVM1000S, sau ú mỏy t chớnh xỏc tng thanh mt ti v trớ t. (5) Kỡm cp ray v ti chuyn ng thu lc t trờn xe SVM1000S chuyn by ray vo b ca t vt, tip dú mỏy sit ph tựng t trờn xe, lp xit cỏc ph kin, giỏ chuyn hng phớa sau ca SVM1000S chy trờn ray di va mi by vo. Xe vn chuyn t vt, xe vn chuyn ray di u chy trờn ng ray ray di. Hiu sut tỏc nghip bỡnh quõn ca SVM1000S l 350 m/h, tng trng lc kộo l 900 tn. Tớnh nng cụng tỏc ca SVM1000S chc chn nhng giỏ li tng i cao. lm nền đá ba lát Rải đá ba lát mi ray trứơc khi hn mi đầu ray v đế ray VặN CHặT PHụ KIệN Dỡ, THáO PHụ KIệN máY KéO apt 500 a HOặC APT 100 S MáY HN 2 CHỉ RAY V CắT BA VIA HN ĐOạN DI 432M MI ĐầU V Đế RAY NÂNG DậT CHèN ĐƯờNG MáY ổN ĐịNH ĐộNG LựC Dỡ V ĐồNG THờI LắP ĐặT PHụ KIệN TáC NGHIệP CHèN LầN 3 nÂNG, GIậT, CHèN LM Đá ổN ĐịNH ĐộNG LựC MáY KIểM TRA ĐIệN Tử kiểm tra các thông số hình học tuyến đừơng xe vận chuyển ray xe vận chuyển đá tác nghiệp chèn đá lần i v lần ii ssp 203 hoặc ssp 403 08 - 32 DGS 62 N máy đẩy ép đuờng ray xe vận chuyển ray xe vận chuyển t vẹt dùng máy ép ray để đẩy ray di 108m ở trên con lăn của máy Xe vận chuyển đá máy kéo Xả đá kéo ray lúc bắt đầu tác nghiệp đặt t vẹt kéo ray (kẹp vo lập lách) hứơng tác nghiệp svm 1000s giá long môn xe vận chuyển t vẹt Hỡnh 2. Th t t ng ca ng st o c. Phng phỏp t cu ray di ca c hứơng tác nghiệp cầu ray di 180m công trừơng tạm thời để lắp đặt cầu ray máy vận chuyển lem máy kéo 1 lớp đá ba lát dứơi đáy t vẹt đừơng ray đã đặt 2 3 đừờng ray phụ 4 5 đua máy vận chuyển ray ra 6 đua máy vận chuyển ray ra kéo về phía trứơc ray phụ pem-lem về địa điểm lắp đặt cầu ray máy nâng đừơng pem TCT1 Hỡnh 3. Th t tỏc nghip t ng ICE ca c (1) Lợi dụng đường đã đặt làm địa điểm lắp ráp tạm thời của cầu ray dài, một bên đường để ray dài đã hàn với số lượng nhất định, ray dài 180 m. Địa điểm lắp ráp gần với địa điểm sẽ đặt đường. (2) Dọc hai bên đường, đặt đường đi lại cho cần cẩu kiểu PTH500, chiều dài đường này bằng tổng chiều dài cầu ray lắp ráp và chiều dài xe chở tà vẹt. (3) Dùng cần cẩu PTH cẩu tà vẹt từ xe chở đến vị trí cần lắp ráp, đặt trên đường theo cự ly tà vẹt đã thiết kế. (4) Dùng 18 chiếc cần trục nhỏ PEM cẩu ray dài dài 180m đặt lên bệ đỡ tà vẹt, xiết phụ kiện là thành cầu ray dài. (5) Hai đầu cầu ray dài, bố trí ray dẫn dốc, dùng xe kéo, kéo xe vận chuyển nhỏ kiểu LEM460 và xe nâng tự động nhỏ kiểu PEM807, mỗi loại 18 chiếc, xe con LEM vượt qua cầu ray dài, dừng ở cuối đoạn đường, PEM dừng trên cầu ray dài. (6) Tháo liên kết của ray dẫn dốc nghiêng, đồng thời tháo liên kết của LEM và PEM. CT 1 (7) Sau khi các xe nâng nhỏ PEM 807 lần lượt đứng ở vị trí của mình, hạ chân chống chống lên tầng lớp đệm đường, cẩu cầu ray dài lên. (8) LEM tiến vào đường phía dưới cầu ray vừa được cẩu lên, PEM đặt cầu ray dài được cẩu đặt lên xe nhỏ LEM, sau khi có chân chống, PEM cùng lên xe kéo LEM. (9) Đặt đường ray tạm thời với đường đã đặt và liên kết với đường đã đặt. (10) LEM chạy vào đường ray tạm thời, PEM thả chân chống, chống lên đệm đường lại cẩu cầu ray dài lên. (11) LEM lui về phía đường đã đặt, đường ray tạm thời kéo về vị trí của đường đợi đặt, chừa không gian cho cầu ray dài hạ xuống. (12) PEM hạ cầu ray được cẩu xuống đúng vị trí. Việc đặt cầu ray dài kết thúc. Các bước trình tự được thể hiện trong hình 3. d. Phương pháp thay ray quay vòng cầu ray ngắn của Trung Quốc (1) Tại cơ sở lắp ráp cầu ray, lắp cầu ray dài 25 m. (2) Vận chuyển cầu ray xuống công trường, dùng máy đặt ray (như máy Platốp, cẩu poóctích của Áo) lần lượt hạ các cầu ray lên đệm đường và dùng bộ phận liên kết tạm thời để liên kết các đầu nối lại. (3) Dùng đoàn tàu chở ray dài đã hàn lại vận chuyển đến công trường, đoàn tàu chạy lùi vào đường ray nổi dỡ ray dài xuống hai bên cầu ray. (4) Dùng máy gắp ray MPR-M (hình 4) tháo các thanh ray thông thường để vào trong lòng đường, gắp hai thanh ray dài ở hai bên đặt vào vị trí của nó trên tà vẹt và liên kết thành đường ray (5) Dùng xe thu hồi ray để thu hồi ray quay vòng, trở đến cơ sở rỡ xuống, lắp ráp thành cầu ray đặt vòng sau. Hình 4. Máy gắp ray MPR-M của Áo 2. So sánh các phương pháp đặt đường Qua phân tích ưu nhược điểm của các dây chuyền công nghệ thi công đã nói ở trên, có thể thấy rằng mỗi công nghệ thi công đều có những ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng riêng. Việc lựa chọn một dây chuyền công nghệ phải dựa trên các tiêu chí cụ thể như điều kiện áp dụng, khả năng phù hợp với tình hình trong nước, khả năng đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và đặc biệt là phải phù hợp với điều kiện kinh tế. Do số liệu không đầy đủ, dẫn đến việc định lượng cụ thể, đặc biệt là khả năng phù hợp với điều kiện kinh tế là rất khó khăn. Chính vì vậy mà trong bài báo chỉ nêu so sánh trên cơ sở kinh nghiệm của nước ngoài. TCT1 (1) Phương pháp đặt từng thanh tà vẹt Các vật liệu như ray dài, tà vẹt và phối kiện vận chuyển trực tiếp tới công trường, không cần bố trí bãi láp ráp cầu ray. Các tổ máy thi công như SVM 1000S đều có tính năng tổng hợp phân bố tà vẹt, đặt ray lắp phụ kiện, dây chuyền chặt chẽ, hiệu suất cao, chất lượng tốt. Các máy PTH500, PKJ-20ES; việc rải tà vẹt, đặt ray dài, lắp phụ kiện do ba bộ phận máy hoàn thành nhịp nhàng, trình độ cơ giới hoá cao, chất lượng đặt đường tốt, dễ khắc phục các sự cố máy móc, các thiết bị có liên quan trong nước chế tạo được, dễ sử dụng. Nếu có thêm xe vận chuyển hai tầng thì hiệu suất tác nghiệp càng cao. Chiều dài đường ray dài mỗi lần đặt ở nước ta có thể đặt từ 200 - 500 m, chiều dài của ray dài đặt được càng dài, số lượng đầu mối hàn tại công trường càng ít Phương thức đặt đường này, đầu tư một lần các máy đặt tà vẹt đặt ray và các thiết bị phối thuộc tương đối cao nhất là SVM1000S. (2) Phương pháp đặt cầu ray dài Phương pháp đặt cầu ray dài dài 180 m dùng hệ số ICE của đường sắt Đức là một hệ thống với các máy chủ lực là xe nhỏ chuyên chở LEM và xe cần cẩu nhỏ PEM, thao tác dễ dàng, cơ động linh hoạt, hiệu suất tác nghiệp cao, chất lượng đặt đường tốt. Sử dụng đường đã đặt làm nơi lắp ráp tạm thời cầu ray, đường kéo dài lên phía trước, địa điểm lắp ráp cũng dịch lên, tiết kiệm được xây dựng bãi lắp ráp cầu ray và công cụ vận chuyển chuyên dùng. Hệ thống này cũng có thể dùng đặt ghi. Nhưng hệ thống PEM+LEM nhiều thiết bị giá đầu tư cao, trong nước còn phải nghiên cứu triển khai, chưa đáp ứng được yêu cầu khẩn cấp. Hơn nữa chiều dài của cầu ray đặt theo phương pháp này chỉ hạn chế ở 180 m. Theo giới thiệu để đảm bảo việc cầu ray đặt đường không biến dạng uốn, còn cần phải có điều khiển tự động, tác nghiệp phải nhịp nhàng, điều này khó thực hiện. Hơn nữa các đầu nối phải hàn trên công trường nhiều; vì vậy tính khả thi của phương pháp này không cao. (3) Phương pháp thay ray quay vòng cầu ray ngắn Tại nơi lắp ráp cầu ray, lắp ráp thành các cầu ray tiêu chuẩn, chở đến công trường hạ xuống, rồi lấy đường ray dài thay các ray ngắn, lắp chỉnh đường, cuối cùng thành đường không khe nối. Phương thức này lấy ngắn nuôi dài, phù hợp tình hình trong nước, không phải nhập ngoại, tiết kiệm ngoại tệ, có ưu điểm là đã thành thạo. Các thiết bị của phương pháp này như đoàn tàu chở ray dài, xe tác nghiệp thay ray dài, cần cẩu chuyên dùng đặt cầu ray, nhóm tạo thu hồi ray ngắn đều là những thiết bị đã được nhập trong nước, tính năng tốt, giá rẻ, không cần phải nghiên cứu thí nghiệm. Việc hàn ray cũng có thể dùng xưởng hàn ray ở gần. Các thiết bị phục vụ công tác hàn chúng ta đã nhập tương đối đầy đủ, kỹ thuật thành thục. Tóm lại là sử dụng tại chỗ, lợi nhiều hại ít. Tuy nhiên phương pháp này vẫn phải xây dựng cơ sở lắp ráp cầu ray truyền thống và lượng ray quay vòng với số lượng nhất định. III. KẾT LUẬN Với tình hình cụ thể của Việt Nam, số lượng đường không nhiều, điều kiện kinh tế có hạn, Việt Nam không nên nhập các dây chuyền hiện đại với năng suất quá cao, nên sử dụng các dây chuyền có năng suất vừa phải, chỉ nhập các máy chính còn các máy còn lại cần nghiên cứu chế tạo. Chỉ có như vậy mới tiết kiệm lượng ngoại tệ mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. CT 1 Do vậy kiến nghị chọn dây chuyền của Việt Nam là "Phương pháp thay ray quay vòng cầu ray ngắn", tại bãi lắp cầu ray lắp các cầu ray thông thường, dùng các toa xe chuyên dùng chở ra hiện trường, dùng cẩu chuyên dụng đặt xuống đường đã có lớp đá lót, đặt xuống đường, liên kết thành đường ray. Sau đó, dùng các đoạn tầu chở đá ra hiện trường, xả đá xuống đường, máy chèn đá, làm mặt đá và máy ổn định động lực vào hoàn thiện đường thông thường. Sau khi đã đặt được đoạn đường đủ dài, dùng các đoàn tầu chở ray dài ra hiện trường đặt sang hai bên đường, dùng máy gắp ray, tháo đường thông thường, gắp ray dài đặt vào vị trí trên tà vẹt, hàn nhiệt nhôm liên kết các thanh ray dài thành chiều dài thiết kế, phát tán ứng suất hoàn thiện thành đường ray hàn liền. Sau khi đã hoàn thiện dùng các đoàn tầu thu gom các thanh ray thông thường về bãi lắp để tái lắp các cầu ray thông thường. Tài liệu tham khảo [1]. Quảng Trung Thạch, Cao Tuệ An - "Đường sắt không khe nối" (Tiếng Trung Quốc) - NXB Đường sắt Trung Quốc - 2001 [2]. Hồ sơ "Thiết kế kỹ thuật và thi công đường ray không khe nối" đường sắt Thống nhất, khu gian Nông Sơn - Trà Kiệu, tỉnh Quảng Nam - Tổng Công ty Đường sắt Việt Nam – 2004 [3]. Hồ sơ thiết kế “Báo cáo nghiên cứu khả thi” - Dự án nâng cấp đường sắt có kết hợp hàn ray đoạn Km175+0.00 – Km185+0.00 đường sắt Hà Nội – TP Hồ Chí Minh – Công ty Tư vấn đầu tư xây dựng 2004 [4] Tài liệu lấy từ Internet ♦ . Bài báo giới thi u sơ bộ một số giải pháp thi công cơ giới đường sắt của một số nước tiên tiến, phân tích khả năng áp dụng cho đường sắt Việt Nam và bước đầu xây dựng mô hình giải pháp thi công. MỘT SỐ GIẢI PHÁP THI CÔNG CƠ GIỚI ĐƯỜNG SẮT KHÔNG KHE NỐI ÁP DỤNG CHO ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM ThS. NGUYỄN HỒNG PHONG ThS. CHU QUANG CHIẾN Bộ môn Đường sắt Khoa Công trình Trường. An - " ;Đường sắt không khe nối& quot; (Tiếng Trung Quốc) - NXB Đường sắt Trung Quốc - 2001 [2]. Hồ sơ " ;Thi t kế kỹ thuật và thi công đường ray không khe nối& quot; đường sắt Thống nhất,