Bài viết Nghiên cứu phương pháp xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu khi cải tạo, nâng cấp đoạn cong tuyến đường sắt nghiên cứu áp dụng lý thuyết của đường cong chuyển tiếp và lý thuyết sai số trong trắc địa để đưa ra phương pháp xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu từ các điểm chi tiết trên đường cong chuyển tiếp hiện hữu.
Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 168-175 Transport and Communications Science Journal STUDY TO DEFINE THE OPTIMIZED SPIRAL CURVE IN MAINTENANCE OF CURVE PARTS OF A RAILWAY ROUTE Tran Dac Su University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO: TYPE: Research Article Received: 17/12/2021 Revised: 08/01/2022 Accepted: 18/01/2022 Published online: 15/02/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.2.6 * Corresponding author Email: tdsu@utc.edu.vn; Tel: +84913040312 Abstract During the operation of railway route, the locations of detailed points on the spriral curve may be moved by several reasons In order to ensure transport safety on a railway route, the detailed points of current curve need to redefine those accurate positions into the optimized spiral curve In this paper, the spiral curve and geodetic error algorithms were studied to propose a method of optimized spiral curve determination Firstly, the coordinates of current detailed points are measured by the total station, then the coefficients of current curve are calculated Furthermore, the current coefficients are used to define the most probable value of coefficients of the optimized curve, then displacements of the current detailed points are calculated along to x or y axis of the coordinate system The proposed method was verified by the experimental data The result shows that, the proposed method is suitable to measure on ground and ensuring the precision of upgrating and maintaining the railway route Keywords: Spiral curve, railway route maintainance, error algorithm 2022 University of Transport and Communications 168 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 168-175 Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CONG CHUYỂN TIẾP TỐI ƯU KHI CẢI TẠO, NÂNG CẤP ĐOẠN CONG TUYẾN ĐƯỜNG SẮT Trần Đắc Sử Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số phố Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO: CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 17/12/2021 Ngày nhận sửa: 08/01/2022 Ngày chấp nhận đăng: 18/01/2022 Ngày xuất Online: 15/02/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.2.6 * Tác giả liên hệ Email: tdsu@utc.edu.vn; Tel: +84913040312 Tóm tắt Trong trình vận hành tuyến đường sắt, điểm chi tiết đường cong chuyển tiếp bị chuyển dịch nguyên nhân khác Để đảm bảo an toàn vận tải tuyến đường sắt, điểm chi tiết đường cong chuyển tiếp hữu cần nâng cấp, cải tạo chuẩn hóa lại vị trí xác chúng đến đường cong chuyển tiếp tối ưu Bài báo nghiên cứu áp dụng lý thuyết đường cong chuyển tiếp lý thuyết sai số trắc địa để đưa phương pháp xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu từ điểm chi tiết đường cong chuyển tiếp hữu Trước tiên tọa độ điểm chi tiết thực địa đo máy tồn đạc điện tử, sau xác định hệ số đường cong chuyển tiếp hữu điểm hệ số đường cong chuyển tiếp tối ưu Trên sở hệ số đường cong chuyển tiếp tối ưu xác định toạ độ độ chuyển dịch điểm chi tiết từ đường cong chuyển tiếp hữu đến đường cong chuyển tiếp tối ưu theo trục x trục y hệ tọa độ Phương pháp đề xuất kiểm chứng số liệu đo thực tế Kết rằng, phương pháp đề xuất phù hợp với công tác đo đạc thực địa, đảm bảo độ xác nâng cấp cải tạo tuyến đường sắt Từ khóa: đường cong chuyển tiếp, cải tạo tuyến đường sắt, lý thuyết sai số 2022 Trường Đại học Giao thông Vận tải 169 Tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 168-175 ĐẶT VẤN ĐỀ Khi cải tạo, nâng cấp tuyến đường sắt việc xác định phục hồi trục tim tuyến cần thiết, thực tế điều kiện khai thác vận hành địa hình hai bên tuyến đặc biệt đoạn cong thay đổi nhiều nên khó thực Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng cải tạo, nâng cấp đoạn cong tuyến xác định trục tim tuyến tối ưu Vì tác giả báo nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu đường cong tổng hợp trục tim đoạn cong tuyến đường sắt CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đường cong chuyển tiếp Sơ đồ đường cong chuyển tiếp (hình 1) Hình Sơ đồ đường cong chuyển tiếp Phương trình đường cong chuyển tiếp [1-7], : (1) Trong đó: - Bán kính cong điểm xem xét S - Chiều dài đoạn cong từ điểm khởi đầu đến điểm xem xét C - Hệ số đường cong chuyển tiếp Nếu điểm xem xét điểm cuối đường cong chuyển tiếp, điểm đầu đường cong tròn đường cong tổng hợp [3-5], hệ số đường cong chuyển tiếp sau : (2) Trong đó: R - bán kính đường cong tròn L - Chiều dài đường cong chuyển tiếp 170 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 168-175 Đường cong chuyển tiếp có dạng đường cong Clotoid (hình 1), điểm nằm đường cong Clotoid có tọa độ vng góc [3, 4, 5, 8], tính theo cơng thức : (3) Trên thực tế, để bố trí đường cong chuyển tiếp thường dùng đường cong Parabol bậc Khi đó, bán kính cong xác định [3, 4, 5], sau : (4) Và phương trình parabol bậc dạng tọa độ vng góc [3, 4, 5], : (5) 2.2 Đường cong chuyển tiếp tối ưu 2.2.1 Xác định hệ số đường cong chuyển tiếp tối ưu Trên đoạn cong tuyến đường sắt cần cải tạo, nâng cấp chọn điểm Nđ, 1, 2, …, n thuộc đường cong chuyển tiếp điểm hai tim hai ray, khoảng cách điểm tùy thuộc vào điều kiện đo đạc thường 10m, 15m, 20m ( hình 2) Hình Sơ đồ xác định hệ số đường cong chuyển tiếp tối ưu Chọn hệ tọa độ vng góc xOy, đó: O điểm Nđ - gốc tọa độ; trục x - hướng tiếp tuyến với đường cong chuyển tiếp hữu Nđ, hướng nối điểm hai tim hai ray phần đường thẳng thực tế; trục y vng góc với trục x điểm Nđ hướng tâm đường cong Dùng máy toàn đạc điện tử đo tọa độ giả định điểm 1, …, n là: ( hệ tọa độ xOy xây dựng ); (i = Áp dụng cơng thức (5) tính hệ số đường cong chuyển tiếp hữu theo công thức sau: điểm ) (6) 171 Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 168-175 Nếu C1 = C2 = … = Cn chứng tỏ điểm 1, 2, …, n nằm đường cong chuyển tiếp Nếu C1 C2 … Cn chứng tỏ điểm 1, 2, …, n không nằm đường cong chuyển tiếp mà nằm đường cong ta gọi đường cong chuyển tiếp hữu Khi phải chuyển dịch điểm chi tiết đến đường cong chuyển tiếp cho tối ưu Tính giá trị xác suất [9, 10] hệ số đường cong chuyển công thức sau : (7) Trong đó: [C] = C1 + C2 + … + Cn n - số điểm chi tiết đường cong chuyển tiếp hữu Trong trường hợp này, đường cong chuyển tiếp có hệ số xác suất đường cong chuyển tiếp tối ưu (hình 2) 2.2.2 Xác định độ chuyển dịch Chuyển dịch điểm chi tiết 1, 2, …, n từ đường cong chuyển tiếp hữu đến đường cong chuyển tiếp tối ưu thực theo trục tọa độ x y, chuyển dịch theo trục phụ thuộc vào điều kiện đo đạc thực tế Trường hợp chuyển dịch theo trục y giữ nguyên giá trị x i điểm chi tiết (i = ) đường cong chuyển tiếp hữu tính giá trị yi’ điểm chi tiết ( = ) đường cong chuyển tiếp tối ưu theo công thức: (8) Như tọa độ điểm chi tiết ( = ) đường cong chuyển tiếp tối ưu (xi ; yi’) Độ chuyển dịch điểm chi tiết (i = n) từ đường cong chuyển tiếp hữu đến điểm chi tiết ( = ) đường cong chuyển tiếp tối ưu theo trục y là: (9) Trường hợp chuyển dịch theo trục x giữ nguyên giá trị yi điểm chi tiết (i = ) đường cong chuyển tiếp hữu tính giá trị điểm chi tiết ( = ) đường cong chuyển tiếp tối ưu theo công thức: (10) Như tọa độ điểm chi tiết ( = đường cong chuyển tiếp tối ưu ( ; yi) Độ chuyển dịch điểm chi tiết (i = n) từ đường cong chuyển tiếp hữu đến điểm chi tiết ( = đường cong chuyển tiếp tối ưu theo trục x là: (11) 172 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 168-175 2.2.3 Chuyển dịch điểm chi tiết thực địa Chuyển dịch điểm từ đường cong chuyển tiếp hữu đến đường cong chuyển tiếp tối ưu theo trục y hay trục x trình tự thực Trường hợp chuyển dịch điểm chi tiết theo trục y (hình 2) : Dùng thước thép có khắc vạch mm, từ điểm chi tiết (i = n) đường cong chuyển tiếp hữu theo hướng vng góc với trục x hướng tiếp tuyến với đường cong chuyển tiếp hữu Nđ, đặt đoạn có dấu giá trị dy1, dy2, …, dyn đánh dấu thực địa điểm chi tiết ( = ) với tọa độ (xi ; yi ) thỏa mãn phương trình parabol bậc 3, ta nhận vị trí điểm chi tiết nằm đường cong chuyển tiếp tối ưu, dùng máy toàn đạc điện tử vào tọa độ (xi; yi ) bố trí điểm chi tiết ( = ), có tọa độ thỏa mãn phương trình parabol bậc 3, từ xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu thực địa 2.2.4 Trình tự xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu Trình tự xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu gồm bước sau : + Chọn điểm chi tiết trục tim đường cong phần đường cong chuyển tiếp + Xác định hệ toạ độ giả định xOy thực địa + Dùng máy toàn đạc điện tử đo tọa độ điểm chi tiết đường cong chuyển tiếp hữu + Tính hệ số đường cong chuyển tiếp hữu điểm chi tiết + Tính giá trị xác suất hệ số đường cong chuyển tiếp tối ưu + Tính tọa độ điểm chi tiết sau chuyển dịch từ đường cong chuyển tiếp hữu đến đường cong chuyển tiếp tối ưu theo trục y hay trục x + Tính độ chuyển dịch điểm chi tiết từ đường cong chuyển tiếp hữu đến đường cong chuyển tiếp tối ưu theo trục y hay trục x + Thực chuyển dịch điểm chi tiết từ đường cong chuyển tiếp hữu đến đường cong chuyển tiếp tối ưu thực địa + Dùng máy toàn đạc điện tử đo lại tọa độ điểm chi tiết đường cong chuyển tiếp tối ưu sau chuyển dịch để kiểm tra KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Kết nghiên cứu lý thuyết kiểm chứng thực nghiệm đoạn cong phần đường cong chuyển tiếp tuyến đường sắt khai thác vận hành thời gian dài Phần thực nghiệm tiến hành sau: + Chọn điểm Nđ điểm chi tiết trục tim đoạn cong phần đường cong chuyển tiếp hữu, khoảng cách điểm chi tiết khoảng 10m + Dùng máy toàn đạc điện tử đo tọa độ điểm chi tiết hệ toạ độ giả định xOy + Kết đo, tính toán sơ đồ chuyển dịch điểm chi tiết từ đường cong chuyển tiếp hữu đến đường cong chuyển tiếp tối ưu theo trục y thể Bảng ; Hình 173 Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 168-175 Bảng Kết đo tính tốn TT điểm i Tọa độ điểm i (m) xi yi (Nđ) 0 10,032 0,075 20,352 Tính hệ số Ci Tính hệ số Cxs Tọa độ điểm i’ (m) Độ chuyển dịch dyi (m) xi yi’ 0 2244 10,032 0,056 -0,019 0,395 3557 20,352 0,474 +0,079 28,537 1,357 2854 28,537 1,307 -0,050 41,525 3,795 3145 41,525 4,028 +0,233 48,675 6,372 3016 48,675 6,487 +0,115 2963 [C] = 14516 Hình Sơ đồ chuyển dịch điểm chi tiết KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, tác giả đưa kết luận sau: + Phương pháp xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu đoạn cong tuyến đường sắt có độ xác cao, sát với phương án thiết kế góp phần quan trọng nâng cao chất lượng cải tạo, nâng cấp đảm bảo an toàn cho tầu chạy đoạn cong tuyến đường sắt + Trình tự thực xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu đoạn cong có tính khả thi phù hợp với điều kiện thực tế cải tạo, nâng cấp đoạn cong tuyến đường sắt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] E.B KliuSin tác giả, Trắc địa, Akademia, 2012 [2] I.I Kantor, Cơ sở khảo sát thiết kế đường sắt, Nhedra, Moscova, 1999 [3] V.D BalSakov tác giả, Sách hướng dẫn trắc địa cơng trình, Nhedra, Moscova, 1987 174 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 168-175 [4] V.G Aphanasiev tác giả, Trắc địa xây dựng công trình giao thơng, Nhedra, Moscova, 1978 [5] N.N Lebedev tác giả, Hướng dẫn thực hành trắc địa công trình, Nhedra, Moscova, 1977 [6] V Sill, Trắc địa cơng trình, Nhedra, Moscova, 1974 [7] M.P Sirotkin, Sách hướng dẫn trắc địa cơng trình giành cho người xây dựng, Nhedra, Moscova, 1968 [8] V.D BalSakov tác giả, Cẩm nang trắc địa (quyển 2), Nhedra, Moscova, 1975 [9] Trần Đắc Sử tác giả, Trắc địa đại cương, Giao thông vận tải, Hà Nội, 2007 [10] V.D BalSakov tác giả, Lý thuyết xử lý kết đo đạc, Nhedra, Moscova, 1977 175 ... lượng cải tạo, nâng cấp đoạn cong tuyến xác định trục tim tuyến tối ưu Vì tác giả báo nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu đường cong tổng hợp trục tim đoạn cong tuyến. .. trình parabol bậc 3, từ xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu thực địa 2.2.4 Trình tự xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu Trình tự xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu gồm bước sau : + Chọn... trí xác chúng đến đường cong chuyển tiếp tối ưu Bài báo nghiên cứu áp dụng lý thuyết đường cong chuyển tiếp lý thuyết sai số trắc địa để đưa phương pháp xác định đường cong chuyển tiếp tối ưu