LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CẦU HẦM PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU KIẾN TRÚC PHÙ HỢP CHO CẦU ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI

Bảng so sánh các phương án kết cấu – kiến trúc cho cầu đường sắt đô thị Hà Nội...76... Sựphát triển của cơ sở hạ tầng gắn liền với sự phát triển của phương tiện giao thông.Các số liệu th

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NG Đ I H C GIAO THÔNG V N T I ẠO ỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ẬN TẢI ẢI

-

-NGUY N XUÂN Đ T ỄN XUÂN ĐẠT ẠT

PHÂN TÍCH, L A CH N PH ỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT ỌN PHƯƠNG ÁN KẾT ƯƠNG ÁN KẾT NG ÁN K T ẾT

C U, KI N TRÚC PHÙ H P CHO C U ẤU, KIẾN TRÚC PHÙ HỢP CHO CẦU ẾT ỢP CHO CẦU ẦU

Đ ƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI NG S T ĐÔ TH T I HÀ N I ẮT ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI Ị TẠI HÀ NỘI ẠT ỘI

LU N VĂN TH C SỸ KỸ THU T ẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ẠT ẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: XÂY D NG C U H M ỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT ẦU ẦU

MÃ S : 60.58.25 Ố: 60.58.25

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NG Đ I H C GIAO THÔNG V N T I ẠO ỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ẬN TẢI ẢI

NGUY N XUÂN Đ T ỄN XUÂN ĐẠT ẠT

PHÂN TÍCH, L A CH N PH ỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT ỌN PHƯƠNG ÁN KẾT ƯƠNG ÁN KẾT NG ÁN K T ẾT

C U, KI N TRÚC PHÙ H P CHO C U ẤU, KIẾN TRÚC PHÙ HỢP CHO CẦU ẾT ỢP CHO CẦU ẦU

Đ ƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI NG S T ĐÔ TH T I HÀ N I ẮT ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI Ị TẠI HÀ NỘI ẠT ỘI

CHUYÊN NGÀNH: XÂY D NG C U H M ỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT ẦU ẦU

MÃ S : 60.58.25 Ố: 60.58.25

LU N VĂN TH C SỸ KỸ THU T ẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ẠT ẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NG ƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI I H ƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN MINH NGHĨA NG D N KHOA H C: PGS.TS NGUY N MINH NGHĨA ẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN MINH NGHĨA ỌN PHƯƠNG ÁN KẾT ỄN XUÂN ĐẠT

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 10

1 Sự cần thiết và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 10

2 Mục tiêu của luận văn 11

3 Phương pháp nghiên cứu 11

4 Nội dung của luận văn 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 13

1.1 Tổng quan về tình hình phát triển ĐSĐT trên thế giới 13

1.2 Tổng quan về tình hình phát triển ĐSĐT tại Việt Nam 18

1.2.1 Thời kỳ trước những năm 1990 18

1.2.2 Thời kỳ sau những năm 1990 20

1.3 Kết luận chương 1: 26

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ 27

2.1 Đặc điểm cấu tạo các bộ phận kết cấu nhịp cầu đường sắt đô thị [7] 27

2.1.1 Mặt cầu 27

2.1.2 Ray 28

2.1.3 Kết cấu nhịp 29

2.2 Các dạng mặt cắt ngang kết cấu nhịp 30

2.2.1 Yêu cầu đối với khẩu độ kết cấu nhịp 30

2.2.1.1 Nhịp điển hình 30

2.2.1.2 Nhịp trên đường cong 30

2.2.1.3 Nhịp qua quảng trường, nút giao 31

2.2.1.4 Nhịp vượt sông ở Hà Nội 36

2.2.2 Các dạng mặt cắt ngang và sự phù hợp với các yêu cầu trên 37

2.3 Mố trụ cầu 37

2.3.1 Mố cầu 37

2.3.2 Trụ cầu 38

2.4 Công nghệ thi công [13] 38

2.4.1 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT bằng biện pháp cẩu lắp 38

2.4.2 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT theo phương pháp đúc hẫng (FCM) 40 2.4.3 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT theo phương pháp đúc đẩy (ILM) .41 2.4.4 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT bằng đà giáo di động (MSS) 41

2.4.5 Kết luận 42

2.5 Cơ sở thiết kế 42

2.5.1 Tiêu chuẩn thiết kế [7] 42

2.5.1.1 Tiêu chuẩn Nhật Bản 43

2.5.1.2 Tiêu chuẩn Việt Nam 43

2.5.1.3 Tiêu chuẩn quốc tế 43

2.5.1.4 Thứ tự ưu tiên của các Tiêu chuẩn 44

2.5.2 Trình tự tính toán, thiết kế công trình cầu ĐSĐT 44

2.5.2.1 Các số liệu đầu vào 45

2.5.2.2 Mô hình hóa kết cấu 61

2.5.2.3 Tính toán nội lực kết cấu 61

2.5.2.4 Kiểm toán kết cấu theo các TTGH [1] [2] [12] [13] 61

2.6 Kết luận chương 61

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU – KIẾN TRÚC CHO CẦU ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ HÀ NỘI 62

3.1 Các chỉ tiêu đánh giá 62

3.1.1 Nhóm chỉ tiêu kỹ thuật 62

3.1.1.1 Các chỉ tiêu về thiết kế 62

3.1.1.2 Các chỉ tiêu về xây dựng và khai thác [9] 62

3.1.2 Nhóm chỉ tiêu kinh tế - xã hội 62

3.1.2.1 Chỉ tiêu giá trị lợi nhuận thuần NPV 63

3.1.2.2 Chỉ tiêu suất lợi nhuận hay còn gọi là tỷ lệ tính lời B/C 63

3.1.2.3 Chỉ tiêu suất thu lợi nội tại IRR 64

3.1.2.4 Thời gian hoàn vốn của dự án Thv 64

3.1.3 Nhóm chỉ tiêu thẩm mỹ 64

3.1.3.1 Hình dạng kết cấu (Form) 65

3.1.3.2 Tỉ xích và tỉ lệ (Scale and Proportion) 65

3.1.3.3 Thức (Order) 67

3.1.3.4 Sự cân xứng (Symmetry) 67

3.1.3.5 Làm tinh tế hình dáng (Refining the form) 68

3.1.3.6 Hòa nhập vào môi trường (Intergration into the Environment) 68 3.1.3.7 Ánh sáng và bóng đổ (Light and Shade) 68

3.1.3.8 Cấu trúc bề mặt (Surface Texture)[19] 68

3.1.3.9 Màu sắc (Color) 68

3.1.3.10 Nét đặc trưng (Character) 68

3.2 Phân tích so sánh các phương án kết cấu nhịp 68

3.2.1 Lựa chọn các phương án so sánh 68

3.2.2 Phân tích so sánh các phương án kết cấu nhịp 69

3.2.2.1 Dầm U thi công theo công nghệ cẩu lắp 69

3.2.2.2 Dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực 70

3.2.2.3 Dầm super T 72

3.2.2.4 Dầm bản rỗng BTCT DUL [7] 72

3.2.2.5 Dầm hộp DUL thi công theo công nghệ MSS 73

3.2.2.6 Dầm hộp thép 74

3.2.2.7 Chi phí xây dựng 75

3.2.2.8 Kiến nghị 75

3.3 Phân tích so sánh các phương án mố trụ 77

3.3.1 Lựa chọn phương án so sánh 77

3.3.1.1 Nguyên tắc lựa chọn kết cấu phần dưới 77

3.3.1.2 Trụ cầu 77

3.3.1.3 Mố cầu 79

3.3.2 Phân tích so sánh các phương án mố trụ 80

3.3.2.1 Trụ cầu 80

3.3.2.2 Mố cầu 80

3.3.2.3 Kiến nghị 80

3.4 Kết luận chương 3 80

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

4.1 Kết luận 83

4.2 Kiến nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 87

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Cấp bê tông và loại kết cấu 46

Bảng 2 2 Mô đun đàn hồi (Ec), Hệ số Poisson và hệ số nhiệt 46

Bảng 2 3 Đặc trưng của cáp DƯL 47

Bảng 2 4 Ứng suất kéo lớn nhất cho bê tông chịu uốn (Đơn vị: Mpa) 48

Bảng 2 5 Hoạt tải đám đông/ Hoạt tải bộ hành (Đơn vị: kN/m2) 54

Bảng 2 6 Sức căng do co ngót của bê tông 56

Bảng 2 7 Hệ số từ biến của bê tông 56

Bảng 2 8 Bảng hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng 58

Bảng 3 1 Một số tỷ lệ vàng được áp dụng [14] 67

Bảng 3 2 Các phương án kết cấu cầu và chiều dài nhịp 69

Bảng 3 3 Giá thành xây dựng của các phương án kết cấu nhịp dầm [] 75

Bảng 3 4 Bảng so sánh các phương án kết cấu – kiến trúc cho cầu đường sắt đô thị Hà Nội 76

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Tắc đường - một "đặc sản" của Hà Nội 10

Hình 1 1 Đường sắt tải nhẹ tại Thượng Hải 16

Hình 1 2 Đường sắt trên cao 16

Hình 1 3 Linear motor driver car 17

Hình 1 4 Tàu điện tuyến Bờ Hồ - Thụy Khuê 18

Hình 1 5 Tàu điện ở quảng trường Đông Kinh Nghĩa Thục (khu vực nhà Cá Mập ngày nay) 19

Hình 1 6 Tàu điện tuyến chợ Đồng Xuân 19

Hình 1 7 Sơ đồ 5 tuyến ĐSĐT Hà Nội 21

Hình 1 8 Mô hình tổng thể Hà Nội 23

Hình 1 9 Quy hoạch mạng lưới ĐSĐT trong đồ án 23

Hình 1 10 Tuyến ĐSĐT Cát Linh-Hà Đông đang được thi công qua hồ Đống Đa .24

Hình 1 11 Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng phát lệnh khởi công tuyến ĐSTC Nhổn – Ga Hà Nội 25

Hình 1 12 Phối cảnh nhà ga tuyến ĐSĐT Nhổn - Ga Hà Nội 25

Hình 1 13 Phối cảnh ga Mai Dịch tuyến đường sắt Nhổn - Ga Hà Nội 25

Hình 2 1 Cấu tạo mặt cầu đường sắt đô thị Hà Nội (tuyến 2) 27

Hình 2 2 Cấu tạo ray JIS 60kg 28

Hình 2 3 Cấu tạo ray JIS 50N 29

Hình 2 4 Dạng kết cấu nhịp cầu đường sắt đô thị 29

Hình 2 5 Kết cấu nhịp liên tục cầu Sài Gòn (tuyến Metro số 1 - Thành phố HCM) 30

Hình 2 6 Kết cấu nhịp giản đơn cầu trên cao (tuyến số 2 - Hà Nội) 30

Hình 2 7 Mặt cắt dọc nhịp điển hình cho cầu đường sắt đô thị 30

Hình 2 8 Bố trí kết cấu nhịp trên đường cong bằng 31

Hình 2 9 Phương án bố trí kết cấu tại các nút giao trên tuyến 2 35

Hình 2 10 Phương án bố trí kết cấu tại nút giao Kim Liên (tuyến 1) 35

Hình 2 11 Phương án bố trí kết cấu tại nút giao Mai Dịch (tuyến 3) 36

Hình 2 12 Phương án bố trí kết cấu tại nút giao Cầu Giấy (tuyến 3) 36

Hình 2 13 Phương án kết cấu nhịp cầu Sông Nhuệ (tuyến 3) [11] 37

Hình 2 14 Các dạng mặt cắt ngang điển hình 37

Hình 2 15 Bố trí chung mố cầu 38

Hình 2 16 Một số dạng trụ cầu 38

Hình 2 17 Công nghệ cẩu lắp dầm bằng cẩu 39

Hình 2 18 Công nghệ hẫng (lắp hẫng và đúc hẫng) 40

Hình 2 19 Công nghệ đúc đẩy (ILM) 41

Hình 2 20 Công nghệ thi công bằng đà giáo di động (MSS) 42

Hình 2 21 Đầu máy toa xe theo quy định chung của STRASYA 51

Hình 3 1 Mặt cắt ngang dầm U 69

Hình 3 2 Mặt cắt ngang dầm U có cốt cứng 70

Hình 3 3 Cầu dầm U ray đơn trong đường cong 70

Hình 3 4 Mặt cắt ngang cầu dầm I 71

Hình 3 5 Mặt cắt ngang dầm super T 72

Hình 3 6 Mặt cắt ngang dầm bản rỗng BTCT DUL 73

Hình 3 7 Mặt cắt ngang dầm hộp 74

Hình 3 8 Mặt cắt ngang dầm hộp thép 74

Hình 3 9 Trụ cầu kiểu tường của đường sắt Băng Cốc 77

Hình 3 10 Trụ thân cột cầu đường sắt Hà Nội, tuyến số 3 (phương án đề xuất) 78 Hình 3 11 Trụ thân cột đường sắt ở Dubai 78

Hình 3 12 Trụ thân cột không có xà mũ 79

Hình 3 13 Mố cầu kết hợp tường chắn có cốt 79

Hình 3 14 Mối quan hệ giữa kinh tê - kỹ thuật - thẩm mỹ 81

LỜI MỞ ĐẦU

Luận văn “Nghiên cứu phương án kết cấu, kiến trúc phù hợp cho cầu ĐSĐTtại Hà Nội” được thực hiện với mục đích nghiên cứu đưa ra phương án kết cấunhịp cầu, kết cấu mố trụ thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế cũng như thẩm

mỹ Ngoài ra, luận văn còn đề xuất việc áp dụng tiêu chuẩn thiết kế ĐSĐT củaNhật Bản vào tính toán kết cấu cho cầu ĐSĐT nhưng có sửa đổi, bổ sung chophù hợp

Tôi xin trân trọng cảm ơn Cô PGS TS Nguyễn Minh Nghĩa đã giúp đỡ tậntình hướng dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận vănnày

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu hầm vàKhoa Sau đại học của Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, các bạn tronglớp cao học Cầu hầm K15, các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gianhọc tập và thực hiện luận văn để có thể hoàn thành tốt đề tài

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế

và thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của Quý Thầy Cô, bạn bè,đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày…… tháng …… năm 2011

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Xuân Đạt

Hình 1 Tắc đường - một "đặc sản" của Hà Nội

Hình 1 1 Đường sắt tải nhẹ tại Thượng Hải

Hình 1 2 Đường sắt trên cao

Hình 1 3 Linear motor driver car

1.2 Tổng quan về tình hình phát triển ĐSĐT tại Việt Nam

1.2.1 Thời kỳ trước những năm 1990.

Tháng 5/1890, Công ty Điện địa Đông Dương xin phép chính quyền thực dânthành lập một cơ sở khai thác giao thông bằng tàu điện gọi là “Nhà máy xe điện”thuộc vào Công ty này (tên Pháp là Usine de la Société des tramways électriques

de L’Indochine) Nhà máy đó đặt ở đầu làng Thuỵ Khuê nên dân Hà Nội ngày ấygọi là “Nhà máy tàu điện Thuỵ Khuê”

Ngày 13/9/1900 chạy thử tuyến đường đầu tiên Bờ Hồ - Thuỵ Khuê ChợĐồng Xuân đông hẳn lên và suốt ngày nhộn nhịp “Nhà tàu” hái ra tiền, khối lợinhuận

Hình 1 4 Tàu điện tuyến Bờ Hồ - Thụy Khuê

Do vậy sang năm 1901 có thêm đường Bờ Hồ - Thái Hà, khánh thành ngày10/11/1901, lúc đó đường tàu chạy dọc Hàng Bông sang Cửa Nam, theo đườngSinh Từ (nay là Nguyễn Khuyến) rẽ sang trước mặt Văn Miếu rồi ra đường HàngBột (nay là Tôn Đức Thắng) Hai năm sau mới bỏ đoạn Cửa Nam - Sinh Từ -Văn Miếu mà cho tàu chạy theo phố Hàng Đẫy (nay là Nguyễn Thái Học) tớilưng Văn Miếu thì rẽ sang Hàng Bột

Hình 1 5 Tàu điện ở quảng trường Đông Kinh Nghĩa Thục (khu vực nhà Cá Mập ngày

nay)

Năm 1906 làm đường Bờ Hồ - Chợ Mơ, khánh thành ngày 18/12/1906 Ítnăm sau, kéo dài đường Bờ Hồ - Thuỵ Khuê lên tận Chợ Bưởi Năm 1915 đường

Bờ Hồ - Thái Hà ấp được kéo vào thị xã Hà Đông

Trong năm 1929 đó có thêm được tuyến Yên Phụ - ngã Tư Đồng Lầm (nay làngã tư Đại Cồ Việt – Lê Duẩn) để rồi mãi tới tháng 5 năm 1943 mới nối xuốngtrước cửa nhà thương Vọng (nay là bệnh viện Bạch Mai)

Hình 1 6 Tàu điện tuyến chợ Đồng Xuân

Như vậy tới năm 1929, từ ga Trung tâm Bờ Hồ (Ga Tàu điện Bờ Hồ nay làngôi nhà “Hàm cá mập”) toả ra 6 ngã: lên Yên Phụ, lên chợ Bưởi, sang CầuGiấy, vào Hà Đông, xuống chợ Mơ và Vọng, tức cũng là toả ra 6 cửa ô nối nôngthôn với nội thành Tàu điện Hà Nội tồn tại trên chín thập kỷ Tiếng chuông lengkeng của nó tạo nên một nét riêng biệt của thành phố, đi vào tâm thức nhiềungười dân Hà Nội nên đã bật ra thành lời thơ như đã nêu ở trên Do vậy, ai đi xa,

khi nhớ về Hà Nội đều phải nhắc đến nó như một cái gì đó rất đặc trưng, khôngbao giờ phai nhạt trong ký ức.

Thời Pháp thuộc mỗi đoàn tàu có hai hoặc ba toa, ở toa đầu có chia ra haihạng vé: hạng nhất, hạng nhì Hạng nhất có ghế đệm, ngồi ngang nhìn thẳng;hạng nhì ngồi dọc ghế cứng Hàng hoá chất ở dưới ghế, thúng mủng quang gánhmóc ở bên ngoài toa cuối

Thế rồi đến ngày “Hà Nội cháy khói lửa ngập trời”, những ngày tháng Chạpnăm 1946, các toa tàu điện trở thành chướng ngại vật rất có hiệu quả ngăn chặnbước đi của các đoàn xe cơ giới của thực dân gây chiến trên các nẻo đường phốphường

Sau ngày giải phóng Thủ đô 1954, ta tiếp quản Nhà máy tàu điện Các đoàntàu được xoá bỏ cách phân chia thứ hạng và dần dần chữ tàu điện được gọi là xeđiện Xe điện phục vụ nhân dân khá đắc lực trong mấy chục năm ròng, nhất làthời gian sơ tán chống Mỹ

Sau đến đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước, dường như là do yêu cầu thôngthoáng đường phố hoặc văn minh hoá thành phố các tuyến xe điện lần lượt ngừnghoạt động Đường ray bóc đi, cùng đầu máy, toa xe hẳn là dồn về kho nhà máy.Năm 1991 là mốc đánh dấu sự biến mất của tàu điện Hà Nội

1.2.2 Thời kỳ sau những năm 1990.

Sau thời kỳ giải phóng, Hà Nội bắt đầu giai đoạn xây dựng và phát triển Sựphát triển của cơ sở hạ tầng gắn liền với sự phát triển của phương tiện giao thông.Các số liệu thống kê cho thấy, tại Hà Nội, cho tới cuối những năm 1980, đa sốphương tiện giao thông trên đường là xe đạp hoặc phương tiện giao thông côngcộng Kể từ năm 1986, nhờ chính sách Đổi mới và sự tăng trưởng kinh tế ấntượng (khoảng 7-8% mỗi năm trong những năm đầu của thế kỷ 21), rất nhiều cưdân thành thị đã có thể mua và sử dụng xe máy và xe hơi

Theo Trung tâm Quản lý và Điều hành giao thông Đô thị Hà Nội(TRAMOC), năm 2004, trung bình cứ 1000 người dân Hà Nội có khoảng 400 xemáy và 12 xe hơi, tuy nhiên con số này giờ đã vượt rất xa Năm 2009, Hà Nội cógần 3,7 triệu xe máy và 302.000 xe hơi, đó là tính cả lượng xe của những địa giớihành chính mới được mở rộng năm 2008

Liên quan tới vấn đề này, rất nhiều giải pháp đối phó đã được chính quyềnthành phố áp dụng như: nâng cấp mạng lưới đường bộ hiện có, xây dựng mới cáccon đường, cầu vượt và hầm ngầm; tổ chức lại giao thông ở các điểm giao cắt;thực thi luật giao thông; lắp đặt hệ thống đèn tín hiệu giao thông; cải thiện hoạtđộng của hệ thống giao thông công cộng hiện nay Nhưng, dù đã có những khoản

Năm 2008, Thủ tướng chính phủ ra quyết định số 90/2008/QĐ-TTg ngày09/07/2008 về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển giao thông vận tải Thủ đô HàNội đến năm 2020 Trong quyết định này nêu rõ mạng lưới đường sắt đô thị của

Hà Nội đến năm 2020 bao gồm các tuyến:

Hình 1 7 Sơ đồ 5 tuyến ĐSĐT Hà Nội

* Tuyến số 1 (Ngọc Hồi - Yên Viên, Như Quỳnh): tuyến này có chiều dàikhoảng 38,7 km, phục vụ các khu vực ngoại thành phía Đông bắc và phía Nam

Hà Nội đi qua khu vực trung tâm thành phố;

* Tuyến số 2 (Nội Bài - trung tâm thành phố - Thượng Đình): dài khoảng35,2 km, là xương sống cho khu vực đô thị hiện tại và tương lai Tuyến số 2 nốisân bay Nội Bài và khu đô thị mới Đông Anh, Từ Liêm, khu Phố cổ, khu phố có

kiến trúc kiểu Pháp, đi dọc hành lang quốc lộ 6 và tới Thượng Đình Trong đóđoạn tuyến phía Bắc sông Hồng sẽ đi dọc hành lang của trục chính đô thị NhậtTân - Vĩnh Ngọc - Nội Bài.

Phụ trợ cho tuyến đường sắt đô thị số 2 là tuyến xe buýt nhanh, đi theo hànhtrình Sóc Sơn - Đông Anh - Kim Nỗ - Mê Linh - Vĩnh Yên, chiều dài tuyếnkhoảng 33,9 km Trong tương lai có thể phát triển tuyến xe buýt nhanh này thànhtuyến đường sắt đô thị

Kết nối với tuyến số 2 có tuyến đường sắt đô thị Hà Nội - Hà Đông, bắt đầutại khu vực Cát Linh (giao với tuyến số 3), đi theo hành trình Cát Linh - HàoNam - La Thành - Thái Hà - đường Láng - Ngã Tư Sở - quốc lộ 6 - Thượng Đình(nối với tuyến số 2) - Hà Đông - Ba La Tuyến đường sắt đô thị Hà Nội - HàĐông có chiều dài khoảng 14 km, sau năm 2020 sẽ phát triển tuyến này tới XuânMai

* Tuyến số 3 (Nhổn - ga Hà Nội - Hoàng Mai): tuyến số 3 có chiều dài 21

km, nối khu vực phía tây với trung tâm thành phố và khu vực phía nam thànhphố Trong đó đoạn tuyến từ Nhổn đến ga Hà Nội hiện đang được chuẩn bị xâydựng theo dự án của thành phố Hà Nội Sau năm 2020 sẽ phát triển tuyến số 3lên tới Sơn Tây, tổng chiều dài dự kiến của tuyến số 3 khi đó là 48 km

* Tuyến số 4 (Đông Anh Sài Đồng Vĩnh Tuy/Hoàng Mai Thanh Xuân

-Từ Liêm - Thượng Cát - Mê Linh): tuyến có dạng vòng tròn, kết nối với cáctuyến số 1, số 2, số 3 và số 5, đa dạng hóa nhu cầu giao thông và gắn kết với các

dự án phát triển đô thị Trước mắt xây dựng tuyến số 4 là tuyến xe buýt nhanh,trong tương lai sẽ phát triển thành tuyến đường sắt đô thị hoàn chỉnh Toàn tuyến

số 4 có chiều dài khoảng 53,1 km;

* Tuyến số 5 (Nam Hồ Tây - Ngọc Khánh - Láng - Hòa Lạc): là tuyến này cóchức năng kết nối trung tâm thành phố Hà Nội với các khu đô thị dọc theo hànhlang Láng - Hòa Lạc Chiều dài của tuyến số 5 là khoảng 34,5 km

Ngày 22/12/2008 Thủ tướng Chính phủ đã ra Quyết định số 1878/QĐ-TTgphê duyệt Nhiệm vụ đồ án quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội mở rộngđến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050

Hình 1 8 Mô hình tổng thể Hà Nội

Hình 1 9 Quy hoạch mạng lưới ĐSĐT trong đồ án

Ngày 22/5/2009 Cục đường sắt Việt Nam và Cục 6 đường sắt Trung Quốc đã

tổ chức lễ ký kết hợp đồng (EPC) dự án đường sắt đô thị Hà Nội, tuyến Cát Linh– Hà Đông Tuyến đường sắt đô thị Cát Linh – Hà Đông bắt đầu xuất phát từ khuvực nút giao Cát Linh – Giảng Võ Đó là khu vực trung chuyển hành khách đôthị tương lai của Hà Nội, kết nối giữa tuyến đường sắt đô thị Cát Linh – Hà Đôngvới tuyến đường sắt Nhổn – Hà Nội và tuyến buýt nhanh BRT Từ đây, tuyếnđường sắt đi dọc theo giải phân cách phố Hào Nam, phố Hoàng Cầu, ngõ TháiThịnh I tới đường Láng rẽ trái men theo mép sông Tô Lịch và tiếp tục đi dọc theogiải phân cách đường Nguyễn Trãi về Hà Đông Điểm cuối của tuyến là bến xe

Hà Đông mới cạnh quốc lộ 6

Toàn tuyến có 12 ga theo thứ tự là: ga Cát Linh – ga La Thành – ga Thái

Hà-ga Láng – Hà-ga Đại học quốc gia – Hà-ga Vành đai 3- Hà-ga Thanh Xuân 3 – Hà-ga bến xe HàĐông cũ – ga Hà Đông – ga La Khê – ga Văn Khê – ga bến xe Hà Đông mới Cự

ly bình quân giữa các ga là 1km Khu Depot đặt tại phường Phú Lương, TP HàĐông

Toàn tuyến dài 13,05km, đi hoàn toàn trên cao, được thiết kế đường đôi, khổ1435mm, điện khí hóa; áp dụng theo quy phạm thiết kế Metro GB 5017-2003 củaTrung Quốc, chịu cấp động đất số 8…Đoàn tàu gồm 4 toa (giai đoạn đầu khaithác), hoặc 6 toa (giai đoạn về sau khi lưu lượng giao thông tăng) với sức chở2.008 hành khách Tốc độ tối đa đoàn tàu là 80 km/h, tốc độ lữ hành 35k/h Tàu

có thời gian khai thác hàng ngày từ 5h sáng đến 23h đêm (18 tiếng với tần suấttối đa 2 phút/1 chuyến) Năng lực vận chuyển tối đa 28.000 hànhkhách/giờ/hướng Dự kiến, đến năm 2014 tuyến đường sắt đô thị Cát Linh – HàĐông sẽ đi vào khai thác

Hình 1 10 Tuyến ĐSĐT Cát Linh-Hà Đông đang được thi công qua hồ Đống Đa

Ngày 25/9/2010, Thủ tướng chính phủ Nguyễn Tấn Dũng đã chính thức phát

12,5km, đầu tư hơn 1 tỷ USD

Hình 1 11 Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng phát lệnh khởi công tuyến ĐSTC Nhổn – Ga Hà

Nội

Hình 1 12 Phối cảnh nhà ga tuyến ĐSĐT Nhổn - Ga Hà Nội

Hình 1 13 Phối cảnh ga Mai Dịch tuyến đường sắt Nhổn - Ga Hà Nội

1.3 Kết luận chương 1:

Từ những phân tích trên ta có thể đưa ra một số nhận xét tổng quát sau:

Anh, Nga, Nhật Bản…, ở các nước trong khu vực như Thái Lan,Singapore, góp phần không nhỏ trong việc tạo ra sự cân bằng về giaothông đô thị, giảm ùn tắc giao thong, thúc đẩy nền kinh tế phát triển

gian tới bởi thực tế các tuyến đường sắt đang được triển khai không chỉthiết kế cơ sở mà còn đang thực hiện thiết kế kỹ thuật cũng như thi công.Hơn nữa, các kinh nghiệm thiết kế, thi công đường sắt đặc biệt là đườngsắt đô thị của nước ta còn yếu nên cần phải được nghiên cứu, chuyểngiao một cách có hệ thống

phải đi trên cao (cầu đường sắt) Vì vậy cần phải có những nghiên cứu,tính toán cụ thể cho từng phương án kết cấu để có thể lựa chọn đượcphương án tối ưu nhất cả về kinh tế - kỹ thuật cũng như thẩm mỹ

Hình 2 1 Cấu tạo mặt cầu đường sắt đô thị Hà Nội (tuyến 2)

Hình 2 2 Cấu tạo ray JIS 60kg Hình 2 3 Cấu tạo ray JIS 50N

Hình 2 4 Dạng kết cấu nhịp cầu đường sắt đô thị Hình 2 5 Kết cấu nhịp liên tục cầu Sài Gòn (tuyến Metro số 1 - Thành phố HCM)

Hình 2 6 Kết cấu nhịp giản đơn cầu trên cao (tuyến số 2 - Hà Nội)

Hình 2 7 Mặt cắt dọc nhịp điển hình cho cầu đường sắt đô thị

A : Sự sai khác do chênh siêu cao (C1-C2)

W1: Độ lệch tâm (Đường 1)

W2: Độ lệch tâm (Đường 2)

Với kết cấu nhịp cầu giản đơn trong đường cong có thể thay đổi dạng kết cấu

xà mũ trụ mà không cần phải thay đổi kết cấu nhịp Nếu là kết cấu liên tục có thể

sử dụng dầm hộp hoặc bản rỗng theo đúng đường cong nằm đã bố trí

Hình 2 8 Bố trí kết cấu nhịp trên đường cong bằng

2.2.1.3 Nhịp qua quảng trường, nút giao

Theo quy hoạch, Hà Nội có 5 tuyến đường sắt đô thị tạo thành mạng lướigiao thông góp phần giải quyết tình trạng ách tắc giao thông nghiêm trọng nhưhiện nay Tại một số tuyến phải đi qua các nút giao, cả nút giao lớn và nhỏ nhưnút giao Cầu Giấy, nút giao Hoàng Quốc Việt… Vì vậy phải giải quyết vấn đềgiao cắt tại các vị trí này

Yêu cầu phải bố trí trụ tại các vị trí nút giao này thỏa mãn một số yếu tố sau:

- Đảo tròn nên được bố trí tại nút giao có quy mô được đánh giá là “Lớn”

- Tại nút giao “Nhỏ”, không cần thiết bố trí đảo tròn

- Nút giao “Trung bình” có hai khả năng: Có thể bố trí hoặc không

- Chiều dài lớn nhất của kết cấu nhịp được xem xét với 3 loại 30m, 40m và50m

Dưới đây là ví dụ bố trí vị trí trụ tại các nút giao trên tuyến số 2 (Nam ThăngLong – Trần Hưng Đạo), tuyến số 1 (Ngọc Hồi – Yên Viên) và tuyến số 3 (Nhổn– Ga Hà Nội) [7] [11]

Vị trí trụ tại nút giao 1 & 4

Hình 2 9 Phương án bố trí kết cấu tại các nút giao trên tuyến 2

Hình 2 10 Phương án bố trí kết cấu tại nút giao Kim Liên (tuyến 1)

Hình 2 11 Phương án bố trí kết cấu tại nút giao Mai Dịch (tuyến 3)

Hình 2 12 Phương án bố trí kết cấu tại nút giao Cầu Giấy (tuyến 3)

2.2.1.4 Nhịp vượt sông ở Hà Nội

Hà Nội - thành phố trong sông được bao bọc bởi hai con sông lớn là sôngHồng và sông Đáy Ngoài ra trong lòng Hà Nội còn nhiều con sông nhỏ khác nhưsông Tô Lịch, sông Nhuệ, sông Kim Ngưu, sông Phủ Lỗ (Đông Anh) Tuy nhiên

do chỉ nghiên cứu các cầu vượt sông trong đô thị nên trong phạm vi luận văn nàychỉ đề cập tới một số con sông sau: sông Hồng (tuyến 1), sông Tô Lịch (tuyến 3),sông Nhuệ (tuyến 2)

Sông Hồng là sông lớn nhất miền Bắc Việt Nam và có khá nhiều cây cầu lớnbắc qua đây như cầu Nhật Tân, cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy… và một cây cầuđường sắt lâu đời nhất là cầu Long Biên Khi thiết kế cần phải lựa chọn khẩu độnhịp cho hợp lý Với mặt cắt sông như vậy việc lựa chọn cầu giản đơn với khẩu

độ nhịp ngắn là không hơp lý vì còn phải đảm bảo tĩnh không và thông thuyền.Cầu liên tục nhịp lớn cần phải được lựa chọn

Sông Tô Lịch và sông Nhuệ là những con sông nhỏ không yêu cầu thôngthuyền Vì vậy có thể sử dụng khẩu độ nhịp điển hình 30-40m hoặc cầu có khẩu

độ nhịp lớn

Hình 2 13 Phương án kết cấu nhịp cầu Sông Nhuệ (tuyến 3) [11]

2.2.2 Các dạng mặt cắt ngang và sự phù hợp với các yêu cầu trên

Dạng mặt cắt ngang có thể lựa chọn là mặt cắt ngang dạng lòng máng (chữU), dầm hộp, dầm bản rỗng hoặc dầm super T

có thể kết hợp với việc trang trí bằng các biểu tượng hoặc sơn để kết cấu trôngthanh thoát hơn.

2.4 Công nghệ thi công [13]

2.4.1 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT bằng biện pháp cẩu lắp

(1) Ý tưởng:

- Công xưởng hoá để chế tạo kết cấu có chất lượng

- Rút ngắn thời gian thi công

Do đó người ta chế tạo sẵn các bộ phận trong nhà máy, sau đó đem ra lắpghép tại công trường

(2) Trình tự thi công

- Chia kết cấu ra từng bộ phận có thể làm việc độc lập

- Chế tạo các bộ phận tại xưởng

- Chuyên chở cấu kiện tới công trường bằng thiết bị chuyên dụng để laolắp

- Liên kết các khối dầm lại với nhau

(3) Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng

+ Ưu điểm:

- Kết cấu được chế tạo đảm bảo chất lượng, chính xác

- Thời gian thi công nhanh

- Tiết kiệm ván khuôn

- Không tốn đà giáo, không ảnh hưởng tới không gian dưới cầu

+ Nhược điểm:

- Tốn chi phí vận chuyển, cẩu lắp

- Đòi hỏi thiết bị chuyên dụng

- Hạn chế chiều dài vượt nhịp

- Chỉ thích hợp với kết cấu dầm có sườn

+ Phạm vi áp dụng:

- Chỉ thích hợp cho cầu dầm giản đơn có chiều dài nhịp L  40m

- Cầu định hình, cầu có yêu cầu thời gian thi công nhanh

Hình 2 17 Công nghệ cẩu lắp dầm bằng cẩu

2.4.2 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT theo phương pháp đúc hẫng (FCM)

(1) Ý tưởng:

- Để vươn tới những nhịp dài hơn

- Thi công kết cấu thành từng đốt liên tiếp nhau

- Các đốt liên kết nhau theo sơ đồ hẫng

- Các đốt thi công sau được đỡ bởi các đốt trước

(2) Trình tự thi công

- Thi công xong kết cấu phần dưới

- Phân chia kết cấu thành từng đốt đốt đúc bằng các mạch chia theophương ngang cầu

- Thi công một đốt chắc chắn trên đỉnh trụ (đốt K0)

- Thi công các đốt tiếp theo từ đốt K0

- Nối kết cấu hẫng thành nhịp hoàn chỉnh

(3) Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

+ Ưu điểm:

- Vượt được nhịp dài có khi hàng trăm mét

- Không ảnh hưởng tới không gian dưới cầu

- Không tốn đà giáo ván khuôn

2.4.3 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT theo phương pháp đúc đẩy (ILM)

(1) Ý tưởng

Công nghệ hẫng khó kiểm tra chất lượng và kém an toàn Vì vậy người tanghĩ đến việc đưa các đốt đúc vào trong bờ, chế tạo trên bờ sau đó đẩy ra ngoàitạo thành kết cấu nhịp

(2) Trình tự công nghệ

- Xây dựng bệ đúc phía đường dẫn đầu cầu

- Chế tạo kết cấu ở trên bệ đúc theo từng phân đoạn và các phân đoạnđược liên kết với nhau bằng các bó cáp DUL

- Đẩy kết cấu ra ngoài bằng hệ thống kích đẩy

(3) Ưu nhược điểm

+ Ưu điểm:

- Dễ kiểm tra chất lượng

- Không phụ thuộc vào không gian dưới cầu, an toàn

- Thi công cầu trên đường cong

- Cầu qua khe núi, thung lũng sâu…

+ Nhược điểm:

- Tốn cốt thép phụ tạm phục vụ thi công

- Chỉ thích hợp với dầm có chiều cao không đổi

- Hạn chế khẩu độ, thường chỉ áp dụng với cầu có chiều dài nhịp L= 60m

40-Hình 2 19 Công nghệ đúc đẩy (ILM)

2.4.4 Công nghệ thi công cầu ĐSĐT bằng đà giáo di động (MSS)

(1) Ý tưởng

- Đổ tại chỗ nhưng không ảnh hưởng tới không gian dưới cầu

(2) Ưu nhược điểm

+ Ưu điểm:

- Tận dụng được các ưu điểm của kết cấu đổ tại chỗ

- Kết cấu có thể thi công theo hình dạng bất kỳ

- Không tốn vật liệu thi công, tận dụng được ưu điểm của công nghệkhác

- Thời gian thi công nhanh

- Không ảnh hưởng không gian dưới cầu

Ngoài ra, biện pháp sử dụng đà giáo di dộng cũng có thể được áp dụng bởinhững ưu điểm của nó, không ảnh hưởng tới không gian dưới cầu, bê tông liềnkhối Tuy nhiên, cầu đường sắt đô thị thì kết cấu trụ thường không cao nên biệnpháp này chỉ nên áp dụng tại những vị trí cầu có chiều cao trụ khá cao mà biệnpháp cẩu lắp không còn lợi thế

2.5 Cơ sở thiết kế

2.5.1 Tiêu chuẩn thiết kế [7]

Việt Nam đều được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn thiết kế theo các TTGH22TCN-18-79

- Trong thời gian gần đây khi các dự án về đường sắt đô thị được triển khai thìnhiều tiêu chuẩn khác được đưa vào áp dụng Có thể kể ra như tiêu chuẩnthiết kế đường sắt đô thị STRASYA và tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đường sắtcủa Nhật Bản để thiết kế cho công trình ĐSTC tại Việt Nam.

được quy định cụ thể

2.5.1.1 Tiêu chuẩn Nhật Bản

(STRASYA), Dịch vụ kĩ thuật đường sắt Nhật Bản (JARTS)

DSRSC), Viện nghiên cứu kỹ thuật đường sắt Nhật Bản (RTRI-J)

2.5.1.2 Tiêu chuẩn Việt Nam

Dưới đây là tham chiếu các tiêu chuẩn Việt Nam có liên quan

 Các tiêu chuẩn thiết kế đường sắt và đường bộ

trên đất yếu 22TCN 248-98

 Tiêu chuẩn cho kết cấu công trình trên cao và công trình ngầm

267-2000

TCN 217 – 94

2.5.1.3 Tiêu chuẩn quốc tế

Kỳ

- AASHTO, Tiêu chuẩn của Hiệp hội đường cao tốc Hoa Kỳ

theo phương pháp phân đoạn

các phiên bản cập nhật

2.5.1.4 Thứ tự ưu tiên của các Tiêu chuẩn

sau: Đầu tiên là tiêu chuẩn Nhật Bản, thứ hai là tiêu chuẩn Việt Nam, còntiêu chuẩn quốc tế được sử dụng để tham khảo cho thiết kế chi tiết Sử dụngcác phiên bản tiêu chuẩn đang còn hiệu lực

cho hệ thống đường sắt của Châu Á, vì vậy nó không có tiêu chuẩn thiết kế

cụ thể Tiêu chuẩn thiết kế chi tiết (ví dụ: hệ số xung kích, lực dọc, lực lytâm, vv…) được cung cấp bởi tiêu chuẩn thiết kế RTRI-J đã được chính phủViệt Nam phê duyệt

tác động của các yếu tố tự nhiên như động đất, tác động nhiệt, tải trọng gióvv…

quy định về vật liệu và phương pháp thử cũng như các yêu cầu và quy địnhthi công

2.5.2 Trình tự tính toán, thiết kế công trình cầu ĐSĐT

Trình tự tính toán, thiết kế ở đây chỉ trình bày một cách khái quát trình tự cácbước tính toán mà không đi vào chi tiết từng giai đoạn

Sơ đồ các bước tính toán, thiết kế như sau: [13]

NHIÖM Vô THIÕT KÕ

Sè LIÖU §ÇU VµO

2.5.2.1 Các số liệu đầu vào

(1) Xác định các đặc trưng vật liệu của cầu Lựa chọn sơ bộ hình dạng, kíchthước mặt cắt ngang của kết cấu nhịp (tại gối, tại giữa nhịp…) và dầm ngang,chon chiều dài nhịp tính toán, số lượng dầm chủ, dầm ngang, khoảng cáchdầm, chiều cao dầm, chiều dày bản mặt cầu, kích thước dầm ngang, kiểu vàkích thước của vỉa hè, lan can…

A Xác định các đặc trưng vật liệu của cầu

a Các yêu cầu chung

Nội dung này liên quan đến các đặc trưng vật liệu sử dụng trong quá trìnhthiết kế

Tất cả các vật liệu sẽ phải tuân thủ các quy định trong các tiêu chuẩn ViệtNam thích hợp đã được liệt kê ở trên Cường độ vật liệu quy định được sử dụngtrong thiết kế lấy như sau:

b Bê tông

Mô-đun đàn hồi, sức kháng cắt và hệ số nhiệt của mỗi cấu kiện kết cấu được

Bảng 2 1 Cấp bê tông và loại kết cấu

Mô đun đàn hồi và hệ số nhiệt của mỗi cấu kiện kết cấu được thể hiện dướibảng sau:

Bảng 2 2 Mô đun đàn hồi (Ec), Hệ số Poisson và hệ số nhiệt

Cường độ bê tông f’c (MPa)

Mô đun đàn hồi của cốt thép thường là 200,000 MPa theo điều 5.4.3.2 trongtiêu chuẩn 22TCN-272-05

Cường độ của mối nối cơ khí sẽ không được nhỏ hơn 125% cường độ của cốtthép được nối Đường kính và diện tích mặt cắt của cốt thép sử dụng để thiết kếđược thể hiện trong bảng sau:

d Cáp DƯL

Cáp DƯL 7 tao – độ tự chùng thấp – không bọc sẽ phải tuân thủ quy địnhtheo cấp Grade 270 trong AASHTO M203M (ASTM A416M) Đặc trưng củacáp được thể hiện trong bảng sau: (Tham khảo điều 5.4.4.1 trong tiêu chuẩn22TCN-272-05).

Bảng 2 3 Đặc trưng của cáp DƯL

e Bê tông DƯL

chuẩn ACI “Các yêu cầu tiêu chuẩn xây dựng cho BTCT DƯL (ACI 318)”,

và tiêu chuẩn AASHTO cho thiết kế kết cấu BTCT DƯL

DƯL lấy là 35Mpa, kích cỡ cấp phối hạt lớn nhất là 20mm, cường độ chịunén tối thiểu của bê tông DƯL lấy là f’ci= 31Mpa (4,500psi)

không nhỏ hơn 80% cường độ thiết kế 28 ngày tuổi và không nhỏ hơn27.4Mpa

Bảng 2 4 Ứng suất kéo lớn nhất cho bê tông chịu uốn (Đơn vị: Mpa)