Chuyên gia công trình lý giải gì về "đường sắt đô thị uốn lượn nhấp nhô"?

Infonet xin đăng tải toàn bộ ý kiến của thầy Đỗ Thụy Đằng, nguyên giảng viên Xây dựng ngầm và mỏ - Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội về vấn đề này.

Tại sao đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đông phải uốn lượn nhấp nhô.

Đường sắt chở khách nhanh đô thị có một số yêu cầu đặc trưng khác đường sắt chở khách đường dài (liên tỉnh, liên quốc gia …) và đường sắt chở khách chậm đô thị: 

- Tầu thường có ít nhất là 3 toa; chỉ chuyên chở khách; được vận hành với tốc độ trung bình khá cao; trong khi khoảng cách giữa các điểm đón trả khách (bến) rất ngắn (thường không quá 1500m và bình quân khoảng 700m - 800m ).

  - Dù đường tầu được bố trí ở độ cao nào (trên cao, trên mặt bằng địa phương, nửa chìm nửa nổi, hay dưới ngầm), toàn tuyến đều nằm trong không gian độc lập với tất cả các phương tiện giao thông khác.

Cho nên để đảm bảo các chỉ tiêu cao về kinh tế - kỹ thuật và an toàn thích hợp; một mặt tuyến đường cần phải phù hợp với không gian xây dựng có được (tránh các không gian chướng ngại, các công trình kiến trúc, các không gian cần bảo vệ hoặc nơi có điều kiện địa hình, địa mạo, địa chất và địa chất thủy văn không cho phép); mặt khác, cả bình đồ và trắc đồ dọc đều phải được quy hoạch sao cho dễ vận hành an toàn đoàn tầu, có thể tự động hóa và chi phí vận hành kinh tế nhất.

  1 - Bình đồ của tuyến cần phù hợp với bình đồ mặt bằng xây dựng có được. Tuy nhiên nếu điều kiện hiện trường và yêu cầu khai thác cho phép; bình đồ tuyến càng ít uốn lượn càng tốt và bán kính cong lượn càng lớn càng tốt.

  Như vậy, trên thực tế, bình đồ của tuyến luôn phải uốn lượn mềm mại theo những độ cong cho phép tùy thuộc vào vị trí các điểm đi và điểm đến (các bến) trên bình đồ, cùng với các không gian chướng ngại trên đường.

  2 - Trắc đồ dọc của tuyến có dạng hình sin vừa tương ứng với khoảng cách giữa 2 điểm đón trả khách (bến) liên tiếp, các không gian chướng ngại trên đường (thí dụ không gian cần thiết của các đường giao thông có bình đồ giao cắt với bình đồ của tuyến đường sắt đô thị đang nghiên cứu), tốc độ chạy tầu, tốc độ an toàn khi ra vào bến, chi phí năng lượng, chi phí dừng hãm trong quá trình vận hành chung và khả năng hỗ trợ an toàn trong quá trình vận hành đoàn tầu ra vào bến.

  Nếu trắc đồ dọc của tuyến đường gần như cùng mức:

  - Khi toàn tuyến gần như có cùng độ cao đủ vượt qua không gian chướng ngại cao nhất; một mặt, chi phí xây dựng các trụ cầu cạn cùng với đường lên xuống các bến sẽ tăng lên đáng kể; mặt khác, độ che khuất các công trình kiến trúc lân cận sẽ tăng lên, vừa làm ảnh hưởng đến mỹ quan chung, vừa làm tăng mức ảnh hưởng không tốt đến các chỉ tiêu vi khí hậu và môi trường sinh thái tại đây.

  Như vậy, trắc đồ dọc của tuyến đường trước hết cần phải lên xuống mềm mại theo những độ dốc và độ cong đứng cho phép, tùy thuộc vào tương quan giữa độ cao cơ sở của cung đường và độ cao không gian chướng ngại mà cung đường đó cần vượt qua  

  - Khi toàn tuyến gần như cùng mức:

     + Sự tăng tốc của đoàn tầu vừa rời bến phải dựa hoàn toàn vào năng lượng điện cung cấp cho tầu, cùng với sự điêu luyện của người điều khiển; hoặc chế độ tự động ổn định.

     + Sự giảm tốc của đoàn tầu gần đến bến phải dựa hoàn toàn vào khả năng làm việc của hệ thống phanh hãm của tầu, cùng với sự điêu luyện của người điều khiển; hoặc chế độ tự động ổn định.

     + Trường hợp phanh tốt, cộng với người điều khiển tỉnh táo và điêu luyện; hoặc chế độ tự động hóa hoạt động bình thường; mọi việc sẽ suôn sẻ. Còn lại, khi hãm dừng tại bến, đoàn tầu có thể gặp nguy cơ dừng không đúng chỗ, phải điều chỉnh mất thời gian, tốn năng lượng và hại phanh; thậm chí, trong 1 số trường hợp, có thể gây mất an toàn do chạy quá đà 1 quãng dài.

     + Do khoảng cách giữa 2 bến liên tiếp không dài, khối lượng đoàn tầu lớn, quán tính đoàn tầu lớn, không thể tăng tốc đột ngột, cũng không thể hãm phanh đột ngột; do đó, với mỗi cung đường giữa 2 bến liên tiếp, tỷ lệ đoạn đường điều khiển động cơ tăng tốc sau khi rời bến, cùng với tỷ lệ đoạn đường điều khiển hãm phanh trước khi đến bến so với tổng độ dài toàn cung đường đều là quá lớn; làm cho người điều khiển đoàn tầu dễ bị căng thẳng và giảm độ tinh nhậy chính xác; có thể dẫn đến khả năng kém, thậm chí mất an toàn cho đoàn tầu; hoặc làm cho chương trình tự động phải hoạt động quá nhiều, dẫn đến nhanh chóng giảm tuổi thọ, thậm chí dễ bị trục trặc trong vận hành.

  Như vậy, trong trường hợp này, quá trình vận hành vừa tốn năng lượng, vừa tốn phanh; mà khả năng mất an toàn vẫn dễ xảy ra (do cả yếu tố con người điều khiển và do chất lượng phanh hãm, cùng đặc tính mặt ray tại thời điểm đó). Nói khác đi, trong trường hợp này, các chỉ tiêu đánh giá cả về kinh tế chung, kỹ thuật vận hành và an toàn giao thông đều chưa tốt.

  - Để khắc phục những nhược điểm do trắc đồ dọc có dạng đường bằng gây ra; két hợp tăng chất lượng kinh tế kỹ thuật và an toàn khi vận hành đoàn tầu; tốt nhất là đảm bảo: trắc đồ dọc đường tầu có dạng uốn hình sin không tuần hoàn, phụ thuộc vào tốc độ bình quân, khoảng cách giữa các bến và độ cao không gian cần tránh ở phía dưới. Cụ thể hơn:

     + Độ dốc dọc lớn nhất của mỗi đoạn đường nối 2 bến liên tiếp cần tỷ lệ thuận với tốc độ bình quân chạy tầu và tỷ lệ nghịch độ dài trên bình đồ của 2 bến này.

     + Độ dốc dọc mỗi cung đường nối 2 bến liên tiếp phải đảm bảo: Mỗi bến là một nơi cao nhất cục bộ (tạm ví như điểm lồi ở mức đỉnh cung hình sin); còn điểm đoàn tầu đạt tốc độ tối đa trên cung đường đến bến tiếp theo cần là nơi thấp nhất cục bộ (tạm ví như ở điểm lõm mức đáy cung hình sin); nhờ đó, đảm bảo khi đoàn tầu rời bến là xuống dốc cùng với sự biến đổi thế năng thành động năng cần thiết, góp phần giảm chi phí năng lượng điện để tăng tốc cho đoàn tầu và tăng độ bền của động cơ; còn đoàn tầu trước khi vào bến là lên dốc cùng với sự tăng thế năng và giảm động năng cần thiết, góp phần giảm chi phí hãm phanh cùng với sự giảm mức độ ảnh hưởng bất thường của người điều khiển, có thể gây mất an toàn cho đoàn tầu; nói khác đi là làm tăng độ tiết kiệm cùng với độ an toàn trong quá trình vận hành đoàn tầu.

     + Riêng với đường sắt đô thị trên cao, trắc đồ dọc của mỗi cung đường nối 2 bến liên tiếp còn bị ảnh hưởng của yêu cầu tĩnh không dưới gầm cầu cạn. Thí dụ, khi cung đường sắt nối 2 bến liên tiếp này lại vượt qua đường giao thông rộng với tĩnh không cao; khi đó có thể cứ mỗi chỗ vượt như thế cung đường sẽ phát sinh thêm 1 điểm lồi phụ; đồng thời làm cho cung đường cũng phải có 2 điểm lõm tương ứng với điều kiện làm việc mới.

  Trên thực tế, khi đoàn tầu vượt qua điểm lồi phụ vẫn có một tốc độ cần thiết nào đó; cho nên, sự có mặt của các điểm lồi phụ thường tạo ra độ dốc dọc, cùng với tốc độ chạy tầu trên cung đường đó có sự khác biệt so với khi không có điểm lồi phụ.

  Như vậy, trắc đồ dọc của loại tuyến đường nghiên cứu ở đây cần phải lên xuống mềm mại theo những độ dốc và độ cong đứng cho phép, vừa tùy thuộc vào tương quan giữa độ cao cơ sở của cung đường với độ cao không gian chướng ngại mà cung đường đó cần vượt qua; vừa tùy thuộc vào tương quan giữa tọa độ cơ sở của các bến đón, trả khách với tọa độ cho phép của các điểm lõm liền kề.

  Đến đây, chúng ta cần chú ý rằng, trên thực tế, người ta vẫn có ngoại lệ cho phép thiết kế vượt qua yêu cầu tiết kiệm để chọn trắc đồ dọc tuyến đường loại này có dạng tương đối cùng mức trong 1 số trường hợp sau:

  + Cần đảm bảo tinh thần của hành khách ít bị xáo động bởi sự lên xuống dốc, trong chừng mực cho phép đảm bảo phương tiện có chất lượng cao và người điều khiển điêu luyện;

  + Không gian xây dựng cho phép đủ lớn và có thể bố trí các bến tầu liên tiếp đủ lớn, nhưng không quá gần nhau;

  + Cho phép tăng vốn đầu tư, để chọn phương án cầu cạn của đường tầu có trắc đồ dọc gần như không nhấp nhô, nhưng vẫn luôn đảm bảo tĩnh không cho tất cả các phương tiện giao thông khác chui qua các chỗ giao cắt phía dưới.

  Ở nước ngoài, do quy hoạc đô thị đã kể đến đường sắt đô thị ngay trước giai đoạn xây dựng hoặc mở rộng đô thị; cho nên không gian bố trí tuyến đường, cùng với các bến được hoạch định đồng thời với việc bố trí các công trình khác và mật độ dân cư, kèm theo nhu cầu giao thông công cộng; cho nên dễ dàng bố trí tuyến đường sắt có bình đồ ít ngoằn ngoèo và trắc đồ dọc gần như nằm ngang.

  Ở Hà Nội, với phân đoạn đường sắt đô thị trên cao Cầu Diễn – Nhổn và 1 số phân đoạn khác được hoạch định trước khi phát triển xây dựng các công trình 2 bên đường; cho nên cũng đã chọn cả bình đồ và trắc đồ dọc tương đối thẳng.

  Còn với phân đoạn đường sắt đô thị trên cao qua Quận Thanh Xuân và 1 số phân đoạn khác có đặc tính xây chen tương tự; chúng ta thấy:

  + Một mặt, do hạn chế của chiều rộng đường giao thông sẵn có và hạn chế yêu cầu giải phóng mặt bằng phát sinh, cho nên bình đồ của tuyến phải chấp nhận tình trạng hơi uốn lượn.

  + Mặt khác, kết hợp yếu tố chiều rộng đường nói trên với yếu tố sự phân bố dầy đặc các điểm phát sinh hành khách, cho nên tại khu vực này trong hoàn cảnh khoảng cách giữa 2 bến liên tiếp cần ngắn; mà mặt bằng bố trí các bến lại hẹp; đã bắt buộc người thiết kế phải chọn phương án trắc đồ dọc dạng hình sin.

  Tóm lại, với đường sắt chở khách nhanh đô thị nói chung và trên cao nói riêng; thông thường cả bình đồ và trắc đồ dọc đều phải uốn lượn phù hợp với hoàn cảnh thực tế. Trường hợp đường sắt đô thị trên cao Cát Linh – Hà Đông cũng không thể có ngoại lệ.

Hà Nội ngày 29/6/2015