Thiết kế bình đồ tuyến

Chương 3: THIẾT KẾ BÌNH ĐỒ TUYẾN 3.1. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ: - Đảm bảo các yếu tố của tuyến như bán kính tối thiểu của đường cong nằm, chiều dài đường cong chuyển tiếp, độ dốc dọc max của đường khi triển tuyến, v..v...không vi phạm những qui định về trị số giới hạn đối với cấp đường thiết kế. - Đảm bảo tuyến đường ôm theo hình dạng địa hình để khối lượng đào, đắp nhỏ nhất, bảo vệ được cảnh quan thiên nhiên. - Đảm bảo sự hài hòa, phối hợp giữa đường và cảnh quan. - Xét yếu tố tâm lý người lái xe và hành khách đi trên đường, không nên thiết kế đường có những đoạn đường thẳng quá dài (lớn hơn 3km) gây tâm lý mất cảnh giác và gây buồn ngủ đối với lái xe, ban đêm đèn pha ôtô làm chói mắt xe đi ngược chiều. - Cố gắng sử dụng các tiêu chuẩn hình học như bán kính đường cong nằm, chiều dài đường cong chuyển tiếp trong điều kiện địa hình cho phép. - Đảm bảo tuyến là một đường không gian đều đặn, êm dịu, trên hình phối cảnh tuyến không bị bóp méo hay gẫy khúc. Muốn vậy phải phối hợp hài hòa giữa các yếu tố tuyến trên bình đồ, mặt cắt ngang, mặt cắt dọc và giữa các yếu tố đó với địa hình xung quanh. - Tránh các vùng đất yếu, đất sạc lở; đối với đường cấp cao tránh tuyến chạy qua khu dân cư. - Phải phối hợp tốt giữa các yếu tố tuyến và phối hợp tốt tuyến đường với cảnh quan vùng tuyến chạy qua. 3.2. XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM KHỐNG CHẾ: Trên bình đồ dọc theo đường chim bay, nghiên cứu kỹ địa hình, cảnh quan thiên nhiên, xác định các điểm khống chế mà tại đó tuyến phải đi qua: - Điểm đầu, điểm cuối tuyến. - Điểm vượt đèo (điểm yên ngựa). - Vị trí vượt sông thuận lợi. - Cao độ khu dân cư, thị trấn, thị xã, thành phố, nơi giao nhau với các đường giao thông khác. - Đánh dấu những khu vực bất lợi về địa chất, địa chất thủy văn mà tuyến nên tránh và các điểm tựa mà tuyến nên chạy qua. Cụ thể , với các điều kiện địa hình và địa chất của khu vực tuyến thiết kế, tuyến phải đi qua các điểm khống chế sau : - Điểm đầu, điểm cuối tuyến. - Điểm vượt đèo (điểm yên ngựa). 3.3. QUAN ĐIỂM THIẾT KẾ VÀ XÁC ĐỊNH BƯỚC COMPA: 3.3.1. Quan điểm thiết kế: Khi thiết kế tuyến phải dựa trên các quan điểm sau: - Trường hợp tuyến phải đi qua thung lũng và đặt trên các thềm sông, suối phải đảm bảo đặt tuyến trên mực nước ngập về mùa lũ, tránh vùng đầm lầy, đất yếu và sự đe dọa xói lở của bờ sông. Tránh tuyến đi uốn lượn quanh co quá nhiều theo sông suối mà không đảm bảo sự đều đặn của tuyến. - Trường hợp tuyến đi theo đường phân thủy ít phải làm công trình thoát nước vì điều kiện thoát nước tốt, thường được dùng ở những vùng đồi thoải, nơi đỉnh đồi, núi phẳng ít lồi lõm và địa chất ổn định. - Trường hợp tuyến đi lưng chừng sườn núi nên chọn những sườn đồi thoải, ít quanh co, địa chất ổn định, đường dẫn hướng tuyến sẽ được xác định theo độ dốc đều với một độ dốc chủ đạo với chú ý là phải nhỏ hơn độ dốc cho phép. 3.3.2. Mục đích xác định bước compa : - Để xác định vị trí đường dẫn hướng tuyến dốc đều trên bình đồ, tuyến không thay đổi cao độ đột ngột. - Để tuyến thay đổi độ dốc dọc một cách đều để sau này thiết kế trắc dọc với độ dốc dọc nhỏ thuận lợi cho điều kiện xe chạy. - Tuyến thiết kế có thể vượt qua các khu vực có độ dốc tự nhiên lớn mà không phải đào sâu hay đắp cao, do đó khối lượng đào đắp nhỏ, làm giảm giá thành xây dựng. 3.3.3. Xác định bước compa: Để xác định vị trí đường dẫn hướng tuyến dốc đều trên bình đồ dùng bước compa cố định có chiều dài: (mm). (3.1). Trong đó: + Dh: Chênh lệch giữa hai đường đồng mức gần nhau, Dh=10000mm. + Id= (0,9¸0,95)idmax (0/00). + idmax: Độ dốc dọc lớn nhất cho phép đối với cấp đường (0/00). Có thể lấy id = idmax- 0,02 phòng trường hợp tuyến vào đường cong bị rút ngắn chiều dài mà tăng thêm độ dốc dọc thực tế khi xe chạy. Id = 0,04 x 0,95 = 0,038 + : Tỷ lệ bản đồ, Thay các số liệu vào công thức 3.1 ta được: (mm) 3.4. LẬP CÁC ĐƯỜNG DẪN HƯỚNG TUYẾN: Đường dẫn hướng tuyến là đường nối các đoạn thẳng tạo thành một đường sườn do người thiết kế vạch ra theo một quan điểm thiết kế kỹ thuật nào đó. Để vạch các đường dẫn hướng tuyến một cách dễ dàng, phù hợp với thực tế cần phải xem xét kỹ các yếu tố của địa hình, vì vậy đối với từng loại địa hình cần phải bám theo những nguyên tắc sau: - Đối với địa hình đồng bằng, thung lũng, lòng chảo, cao nguyên bằng phẳng và vùng đồi thoải đường dẫn hướng tuyến được vạch theo “ lối đi tuyến tự do”, đường dẫn hướng tuyến thường là đường chim bay giữa các điểm khống chế hoặc cố gắng bám sát đường chim bay để giảm chiều dài tuyến. Song phải chú ý nơi có đào sâu, đắp cao ở những đoạn cần triển tuyến thì cố gắng bám theo một độ dốc nào đó, tránh sử dụng những tiêu chuẩn tới hạn, mà nên tận dụng những đoạn thẳng cho phép chiều dài lớn nhất nhỏ hơn 4-6 km, được nối với nhau bằng những đường cong nằm có bán kính lớn và có thể sử dụng với bán kính nhỏ. - Đối với địa hình. đồi núi, khó khăn và phức tạp về địa hình, bình đồ và trắc dọc tuyến phải uốn lượn quanh co, bám theo địa hình, phải khắc phục chênh lệch cao độ lớn thì nên dùng đường dẫn hướng tuyến theo “lối đi gò bó” nhưng: + Tránh tuyến gãy khúc, cua đột ngột. + Cho phép sử dụng độ dốc dọc max và các bán kính đường cong nằm tối thiểu nhưng phải đảm bảo tầm nhìn đối với địa hình. + Cho phép sử dụng đường cong chữ chi (con rắn) khi địa hình núi cao đặc biệt khó khăn theo những chỉ tiêu trong bảng 20 của TCVN 4054-2005. + Đường dẫn hướng tuyến trong trường hợp gò bó về trắc dọc thì được vạch theo đường triển tuyến có độ dốc đều với độ dốc giới hạn (dùng bước compa). + Ở các đoạn cần triển tuyến cố gắng bám theo một độ dốc dọc nào đó. Trong trường hợp khó khăn về bình đồ thì cố gắng bám theo đường đồng mức và có lên xuống chút ít để đảm bảo yêu cầu thoát nước. Trên các cơ sở đã nêu ở trên, ta đề xuất phương án 1, phươn án 3, phương án 4 đường dẫn hướng tuyến đi men sườn núi, phương án 2 bám theo đường chim bay . 3.5. CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN: Dùng cách đi bước compa đã xác định, vạch các đường tuyến thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật trên bình đồ: - Phương án I: Phương án này có 5 đường cong, bán kính lớn nhất là 800m, bán kính nhỏ nhất là 300m. Tuyến có điểm vượt sông, chiều dài tuyến là 5170,33 km - Phương án III: Tuyến đi từ điểm A có cao độ 80m chạy về hướng điểm B khoảng 41m, cắt đường đồng mức có cao độ 80m. sau đó bám theo đườn đồng mức có cao độ 80m, rồi cắt dườn đồng mức 70m. Đi khoảng 332,7m đi qua suôí sau đó tuyến tuyến bám theo đường đồng mức có cao độ 70 di chuyển lên dốc dần cắt đương đồng mức 80m rồi bám theo đường đồng mức 80 xuống dốc dần và bám theo đường đồng mức 80 sau đó cắt đường đồng mức 70 đi về điểm B đi khoảng 117,9m tuyến vượt sông có cao độ 61m sau đó về điểm B có cao độ 74,95m.Tuyến có 5 đường cong nằm, có điểm vượt sông. Chiều dài toàn tuyến là L= 5282,15m. -Phương án IV: Tuyến đi từ A có cao độ 80m chạy về hướng điểm B khoảng 1,7km, cắt đường đồng mức có cao độ 70m, đi thêm 100 tuyến vươt sông có cao độ 61m lên cao dần bám theo đườn đồng mức có cao độ 70m, rồi cắt dườn đồng mức 80m; sau đó men theo đường đồng mức 80 về điểm B cao độ 74,95m. Tuyến có 6 đường cong nằm, có điểm vượt sông. Chiều dài toàn tuyến là: L= 4910,52m. -Phương án II: Tuyến đi tương tự phương án IV. Tuyến có 5 đường cong nằm, bán kính lớn nhất là 1500m, bán kính nhỏ nhất là 300m Chiều dài tuyến là L= 4723,05m 3.6. SO SÁNH SƠ BỘ CHỌN 2 PHƯƠNG ÁN TUYẾN: Sau khi so sánh tất cả các chỉ tiêu về: - Chiều dài tuyến (m). - Hệ số triển tuyến. - Độ dốc dọc lớn nhất. - Số lượng các đường cong nằm và số các đường cong có bán kính nhỏ. - Số lượng cầu lớn, cầu trung, cầu nhỏ, số cống thoát nước. - Các công trình đặt biệt. - Tình hình địa chất. - Điều kiện thi công. Từ các điều kiện đó ta lập được các bảng so sánh các phương án tuyến như sau: Ta có bảng so sánh các phương án tuyến như bảng 3.1: Bảng so sánh chọn phương án tuyến Bảng 1.3.1 STT Các chỉ tiêu Đơn vị Các phương án tuyến I II III IV 1 Chiều dài tuyến m 5170.33 4723.05 5282.15 4940.51 2 Hệ số triển tuyến 1.186 1.084 1.212 1.13 3 Số lượng đường cong nằm 5 5 5 6 4 Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất m 300 300 300 300 5 Độ dốc dọc lớn nhất 0/00 25 18 25 24 6 Số lượng công trình thoát nước cống 6 6 6 7 7 Địa chất khu vực tuyến đi qua Ổn định Ổn định Ổn định Ổn định 3.7.TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ ĐƯỜNG CONG CHO 2 PHƯƠNG ÁN TUYẾN CHỌN: Sau khi đã so sánh các phương án tuyến ta chọn được hai phương án tối ưu nhất, qua các đường dẫn hướng tuyến, tiến hành chọn các bán kính đường cong sao cho thích hợp với địa hình, với các yếu tố đường ở đoạn lân cận với độ dốc cho phép của cấp đường, đảm bảo đoạn thẳng chêm tối thiểu giữa hai đường cong ngược chiều có bố trí siêu cao: - Xác định điểm đầu, điểm cuối của đường cong tròn. - Xác định hướng các đường tang của đường cong, giao điểm của các đường tang là đỉnh của đường cong. - Đo góc chuyển hướng của tuyến, ký hiệu tên đỉnh các đường cong, ghi trị số bán kính lên bình đồ. - Sơ bộ phân tích hướng tuyến và trắc dọc của tuyến, nếu thấy cần thiết sẽ thay đổi vị trí đỉnh của đường cong nằm hoặc chọn lại trị số bán kính R. - Sau khi sửa chữa vị trí tuyến lần cuối cùng tiến hành tính toán các yếu tố cơ bản của đường cong nằm và xác định lý trình các điểm đó. + Chiều dài đường tang của đường cong: T = R.tg()(m) (3.2). + Phân cực của đường cong: (m) (3.3). + Chiều dài của đường cong: (m) (3.4). Trong đó: + R(m): Bán kính của đường cong. + a(độ): Góc chuyển hướng của tuyến. Kết quả tính toán cắm cong phương án I được ghi ở bảng 3.2 Bảng 1.3.2 Stt Lý trình đỉnh Góc chuyến hướng a R (m) T (m) P (m) K (m) Trái Phải 1 KM1+174,70 4001’29” 800 291,37 51,41 558,85 2 KM1+839,00 32047'36” 600 176,55 25,24 343,41 3 KM3+226,72 17034’4" 800 123,62 9,49 245,29 4 KM3+888,16 3209'5” 800 230,54 32,56 448,92 5 KM4+417,72 75037’3" 300 232,78 79,72 395,93 Kết quả tính toán cắm cong phương án II được ghi ở bảng 3.3 Bảng 1.3.3 Stt Lý trình đỉnh Góc chuyển hướng a R (m) T (m) P (m) K (m) Trái Phải 1 KM0+754,14 53050’6” 600 304,63 72,90 563,76 2 KM1+563,34 56016’56’’ 300 160,46 40,22 294,69 3 KM2+91,10 36034’46’’ 500 165,26 26,60 319,22 4 KM3+129,27 7048’12’’ 1500 102,31 3,48 204,29 5 KM4+235,54 60040’43’’ 300 175,58 47,61 317,71