Bàn giải pháp xây dựng cầu đường sắt và đường bộ đi chung

Phát biểu khai mạc Tọa đàm, PGS. TS Nguyễn Văn Hùng - Hiệu trưởng Trường Đại học GTVT cho biết, Trường Đại học GTVT với vai trò trường đại học kỹ thuật trọng điểm quốc gia trong lĩnh vực GTVT, đồng thời là đơn vị dẫn dắt mạng lưới trung tâm đào tạo xuất sắc về công nghiệp 4.0.

Tạo đàm là sự kiện khoa học quan trọng, tập trung chuyên sâu về thực tế và thách thức trong xây dựng cầu đường sắt và đường bộ đi chung, có ý nghĩa chiến lược trong phát triển hạ tầng giao thông hiện đại. Tại Tọa đàm này, các nhà khoa học, nhà quản lý, doanh nghiệp… cùng luận giải để đưa ra các giải pháp hữu ích cho phát triển hạ tầng nói chung và cầu đường sắt và đường bộ đi chung nói riêng.

Thời gian qua, Trường Đại học GTVT chủ trì, tổ chức biên dịch, hiệu đính 224 tiêu chuẩn đường sắt điện khí hóa và đường sắt tốc độ cao và 23 tiêu chuẩn dự toán, bộ định mức về đường sắt điện khí hóa, PGS. TS Nguyễn Văn Hùng nhấn mạnh.

Tại Tọa đàm, PGS. TS Hoàng Hà - Trường Đại học GTVT trình bày tham luận kiểm soát ổn định động lực do hoạt tải di chuyển tốc độ cao cho cầu nhịp lớn trường hợp đường sắt và đường bộ đi chung.

Trước bối cảnh, nhu cầu giao thông thường tăng đột biến do xu thế đô thị hóa; yêu cầu mở rộng và nâng cấp tuyến; mở rộng tuyến đường và các cầu trên tuyến; hạn chế về mặt bằng; làm cầu thêm tuyến bên cạnh hoặc đi chung.

Bài toán đặt ra là nhu cầu liên kết các trung tâm kinh tế và chuỗi đô thị; các tuyến giao thông đi trùng hoặc gần sát nhau; phương án đi chung; đặc điểm địa hình trải dài và hẹp, địa chất phức tạp… nhu cầu đi chung đường sắt với đường bộ là bài toán cần được tính toán kỹ.

Theo PGS. TS Hoàng Hà về các giải pháp kỹ thuật cho cầu đi chung cùng cao độ là tiết kiệm chi phí móng, nhưng khó tổ chức giao thông, ách tắc giao thông khi cần sửa chữa, nâng cấp…

Về giải pháp xây hai cầu song song, độc lập, sẽ thuận lợi tổ chức giao thông, không ách tắc, nhưng tốn mặt bằng, chi phí xây dựng. Về giải pháp tách biệt cao độ mặt cầu, tiết kiệm mặt bằng, chi phí đầu tư, kết cấu nhịp; độ cứng lớn, kỹ thuật phức tạp, rung động lớn…

Lựa chọn giải pháp hợp lý, PGS. TS Hoàng Hà đưa ra các phương án: Phương án I áp dụng cho tuyến lưu lượng không lớn, hiện ít sử dụng. Phương án II áp dụng với mặt bằng đủ rộng, cầu cứng nhịp không quá lớn. Đối với cầu vượt sông, nhịp lớn cần duy trì khoảng cách 2 cầu đủ lớn với chiều rộng cầu để tránh nhiễu loạn khí động và ảnh hưởng tương tác thay đổi dòng chảy dẫn đến xói. Phương án III thường sử dụng cho các cầu vượt nhịp lớn cần đáp ứng yêu cầu về độ cứng, nhược điểm cần phân tích kỹ lưỡng ứng xử động lực do mức độ phức tạp rất cao.

Các vấn đề thách thức về kỹ thuật, công nghệ, độ cứng của kết cấu do tải trọng đường sắt nặng và hiệu ứng tác động phức tạp hơn nhiều so với cầu đường bộ; chọn chiều cao dầm đủ lớn; cầu 2 tầng có ưu thế hơn; tác động của đoàn tàu đường sắt phức tạp, nguy cơ cộng hưởng do hoạt tải lớn hơn, đặc biệt là đối với cầu đi chung với đường sắt tốc độ cao; việc kiểm soát hiệu ứng động phức tạp hơn; tác động gió đặc biệt quan tâm với cầu nhịp lớn.

Khi dùng phương án cầu song song có 2 giải pháp: Khoảng cách tim 2 cầu đủ xa; giải quyết cả vấn đề móng và ổn định khí động và tăng cường khả năng chịu dao động cho kết cấu.

Cũng tại Tọa đàm, PGS. TS Trần Việt Hùng - Khoa Công trình (Trường Đại học GTVT) đã trình bày tham luận một số yêu cầu kỹ thuật thiết kế kết cấu nhịp cầu đường sắt và đường bộ đi chung. Việc sử dụng đường bộ và đường sắt đi chung đặt ra những thách thức cho việc xây dựng công trình cầu. Sức hấp dẫn của giải pháp kết hợp các loại cầu kết hợp mang lại những lợi thế vượt trội ngay từ đầu, đặc biệt trong bối cảnh nguồn vốn hạn chế và đô thị hóa mật độ cao…

Về lợi ích kinh tế sẽ giảm đầu tư ban đầu. Chỉ tính riêng chia sẻ hệ móng và trụ đỡ giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng ban đầu so với việc xây dựng hai cấu trúc riêng biệt. Sử dụng đất thấp hơn, với công trình duy nhất, phạm vi xây dựng hẹp hơn giúp giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp của việc GPMB, tối ưu cho các hành lang hạn chế một yếu tố quan trọng khác…

Các nhóm phương án vị trí xây dựng cầu: Đối với nhóm 1 xây dựng 2 cầu độc lập một cho đường sắt và đường bộ đặt gần sát nhau. Nhóm 2 xây dựng 2 cầu độc lập, một cho đường sắt và đường bộ đặt cách nhau một khoảng cách đủ lớn để giảm thiểu ảnh hưởng thủy lực và khí động giữa 2 cầu. Nhóm 3 xây dựng kết hợp cầu đường bộ và đường sắt trong cùng một cầu (đi chung), mặt cầu đường bộ và đường sắt cùng cao độ. Nhóm 4 xây dựng kết hợp cầu đường bộ và đường sắt trong cùng 1 cầu (đi chung), mặt cầu đường bộ và đường sắt khác cao độ (cầu 2 tầng).

Về vận hành, những khoản tiết kiệm ban đầu thường bị bù đắp bởi sự phức tạp và chi phí vận hành đáng kể trong dài hạn. Bảo trì phức tạp, kết cấu này khó kiểm tra và bảo trì hơn, đồng thời tốn kém hơn trong suốt vòng đời của cầu. Sự cố gián đoạn đồng thời khi tiến hành bảo trì bất kỳ hạng mục riêng lẻ nào (ví dụ mặt đường, đường ray) đều đòi hỏi phải ngừng hoạt động hoặc hạn chế nghiêm ngặt cả hai phương thức vận tải.

Chi phí gián tiếp cao của việc gián đoạn đồng thời tuyến đường bộ và đường sắt huyết mạch quốc gia trong quá trình sửa chữa là một vấn đề vô cùng lớn. Tai nạn giao thông đường bộ khi xảy ra va chạm, cháy nổ có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tính toàn vẹn cấu trúc và sự an toàn của đường sắt.

PGS.TS Trần Việt Hùng chỉ ra kinh nghiệm yêu cầu kỹ thuật thiết kế kết cấu nhịp cầu đường sắt và đường bộ đi chung ở các nước như: Trung Quốc, Nhật Bản. Từ đó, đặt ra vấn đề yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế cầu; sự cần thiết xây dựng tiêu chuẩn đường sắt và đường bộ đi chung.

Tại Tọa đàm, các chuyên gia, nhà quản lý, giảng viên, doanh nghiệp đã trực tiếp trao đổi cung cấp thông tin, các giải pháp kỹ thuật, kinh tế, an toàn công trình… từ góp phần luận giải làm sáng tỏ hiệu quả các mô hình áp dụng kỹ thuật thiết kế kết cấu nhịp cầu đường sắt và đường bộ đi chung ở hiện nay.