Các công trình kết cấu đường sắt – Tiêu chuẩn thiết kế & Công nghệ thi công

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đường sắt là gì? là câu hỏi được nhiều nhà đầu tư và đơn vị phát triển hạ tầng quan tâm khi bắt đầu một dự án giao thông đường sắt. Trước khi đi sâu vào các tiêu chuẩn cụ thể cho cầu, hầm, nhà ga hay các công trình phụ trợ, hãy cùng Pontech điểm qua những đặc điểm đặc thù của hệ thống kết cấu các công trình trong dự án đường sắt để hiểu rõ vai trò và sự cần thiết của các tiêu chuẩn thiết kế trong thực tiễn.

1. Đặc điểm chung của kết cấu đường sắt

Hệ thống đường sắt là một tổ hợp kết cấu đặc thù đòi hỏi sự đồng bộ cao giữa hạ tầng tuyến (nền đường, ray, cầu, hầm, nhà ga) và công trình phụ trợ (depot, OCC, trạm điện kéo, cầu bộ hành, thoát nước dọc tuyến …). Hệ thống đường sắt hiện đại bao gồm:

• Cầu đường sắt (Railway bridges)
• Hầm đường sắt (Tunnels)
• Tuyến trên mặt đất (At-grade railway)
• Nhà ga (Stations)
• Công trình phụ trợ (Auxiliary structures)

Mỗi hạng mục trên mang các yêu cầu tải trọng, dao động, mỏi và an toàn khác nhau về công năng khai thác; do đó hồ sơ tiêu chuẩn phải phối hợp các hệ thống tiêu chuẩn thiết kế thích hợp để có thể bao trùm được mọi khía cạnh của các công trình. Ở cấp độ thiết kế, việc lựa chọn và áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đường sắt phù hợp – từ TCVN/QCVN (Việt Nam) đến các bộ tiêu chuẩn quốc tế như AREMA (Hoa Kỳ), DSRSC (Nhật Bản) hay Eurocode (Châu Âu) – là yếu tố quyết định chất lượng và tuổi thọ công trình. Các yếu tố kỹ thuật như tải trọng thiết kế, chuyển vị cho phép, hay khả năng chống rung động đều được quy định chặt chẽ trong các tiêu chuẩn này.

Nội dung tiếp sau đây có thể giúp bạn hình dung tổng quan về các loại kết cấu công trình mà một Dự án đường sắt có thể triển khai, mời quý độc giả cùng theo dõi.

1.1. Cầu đường sắt

Cầu đường sắt là một trong những hạng mục kết cấu chính và phổ biến trong các tuyến đường sắt đô thị (MRT, LRT), đường sắt tốc độ cao (HSR) hoặc tuyến vượt địa hình phức tạp. Thiết kế kết cấu cầu đường sắt yêu cầu đặc biệt về khả năng chịu tải động, rung chấn, mỏi và ổn định dài hạn. Yêu cầu then chốt gồm kiểm soát độ võng/gia tốc, chuyển vị ngang-dọc; tương tác đường ray-kết cấu (RSI); chi tiết chuyển tiếp cầu-nền và thoát nước mặt cầu. Tuổi thọ mục tiêu ≥100 năm, chiến lược bảo trì dựa trên dữ liệu (BIM/SHM). Cầu đường sắt có thể chia thành nhiều loại tùy thuộc vào khẩu độ, điều kiện địa hình, tải trọng thiết kế và phương án kết cấu. Dưới đây là một số phương án kết cấu cầu thường được sử dụng trong các dự án đường sắt.

• Cầu bê tông cốt thép dự ứng lực: Đây là dạng kết cấu phổ biến với các loại mặt cắt dầm hình hộp, dầm I, dầm U… có thể áp dụng cho khẩu độ nhỏ đến lớn, tuổi thọ cao, giảm thiểu rung động.

Đối với Công trình Đường sắt Etihad – 2D, Pontech đã từng triển khai trọn gói thiết kế từ giai đoạn thiết kế ý tưởng đến thiết kế kỹ thuật chi tiết trong thời gian ngắn, đáp ứng yêu cầu tiến độ gấp của dự án. Bạn có thể xem thêm về Dự án Đường sắt Etihad – 2D tại đây!

• Cầu dầm thép liên tục: Thường là kết cấu dầm thép và bản liên hợp, dùng cho khẩu độ trung bình 50m~70m, yêu cầu tốc độ thi công nhanh, dễ kiểm soát chất lượng.

Cầu dầm thép liên tục cho đường sắt.

• Cầu Giàn thép: Phổ biến là cầu giàn thép dạng Waren, thường dùng cho cầu có khẩu độ từ 90m~120m.

Cầu dầm thép liên tục cho đường sắt.

• Cầu vòm hoặc cầu dây văng: Áp dụng cho các tuyến đường sắt tốc độ cao hoặc các công trình mang tính biểu tượng và cần vượt nhịp lớn trên tuyến đường.

Cầu dây văng đường sắt Xiangjiang ở Trung Quốc.

Bản vẽ kỹ thuật (mặt đứng) của một cây cầu vòm thép.

• Cầu extradosed: Là lựa chọn tối ưu cho các tuyến metro vượt kênh, sông trong đô thị, khi cần kết hợp giữa kết cấu bền vững, chiều cao trụ thấp và yếu tố kiến trúc đô thị.

Tuyến Metro Line 1 TP.HCM là ví dụ tiêu biểu cho ứng dụng loại cầu này trong đường sắt Việt Nam, với sự tham gia dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đường sắt, xin mời bạn đọc xem thêm dự án tại đây!

Cầu extradosed trên tuyến đường sắt đô thị TP.HCM.

Các yêu cầu kỹ thuật chính trong thiết kế cầu đường sắt:

Thiết kế kết cấu cầu đường sắt đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật do tính chất đặc thù của tải trọng và vận hành. Dưới đây là những yêu cầu quan trọng cần đảm bảo:

• Chịu hoạt tải lớn từ đoàn tàu: Hoạt tải lớn, bao gồm lực kéo và lực phanh hãm lớn là tiêu chí thiết kế đặc trưng quyết định đến phương án kết cấu từng công trình cầu đường sắt riêng lẻ. Ngoài ra sự tương tác giữa đường ray và kết cấu (RSI) lại ảnh hưởng đến việc lựa chọn sự phân bố các nhịp cầu nối tiếp nhau cũng như phương án các thiết kế kết cấu phần dưới. Đây là các yếu tố tiên quyết bắt buộc phải xem xét để có được phương án thiết kế tối ưu cho công trình cầu đường sắt.
• Kiểm soát rung động và chuyển vị: Cầu cần hạn chế dao động cộng hưởng dưới hoạt động của đoàn tàu vì lý do an toàn khai thác và tiện nghi, đặc biệt trong các tuyến có tốc độ cao; đồng thời cần hạn chế chuyển vị ngang/dọc để duy trì độ chính xác cao cho hệ ray.
• Độ bền cao, tuổi thọ thiết kế dài hạn: Kết cấu cầu đường sắt thường được thiết kế với tuổi thọ ≥100 năm, cần tính đến tải trọng lặp, môi trường ăn mòn và mỏi vật liệu trong điều kiện khí hậu đặc trưng tại Việt Nam.
• Thi công nhanh, an toàn, hạn chế ảnh hưởng đô thị: Ưu tiên sử dụng dầm đúc sẵn, công nghệ lắp ghép bằng cần trục hoặc dàn lao, cho phép thi công ban đêm hoặc trong môi trường hạn chế.
• Phù hợp với cảnh quan đô thị: Ngoài yếu tố kỹ thuật, thiết kế cầu đường sắt còn cần đảm bảo tính thẩm mỹ – đặc biệt trong tuyến metro đô thị – với cấu kiện tinh gọn, chống ồn, đồng bộ hệ chiếu sáng và hài hòa cảnh quan.

1.2. Hầm đường sắt

Hầm đường sắt là một bộ phận kết cấu đặc thù, thường được áp dụng trong các tuyến metro đi ngầm hoặc khu vực địa hình phức tạp, nhằm đảm bảo khả năng vận hành liên tục, an toàn và hạn chế ảnh hưởng đến mặt bằng đô thị.

Phân loại hầm đường sắt theo phương pháp thi công:

• Hầm hở (Cut-and-Cover): Thi công từ mặt đất xuống, xây dựng kết cấu hầm rồi lấp lại. Phù hợp với chiều sâu nhỏ, khu vực mặt bằng rộng, dễ thi công.
• Hầm TBM (Tunnel Boring Machine): Thi công bằng máy khoan hầm chuyên dụng, thường áp dụng cho hầm sâu, dài, đi qua khu vực đô thị đông đúc.
• Hầm NATM (New Austrian Tunneling Method): Thi công từng đoạn theo nguyên lý khai thác ổn định tự nhiên của địa chất, linh hoạt trong địa hình miền núi hoặc địa chất phức tạp.

Các yêu cầu kỹ thuật chính trong thiết kế hầm:

Thiết kế hầm đòi hỏi đảm bảo đồng thời các yếu tố về kết cấu, an toàn vận hành và môi trường ngầm. Dưới đây là các yêu cầu kỹ thuật chính:

• Chịu áp lực đất và nước ngầm: Kết cấu hầm phải đảm bảo ổn định trước các tác động từ địa chất xung quanh, bao gồm áp lực đất bên, tải trọng nước ngầm và tải trọng động từ đoàn tàu.
• Khả năng chống thấm và bảo vệ kết cấu: Cần áp dụng các lớp lót hầm chống thấm, hệ thống thoát nước ngầm và lớp phủ bảo vệ bề mặt nhằm ngăn ngừa thấm nước, ăn mòn hoặc hư hỏng cấu kiện.
• Đảm bảo an toàn cháy nổ và thoát hiểm: Hệ thống hầm phải được thiết kế với lối thoát hiểm định kỳ, thông gió cưỡng bức, chiếu sáng khẩn cấp và hệ thống PCCC đạt tiêu chuẩn quốc tế như NFPA 130.
• Kiểm soát khí động học và áp suất không khí: Khi đoàn tàu di chuyển trong hầm, sự thay đổi áp suất có thể gây ra xung lực lớn, ảnh hưởng đến hành khách và kết cấu. Do đó, thiết kế kết cấu phải đảm bảo kiểm soát áp suất và lưu thông không khí hiệu quả.
• Đảm bảo khả năng vận hành và bảo trì lâu dài: Thiết kế hầm cần tính đến các yếu tố như kích thước tiếp cận bảo trì, vị trí đặt thiết bị kỹ thuật (điện, điều hòa, tín hiệu…), không gian thao tác và lối đi kỹ thuật.

1.3. Tuyến đường sắt trên mặt đất

Mặc dù các tuyến metro thường đi trên cao hoặc ngầm, tuyến at-grade (trên mặt đất) vẫn được sử dụng ở các khu vực ngoại ô, ít giao cắt.

Thành phần kỹ thuật chính:

• Nền đường sắt: là phần công trình hạ tầng trực tiếp đỡ kết cấu tầng trên của đường sắt (ray–tà vẹt–ba lát hoặc tấm bê tông không ba lát), tiếp nhận và phân bố tải trọng đoàn tàu xuống đất nền tự nhiên, đồng thời đảm bảo hình học tuyến, ổn định và thoát nước.

• Kết cấu tầng trên đường sắt: Bao gồm hệ thống Ray, Tà vẹt, lớp đá ba lát hoặc tấm bê tông. Đây là hệ kết cấu trực tiếp tiếp nhận tải trọng từ đoàn tàu để truyền xuống lớp kết cấu nền bên dưới.
• Hệ thống thoát nước dọc tuyến: Tránh ngập úng hay xói mòn làm suy yếu nền đường.

Tuyến đường sắt trên mặt đất.

Kết cấu đường sắt trên mặt đất (at-grade railway) là hình thức phổ biến trong các tuyến liên vùng, khu vực ngoại ô hoặc địa hình bằng phẳng. Mặc dù không yêu cầu kết cấu phức tạp như hầm hay cầu, nhưng vẫn đòi hỏi tuân thủ nhiều yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn khai thác và tuổi thọ công trình.

• Ổn định nền đường và kết cấu ray: Phải đảm bảo nền đường có khả năng chịu tải tốt, thoát nước nhanh và không bị lún lệch. Lớp đá ballast (nếu có) hoặc hệ ray trực tiếp (ballastless track) phải được thiết kế phù hợp với tốc độ và tải trọng tàu.
• Khả năng chịu tải động và rung động: Dưới tác động liên tục của đoàn tàu, kết cấu nền đường và ray cần có khả năng hấp thụ chấn động và giảm dao động lan truyền xuống hạ tầng xung quanh.
• Thoát nước và kiểm soát địa chất: Hệ thống thoát nước dọc tuyến cần được thiết kế để tránh ngập úng, sạt lở, đặc biệt là tại các khu vực đất yếu hoặc mùa mưa kéo dài. Kết hợp khảo sát địa chất chi tiết trước khi thiết kế.
• Tính liên tục và độ chính xác tuyến: Tuyến đường sắt mặt đất đòi hỏi độ chính xác cao về cao độ và bình đồ để đảm bảo đoàn tàu vận hành ổn định ở tốc độ cao.
• Giao cắt an toàn: Tại các điểm giao cắt với đường bộ hoặc dân cư, phải bố trí cầu vượt, hầm chui hoặc rào chắn bảo vệ, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và phương tiện.

1.4. Nhà ga và công trình phụ trợ

Nhà ga và các công trình phụ trợ (depot, trung tâm điều hành, trạm điện…) là phần không thể tách rời trong hệ thống kết cấu đường sắt, đóng vai trò kết nối giữa hành khách – phương tiện – vận hành. Thiết kế các hạng mục này không chỉ cần đảm bảo công năng, mà còn yêu cầu tính tích hợp kỹ thuật, thẩm mỹ và vận hành hiệu quả.

1.4.1. Phân loại nhà ga theo vị trí và vai trò trên tuyến

• Ga đầu/cuối tuyến (Terminal station): Nơi tàu quay đầu, thường tích hợp depot hoặc trung tâm điều hành.
• Ga trung gian (Intermediate station): Đón/trả khách dọc tuyến.
• Ga trung chuyển (Interchange station): Kết nối giữa nhiều tuyến đường sắt hoặc các phương tiện khác.

Trong dự án mở rộng tuyến đường sắt nhẹ LRT1 Manila, Pontech đã tham gia phát triển ý tưởng kết cấu, thực hiện thẩm tra kỹ thuật trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật chi tiết, đảm bảo tính toàn vẹn của thiết kế và hiệu quả kết cấu cho cả 5 nhà ga đáp ứng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhà ga.

Ngoài ra còn có nhiều cách để phân loại nhà ga khác nhau, ví dụ theo kết cấu công trình sẽ có 3 loại nhà ga: Ga ngầm (Underground), Ga trên cao (Elevated), Ga mặt đất (At-grade).

Một ga ngầm có thể là:

• Terminal station: Ví dụ Ga Bến Thành – ga ngầm, là terminal & interchange (trong tương lai).
• Intermediate station: Ví dụ Ga Nhà hát Thành phố – ga ngầm, trung gian tuyến Metro 1.
• Interchange station: Ví dụ Châtelet–Les Halles (Paris) – ga ngầm trung chuyển giữa nhiều tuyến.

Pontech cũng đã từng là đơn vị thiết kế phụ cho Nhà thiết kế chính trong giai đoạn thiết kế hồ sơ thầu của Dự án NEOM – The Spine, Pontech chịu trách nhiệm Thiết kế kết cấu cho 2 nhà ga ngầm đường sắt.

Các yêu cầu kỹ thuật chính trong thiết kế nhà ga:

• Khả năng chịu lực và bố trí không gian hợp lý: Kết cấu sàn, mái, cột phải chịu được tải trọng người, thiết bị cơ điện và kết cấu tầng (nếu có). Không gian bố trí cần phân luồng rõ ràng: hành khách – vận hành – kỹ thuật.
• Tích hợp hệ thống MEP & tín hiệu: Thiết kế phải đảm bảo không gian cho hệ thống điều hòa, thông gió, PCCC, camera giám sát, chiếu sáng, thang máy – thang cuốn… theo chuẩn quốc tế.
• An toàn cháy nổ – sơ tán: Đặc biệt quan trọng trong nhà ga ngầm, yêu cầu lối thoát hiểm hợp lý, hệ thống phát hiện – cảnh báo và chữa cháy theo tiêu chuẩn NFPA 130 và các tiêu chuẩn tương đương.
• Khả năng tiếp cận và vận hành: Bố trí hợp lý cho người khuyết tật, biển chỉ dẫn rõ ràng, đảm bảo vận hành tối ưu và thuận tiện.
• Tính thẩm mỹ và bản sắc đô thị: Nhà ga thường là điểm nhấn kiến trúc. Thiết kế cần hài hòa với cảnh quan, có thể tích hợp các yếu tố văn hóa – bản sắc địa phương, nhất là tại các đô thị lớn.

Bên cạnh các kết cấu chính như cầu, hầm, nhà ga hay tuyến đường mặt đất, hệ thống đường sắt hiện đại còn bao gồm nhiều công trình phụ trợ giúp đảm bảo vận hành liên tục, an toàn, tiện nghi và hiệu quả. Đây là những hạng mục quan trọng để hoàn thiện hệ sinh thái giao thông đường sắt, hỗ trợ kỹ thuật – bảo trì – tiếp cận hành khách.

1.4.2. Các loại công trình phụ trợ phổ biến

• Depot (trạm bảo trì và lưu trú tàu):
  Bảo trì, sửa chữa, vệ sinh và lưu trú tàu khi không vận hành. Gồm nhiều ray nhánh, nhà xưởng kỹ thuật, kho thiết bị và văn phòng điều hành.
• Trung tâm điều hành OCC (Operation Control Center):
  Quản lý vận hành toàn hệ thống: tín hiệu, điện lực, SCADA, liên lạc. Yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật và bảo mật cao, hoạt động 24/7.
• Trạm biến áp và hệ thống cấp điện:
  Cung cấp điện cho toàn hệ thống, tích hợp thiết bị đóng cắt, điều khiển và giám sát năng lượng. Thiết kế theo tiêu chuẩn an toàn điện đường sắt.
• Phòng thiết bị kỹ thuật – tín hiệu dọc tuyến:
  Bảo vệ và chứa thiết bị tín hiệu, thông tin liên lạc, SCADA, thiết bị điều khiển giao cắt hoặc đèn tín hiệu tại các nút giao.
• Cầu bộ hành (cầu đi bộ):
  Kết nối nhà ga với các khu vực xung quanh (bãi xe, trung tâm thương mại, vỉa hè…), hoặc vượt qua tuyến ray để đảm bảo an toàn cho hành khách. Thiết kế cầu bộ hành tích hợp thang máy, thang cuốn, mái che, đáp ứng tiêu chuẩn tiếp cận người khuyết tật và phù hợp với kiến trúc cảnh quan đô thị.

Trong Dự án đường sắt đô thị HCM Line 1 Tuyến Bến Thành – Suối Tiên, Pontech đã thực hiện hỗ trợ kỹ thuật cho nhà thầu chính thiết kế chi tiết đầy đủ cho các cầu (móng, kết cấu dưới, kết cấu trên) của 9 cầu bộ hành. Xin mời bạn đọc theo dõi dự án tại đây!

• Cầu kỹ thuật / hành lang bảo trì:
  Phục vụ công tác kiểm tra, sửa chữa tuyến đường sắt hoặc hệ thống MEP (điện – cơ – tín hiệu). Bố trí sát tuyến, không ảnh hưởng đến khai thác hành khách.
• Trạm dừng kỹ thuật hoặc cứu hộ:
  Được bố trí tại các điểm chiến lược, cho phép nhân sự kỹ thuật tiếp cận nhanh trong trường hợp khẩn cấp hoặc xử lý sự cố đoàn tàu.

Các công trình phụ trợ như depot, trung tâm điều hành, trạm điện, cầu bộ hành và phòng kỹ thuật tín hiệu cần đảm bảo đồng bộ với hệ thống kết cấu chính, vận hành an toàn và tối ưu chi phí duy trì.

Về kỹ thuật, các hạng mục này phải:

• Chịu được tải trọng chuyên dụng từ thiết bị cơ điện, phương tiện bảo trì;
• Đáp ứng tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy (NFPA 130, TCVN);
• Tích hợp hệ thống MEP, tín hiệu và điều khiển (SCADA, thông gió, chiếu sáng, cáp kỹ thuật);
• Đảm bảo tiện nghi, an toàn và tiếp cận cho hành khách, đặc biệt tại cầu bộ hành và khu vực công cộng;
• Ứng dụng vật liệu bền vững, dễ bảo trì, đảm bảo tuổi thọ dài hạn trong điều kiện vận hành đô thị.

2. Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế đường sắt tại Việt Nam và quốc tế

Mỗi dự án đường sắt được cấu thành từ nhiều loại công trình khác nhau, mỗi công trình có các tiêu chí về công năng và kĩ thuật riêng. Do đó, việc phối hợp các hệ thống tiêu chuẩn khác nhau để đáp ứng đầy đủ mọi tiêu chí thiết kế các công trình là điều cần thiết.

2.1. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đường sắt

Dưới đây là bảng đối sánh theo hạng mục công trình nhằm mục đích tham khảo, bao gồm cột tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn quốc tế (EN/UIC/NFPA/IEC) và cột tương đương của hệ Mỹ.

 Lưu ý: Các dự án tuyến metro, đường sắt cao tốc, hoặc LRT tại Việt Nam thường kết hợp TCVN + tiêu chuẩn quốc tế tùy yêu cầu kỹ thuật và nguồn vốn.

2.2. Vì sao cần phải phối hợp nhiều loại tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đường sắt?

Trong thiết kế và thi công các công trình đường sắt, việc phối hợp nhiều hệ tiêu chuẩn kỹ thuật như TCVN, Eurocode, AASHTO / ACI / AREMA, NFPA không chỉ là xu hướng mà còn là yêu cầu tất yếu nhằm đảm bảo hiệu quả kỹ thuật – pháp lý – kinh tế trong toàn bộ vòng đời dự án. Điều này bắt nguồn từ hai yếu tố chính: tính chất kỹ thuật đặc thù của từng hạng mục và thực tế triển khai tại các quốc gia đang phát triển ngành đường sắt.

Mỗi loại công trình có đặc thù kỹ thuật riêng:

Một tuyến đường sắt không chỉ bao gồm đường ray mà còn là tổ hợp của nhiều hạng mục kết cấu như: cầu, hầm, đường trên mặt đất, nhà ga, depot, trạm kỹ thuật, cầu bộ hành…. Mỗi hạng mục có yêu cầu kỹ thuật, tải trọng thiết kế và môi trường khai thác riêng biệt, đòi hỏi áp dụng tiêu chuẩn phù hợp với công năng và điều kiện sử dụng.

Ví dụ:

• Cầu đường sắt cần tiêu chuẩn mạnh về phân tích tải trọng tổ hợp liên quan đến hoạt tải nặng của đoàn tàu, các hiệu ứng mỏi, rung động và ổn định, như Eurocode EN 1991-2 hoặc AREMA.
• Nhà ga và công trình ngầm cần bổ sung các tiêu chuẩn an toàn cháy nổ, thoát hiểm, vận hành hành khách, chẳng hạn như NFPA 130 và các hướng dẫn MEP chuyên biệt.
• Hầm đường sắt yêu cầu tiêu chuẩn về áp lực đất, nước ngầm, khí động học và thông gió cưỡng bức, kết hợp giữa tiêu chuẩn kết cấu và tiêu chuẩn môi trường, an toàn.

Không một hệ tiêu chuẩn nào có thể bao phủ toàn bộ đặc thù kỹ thuật của các công trình trong tuyến đường sắt – do đó, việc phối hợp tiêu chuẩn là cách để đảm bảo đồng bộ và tối ưu thiết kế.

Phối hợp tiêu chuẩn để phù hợp năng lực thiết kế – thi công – khai thác:

Trong thực tế triển khai, nhiều dự án đường sắt được thực hiện với sự tham gia của các đơn vị thiết kế, tư vấn, thi công đến từ nhiều quốc gia hoặc vùng pháp lý khác nhau. Mỗi bên thường mang theo bộ tiêu chuẩn kỹ thuật quen thuộc và áp dụng theo kinh nghiệm, thói quen nghề nghiệp và năng lực triển khai cụ thể.

Mặt khác, trong một số quốc gia đang phát triển hệ thống giao thông đường sắt:

• Tiêu chuẩn trong nước còn hạn chế hoặc chưa cập nhật đầy đủ cho các tình huống thiết kế chuyên sâu như hầm metro, depot tự động, cấu kiện đúc sẵn cho cầu đường sắt tốc độ cao…
• Thực tiễn thi công phụ thuộc vào khả năng cung ứng vật tư, máy móc và trình độ kỹ thuật địa phương, nên tiêu chuẩn thiết kế cũng cần linh hoạt điều chỉnh.

Vì vậy, việc phối hợp các bộ tiêu chuẩn – kết hợp giữa tiêu chuẩn nội địa và quốc tế – là phương án tối ưu.

2.3. Những điều cần lưu ý khi triển khai thiết kế kết cấu đường sắt

Như vậy, với những yêu cầu chi tiết và chính xác như trên, khi triển khai thiết kế kết cấu đường sắt, đặc biệt là trong các dự án có yếu tố quốc tế, cần lưu ý:

• Phối hợp tiêu chuẩn: Việc kết hợp giữa TCVN và tiêu chuẩn quốc tế cần được thực hiện cẩn trọng, tránh mâu thuẫn giữa các tiêu chí thiết kế.
• Điều chỉnh theo điều kiện địa phương: Các tiêu chuẩn nước ngoài cần được nội suy và hiệu chỉnh theo khí hậu, địa chất, và phương pháp thi công tại Việt Nam.
• Chuyển giao công nghệ và đào tạo: Các kỹ sư thiết kế cần được trang bị kiến thức cập nhật về tiêu chuẩn và phần mềm thiết kế tiên tiến.
• Kiểm soát đồng bộ thiết kế – thi công – vận hành: Một thiết kế tốt chỉ phát huy hiệu quả khi toàn bộ chuỗi quy trình được kiểm soát chặt chẽ.

3. Công nghệ thi công trong dự án đường sắt (Construction Technology)

Thi công các công trình đường sắt hiện đại đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa kỹ thuật kết cấu, công nghệ số và tổ chức thi công hợp lý nhằm đảm bảo tiến độ, chất lượng và an toàn vận hành. Mỗi hạng mục như cầu cạn (viaduct), hầm, nhà ga hay công trình phụ trợ đều áp dụng công nghệ thi công khác nhau tùy đặc thù kỹ thuật.

3.1. Cầu – Cầu cạn

Các cầu cạn đường sắt (viaduct) trong tuyến metro, LRT hay đường sắt cao tốc thường sử dụng kết cấu và thi công theo hướng công nghiệp hóa:

• Full-span precast (launching girder): công nghiệp hóa, tiến độ nhanh, kiểm soát chất lượng.
• Đúc / lắp hẫng cân bằng (cantilever): vượt nhịp lớn, kiểm soát vồng; phù hợp vượt sông/kênh.
• MSS/ILM: cơ giới hóa cao; ILM (đúc đẩy) hiệu quả với cầu thẳng/độ cong nhỏ; kiểm soát ma sát và ổn định khi lao đẩy.
• Liên hợp thép–BT: giảm khối lượng, rút ngắn thời gian lắp dựng; cần kiểm soát mỏi & liên kết cắt.

3.2. Hầm đường sắt

Tùy điều kiện địa chất và chiều sâu, các tuyến hầm đường sắt sử dụng một trong ba phương pháp chính:

• Đào hở (Cut-and-Cover): Kinh tế cho ga/hầm nông; cần tổ chức giao thông & chống đỡ tạm tốt.

• Công nghệ TBM (Tunnel Boring Machine): Áp dụng cho tuyến hầm dài, chạy qua khu vực đô thị đông đúc. Máy khoan TBM thực hiện đồng thời khoan, lắp dựng vỏ hầm và vận chuyển đất đá ra ngoài. Toàn bộ quá trình được tự động hóa và điều khiển số hóa, giúp đảm bảo độ chính xác cao, hạn chế ảnh hưởng đến bề mặt đô thị.
• Phương pháp NATM (New Austrian Tunneling Method): Thường dùng cho địa hình đồi núi, nền đất yếu hoặc địa chất phức tạp. Hầm được thi công từng đoạn nhỏ với quan trắc địa kỹ thuật thời gian thực, đảm bảo kiểm soát ứng suất và biến dạng nền – một yếu tố then chốt để bảo vệ an toàn công trình và môi trường xung quanh.

3.3. Nhà ga và công trình phụ trợ

Các nhà ga đường sắt, depot, trung tâm điều khiển và các công trình phụ trợ như cầu bộ hành, nhà trạm điện áp dụng công nghệ thi công linh hoạt, kết hợp kết cấu và hệ thống kỹ thuật:

• Lắp ghép kết cấu thép hoặc bê tông đúc sẵn (precast): Tăng tốc thi công, giảm phụ thuộc thời tiết, dễ kiểm soát chất lượng.
• Tích hợp thi công hệ thống MEP – PCCC: Ngay từ giai đoạn lắp dựng kết cấu, đồng thời triển khai các hệ thống cơ điện, điều hòa, thông gió, an ninh, camera, chiếu sáng và hệ thống phòng cháy chữa cháy. Việc tích hợp thi công giúp đồng bộ giữa kết cấu và vận hành, tiết kiệm thời gian hoàn thiện và giảm xung đột kỹ thuật.
• Ứng dụng BIM 4D, 5D: Mô hình thi công tích hợp thời gian (4D), chi phí (5D) giúp chủ đầu tư theo dõi tiến độ – khối lượng – chi phí theo thời gian thực, đồng thời hỗ trợ công tác bảo trì sau này.

4. Kết luận

Việc nắm vững và vận dụng linh hoạt tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đường sắt là nền tảng để đảm bảo chất lượng, an toàn và hiệu quả đầu tư cho các dự án giao thông đường sắt – từ cầu, nhà ga đến tuyến đường. Từ góc nhìn kỹ thuật đến thực tiễn triển khai, các đơn vị thiết kế cần không ngừng cập nhật, tích hợp tiêu chuẩn phù hợp với bối cảnh Việt Nam và hướng đến chuẩn quốc tế.

Tìm hiểu thêm về các dự án cầu đường sắt, nhà ga đường sắt và các công trình phụ trợ mà Pontech đã thực hiện hoặc liên hệ để được tư vấn giải pháp thiết kế phù hợp tiêu chuẩn quốc tế.

Liên hệ Pontech tại đây