RAIL+

Công dụng của lớp đá ballast đường sắt

Đã bao giờ bạn tự đặt câu hỏi: “Tại sao đường ray xe lửa lại luôn có một lớp đá trải đều bên dưới đường ray”. Như chúng ta đã biết đường ray gồm 2 thanh ray được đặt song song nhau và được gắn cố định trên các thanh tà vẹt (Traverse) và tất cả đều được đặt trên một lớp đá ba lát (ballast). Lớp đá này quan trọng như thế nào và tại sao phải có thì chúng ta hãy cùng đi tìm câu trả lời bên dưới:

Thuật ngữ ba lát kì thực bắt nguồn từ việc sử dụng một loại vật liệu để giữ cho phương tiện hoặc cấu trúc đạt sự cân bằng ổn định. Còn đá ba lát xuất phát từ việc: “Vào thế kỷ XIX, trên những chuyến tàu từ Châu Âu sang Bắc Mỹ mang theo đá dăm để giữ cân bằng cho đoàn thuyền, và sau khi cập bến số đá đó được sử dụng để xây dựng”.

Trở lại với câu hỏi về công dụng của lớp đá ba lát đường sắt, ta có thể lấy ví dụ như sau: “Khi mt đoàn tàu đi qua, đường ray s chu ng sut lc rt ln. Cn lưu ý rng 99% thi gian đường ray ch nm im không chu áp lc nhưng 1% thi gian còn li là lúc nó phi cõng c mt đoàn tàu. Th ly ví d như đoàn tàu ch qung st ca BHP Iron Ore ti min Tây nước Úc, nó dài hơn 7 km, gm 682 toa trn, 8 đầu máy GE AC6000 và nng đến gn 100.000 tn vi 82.262 tn qung và đây cũng là đoàn tàu dài nht và nng nht thế gii theo sách k lc Guinness. Thanh tà vt bên dưới giúp c định đường ray to nên kh ray đồng thi có chc năng truyn áp lc t ray xung mt đất bên dưới. Để đảm bo áp lc được truyn đều xung bên dưới trong khi vn gi cho đường ray n định dưới ti trng động ca mt con tàu đang chy, các thanh tà vt được đặt trên mt lp đá dn. Thêm vào đó, đường ray thường nm l thiên vì vy chúng phi đối mt vi các yếu t thi tiết như co giãn nhit, chuyn động ca mt đất, địa chn, mưa và nhiu yếu t thiên nhiên khác như c di, cây di mc lên t bên dưới”.

Từ 200 năm trước, các kỹ sư ngành đường sắt đã bắt đầu sử dụng nhiều vật liệu nhằm giải quyết tất cả vấn đề vừa nêu. Thời ký đó, xỉ sắt và than vụn đã từng được dùng làm lớp nền cho đường ray. Tuy nhiên, kể từ những năm 1840 thì đá ba lát đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi và trở thành một yếu tố tối quan trọng trong cấu trúc đường ray. Đá ba lát là những viên đá nghiền có kích thước dưới 40 mm. Chúng được rải dưới và xung quanh tà vẹt và sở hữu một đặc tính gọi là “nội ma sát của tập hợp đá”. Nội ma sát này phụ thuộc vào cách sắp đặt, hình dạng và kích thước của một tập hợp những viên đá nhỏ. Những loại đá cứng thường được dùng là đá granite, thạch anh, đá trap, v.v… Nếu những loại đá này không có, người ta có thể sử dụng đá cát kết, đá vôi. Nội ma sát này quan trọng như thế nào? Để dễ hình dung, bạn hãy nghĩ tới một đụn cát và một đống đá với độ cao như nhau. Nếu bạn dùng tay đẩy đụn cát đi, bạn sẽ thấy nó dễ dàng di chuyển. Ngược lại, nếu bạn dùng tay đẩy đống đá đi, bạn sẽ cảm nhận được lực cản. Thật không dễ dàng để di chuyển đống đá và thậm chí nó vẫn trơ trơ cho dù bạn cố hết sức. Tương tự khi bạn đứng trên đụn cát, nó dễ dàng bị bẹp xuống và khi bạn đứng lên đống đá, nó vẫn không hề suy suyễn. Đây chính là nội ma sát.

Với đặc tính trên, đá ba lát mang lại một nền tảng hỗ trợ, giúp tăng độ cứng, độ bền và độ linh hoạt cho đường ray khi có tàu đi qua. Ngoài ra, đá ba lát còn giúp dẫn nước mưa và tuyết ra khỏi đường ray, ngăn sự xuất hiện của nước trên bề mặt, ngăn cỏ, cây dại mọc trên đường ray, tăng tính đàn hồi cho đường ray trước tác động nhiệt.

Trong quá trình xây dựng, độ dày của lớp đá ba lát phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách giữa 2 ray (khổ ray), lưu lượng tàu lưu thông trên tuyến đường và nhiều yếu tố khác. Tuy nhiên, lớp đá ba lát không được mỏng hơn 150 mm và các đường ray dành cho tàu cao tốc có thể yêu cầu lớp đá dày đến nửa mét. Nếu lớp đá không đủ dày gây quá tải cho lớp đất bên dưới, trường hợp tệ nhất là đường ray sẽ bị chìm. Lớp đá ba lát thường nằm trên một lớp ba lát phụ (sub-ballast) (hình trên). Lớp đá này đóng vai trò ngăn nước và hỗ trợ cho cấu trúc đường ray phía trên. Nếu đường ray không có lớp dằn phụ, ray và tà vẹt có thể bị ngập ngước, hư hỏng và dẫn đến tai nạn cho tàu.

Trước sự tàn phá của thiên nhiên, con người và sự hao mòn trong quá trình sử dụng, công tác bảo trì lớp đá ba lát tiêu tốn rất nhiều nhân lực, chi phí và thời gian. Vì vậy, ngành công nghiệp đường sắt cũng đã phát triển và áp dụng những loại đường sắt không cần dùng đá ba lát (ballastless track) (hình trên). Thay vì sử dụng lớp đá ba lát trợ lực, người ta dùng các phiến bê tông đặt liên tiếp nhau và đường ray được đặt trực tiếp lên mặt trên của phiến bê tông. Tuy nhiên, do chi phí ban đầu cao hơn và mất nhiều thời gian để thay thế trên các tuyến đường sắt sẵn có, loại đường ray không dùng đá ba lát thường được dành cho các tuyến đường sắt cao tốc hoặc vận tải nặng.

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button