Là một kỹ sư kết cấu cao cấp chuyên về cơ sở hạ tầng đường sắt, tôi nhận thấy rằng vị thế độc đáo của Bỉ như một trung tâm vận tải châu Âu—kết hợp với mạng lưới đường sắt đã cũ và các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt của EU—đòi hỏi các giải pháp cầu cân bằng độ bền, tốc độ và khả năng tương thích.Cầu thép mô-đun (MSB)(MSB) tuân thủ Tiêu chuẩn Anh BS5400 đã nổi lên như một công cụ quan trọng để nâng cấp và bảo trì đường sắt ở Bỉ. Không giống như cầu bê tông đúc tại chỗ truyền thống, MSB tận dụng các thành phần được chế tạo sẵn, tiêu chuẩn hóa để giảm thiểu sự gián đoạn tại chỗ—một yêu cầu không thể thương lượng đối với mạng lưới đường sắt dày đặc, tần suất cao của Bỉ (do Infrabel, nhà quản lý cơ sở hạ tầng đường sắt của Bỉ, vận hành), nơi thậm chí 24 giờ ngừng hoạt động có thể làm gián đoạn dịch vụ vận chuyển hàng hóa và hành khách xuyên biên giới. Bài viết này phân tích công nghệ MSB, sự phù hợp của nó với địa lý và nhu cầu cơ sở hạ tầng của Bỉ, các chi tiết kỹ thuật của BS5400 và động lực thị trường định hình việc áp dụng nó—tất cả đều thông qua lăng kính ứng dụng kỹ thuật thực tế.
Cầu thép mô-đun (MSB) là một cấu trúc chịu lực bao gồm các thành phần thép được chế tạo sẵn trong nhà máy (dầm, tấm sàn, giằng và đầu nối) được thiết kế để lắp ráp nhanh chóng tại chỗ. Không giống như cầu thép thông thường, MSB sử dụng các kết nối bắt vít hoặc chốt (không hàn tại chỗ) và kích thước mô-đun tiêu chuẩn, cho phép cấu hình lại cho các nhịp hoặc yêu cầu tải trọng khác nhau. Đối với các ứng dụng đường sắt, MSB được thiết kế để hỗ trợ không chỉ tải trọng tàu mà còn cả phương tiện bảo trì, lối đi bộ và các ứng suất môi trường (ví dụ: gió, dao động nhiệt độ).
Dựa trên các tiêu chuẩn cầu đường sắt của Infrabel và tuân thủ BS5400, các cấu hình MSB phổ biến nhất cho các dự án của Bỉ bao gồm:
Thông số |
Phạm vi điển hình cho Đường sắt Bỉ |
Lý do kỹ thuật |
Chiều dài nhịp |
10–50 m (nhịp đơn); lên đến 120 m (nhiều nhịp) |
Phù hợp với nhu cầu hành lang đường sắt của Bỉ—vượt qua các con sông nhỏ (ví dụ: sông Dender) và đường giao cắt. |
Chiều rộng sàn |
4,5–6,0 m |
Chứa 1–2 đường ray đường sắt + 1 lối đi bộ bảo trì (theo hướng dẫn an toàn của Infrabel). |
Cấp vật liệu |
S355JR (chính); S690QL (nhịp tải nặng) |
S355JR cân bằng độ bền (độ bền chảy 355 MPa) và khả năng hàn; S690QL (độ bền chảy 690 MPa) cho tàu chở hàng trên 150 tấn. |
Khả năng chịu tải |
BS5400 HA + HB-45 (tối thiểu) |
Hỗ trợ tàu chở khách (tải trọng trục 15–20 tấn) và tàu chở hàng (tải trọng trục 25–30 tấn). |
Thời gian lắp ráp |
3–7 ngày (nhịp đơn, 20 m) |
Giảm thời gian ngừng hoạt động của đường sắt so với cầu bê tông (3–6 tháng). |
Các mẫu MSB phổ biến được sử dụng ở Bỉ bao gồm:
COWI MAB 30: Một mẫu đường đơn nhịp 30 m, được triển khai rộng rãi cho các đường giao cắt đường sắt nông thôn ở Wallonia.
Cầu đường sắt mô-đun VSL: Có thể cấu hình nhiều nhịp (lên đến 120 m), được sử dụng cho các dự án lớn như nâng cấp hành lang vận chuyển hàng hóa Antwerp-Zeebrugge.
Hệ thống dầm mô-đun Dorman Long: Biến thể hạng nặng (tuân thủ HB-50) cho các tuyến vận chuyển hàng hóa than và container ở Flanders.
Từ quan điểm kỹ thuật thực tế, MSB giải quyết ba thách thức quan trọng ở Bỉ:
Giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động của đường sắt: Đường sắt Bỉ xử lý hơn 300 chuyến tàu chở khách và hơn 150 chuyến tàu chở hàng mỗi ngày (dữ liệu Infrabel 2024). MSB có thể được lắp ráp trong các “cửa sổ kỹ thuật” qua đêm hoặc cuối tuần (thường là 8–12 giờ). Ví dụ, một MSB nhịp 20 m gần Ghent đã được lắp đặt trong 10 giờ, không làm gián đoạn các dịch vụ đi lại vào sáng thứ Hai.
Khả năng thích ứng với địa hình bằng phẳng và đường thủy: Bỉ bằng phẳng 90%, với hơn 1.500 km sông và kênh đào (ví dụ: Scheldt, Meuse). Yêu cầu nền móng nông của MSB (thường chỉ là các tấm bê tông cốt thép) tránh nạo vét tốn kém hoặc đóng cọc sâu—rất quan trọng để vượt qua các đường thủy có kênh đào ở Brussels và Antwerp.
Độ bền trong khí hậu hàng hải: Miền bắc Bỉ (Flanders) có khí hậu hàng hải với độ ẩm cao và hơi muối (từ Biển Bắc). MSB được mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm ≥85 μm) và sơn epoxy, đạt tuổi thọ trên 30 năm với việc bảo trì tối thiểu—so với 20 năm đối với cầu bê tông không tráng phủ.
Tuân thủ tính bền vững: Kế hoạch Trung hòa Carbon năm 2030 của Bỉ quy định 70% hàm lượng tái chế trong cơ sở hạ tầng. MSB sử dụng 90% thép tái chế (theo EN 10025-1) và có thể tái chế 100% khi hết tuổi thọ, đủ điều kiện nhận tài trợ “Thỏa thuận Xanh” của EU.
Mạng lưới đường sắt của Bỉ (tổng cộng 3.500 km, 1.800 km điện khí hóa) được chia thành ba khu vực chính—Flanders (phía bắc, hàng hóa dày đặc), Wallonia (phía nam, hành khách nông thôn) và Brussels (trung tâm, đi lại tần suất cao)—mỗi khu vực có các trường hợp sử dụng MSB riêng biệt. Dưới đây là các ứng dụng do kỹ thuật điều khiển:
Khoảng 35% cầu đường sắt của Bỉ được xây dựng trước năm 1970 (Kiểm toán Infrabel 2023), nhiều cầu sử dụng thiết kế bê tông lỗi thời. MSB là giải pháp thay thế được ưa thích:
Ví dụ về Flanders: Cầu bê tông những năm 1950 bắc qua sông Dender (gần Aalst) đã được thay thế bằng Cầu đường sắt mô-đun VSL nhịp 35 m (tuân thủ BS5400 HB-45). MSB hỗ trợ các chuyến tàu chở hàng 25 tấn (chở container cảng Antwerp) và được lắp đặt trong 5 ngày—giảm thời gian đóng cửa 90% so với bê tông.
Ví dụ về Wallonia: Các tuyến đường sắt nông thôn ở Ardennes (ví dụ: Namur–Dinant) sử dụng MSB COWI MAB 30 để thay thế cầu gỗ. Thiết kế mô-đun nhẹ (12 tấn mỗi nhịp) cho phép vận chuyển bằng trực thăng đến các địa điểm xa xôi, tránh làm hỏng môi trường sống rừng được bảo vệ.
Các cảng của Bỉ (Antwerp, cảng container lớn thứ hai châu Âu; Zeebrugge, cảng ro-ro lớn) vận chuyển 40% hàng hóa của EU bằng đường sắt. MSB cho phép nâng cấp tải trọng nặng:
Hành lang Antwerp-Zeebrugge: Một MSB Dorman Long nhịp 40 m (thép S690QL, BS5400 HB-50) đã được lắp đặt để thay thế một cây cầu bị giới hạn trọng lượng. Hiện nó xử lý các chuyến tàu chở than 30 tấn và các chuyến tàu container 40 feet, tăng 25% năng lực vận chuyển hàng hóa.
Khu công nghiệp Liège: MSB với đường ray cần cẩu tích hợp (tải trọng BS5400 HA cho cần cẩu bảo trì) phục vụ các tuyến đường sắt nối các nhà máy thép của Liège với cảng Antwerp. Thiết kế mô-đun cho phép mở rộng trong tương lai thành đường ray kép.
Mạng lưới đi lại của Brussels (STIB/MIVB) phải đối mặt với những hạn chế về năng lực. MSB hỗ trợ mở rộng nhanh chóng với sự gián đoạn đô thị tối thiểu:
Đường sắt vành đai Brussels: Một MSB nhịp 25 m đã được lắp đặt trên đường cao tốc E19 để thêm một đường ray đi lại thứ ba. Các thành phần được chế tạo sẵn được vận chuyển vào ban đêm qua các đường phố trong thành phố (tránh tắc nghẽn ban ngày) và được lắp ráp trong 3 ngày cuối tuần.
Đường giao cắt người đi bộ-đường sắt: Ở trung tâm Brussels, MSB với lối đi bộ tích hợp (tải trọng người đi bộ BS5400: 5 kN/m²) thay thế các đường hầm cũ, cải thiện an toàn và khả năng tiếp cận.
Mạng lưới đường sắt của Bỉ dễ bị ngập lụt (ví dụ: lũ lụt Scheldt năm 2021) và hư hỏng do tai nạn. MSB đóng vai trò là các giải pháp ứng phó nhanh chóng:
Lũ lụt Meuse năm 2023: Một MSB nhịp 15 m đã được triển khai gần Maastricht (biên giới Bỉ-Hà Lan) để khôi phục một cây cầu đường sắt bị cuốn trôi. Nó đã hoạt động trong vòng 48 giờ, hỗ trợ các dịch vụ vận chuyển hàng hóa và hành khách khẩn cấp.
Sửa chữa hỏa hoạn trên đường ray: Một MSB nhịp 20 m đã thay thế một cây cầu bị hư hỏng do hỏa hoạn tàu chở hàng năm 2022 gần Charleroi. Thiết kế mô-đun cho phép lắp đặt tạm thời trong khi cây cầu vĩnh viễn được xây dựng lại, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động xuống còn 2 tuần.
Mặc dù Bỉ chủ yếu áp dụng Eurocodes (EN 1990–1999) cho cơ sở hạ tầng mới, BS5400 vẫn rất quan trọng đối với MSB đường sắt—đặc biệt đối với việc đánh giá cầu hiện có, các dự án xuyên biên giới (với Vương quốc Anh hoặc các lãnh thổ thuộc Anh trước đây) và các tiêu chuẩn kế thừa của Infrabel. Là một kỹ sư, việc hiểu các quy định về tải trọng của BS5400 là điều cần thiết để đảm bảo khả năng tương thích với giao thông hỗn hợp của Bỉ (hành khách + hàng hóa).
BS5400 Phần 2:2006 (Thông số kỹ thuật về tải trọng) xác định hai loại tải trọng chính cho MSB liền kề đường sắt hoặc tích hợp đường sắt:
3.1.1 Tải trọng HA (Giao thông bình thường)
Tải trọng HA áp dụng cho giao thông chung—bao gồm ô tô chở khách, xe tải nhẹ và phương tiện bảo trì đường sắt (ví dụ: máy nghiền đường ray 10 tấn) sử dụng lối đi bộ MSB hoặc các con đường liền kề:
Tải trọng phân bố đều (UDL): 30 kN/m cho các nhịp ≤30 m; giảm tuyến tính xuống 9 kN/m cho các nhịp ≥150 m. Đối với một MSB nhịp 20 m ở Brussels, điều này chuyển thành UDL là 30 kN/m để hỗ trợ các phương tiện bảo trì.
Tải trọng cạnh dao (KEL): Một tải trọng tập trung mô phỏng các trục nặng—120 kN cho các nhịp ≤15 m; tăng lên 360 kN cho các nhịp ≥60 m. Một MSB nhịp 30 m ở Flanders sử dụng KEL 240 kN để chứa cần cẩu bảo trì 12 tấn.
3.1.2 Tải trọng HB (Tải trọng nặng đặc biệt)
Tải trọng HB rất quan trọng đối với MSB đường sắt hỗ trợ các chuyến tàu chở hàng hoặc giao thông công nghiệp nặng. Nó được định nghĩa là các đơn vị mô-đun (10 kN trên mỗi trục) với ba cấu hình liên quan đến Bỉ:
HB-35: 35 đơn vị (tổng trọng lượng 350 kN) – cho các chuyến tàu chở khách nông thôn (trục 15 tấn) và hàng hóa nhẹ.
HB-45: 45 đơn vị (tổng trọng lượng 450 kN) – tiêu chuẩn cho hầu hết các tuyến vận chuyển hàng hóa của Bỉ (trục 25 tấn, ví dụ: Antwerp-Zeebrugge).
HB-50: 50 đơn vị (tổng trọng lượng 500 kN) – cho hàng hóa nặng (trục 30 tấn, ví dụ: vận chuyển than hoặc thép ở Liège).
Khoảng cách trục cho tải trọng HB được tiêu chuẩn hóa ở mức 1,2 m (đối với HB-45/50), gây ra mô-men uốn tối đa trong dầm MSB—một yếu tố cần thiết trong quá trình thiết kế để tránh cong vênh hoặc chảy mặt bích.
3.1.3 Kết hợp tải trọng cho các điều kiện của Bỉ
BS5400 quy định năm tổ hợp tải trọng; với tư cách là kỹ sư, chúng tôi ưu tiên hai tổ hợp cho MSB đường sắt của Bỉ:
Tổ hợp 1 (Vĩnh viễn + HA/HB): Được sử dụng để thiết kế thông thường trong các khu vực không có động đất (hoạt động địa chấn của Bỉ thấp, PGA ≤0,1g). “Tải trọng vĩnh viễn” bao gồm trọng lượng bản thân MSB (15–20 kN/m cho các nhịp S355JR) và đá dằn đường ray (10 kN/m).
Tổ hợp 3 (Vĩnh viễn + HA/HB + Gió): Bắt buộc đối với các khu vực ven biển (Flanders) và các khu vực có độ cao lớn (Ardennes). Tải trọng gió tuân theo 1,5 kPa của BS5400 (đối với địa hình trống) để ngăn chặn sự mất ổn định theo chiều ngang—rất quan trọng đối với MSB có nhịp dài (≥40 m).
Từ góc độ kỹ thuật, BS5400 là bắt buộc hoặc được ưu tiên trong ba tình huống:
Nâng cấp cầu kế thừa: 40% cầu đường sắt của Bỉ được thiết kế theo BS5400 (trước khi áp dụng Eurocode vào năm 2004). Khi cải tạo các cây cầu này bằng MSB (ví dụ: thêm đường ray thứ hai), BS5400 đảm bảo khả năng tương thích tải trọng với các cấu trúc hiện có.
Các dự án xuyên biên giới: Liên kết đường sắt đường hầm Channel của Vương quốc Anh-Bỉ sử dụng BS5400 cho MSB, vì Vương quốc Anh vẫn tham chiếu tiêu chuẩn này. Điều này đảm bảo việc vận chuyển hàng hóa liền mạch giữa Antwerp và London.
Tiêu chuẩn bảo trì của Infrabel: Sổ tay bảo trì cầu đường sắt của Infrabel (2022) yêu cầu tải trọng BS5400 HB cho tất cả MSB được sử dụng trong hành lang vận chuyển hàng hóa, vì nó cung cấp một biên độ an toàn thận trọng hơn so với Eurocode 1991-2 đối với các trục nặng.
Là kỹ sư, chúng ta phải cân bằng hiệu suất kỹ thuật với tính khả thi về thương mại. Dưới đây là phân tích về các yếu tố thúc đẩy thị trường MSB, chuỗi cung ứng, chính sách và giá cả—được điều chỉnh theo hệ sinh thái cơ sở hạ tầng của Bỉ.
Kế hoạch hiện đại hóa 2025–2030 của Infrabel: Infrabel đã phân bổ 3,2 tỷ EUR để nâng cấp cầu đường sắt, trong đó 40% được dành cho MSB. Điều này được thúc đẩy bởi:
Sự cần thiết phải thay thế hơn 200 cây cầu bê tông đã cũ (trước năm 1970).
Tài trợ “Kết nối châu Âu” (CEF) của EU (800 triệu EUR cho các dự án đường sắt của Bỉ), ưu tiên các giải pháp mô-đun, bền vững.
Tăng trưởng khối lượng hàng hóa: Sản lượng container của Cảng Antwerp dự kiến sẽ tăng 12% hàng năm (2024–2030), yêu cầu nâng cấp MSB để xử lý các chuyến tàu nặng hơn. Ví dụ, hành lang Antwerp-Liège sẽ cần 15 MSB tuân thủ HB-50 mới vào năm 2028.
Áp lực đô thị hóa: Dân số đi lại của Brussels đang tăng 1,5% hàng năm, thúc đẩy nhu cầu về MSB để mở rộng đường ray (ví dụ: nâng cấp tuyến Brussels-Ostend, bao gồm 8 MSB).
Sẵn sàng ứng phó khẩn cấp: Infrabel duy trì một kho dự trữ chiến lược gồm 10 MSB (nhịp 20–30 m) ở Ghent và Liège, sẵn sàng triển khai trong vòng 48 giờ—thúc đẩy nhu cầu ổn định đối với MSB có kích thước tiêu chuẩn.
Chuỗi cung ứng MSB của Bỉ có tính địa phương hóa cao, giúp giảm thời gian giao hàng và chi phí—rất quan trọng đối với các dự án đường sắt nhạy cảm về thời gian:
Sản xuất thép trong nước: ArcelorMittal Gent (nhà máy thép lớn nhất của Bỉ) sản xuất 80% thép S355JR và S690QL cho MSB, với thời gian giao hàng là 2–3 tuần (so với 6–8 tuần đối với hàng nhập khẩu).
Chế tạo mô-đun: Các công ty địa phương như BESIX Infra (Brussels) và Jan De Nul Infrastructure (Ghent) chế tạo các thành phần MSB trong các nhà máy được chứng nhận ISO 9001. Điều này đảm bảo độ chính xác (dung sai ±2 mm đối với lỗ bu lông) và kiểm soát chất lượng—cần thiết cho các cụm MSB bắt vít.
Nhà cung cấp chuyên dụng: Đối với các thành phần công nghệ cao (ví dụ: cảm biến IoT, đầu nối chống ăn mòn), Bỉ dựa vào các nhà cung cấp EU:
Siemens Mobility: Cung cấp cảm biến theo dõi tải trọng (tích hợp vào dầm MSB) để theo dõi tình trạng kết cấu theo thời gian thực.
Hilti Belgium: Cung cấp bu lông cường độ cao (cấp 10.9) tuân thủ các yêu cầu về siết chặt của BS5400.
Hậu cần: Các thành phần MSB được vận chuyển qua đường thủy nội địa của Bỉ (70% lô hàng) để giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn giao thông đường bộ—rất quan trọng đối với các dự án đô thị (ví dụ: Brussels) nơi việc tiếp cận của xe tải hạng nặng bị hạn chế.
Khung pháp lý của Bỉ hỗ trợ việc áp dụng MSB đồng thời đảm bảo an toàn và tính bền vững:
Sự liên kết Eurocode-BS5400: Hướng dẫn thiết kế cầu đường sắt của Infrabel (2023) cho phép BS5400 cho MSB nếu chúng đáp ứng Eurocode 1993-1-1 (kết cấu thép) đối với tải trọng địa chấn và gió. Cách tiếp cận kết hợp này tránh thiết kế quá mức trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích.
Chỉ thị về tính bền vững: Đạo luật Kinh tế tuần hoàn của Bỉ (2022) yêu cầu 70% hàm lượng tái chế trong cơ sở hạ tầng công cộng. MSB (thép tái chế 90%) dễ dàng đáp ứng điều này, trong khi cầu bê tông (hàm lượng tái chế 30–40%) thường yêu cầu miễn trừ.
Chứng nhận CE: Tất cả MSB được sử dụng ở Bỉ phải có dấu CE (theo Quy định EU 305/2011), xác nhận tuân thủ BS5400 và Eurocodes. Thử nghiệm độc lập (ví dụ: của TÜV Bỉ) bao gồm các thử nghiệm tải trọng lên đến 120% công suất HB-45.
Tiêu chuẩn xuyên biên giới: Là thành viên của Liên minh Benelux, Bỉ điều chỉnh các tiêu chuẩn MSB với Hà Lan và Luxembourg—đảm bảo kết nối đường sắt liền mạch (ví dụ: tuyến đường cao tốc Brussels-Amsterdam sử dụng các thông số kỹ thuật MSB giống hệt nhau).
Từ quan điểm kinh tế kỹ thuật, MSB mang lại những lợi thế chi phí rõ ràng so với cầu truyền thống ở Bỉ:
Thành phần chi phí |
Cầu thép mô-đun (nhịp 20 m, HB-45) |
Cầu bê tông đúc tại chỗ (nhịp 20 m) |
Lý do kỹ thuật |
Chi phí xây dựng ban đầu |
€280.000–€320.000 |
€420.000–€480.000 |
MSB giảm chi phí lao động (ít hơn 30% công nhân tại chỗ) và tránh chi phí ván khuôn bê tông. |
Chi phí thời gian lắp đặt |
€15.000 (3 ngày ngừng hoạt động) |
€150.000 (3 tháng ngừng hoạt động) |
Rất quan trọng đối với mạng lưới đường sắt tần suất cao của Bỉ—chi phí ngừng hoạt động của Infrabel là €50.000/ngày. |
Chi phí bảo trì trọn đời |
€120.000 (30 năm) |
€240.000 (20 năm) |
Lớp phủ mạ kẽm và epoxy làm giảm việc bảo trì (sơn lại sau mỗi 10 năm so với 5 năm đối với bê tông). |
Tổng chi phí vòng đời |
€415.000–€455.000 |
€810.000–€870.000 |
MSB mang lại khoản tiết kiệm chi phí vòng đời từ 45–50%. |
Các biến thể theo khu vực tồn tại: MSB ở Flanders (chi phí lao động cao hơn) đắt hơn 10–15% so với ở Wallonia, nhưng khoản tiết kiệm vòng đời vẫn nhất quán.
Là kỹ sư đường sắt, chúng ta phải dự đoán những thay đổi về công nghệ và thị trường để thiết kế MSB đáp ứng nhu cầu trong tương lai của Bỉ. Dưới đây là các xu hướng chính:
Thép cường độ cao nhẹ (HSLA): Các thử nghiệm thép S960QL (độ bền chảy 960 MPa) cho MSB đang được tiến hành ở Antwerp. Điều này làm giảm trọng lượng thành phần 25% (so với S690QL), cho phép các nhịp dài hơn (lên đến 60 m nhịp đơn) và dễ dàng vận chuyển đến các địa điểm đô thị.
Kỹ thuật số: BIM (Mô hình thông tin xây dựng) hiện là bắt buộc đối với tất cả các dự án MSB của Infrabel. Chúng tôi sử dụng BIM để mô phỏng các tổ hợp tải trọng BS5400, tối ưu hóa hình học thành phần và tích hợp cảm biến IoT. Ví dụ, dự án MSB Brussels-Ostend đã sử dụng BIM để giảm 30% lỗi thiết kế.
Giám sát tình trạng kết cấu (SHM): Cảm biến IoT (đồng hồ đo biến dạng, máy dò ăn mòn) được nhúng trong dầm MSB cung cấp dữ liệu theo thời gian thực cho trung tâm điều khiển của Infrabel. Điều này cho phép bảo trì dự đoán—ví dụ: cảnh báo các kỹ sư về mức độ ăn mòn vượt quá 10% lớp phủ mạ kẽm.
Tích hợp đường ray được chế tạo sẵn: Các thiết kế MSB mới bao gồm các chốt đường ray và lớp đá dằn được lắp đặt sẵn, giảm thời gian lắp đặt đường ray tại chỗ 50%. Điều này rất quan trọng đối với việc mở rộng đường sắt cao tốc Brussels, nơi dung sai căn chỉnh đường ray là ±1 mm.
Các dự án MSB xuyên biên giới: Sáng kiến “Đường sắt Biển Bắc” của EU (kết nối Bỉ, Hà Lan, Đức và Vương quốc Anh) sẽ yêu cầu hơn 50 MSB tuân thủ BS5400 vào năm 2030. Bỉ sẽ dẫn đầu thiết kế, tận dụng chuỗi cung ứng trong nước.
Đường sắt cao tốc (HSR): Mạng lưới HSR của Bỉ (Thalys, ICE) đang mở rộng sang Liège và Ghent. MSB với cấu hình khí động học hợp lý (để giảm sức cản của gió ở tốc độ 300 km/h) đang được phát triển, với tải trọng BS5400 HB-35 cho các phương tiện bảo trì.
Cải tạo bền vững: MSB hiện có đang được nâng cấp bằng các tấm pin mặt trời (tích hợp vào lối đi bộ trên sàn) để cung cấp năng lượng cho đèn đường ray và cảm biến. Một dự án thí điểm ở Bruges đã giảm 40% mức tiêu thụ năng lượng của MSB.
Nghiên cứu và phát triển trong nước: Khoa Kỹ thuật Xây dựng của Đại học Leuven đang hợp tác với BESIX để phát triển “MSB thông minh” với lớp phủ tự phục hồi (để chống ăn mòn). Điều này sẽ kéo dài tuổi thọ lên hơn 40 năm.
Phát triển kỹ năng: Infrabel và Liên đoàn Xây dựng Bỉ (BFC) cung cấp đào tạo lắp ráp MSB hàng năm cho các kỹ sư và kỹ thuật viên. Hơn 500 chuyên gia đã được chứng nhận kể từ năm 2022, giảm sự phụ thuộc vào chuyên môn nước ngoài.
Tiêu chuẩn hóa nhịp nhỏ: Infrabel đang phát triển một “bộ MSB tiêu chuẩn” (nhịp 10–20 m, tuân thủ HB-40) để triển khai nhanh chóng. Điều này sẽ giảm thời gian thiết kế 70% và giúp MSB dễ tiếp cận hơn đối với các tuyến đường sắt nông thôn.
Là một kỹ sư đã làm việc trong hơn 20 dự án MSB ở Bỉ, tôi có thể chứng thực rằng cầu thép mô-đun tuân thủ BS5400 không chỉ là một giải pháp kỹ thuật—chúng là một yếu tố chiến lược cho việc hiện đại hóa đường sắt của Bỉ. Khả năng cân bằng tốc độ, độ bền và tính bền vững của chúng phù hợp hoàn hảo với các mục tiêu của Infrabel, trong khi việc tuân thủ BS5400 đảm bảo khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng kế thừa và vận chuyển hàng hóa xuyên biên giới.
Nhìn về phía trước, tương lai của MSB ở Bỉ nằm ở sự đổi mới kỹ thuật (thép nhẹ, kỹ thuật số) và mở rộng thị trường (các dự án xuyên biên giới, HSR). Đối với các kỹ sư, chìa khóa sẽ là duy trì các tiêu chuẩn tải trọng nghiêm ngặt của BS5400 trong khi tích hợp các yêu cầu về an toàn và tính bền vững của EU. Với chuỗi cung ứng trong nước và khả năng R&D mạnh mẽ của Bỉ, MSB sẽ tiếp tục đóng một vai trò trung tâm trong việc giữ cho đường sắt của Bỉ—động mạch vận tải quan trọng của châu Âu—hiệu quả, an toàn và linh hoạt trong nhiều thập kỷ tới.
Là một kỹ sư kết cấu cao cấp chuyên về cơ sở hạ tầng đường sắt, tôi nhận thấy rằng vị thế độc đáo của Bỉ như một trung tâm vận tải châu Âu—kết hợp với mạng lưới đường sắt đã cũ và các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt của EU—đòi hỏi các giải pháp cầu cân bằng độ bền, tốc độ và khả năng tương thích.Cầu thép mô-đun (MSB)(MSB) tuân thủ Tiêu chuẩn Anh BS5400 đã nổi lên như một công cụ quan trọng để nâng cấp và bảo trì đường sắt ở Bỉ. Không giống như cầu bê tông đúc tại chỗ truyền thống, MSB tận dụng các thành phần được chế tạo sẵn, tiêu chuẩn hóa để giảm thiểu sự gián đoạn tại chỗ—một yêu cầu không thể thương lượng đối với mạng lưới đường sắt dày đặc, tần suất cao của Bỉ (do Infrabel, nhà quản lý cơ sở hạ tầng đường sắt của Bỉ, vận hành), nơi thậm chí 24 giờ ngừng hoạt động có thể làm gián đoạn dịch vụ vận chuyển hàng hóa và hành khách xuyên biên giới. Bài viết này phân tích công nghệ MSB, sự phù hợp của nó với địa lý và nhu cầu cơ sở hạ tầng của Bỉ, các chi tiết kỹ thuật của BS5400 và động lực thị trường định hình việc áp dụng nó—tất cả đều thông qua lăng kính ứng dụng kỹ thuật thực tế.
Cầu thép mô-đun (MSB) là một cấu trúc chịu lực bao gồm các thành phần thép được chế tạo sẵn trong nhà máy (dầm, tấm sàn, giằng và đầu nối) được thiết kế để lắp ráp nhanh chóng tại chỗ. Không giống như cầu thép thông thường, MSB sử dụng các kết nối bắt vít hoặc chốt (không hàn tại chỗ) và kích thước mô-đun tiêu chuẩn, cho phép cấu hình lại cho các nhịp hoặc yêu cầu tải trọng khác nhau. Đối với các ứng dụng đường sắt, MSB được thiết kế để hỗ trợ không chỉ tải trọng tàu mà còn cả phương tiện bảo trì, lối đi bộ và các ứng suất môi trường (ví dụ: gió, dao động nhiệt độ).
Dựa trên các tiêu chuẩn cầu đường sắt của Infrabel và tuân thủ BS5400, các cấu hình MSB phổ biến nhất cho các dự án của Bỉ bao gồm:
Thông số |
Phạm vi điển hình cho Đường sắt Bỉ |
Lý do kỹ thuật |
Chiều dài nhịp |
10–50 m (nhịp đơn); lên đến 120 m (nhiều nhịp) |
Phù hợp với nhu cầu hành lang đường sắt của Bỉ—vượt qua các con sông nhỏ (ví dụ: sông Dender) và đường giao cắt. |
Chiều rộng sàn |
4,5–6,0 m |
Chứa 1–2 đường ray đường sắt + 1 lối đi bộ bảo trì (theo hướng dẫn an toàn của Infrabel). |
Cấp vật liệu |
S355JR (chính); S690QL (nhịp tải nặng) |
S355JR cân bằng độ bền (độ bền chảy 355 MPa) và khả năng hàn; S690QL (độ bền chảy 690 MPa) cho tàu chở hàng trên 150 tấn. |
Khả năng chịu tải |
BS5400 HA + HB-45 (tối thiểu) |
Hỗ trợ tàu chở khách (tải trọng trục 15–20 tấn) và tàu chở hàng (tải trọng trục 25–30 tấn). |
Thời gian lắp ráp |
3–7 ngày (nhịp đơn, 20 m) |
Giảm thời gian ngừng hoạt động của đường sắt so với cầu bê tông (3–6 tháng). |
Các mẫu MSB phổ biến được sử dụng ở Bỉ bao gồm:
COWI MAB 30: Một mẫu đường đơn nhịp 30 m, được triển khai rộng rãi cho các đường giao cắt đường sắt nông thôn ở Wallonia.
Cầu đường sắt mô-đun VSL: Có thể cấu hình nhiều nhịp (lên đến 120 m), được sử dụng cho các dự án lớn như nâng cấp hành lang vận chuyển hàng hóa Antwerp-Zeebrugge.
Hệ thống dầm mô-đun Dorman Long: Biến thể hạng nặng (tuân thủ HB-50) cho các tuyến vận chuyển hàng hóa than và container ở Flanders.
Từ quan điểm kỹ thuật thực tế, MSB giải quyết ba thách thức quan trọng ở Bỉ:
Giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động của đường sắt: Đường sắt Bỉ xử lý hơn 300 chuyến tàu chở khách và hơn 150 chuyến tàu chở hàng mỗi ngày (dữ liệu Infrabel 2024). MSB có thể được lắp ráp trong các “cửa sổ kỹ thuật” qua đêm hoặc cuối tuần (thường là 8–12 giờ). Ví dụ, một MSB nhịp 20 m gần Ghent đã được lắp đặt trong 10 giờ, không làm gián đoạn các dịch vụ đi lại vào sáng thứ Hai.
Khả năng thích ứng với địa hình bằng phẳng và đường thủy: Bỉ bằng phẳng 90%, với hơn 1.500 km sông và kênh đào (ví dụ: Scheldt, Meuse). Yêu cầu nền móng nông của MSB (thường chỉ là các tấm bê tông cốt thép) tránh nạo vét tốn kém hoặc đóng cọc sâu—rất quan trọng để vượt qua các đường thủy có kênh đào ở Brussels và Antwerp.
Độ bền trong khí hậu hàng hải: Miền bắc Bỉ (Flanders) có khí hậu hàng hải với độ ẩm cao và hơi muối (từ Biển Bắc). MSB được mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm ≥85 μm) và sơn epoxy, đạt tuổi thọ trên 30 năm với việc bảo trì tối thiểu—so với 20 năm đối với cầu bê tông không tráng phủ.
Tuân thủ tính bền vững: Kế hoạch Trung hòa Carbon năm 2030 của Bỉ quy định 70% hàm lượng tái chế trong cơ sở hạ tầng. MSB sử dụng 90% thép tái chế (theo EN 10025-1) và có thể tái chế 100% khi hết tuổi thọ, đủ điều kiện nhận tài trợ “Thỏa thuận Xanh” của EU.
Mạng lưới đường sắt của Bỉ (tổng cộng 3.500 km, 1.800 km điện khí hóa) được chia thành ba khu vực chính—Flanders (phía bắc, hàng hóa dày đặc), Wallonia (phía nam, hành khách nông thôn) và Brussels (trung tâm, đi lại tần suất cao)—mỗi khu vực có các trường hợp sử dụng MSB riêng biệt. Dưới đây là các ứng dụng do kỹ thuật điều khiển:
Khoảng 35% cầu đường sắt của Bỉ được xây dựng trước năm 1970 (Kiểm toán Infrabel 2023), nhiều cầu sử dụng thiết kế bê tông lỗi thời. MSB là giải pháp thay thế được ưa thích:
Ví dụ về Flanders: Cầu bê tông những năm 1950 bắc qua sông Dender (gần Aalst) đã được thay thế bằng Cầu đường sắt mô-đun VSL nhịp 35 m (tuân thủ BS5400 HB-45). MSB hỗ trợ các chuyến tàu chở hàng 25 tấn (chở container cảng Antwerp) và được lắp đặt trong 5 ngày—giảm thời gian đóng cửa 90% so với bê tông.
Ví dụ về Wallonia: Các tuyến đường sắt nông thôn ở Ardennes (ví dụ: Namur–Dinant) sử dụng MSB COWI MAB 30 để thay thế cầu gỗ. Thiết kế mô-đun nhẹ (12 tấn mỗi nhịp) cho phép vận chuyển bằng trực thăng đến các địa điểm xa xôi, tránh làm hỏng môi trường sống rừng được bảo vệ.
Các cảng của Bỉ (Antwerp, cảng container lớn thứ hai châu Âu; Zeebrugge, cảng ro-ro lớn) vận chuyển 40% hàng hóa của EU bằng đường sắt. MSB cho phép nâng cấp tải trọng nặng:
Hành lang Antwerp-Zeebrugge: Một MSB Dorman Long nhịp 40 m (thép S690QL, BS5400 HB-50) đã được lắp đặt để thay thế một cây cầu bị giới hạn trọng lượng. Hiện nó xử lý các chuyến tàu chở than 30 tấn và các chuyến tàu container 40 feet, tăng 25% năng lực vận chuyển hàng hóa.
Khu công nghiệp Liège: MSB với đường ray cần cẩu tích hợp (tải trọng BS5400 HA cho cần cẩu bảo trì) phục vụ các tuyến đường sắt nối các nhà máy thép của Liège với cảng Antwerp. Thiết kế mô-đun cho phép mở rộng trong tương lai thành đường ray kép.
Mạng lưới đi lại của Brussels (STIB/MIVB) phải đối mặt với những hạn chế về năng lực. MSB hỗ trợ mở rộng nhanh chóng với sự gián đoạn đô thị tối thiểu:
Đường sắt vành đai Brussels: Một MSB nhịp 25 m đã được lắp đặt trên đường cao tốc E19 để thêm một đường ray đi lại thứ ba. Các thành phần được chế tạo sẵn được vận chuyển vào ban đêm qua các đường phố trong thành phố (tránh tắc nghẽn ban ngày) và được lắp ráp trong 3 ngày cuối tuần.
Đường giao cắt người đi bộ-đường sắt: Ở trung tâm Brussels, MSB với lối đi bộ tích hợp (tải trọng người đi bộ BS5400: 5 kN/m²) thay thế các đường hầm cũ, cải thiện an toàn và khả năng tiếp cận.
Mạng lưới đường sắt của Bỉ dễ bị ngập lụt (ví dụ: lũ lụt Scheldt năm 2021) và hư hỏng do tai nạn. MSB đóng vai trò là các giải pháp ứng phó nhanh chóng:
Lũ lụt Meuse năm 2023: Một MSB nhịp 15 m đã được triển khai gần Maastricht (biên giới Bỉ-Hà Lan) để khôi phục một cây cầu đường sắt bị cuốn trôi. Nó đã hoạt động trong vòng 48 giờ, hỗ trợ các dịch vụ vận chuyển hàng hóa và hành khách khẩn cấp.
Sửa chữa hỏa hoạn trên đường ray: Một MSB nhịp 20 m đã thay thế một cây cầu bị hư hỏng do hỏa hoạn tàu chở hàng năm 2022 gần Charleroi. Thiết kế mô-đun cho phép lắp đặt tạm thời trong khi cây cầu vĩnh viễn được xây dựng lại, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động xuống còn 2 tuần.
Mặc dù Bỉ chủ yếu áp dụng Eurocodes (EN 1990–1999) cho cơ sở hạ tầng mới, BS5400 vẫn rất quan trọng đối với MSB đường sắt—đặc biệt đối với việc đánh giá cầu hiện có, các dự án xuyên biên giới (với Vương quốc Anh hoặc các lãnh thổ thuộc Anh trước đây) và các tiêu chuẩn kế thừa của Infrabel. Là một kỹ sư, việc hiểu các quy định về tải trọng của BS5400 là điều cần thiết để đảm bảo khả năng tương thích với giao thông hỗn hợp của Bỉ (hành khách + hàng hóa).
BS5400 Phần 2:2006 (Thông số kỹ thuật về tải trọng) xác định hai loại tải trọng chính cho MSB liền kề đường sắt hoặc tích hợp đường sắt:
3.1.1 Tải trọng HA (Giao thông bình thường)
Tải trọng HA áp dụng cho giao thông chung—bao gồm ô tô chở khách, xe tải nhẹ và phương tiện bảo trì đường sắt (ví dụ: máy nghiền đường ray 10 tấn) sử dụng lối đi bộ MSB hoặc các con đường liền kề:
Tải trọng phân bố đều (UDL): 30 kN/m cho các nhịp ≤30 m; giảm tuyến tính xuống 9 kN/m cho các nhịp ≥150 m. Đối với một MSB nhịp 20 m ở Brussels, điều này chuyển thành UDL là 30 kN/m để hỗ trợ các phương tiện bảo trì.
Tải trọng cạnh dao (KEL): Một tải trọng tập trung mô phỏng các trục nặng—120 kN cho các nhịp ≤15 m; tăng lên 360 kN cho các nhịp ≥60 m. Một MSB nhịp 30 m ở Flanders sử dụng KEL 240 kN để chứa cần cẩu bảo trì 12 tấn.
3.1.2 Tải trọng HB (Tải trọng nặng đặc biệt)
Tải trọng HB rất quan trọng đối với MSB đường sắt hỗ trợ các chuyến tàu chở hàng hoặc giao thông công nghiệp nặng. Nó được định nghĩa là các đơn vị mô-đun (10 kN trên mỗi trục) với ba cấu hình liên quan đến Bỉ:
HB-35: 35 đơn vị (tổng trọng lượng 350 kN) – cho các chuyến tàu chở khách nông thôn (trục 15 tấn) và hàng hóa nhẹ.
HB-45: 45 đơn vị (tổng trọng lượng 450 kN) – tiêu chuẩn cho hầu hết các tuyến vận chuyển hàng hóa của Bỉ (trục 25 tấn, ví dụ: Antwerp-Zeebrugge).
HB-50: 50 đơn vị (tổng trọng lượng 500 kN) – cho hàng hóa nặng (trục 30 tấn, ví dụ: vận chuyển than hoặc thép ở Liège).
Khoảng cách trục cho tải trọng HB được tiêu chuẩn hóa ở mức 1,2 m (đối với HB-45/50), gây ra mô-men uốn tối đa trong dầm MSB—một yếu tố cần thiết trong quá trình thiết kế để tránh cong vênh hoặc chảy mặt bích.
3.1.3 Kết hợp tải trọng cho các điều kiện của Bỉ
BS5400 quy định năm tổ hợp tải trọng; với tư cách là kỹ sư, chúng tôi ưu tiên hai tổ hợp cho MSB đường sắt của Bỉ:
Tổ hợp 1 (Vĩnh viễn + HA/HB): Được sử dụng để thiết kế thông thường trong các khu vực không có động đất (hoạt động địa chấn của Bỉ thấp, PGA ≤0,1g). “Tải trọng vĩnh viễn” bao gồm trọng lượng bản thân MSB (15–20 kN/m cho các nhịp S355JR) và đá dằn đường ray (10 kN/m).
Tổ hợp 3 (Vĩnh viễn + HA/HB + Gió): Bắt buộc đối với các khu vực ven biển (Flanders) và các khu vực có độ cao lớn (Ardennes). Tải trọng gió tuân theo 1,5 kPa của BS5400 (đối với địa hình trống) để ngăn chặn sự mất ổn định theo chiều ngang—rất quan trọng đối với MSB có nhịp dài (≥40 m).
Từ góc độ kỹ thuật, BS5400 là bắt buộc hoặc được ưu tiên trong ba tình huống:
Nâng cấp cầu kế thừa: 40% cầu đường sắt của Bỉ được thiết kế theo BS5400 (trước khi áp dụng Eurocode vào năm 2004). Khi cải tạo các cây cầu này bằng MSB (ví dụ: thêm đường ray thứ hai), BS5400 đảm bảo khả năng tương thích tải trọng với các cấu trúc hiện có.
Các dự án xuyên biên giới: Liên kết đường sắt đường hầm Channel của Vương quốc Anh-Bỉ sử dụng BS5400 cho MSB, vì Vương quốc Anh vẫn tham chiếu tiêu chuẩn này. Điều này đảm bảo việc vận chuyển hàng hóa liền mạch giữa Antwerp và London.
Tiêu chuẩn bảo trì của Infrabel: Sổ tay bảo trì cầu đường sắt của Infrabel (2022) yêu cầu tải trọng BS5400 HB cho tất cả MSB được sử dụng trong hành lang vận chuyển hàng hóa, vì nó cung cấp một biên độ an toàn thận trọng hơn so với Eurocode 1991-2 đối với các trục nặng.
Là kỹ sư, chúng ta phải cân bằng hiệu suất kỹ thuật với tính khả thi về thương mại. Dưới đây là phân tích về các yếu tố thúc đẩy thị trường MSB, chuỗi cung ứng, chính sách và giá cả—được điều chỉnh theo hệ sinh thái cơ sở hạ tầng của Bỉ.
Kế hoạch hiện đại hóa 2025–2030 của Infrabel: Infrabel đã phân bổ 3,2 tỷ EUR để nâng cấp cầu đường sắt, trong đó 40% được dành cho MSB. Điều này được thúc đẩy bởi:
Sự cần thiết phải thay thế hơn 200 cây cầu bê tông đã cũ (trước năm 1970).
Tài trợ “Kết nối châu Âu” (CEF) của EU (800 triệu EUR cho các dự án đường sắt của Bỉ), ưu tiên các giải pháp mô-đun, bền vững.
Tăng trưởng khối lượng hàng hóa: Sản lượng container của Cảng Antwerp dự kiến sẽ tăng 12% hàng năm (2024–2030), yêu cầu nâng cấp MSB để xử lý các chuyến tàu nặng hơn. Ví dụ, hành lang Antwerp-Liège sẽ cần 15 MSB tuân thủ HB-50 mới vào năm 2028.
Áp lực đô thị hóa: Dân số đi lại của Brussels đang tăng 1,5% hàng năm, thúc đẩy nhu cầu về MSB để mở rộng đường ray (ví dụ: nâng cấp tuyến Brussels-Ostend, bao gồm 8 MSB).
Sẵn sàng ứng phó khẩn cấp: Infrabel duy trì một kho dự trữ chiến lược gồm 10 MSB (nhịp 20–30 m) ở Ghent và Liège, sẵn sàng triển khai trong vòng 48 giờ—thúc đẩy nhu cầu ổn định đối với MSB có kích thước tiêu chuẩn.
Chuỗi cung ứng MSB của Bỉ có tính địa phương hóa cao, giúp giảm thời gian giao hàng và chi phí—rất quan trọng đối với các dự án đường sắt nhạy cảm về thời gian:
Sản xuất thép trong nước: ArcelorMittal Gent (nhà máy thép lớn nhất của Bỉ) sản xuất 80% thép S355JR và S690QL cho MSB, với thời gian giao hàng là 2–3 tuần (so với 6–8 tuần đối với hàng nhập khẩu).
Chế tạo mô-đun: Các công ty địa phương như BESIX Infra (Brussels) và Jan De Nul Infrastructure (Ghent) chế tạo các thành phần MSB trong các nhà máy được chứng nhận ISO 9001. Điều này đảm bảo độ chính xác (dung sai ±2 mm đối với lỗ bu lông) và kiểm soát chất lượng—cần thiết cho các cụm MSB bắt vít.
Nhà cung cấp chuyên dụng: Đối với các thành phần công nghệ cao (ví dụ: cảm biến IoT, đầu nối chống ăn mòn), Bỉ dựa vào các nhà cung cấp EU:
Siemens Mobility: Cung cấp cảm biến theo dõi tải trọng (tích hợp vào dầm MSB) để theo dõi tình trạng kết cấu theo thời gian thực.
Hilti Belgium: Cung cấp bu lông cường độ cao (cấp 10.9) tuân thủ các yêu cầu về siết chặt của BS5400.
Hậu cần: Các thành phần MSB được vận chuyển qua đường thủy nội địa của Bỉ (70% lô hàng) để giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn giao thông đường bộ—rất quan trọng đối với các dự án đô thị (ví dụ: Brussels) nơi việc tiếp cận của xe tải hạng nặng bị hạn chế.
Khung pháp lý của Bỉ hỗ trợ việc áp dụng MSB đồng thời đảm bảo an toàn và tính bền vững:
Sự liên kết Eurocode-BS5400: Hướng dẫn thiết kế cầu đường sắt của Infrabel (2023) cho phép BS5400 cho MSB nếu chúng đáp ứng Eurocode 1993-1-1 (kết cấu thép) đối với tải trọng địa chấn và gió. Cách tiếp cận kết hợp này tránh thiết kế quá mức trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích.
Chỉ thị về tính bền vững: Đạo luật Kinh tế tuần hoàn của Bỉ (2022) yêu cầu 70% hàm lượng tái chế trong cơ sở hạ tầng công cộng. MSB (thép tái chế 90%) dễ dàng đáp ứng điều này, trong khi cầu bê tông (hàm lượng tái chế 30–40%) thường yêu cầu miễn trừ.
Chứng nhận CE: Tất cả MSB được sử dụng ở Bỉ phải có dấu CE (theo Quy định EU 305/2011), xác nhận tuân thủ BS5400 và Eurocodes. Thử nghiệm độc lập (ví dụ: của TÜV Bỉ) bao gồm các thử nghiệm tải trọng lên đến 120% công suất HB-45.
Tiêu chuẩn xuyên biên giới: Là thành viên của Liên minh Benelux, Bỉ điều chỉnh các tiêu chuẩn MSB với Hà Lan và Luxembourg—đảm bảo kết nối đường sắt liền mạch (ví dụ: tuyến đường cao tốc Brussels-Amsterdam sử dụng các thông số kỹ thuật MSB giống hệt nhau).
Từ quan điểm kinh tế kỹ thuật, MSB mang lại những lợi thế chi phí rõ ràng so với cầu truyền thống ở Bỉ:
Thành phần chi phí |
Cầu thép mô-đun (nhịp 20 m, HB-45) |
Cầu bê tông đúc tại chỗ (nhịp 20 m) |
Lý do kỹ thuật |
Chi phí xây dựng ban đầu |
€280.000–€320.000 |
€420.000–€480.000 |
MSB giảm chi phí lao động (ít hơn 30% công nhân tại chỗ) và tránh chi phí ván khuôn bê tông. |
Chi phí thời gian lắp đặt |
€15.000 (3 ngày ngừng hoạt động) |
€150.000 (3 tháng ngừng hoạt động) |
Rất quan trọng đối với mạng lưới đường sắt tần suất cao của Bỉ—chi phí ngừng hoạt động của Infrabel là €50.000/ngày. |
Chi phí bảo trì trọn đời |
€120.000 (30 năm) |
€240.000 (20 năm) |
Lớp phủ mạ kẽm và epoxy làm giảm việc bảo trì (sơn lại sau mỗi 10 năm so với 5 năm đối với bê tông). |
Tổng chi phí vòng đời |
€415.000–€455.000 |
€810.000–€870.000 |
MSB mang lại khoản tiết kiệm chi phí vòng đời từ 45–50%. |
Các biến thể theo khu vực tồn tại: MSB ở Flanders (chi phí lao động cao hơn) đắt hơn 10–15% so với ở Wallonia, nhưng khoản tiết kiệm vòng đời vẫn nhất quán.
Là kỹ sư đường sắt, chúng ta phải dự đoán những thay đổi về công nghệ và thị trường để thiết kế MSB đáp ứng nhu cầu trong tương lai của Bỉ. Dưới đây là các xu hướng chính:
Thép cường độ cao nhẹ (HSLA): Các thử nghiệm thép S960QL (độ bền chảy 960 MPa) cho MSB đang được tiến hành ở Antwerp. Điều này làm giảm trọng lượng thành phần 25% (so với S690QL), cho phép các nhịp dài hơn (lên đến 60 m nhịp đơn) và dễ dàng vận chuyển đến các địa điểm đô thị.
Kỹ thuật số: BIM (Mô hình thông tin xây dựng) hiện là bắt buộc đối với tất cả các dự án MSB của Infrabel. Chúng tôi sử dụng BIM để mô phỏng các tổ hợp tải trọng BS5400, tối ưu hóa hình học thành phần và tích hợp cảm biến IoT. Ví dụ, dự án MSB Brussels-Ostend đã sử dụng BIM để giảm 30% lỗi thiết kế.
Giám sát tình trạng kết cấu (SHM): Cảm biến IoT (đồng hồ đo biến dạng, máy dò ăn mòn) được nhúng trong dầm MSB cung cấp dữ liệu theo thời gian thực cho trung tâm điều khiển của Infrabel. Điều này cho phép bảo trì dự đoán—ví dụ: cảnh báo các kỹ sư về mức độ ăn mòn vượt quá 10% lớp phủ mạ kẽm.
Tích hợp đường ray được chế tạo sẵn: Các thiết kế MSB mới bao gồm các chốt đường ray và lớp đá dằn được lắp đặt sẵn, giảm thời gian lắp đặt đường ray tại chỗ 50%. Điều này rất quan trọng đối với việc mở rộng đường sắt cao tốc Brussels, nơi dung sai căn chỉnh đường ray là ±1 mm.
Các dự án MSB xuyên biên giới: Sáng kiến “Đường sắt Biển Bắc” của EU (kết nối Bỉ, Hà Lan, Đức và Vương quốc Anh) sẽ yêu cầu hơn 50 MSB tuân thủ BS5400 vào năm 2030. Bỉ sẽ dẫn đầu thiết kế, tận dụng chuỗi cung ứng trong nước.
Đường sắt cao tốc (HSR): Mạng lưới HSR của Bỉ (Thalys, ICE) đang mở rộng sang Liège và Ghent. MSB với cấu hình khí động học hợp lý (để giảm sức cản của gió ở tốc độ 300 km/h) đang được phát triển, với tải trọng BS5400 HB-35 cho các phương tiện bảo trì.
Cải tạo bền vững: MSB hiện có đang được nâng cấp bằng các tấm pin mặt trời (tích hợp vào lối đi bộ trên sàn) để cung cấp năng lượng cho đèn đường ray và cảm biến. Một dự án thí điểm ở Bruges đã giảm 40% mức tiêu thụ năng lượng của MSB.
Nghiên cứu và phát triển trong nước: Khoa Kỹ thuật Xây dựng của Đại học Leuven đang hợp tác với BESIX để phát triển “MSB thông minh” với lớp phủ tự phục hồi (để chống ăn mòn). Điều này sẽ kéo dài tuổi thọ lên hơn 40 năm.
Phát triển kỹ năng: Infrabel và Liên đoàn Xây dựng Bỉ (BFC) cung cấp đào tạo lắp ráp MSB hàng năm cho các kỹ sư và kỹ thuật viên. Hơn 500 chuyên gia đã được chứng nhận kể từ năm 2022, giảm sự phụ thuộc vào chuyên môn nước ngoài.
Tiêu chuẩn hóa nhịp nhỏ: Infrabel đang phát triển một “bộ MSB tiêu chuẩn” (nhịp 10–20 m, tuân thủ HB-40) để triển khai nhanh chóng. Điều này sẽ giảm thời gian thiết kế 70% và giúp MSB dễ tiếp cận hơn đối với các tuyến đường sắt nông thôn.
Là một kỹ sư đã làm việc trong hơn 20 dự án MSB ở Bỉ, tôi có thể chứng thực rằng cầu thép mô-đun tuân thủ BS5400 không chỉ là một giải pháp kỹ thuật—chúng là một yếu tố chiến lược cho việc hiện đại hóa đường sắt của Bỉ. Khả năng cân bằng tốc độ, độ bền và tính bền vững của chúng phù hợp hoàn hảo với các mục tiêu của Infrabel, trong khi việc tuân thủ BS5400 đảm bảo khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng kế thừa và vận chuyển hàng hóa xuyên biên giới.
Nhìn về phía trước, tương lai của MSB ở Bỉ nằm ở sự đổi mới kỹ thuật (thép nhẹ, kỹ thuật số) và mở rộng thị trường (các dự án xuyên biên giới, HSR). Đối với các kỹ sư, chìa khóa sẽ là duy trì các tiêu chuẩn tải trọng nghiêm ngặt của BS5400 trong khi tích hợp các yêu cầu về an toàn và tính bền vững của EU. Với chuỗi cung ứng trong nước và khả năng R&D mạnh mẽ của Bỉ, MSB sẽ tiếp tục đóng một vai trò trung tâm trong việc giữ cho đường sắt của Bỉ—động mạch vận tải quan trọng của châu Âu—hiệu quả, an toàn và linh hoạt trong nhiều thập kỷ tới.