nghiên cứu các thông số kỹ thuật cơ bản để xây dựng đường sắt tốc độ cao từ 160 kmh đến 200 kmh đặc biệt các công trình hạ tầng đáp ứng được yêu cầu nâng cấp tốc độ khai thácđến 350 km h trong tương lai

- Ít bị ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, khí hậu - Khả năng thông hàng lớn, giá thành thấp Do tầm quan trọng của đường sắt tốc độ cao đối với ngành giao thông vận tải và nền kinh tế, n

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

3 Phạm vi nghiên cứu 2

Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 3

1.1.Tổng quan về đường sắt tốc độ cao trên thế giới 3

1.1.1.Lịch sử đường sắt tốc độ cao 3

1.1.2.Khái niệm về đường sắt tốc độ cao 3

1.1.3.So sánh với các phương thức vận tải khác 9

1.2.Nghiên cứu các điều kiện đặc thù của Việt Nam để xây dựng đường sắt tốc độ cao (kinh tế, xã hội, nhu cầu vận tải) 12

1.2.1 Các điều kiện đặc thù về kinh tế xã hội của Việt Nam 12

1.2.2.Hiện trạng giao thông vận tải của Việt Nam 13

1.2.3 Phân tích nhu cầu vận tải 15

1.2.4 Sự cần thiết của đường sắt tốc độ cao ở Việt Nam 17

Kết luận chương 1 20

Chương 2 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ VẬN HÀNH CHẠY TÀU CHO ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 21

2.1 Phân tích so sánh các loại công nghệ đường sắt tốc độ cao 21

2.1.1 Nhật Bản 23

2.1.2 Cộng hoà Pháp 24

2.1.3 Liên bang Đức 28

2.1.4 Trung Quốc 29

2.2 Lựa chọn công nghệ cho hệ thống đường sắt tốc độ cao 29

2.2.1 Một số nhà sản xuất điển hình của đường sắt tốc độ cao 30

2.2.2 Phân tích ưu nhược điểm của các công nghệ đoàn tàu: 32

Kết luận chương 2 35

Chương 3 NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG TRÌNH HẠ TẦNG XÂY DỰNG CHO ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO 37

3.1 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật cơ bản cho tuyến đường sắt tốc độ cao (ĐSTĐC)…… 37

3.1.1 So sánh thông số kỹ thuật tuyến đường sắt tốc độ cao của các nước trên thế giới………… 38

3.1.2 Kết cấu hạ tầng 50

3.1.3 Phân tích, so sánh các cơ sở lựa chọn tuyến đường sắt tốc độ cao với các phương án kịch bản tốc độ khác nhau 53

3.1.4 Đề xuất một số thông số kỹ thuật cơ bản cho tuyến đường sắt tốc độ cao60 3.2 Nghiên cứu các thông số cơ bản cho công trình cầu trên tuyến đường sắt tốc độ cao……… 62

Giải pháp kết cấu cầu đường sắt tốc độ cao 63

3.3 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật cơ bản cho công trình cống, hầm trên tuyến đường sắt tốc độ cao 67

3.4 Nghiên cứu, lựa chọn các thông số kỹ thuật ga 72

3.4.1 Sơ đồ đường ga 74

3.4.2 Các thông số kĩ thuật về ghi: 75

3.4.3 Kích thước ke ga, đường ga: 76

3.4.4 Đường dẫn khách 76

3.4.5 Kiến trúc nhà ga: 77

3.4.7 Hệ thống bán vé tàu và soát vé 80

3.5 Nghiên cứu, lựa chọn thông số kiến trúc tầng trên 81

3.6 Nghiên cứu, lựa chọn thông số ghi đường sắt 86

Kết luận chương 3 88

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CHO HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN KÉO 89

4.1 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật cơ bản cho trạm biến áp điện kéo 89

4.1.1 Tổng quan về hệ thống điện kéo cho đường sắt tốc độ cao 89

4.1.2 Phân tích lựa chọn máy biến áp điện kéo 93

4.1.3 Loại và sự phân bổ các trạm điện 94

4.2 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật cơ bản cho mạch tiếp xúc 95

4.2.1 Yêu cầu chung 97

4.2.2 Hệ thống dây điện chịu lực 98

4.2.3 Chiều cao hệ thống treo 98

4.2.4 Chiều cao/độ dốc của đường dây tiếp xúc 99

4.2.5 Giá đỡ kiểu tay đòn (Tay đỡ) 99

4.2.6 Hệ thống căng dây 99

4.2.7Đường dây hồi lưu 100

4.2.8 Hệ thống bảo vệ 100

4.2.9 Khoảng cách giữa các cột đỡ 101

4.2.10 Các thiết bị chống đỡ đường dây tiếp xúc trên cao, bộ cách điện 102

4.2.11 Bộ chuyển mạch 103

Kết luận Chương 4 104

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI HÌNH DEPOT 105

5.1 Nghiên cứu vị trí và mặt bằng Depot 105

5.1.1 Lựa chọn vị trí depot 105

5.1.2 Bố trí mặt bằng depot 106

5.2 Nghiên cứu, lựa chọn các công trình và thiết bị cơ bản của depot 109

5.2.1 Các loại hình kiểm tra và sửa chữa toa xe 109

5.2.2 Các công trình và thiết bị cơ bản ở xưởng kiểm tra và sửa chữa 110

5.2.3 Các công trình và thiết bị cơ bản ở depot kiểm tra và sửa chữa 113

Lưu ý về thiết kế quy hoạch 114

Các công trình thiết bị chính gồm: 115

Kết luận chương 5 118

CHƯƠNG 6 NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO CÁC LOẠI HÌNH PHƯƠNG TIỆN 119

6.1 Phân loại và lựa chọn các loại hình phương tiện 119

6.2 Nghiên cứu, lựa chọn các thông số kỹ thuật cơ bản cho đầu máy toa xe 125

Kết luận chương 6 131

CHƯƠNG 7 NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN VÀ YÊU CẦU LẮP ĐẶT HỆ THỐNG THÔNG TIN 132

7.1 Nghiên cứu các loại thiết bị thông tin 132

7.1.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin đường sắt 132

7.1.2 Lựa chọn phương án xây dựng hệ thống thông tin đường sắt 132

7.1.3 Cấu trúc hệ thống thông tin đường sắt sử dụng SDH 136

7.2 Nghiên cứu các yêu cầu xây lắp mạng thông tin 147

7.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật lắp đặt hệ thống con truyền dẫn 147

7.2.2 Các yêu cầu kỹ thuật lắp đặt hệ thống con điện thoại 155

7.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật lắp đặt hệ thống con vô tuyến 158

7.2.4 Các yêu cầu kỹ thuật lắp đặt hệ thống con giám sát CCTV 161

a) Camera kỹ thuật số HD 161

b) Yêu cầu đối với thiết bị mã hóa và giải mã video 162

7.2.5 Các yêu cầu kỹ thuật lắp đặt hệ thống con phát thanh 163

a) Các thông số và chỉ tiêu kỹ thuật chung của hệ thống 163

b) Tham số một số thiêt bị hệ thống phát thanh 164

c) Lắp đặt hệ thống phát thanh 165

7.2.6 Các yêu cầu kỹ thuật lắp đặt hệ thống con đồng hồ 166

a) Các yêu cầu về tham số hệ thống 166

b) Lắp đặt hệ thống đồng hồ 167

Kết luận chương 7 168

CHƯƠNG 8 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TÍN HIỆU 170

8.1 Nghiên cứu thiết bị đóng đường tự động 170

8.2 Nghiên cứu các hiển thị của tín hiệu trên đường sắt tốc độ cao 176

8.3 Nghiên cứu thiết bị giảm tốc 177

8.4.Nghiên cứu thiết bị chạy tầu tự động 180

8.5.Trung tâm điều độ đường sắt 183

Kết luận chương 8 187

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 188

TÀI LIỆU THAM KHẢO 191

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Đường sắt tốc độ cao trên thế giới 21

Bảng 2.2.Đặc điểm chính của TGV 25

Bảng 2.3.Đặc điểm chính của đầu máy toa xe TGV 27

Bảng 2.4 Ưu và nhược điểm của hệ thống động lực tập trung và hệ thống động lực phân tán 33

Bảng 2.5 So sánh các loại hình công nghệ của đường sắt tốc độ cao 34

Bảng 3.1.Tiêu chuẩn xây dựng Shinkansen (Nhật Bản) và TGV (Pháp) 44

Bảng 3.2 Tiêu chuẩn xây dựng ĐSTĐC của Hàn Quốc, Đài Loan, TGV Atlantique, Đức và Italia 46

Bảng 3.3 So sánh kết cấu hạ tầng đường sắt tốc độ cao một số nước 50

Bảng 3.4 Các thông số hạ tầng của một số tuyến đường sắt tốc độ cao trên thế giới 51

Bảng 3.5 So sánh giá thành xây dựng công trình với các tốc độ khác nhau 53

Bảng 3.6 So sánh một số thông số kỹ thuật cơ bản trong các nghiên cứu về đường sắt tốc độ cao của Việt Nam 54

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật cơ bản đề xuất cho ĐSTĐC ở Việt Nam 60

Bảng 3.7 Một số thông số kỹ thuật chính cầu đường sắt tốc độ cao trên thế giới 64

Bảng 3.8 Các thông số kỹ thuật cơ bản cho cầu đường sắt tốc độ cao 66

Bảng 3.9 Các khuyến cáo với hầm đường sắt tốc độ cao trên thế giới 70

Bảng 3.10 Quan hệ giữa bán kính trong của hầm và tốc độ chạy tàu 70

Bảng 3.11 Các thông số kỹ thuật cơ bản đề xuất với hầm 71

Bảng 4.1 Các hệ thống cung cấp điện kéo và khoảng cách lấy điện 89

Bảng 4.2 Điện áp và khoảng cách các trạm biến áp của các hệ thống cấp điện AC khác nhau ở Nhật Bản 90

Bảng 4.3.Điện áp của dòng tiếp xúc trên cao 90

Bảng 4.4 So sánh các thông số tiếp xúc trên cao của tuyến đường sắt tốc độ

cao 95

Bảng 4.5 Loại dây tiếp xúc trên cao và sức căng tiêu chuẩn 98

Bảng 4.6 Chiều cao hệ thống treo đường dây tiếp xúc trên cao 99

Bảng 4.7 Phạm vi lắp đặt giá đỡ kiểu tay đòn 99

Bảng 4.8 Phạm vi lắp đặt của tay đỡ kiểu đẩy ra 99

Bảng 4.9 Loại và sức căng tiêu chuẩn của đường dây hồi lưu 100

Bảng 4.10.Khu vực lắp đặt hệ thống bảo vệ 100

Bảng 4.11 Các loại của dây bảo vệ 100

Bảng 4.12 Nhịp tiêu chuẩn 101

Bảng 4 13 Các thông số cơ bản đề xuất với mạch tiếp xúc 103

Bảng 5.1.Máy móc thiết bị chính trong nhà xưởng 117

Bảng 5.2 Đầu máy toa xe chủ yếu trong bảo trì - bảo dưỡng đường sắt 117

Bảng 6.1 So sánh các loại đầu máy toa xe tốc độ cao trên thế giới 124

Bảng 6.2 Đề xuất các thông số phương tiện cho đường sắt tốc độ cao 130

Bảng 7.1.Quy phạm thông số giao diện quang STM-16 148

Bảng 7.2 Yêu cầu kỹ thuật với cáp thông tin 152

Bảng 8.1.Hệ thống tín hiệu được sử dụng với đường sắt có tốc dưới 230km/h với các tuyến đường sắt tốc độ cao trên thế giới 186

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Chiều dài tuyến đường sắt tốc độ cao và 200 km/h theo số liệu giai

đoạn 2008 -2013 Nguồn: Báo cáo của Bộ giao thông Trung quốc 9

Hình 1.2 Khả năng đáp ứng nhu cầu trên hành lang Bắc Nam 16

Hình 2.1 Đoàn tàu AVG chuyển giao cho nhà điều hành tư nhân NTV (Italy) 30

Hình 2.2 Đoàn tàu CSR's CRH380A 30

Hình 2.3 Hyundai Rotem's KTX-II (lTrái) and HEMU-400X (Phải) 31

Hình 2.4 Shinkansen N700 Series (trái) and E5 Series (phải) 31

Hình 3.1 Dạng kết mặt cắt ngang cầu đường sắt tốc độ cao điển hình trên thế giới 64

Hình 3.2.Kết cấu cầu cạn điển hình 65

Hình 3.3 Các dạng mặt cắtcủa hầm đường sắt tốc độ cao 69

Hình 3.5 Hiện tượng sóng vi áp trong đường hầm 71

Hình 3.6 : Sơ đồ đường ga đầu 74

Hình 3.7 Sơ đồ đường ga cuối 74

Hình 3.8 Sơ đồ đường ga dọc đường tại những vị trí trung tâm 75

Hình 3.9 Sơ đồ các ga dọc đường 75

Hình 3.10 Mặt bằng và kích thước ke ga 76

Hình 3.11 Ví dụ mặt cắt ngang công trình nhà ga 3 tầng 79

Hình 3.12 Ví dụ mặt cắt ngang công trình nhà ga 2 tầng 79

Hình 3.13 Mặt cắt ngang cơ bản của kết cấu ray và tà vẹt 82

Hình 3.14 Kết cấu đường dạng bản 83

Hình 3.15 Mặt cắt ngang điển hình của các loại ray đường sắt Nhật Bản 84

Hình 3.15 Các dạng phụ kiện liên kết của đường sắt tốc độ cao 85

Hình 4.1 Hệ thống cấp điện 2x25KV 93

Hình 4.2 Sơ đồ đường dây tiếp xúc trên cao cuả một số tuyến ĐSTĐC trên thế giới 96

Hình 4.3 Cấu trúc đường dây tiếp xúc trên cao (OLE) 97

Hình 4.4 Sơ đồ đường dây tiếp xúc trên cao (OLE) trên mặt bằng 97

Hình 4.5 Các đặc trưng chung của hệ thống tiếp xúc trên cao (OLE) của đường sắt tốc độ cao 97

Hình 4.6 Cột chống của hệ thống cấp điện trong hầm 101

Hình 4.7 Cột chống của hệ thống cấp điện trên cầu cạn 102

Hình 4.8 Đường dây nối đất trên không lắp đặt trên cột catenary 103

Hình 4.9 Các chi tiết của kết cấu nối đất 103

Hình 5.1.Sàn kiểm tra nóc toa xe và hầm kiểm tra 110

Hình 5.2 Hầm kiểm tra 110

Hình 5.3 Thiết bị kiểm tra độ lên xuống của cần lấy điện 111

Hình 5.4 Đường, thiết bị dành cho tiện bánh xe 112

Hình 5.5 Máy xịt dung dịch 112

Hình 5.6 Máy rửa toa xe 112

Hình 5.7 Đường chứa toa xe 113

Hình 5.8: Các đường chứa xe 116

Hình 6.1 Loại đầu máy toa xe E5 120

Hình 6.2 Đoàn tàu Shinkansen Seri N700 121

Hình 6.3 TGV-POS (pháp) 121

Hình 6.4 Đoàn tàu AGV (pháp) 122

Hình 6.5 Đoàn tàu ICE3 123

Hình 6.6 Đoàn tàu CRH3C (Trung Quốc) 123

Hình 6.7 Khổ giới hạn kiến trúc 127

Hình 7.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin 137

Hình 7.2 Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống truyền dẫn 138

Hình 7.4 Hệ thống con camera giám sát CCTV 143

Hình 7.5 Hệ thống con phát thanh 145

Hình 7.6 Hệ thống con đồng hồ 147

Hình 8.1 Sơ đồ thiết bị đóng đường tự động 171

Hình 8.2.Tín hiệu hiển thị trên đường sắt tốc độ cao 176

Hình 8.3 Trang trí hãm từ ray 180

Hình 8.4 Hãm dòng Fuco 180

Hình 8.5 Tổng quan về hệ thống điều khiến tự động đoàn tàu 182

Hình 8.6 Sơ đồ cấu trúc được sử dụng trong hệ thống điều khiển tự động đoàn tàu ATC (Automatic Train Control) 183

Hình 8.7 Trung tâm giám sát điều hành 184

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu

Tình hình kinh tế xã hội ở Việt Nam đang có những thay đổi mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng kinh tế Sự phát triển nhanh của các cụm công nghiệp ở miền Bắc và miền Nam đã và đang thúc đẩy nhu cầu giao thông tăng lên nhanh chóng Điều này đặt ra một yêu cầu cấp thiết là phải nâng cấp hệ thống giao thông vận tải

Đường sắt là xương sống của lĩnh vực giao thông vận tải Vận chuyển hàng hóa bằng đường sắt luôn chiếm một vai trò quan trọng trong lĩnh vực vận tải nói chung Khi sử dụng dịch vụ vận chuyển hàng bằng đường sắt có những

ưu điểm sau đây :

- Vận chuyển được các hàng nặng trên những tuyến đường xa

- Tốc độ nhanh, ổn định, mức độ an toàn và tiện nghi cao => tiết kiệm thời gian

- Ít bị ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, khí hậu

- Khả năng thông hàng lớn, giá thành thấp

Do tầm quan trọng của đường sắt tốc độ cao đối với ngành giao thông vận tải và nền kinh tế, năm 2015, Thủ tướng Chính phủ Việt Nam đã ký Quyết định số 1468/QĐ-TTg ngày 24 tháng 8 năm 2015 về phê duyệt điều chỉnh quy hoạch tổng thế phát triển giao thông vận tải đường sắt Việt Nam đến năm 2020

và tầm nhìn đến năm 2030, trong đó đã khẳng định mục tiêu cần ưu tiên xây dựng tuyến đường sắt tốc độ cao Bắc Nam

Với đặc điểm các thành phố ở Việt Nam nằm trải dọc bờ biển kéo dài trên 1.500km, trong tương lai mạng đường sắt xuyên Á sẽ nối thông đường sắt Việt Nam với các nước trong khu vực Đông Nam Á và Trung Quốc, kéo theo

sự gia tăng luồng khách liên vận đường sắt quốc tế, khách du lịch và sự giao thương kinh tế giữa các vùng miền

Đường sắt tốc độ cao đã, đang và sẽ là lựa chọn của nhiều Quốc gia trong tương lai Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển kinh tế và hội nhập

Quốc tế nên việc nghiên cứu xây dựng đường sắt tốc độ cao là hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển chung

Đường sắt tốc độ cao tạo điều kiện cho ngành đường sắt phát triển, mở rộng thị trường vận tải, tăng tính cạnh tranh trong lĩnh vực vận tải Ngoài ra, việc phát triển đường sắt tốc độ cao cùng với các tiến bộ khoa học kỹ thuật sẽ được áp dụng vào lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và khai thác vận hành và duy tu bảo dưỡng đường sắt sẽ phát triển theo nhiều lĩnh vực kinh tế -

kỹ thuật và xã hội

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Từ việc nghiên cứu tổng quan hiện trạng và xu hướng phát triển của điện khí hóa đường sắt và việc xây dựng các tuyến đường sắt tốc độ cao ở các nước trên thế giới, nội dung đề tài tập trung phân tích cơ sở khoa học, lựa chọn các thông số kỹ thuật cơ bản về cầu, đường, ga, hệ thống thông tin tín hiệu, phương tiện, hệ thống điện kéo, trạm biến áp, phương thức tiếp xúc điện kéo và công nghệ khai thác v.v… áp dụng cho đường sắt tốc độ cao để đảm bảotính khả thi

và phù hợp với điều kiện Việt Nam

Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ

Năm 1957, Công ty đường sắt Odakyu ở vùng thủ đô Tokyo ra mắt dịch

vụ Romancecar với series tàu 3000 SE của mình đã lập kỷ lục thế giới với các đoàn tàu hoạt động trên đường sắt khổ hẹp với tốc độ 145 km/h, giúp các nhà thiết kế Nhật Bản tin rằng họ có thể chế tạo các đoàn tàu an toàn và tin cậy hoạt động trên đường sắt khổ tiêu chuẩn Trong khi nghiên cứu để giải quyết

sự quá tải của những đoàn tàu trên tuyến Tokyo-Osaka, ý tưởng về đường sắt tốc độ cao ra đời

"Tàu cao tốc" đương đại đầu tiên của thế giới với lượng chuyên chở lớn (ban đầu tối đa 12 toa) là tuyến đường sắt TokaidoSinkansen của Nhật Bản, được xây dựng từ tháng 4 năm 1959 và chính thức khai trương tháng 10 năm 1964.Đoàn tàu 0 Series Shinkansen, do Công ty Công nghiệp nặng Kawasaki chế tạo, đã đạt tốc độ chuyên chở hành khách tối đa 210 km/h trên tuyến Tokyo–Nagoya–Kyoto–Osaka, với những cuộc thử nghiệm trước đó đạt tới tốc độ tối đa năm 1963 là 256 km/h

Tại châu Âu, đường sắt tốc độ cao bắt đầu được khởi động từ Hội chợ Vận tải Thế giới ở Munich tháng 6 năm 1965, khi tàu DB Class 103 thực hiện tổng cộng 347 chuyến đi trình diễn ở tốc độ 200 km/h giữa Munich và Augsburg Dịch vụ thường xuyên đầu tiên ở tốc độ này là dịch vụ TEE "Le Capitole" đi từ Paris tới Toulouse sử dụng các đầu máy SNCF Class BB

9200 được chuyển đổi đặc biệt

1.1.2 Khái niệm về đường sắt tốc độ cao

Đường sắt tốc độ cao là một kiểu vận tải hành khách đường sắt hoạt động nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ đường sắt thông thường

Theo Hiệp hội Đường sắt Quốc tế (UIC), hệ thống đường sắt tốc độ cao kết hợp nhiều yếu tố sử dụng các công nghệ hiện đại và chưa có một định nghĩa chuẩn được thống nhất chung về đường sắt tốc độ cao Có nhiều mức vận tốc khác nhau trong giới hạn định nghĩa “tốc độ cao” – từ 160 km/h tới

300 km/h tùy theo quốc gia và vùng

Liên minh châu Âu đã định nghĩa chi tiết tốc độ của đường sắt tốc độ cao là 245 km/h cho đường nâng cấp và 295 km/h trở lên với đường mới Tại Nhật Bản các tuyến đường Shinkansen hoạt động với tốc độ hơn 260 km/h và được xây dựng bằng đường sắt khổ tiêu chuẩn và không có giao cắt đồng mức Tại Trung Quốc, các tuyến đường sắt tốc độ cao quy ước hoạt động với tốc độ tối đa 350 km/h, và một tuyến Maglev đạt tới tốc độ 430 km/h

Mặc dù đường sắt tốc độ cao thường được thiết kế để vận chuyển hành khách, một số hệ thống tốc độ cao cũng thực hiện một số dịch vụ vận tải hàng hoá Ví dụ dịch vụ thư tín Pháp La Poste sở hữu một số tàu TGV đặc biệt để chở hàng hoá.Có một số định nghĩa khác nhau về đường sắt tốc độ cao được sử dụng trên khắp thế giới và không có một tiêu chuẩn duy nhất Hơn nữa, tùy mỗi địa phương lại có giới hạn tốc độ cho mình Chỉ thị Directive 96/58ECđịnh nghĩa đường sắt tốc độ cao là các hệ thống xe lửa và cơ sở hạ tầng hoạt động thường xuyên với tốc độ 250 km/h trở lên trên các đường mới hay 200 km/h trên các tuyến đường có sẵn

Một cách định nghĩa đường sắt tốc độ cao khác là phải sử dụng ray hàn liền để giảm các rung động của đường và sự sai lệch giữa các đoạn ray cho phép tàu đi qua với các tốc độ hơn 200 km/h Phụ thuộc vào tốc độ thiết kế, độ nghiêng và các lực có thể chấp nhận được với hành khách, các đường cong thường có bán kính hơn 5 km

Một số đặc điểm chung cho hầu hết các hệ thống đường sắt tốc độ caolà tất cả đều hoạt động bằng điện thông qua cần lấy điện trên cao và có hệ thống tín hiệu trong toa xe cũng như không có giao cắt đồng mức, dù có một số ngoại lệ như tuyến Great Western ở Anh

Tại Hoa Kỳ, đường sắt tốc độ cao được Cơ quan Đường sắt Liên bang Hoa Kỳ định nghĩa là có tốc độ trên 110 mph (180 km/h) Dịch vụ đường

sắt duy nhất hiện tại ở Hoa Kỳ sử dụng các đoàn tàu tốc độ cao là Acela Express, tại Hành lang Đông Bắc giữa Boston, New York và Washington D.C.;

sử dụng các đoàn tàu nghiêng để đạt tới tốc độ lên đến 240 km/h (150 mph) trên các tuyến đường sẵn có Hành lang Đông Bắc cũng là hành lang đường sắt tốc độ cao duy nhất trên thế giới với các điểm giao cắt đồng mức, dù các điểm giao cắt này sau đó đã được thay thế bằng các cầu vượt

Trong những thập kỷ sau Thế chiến II, những cải tiến với ô tô và máy bay, các hạn chế chống độc quyền với các công ty đường sắt, và việc chính phủ trợ cấp cho các tuyến đường tốc độ cao và sân bay đã khiến các phương tiện này chiếm được tỷ lệ sử dụng cao của dân chúng so với trước đó nên sự ưu tiên được dành cho việc xây dựng một mạng lưới đường tốc độ cao liên bang và các sân bay lớn Các hệ thống vận tải công cộng đô thị ở Hoa Kỳ đều tránh việc ưu tiên cho mở rộng đường sắt Các tuyến đường sắt ở Hoa Kỳ có tính cạnh tranh kém một phần bởi chính phủ thường ưu tiên vận tải đường bộ và đường không hơn tại các quốc gia châu Âu và Nhật Bản và một phần bởi mật

độ dân số thấp hơn ở Mỹ, nhưng khi chi phí vận tải gia tăng, số người đi lại bằng tàu hoả đã tăng lên trên cả nước

Năm 2014, Cơ quan Đường sắt Tốc độ cao California hiện có kế hoạch các tuyến đường từ Vịnh San Francisco và Sacramento tới Los Angeles và Irvine qua Central Valley, cũng như một tuyến từ Los Angeles tới San Diego qua Inland Empire Tập đoàn Đường sắt Tốc độ cao và Vận tải Texas đang tìm cách mang lại cho Texas một hành lang đường sắt và vận tải đa phương thức cải tiến Tập đoàn đã phát triển các hành lang Texas T-Bone và Brazos Express

để nối Trung tâm Texas Thượng nghị sĩ bang New York Caesar Trunzo đã thông báo một kế hoạch dài hạn để đưa dịch vụ đường sắt tốc độ cao giữa Buffalo và Thành phố New York, qua Albany, xuống dưới ba giờ

Trong khi đó, ở châu Âu và Nhật Bản, sự ưu tiên được dành cho việc khôi phục các tuyến đường sắt sau chiến tranh

Tại Nhật Bản các tuyến Shinkansen sử dụng khổ đường tiêu chuẩn thay

vì đường khổ hẹp được dùng trên các tuyến khác Những con tàu này hoạt động với tốc độ hơn 260 km/h và không có giao cắt đồng mức

Tokaido Shinkansen khai trương ngày 1 tháng 10 năm 1964, đúng thời gian Olympics Tokyo Tình hình tuyến đường đầu tiên ở Nhật khác biệt so với

các tuyến đường sau đó Con đường vốn đã rất đông đúc và việc phát triển đường tốc độ cao sẽ rất đắt đỏ và chỉ một tuyến đường duy nhất giữa Tokyo và Osaka có thể phục vụ tới một nửa dân số quốc gia Năm 1959 dân số vùng này gần 45 triệu người; ngày nay đã là hơn 65 triệu Tuyến Tokaido Shinkansen là tuyến đường sắt tốc độ cao có số người đi lại cao nhất trên thế giới và vẫn vận chuyển đông hành khách hơn mọi tuyến đường sắt tốc độ cao khác trên thế giới cộng lại Những tuyến sau này ở Nhật Bản có mức độ phục vụ tương đương với tình hình tại châu Âu

Các đoàn tàu hoạt động trên đệm từ được liệt vào tiêu chí đường sắt tốc

độ cao do sự liên kết của chúng với các phương tiện chạy theo đường ray; tuy nhiên vì chúng không thể hoạt động được trên các tuyến đường sắt thông thường nên chúng cũng thường được xếp vào một tiêu chí riêng biệt Ở cả Nhật

và Pháp những ý tưởng đầu tiên cho sự ra đời đường sắt tốc độ cao là nhu cầu hơn nữa về năng lực để đáp ứng yêu cầu vận tải hành khách bằng đường sắt Tới giữa thập niên 1950, tuyến Tokaido Main Line tại Nhật đã hoạt động với đầy đủ công suất, và việc xây dựng đoạn đầu tiên của Tokaido Shinkansen giữa Tokyo và Osakabắt đầu năm 1959

Việc đi lại bằng đường sắt có tính cạnh tranh cao hơn tại các vùng

có mật độ dân số lớn hay tại những nơi có giá xăng đắt, bởi các đoàn tàu quy ước có hiệu năng nhiên liệu cao hơn ô tô khi số lượng người đi lớn, tương tự như các hình thức vận tải công cộng số lượng lớn khác Rất ít các đoàn tàu tốc

độ cao sử dụng nhiên liệu diesel hay các loại nhiên liệu hoá thạchkhác nhưng các nhà máy phát điện cung cấp điện cho đoàn tàu có thể sử dụng nhiên liệu hoá thạch Tại Nhật Bản và Pháp, có các mạng lưới đường sắt tốc độ cao đắt đỏ nhất, một phần lớn lượng điện có từ nhiên liệu hạt nhân.Thậm chí khi sử dụng điện được sản xuất từ than đá hay dầu mỏ, các đoàn tàu vẫn có hiệu năng nhiên liệu trên hành khách trên kilômét lớn hơn ô tô thông thường bởi sự tiết kiệm thang biểu trong kỹ thuật phát điện

Các mạng lưới đường sắt, giống như đường cao tốc, đòi hỏi các khoản đầu tư tư bản cố định lớn và vì thế yêu cầu đồng thời một mật độ dân số lớn và

sự đầu tư của chính phủ để có khả năng cạnh tranh so với cơ sở hạ tầng tư bản sẵn có của máy bay và ô tô Mật độ đô thị và vận tải số lượng lớn là các yếu tố

then chốt trong thành công của vận tải đường sắt châu Âu và Nhật Bản, đặc biệt tại các quốc gia như Hà Lan, Bỉ, Đức, Thuỵ Sĩ, Tây Ban Nha và Pháp

Đa phần công nghệ phía sau đường sắt tốc độ cao là một sự áp dụng cải tiến công nghệ đường sắt khổ tiêu chuẩn và lấy điện từ cần phía trên Bằng cách xây dựng một cơ sở hạ tầng đường sắt mới với kỹ thuật của thế kỷ 20, gồm cả việc hạn chế các giới hạn như giao cắt đường cùng mức, dừng liên tục, một sự tiếp nối liên tục các đường cong và đường cong hoãn hòa, và không sử dụng chung đường với các đoàn tàu chở hàng hay tàu chở khách tốc độ thấp, các đoàn tàu luôn duy trì được tốc độ cao (250–320 km/h) Tổng chi phí sở hữu các hệ thống đường sắt tốc độ cao nói chung thấp hơn tổng chi phí những phương án thay thế cạnh tranh (đường tốc độ cao hay đường không mới)

Các hệ thống của Nhật thường đắt đỏ hơn nhưng có độ tin cậy lớn hơn bởi chúng có đường dẫn riêng mức, không có giao cắt, và các hệ thống giám sát thảm hoạ Dù vậy phần lớn chi phí của hệ thống Nhật Bản liên quan tới việc đào hầm qua núi Những cải tiến gần đây với bánh xe đã đẩycác giới hạn tốc

độ vượt quá 400 km/h, trong số các tiến bộ có các bộ điều chỉnh độ nghiêng tàu, thiết kế khí động học (để giảm lực cản, lực nâng, và tiếng ồn), phanh không khí, phanh tái hấp thu năng lượng, động cơ mạnh hơn, ghi trọng lượng động, Một số cải tiến là để giải quyết các vấn đề liên quan đến thảm hoạ Eschede (1988)

Tại Pháp, chi phí xây dựng (€10 triệu/km (US$15.1 triệu/km) cho LGV Est) đã được giảm thiểu bằng cách chấp nhận những mức độ cao dần thay vì xây dựng các hầm và cầu cạn Tuy nhiên, tại đất nước Thuỵ Sĩ nhiều đồi núi, các hầm là không thể tránh khỏi Bởi các tuyến đường được dành riêng để chở khách được áp dụng độ dốc 5%, chứ không phải độ dố tối đa 1–1.5% như trước kia cho giao thông hỗn hợp

Tại các quốc gia khác đường sắt tốc độ cao được xây dựng mà không tính tới các yếu tố kinh tế đó để đường sắt cũng có thể hỗ trợ các loại hình vận tải khác, như chở hàng Tuy nhiên kinh nghiệm cho thấy, những đoàn tàu có tốc độ thay đổi lớn gây ra sự sụt giảm đáng kể năng lực của tuyến đường Vì thế, các tuyến đường vận tải hỗn hợp thường được dùng cho các đoàn tàu chở khách ban ngày, trong khi các đoàn tàu chở hàng hoạt động ban đêm Trong một số trường hợp, các đoàn tàu tốc độ cao ban đêm thậm chí được chuyển

thành các tuyến tốc độ thấp để nhường đường cho việc chở hàng Lịch trình chạy tàu của các đoàn tàu ICE vào LGVs Pháp đã được áp dụng cho năm 2001,

và thử nghiệm chạy hoàn thành vào năm 2005 Kể từ tháng sáu năm 2007, dịch

vụ ICE Paris từ Frankfurt và Saarbrücken qua LGV Est

Không giống như các TGV ở Pháp hay Shinkansen ở Nhật Bản, Đức đã trải qua một tai nạn chết người trên tuyến đường sắt tốc độ cao Trong thảm họa xảy ra năm 1998, một đoàn tàu ICE thế hệ đầu tiên bịsự cố trật ray thảm khốc khi đang đi ở tốc độ 200 km/h gần Eschede (Đức) Trong số 287 hành khách trên tàu, 101 người thiệt mạng và 88 người bị thương trong vụ trật bánh Nguyên nhân vụ tai nạn là kết quả của thiết kế bánh xe bị lỗi và sau vụ tai nạn, tất cả các bánh xe ICE của thiết kế đã được thiết kế lại và thay thế

Tàu Thalys bắt đầu chạy ở Đức vào năm 1997, từ HSL Bỉ 3 đến Aachen

và Cologne bằng đường sắt tốc độ cao Cologne-Aachen Tàu TGV POS bắt đầu chạy ở Đức vào năm 2007, sử dụng tuyến tốc độ cao với Karlsruhe và Stuttgart Mannheim-Stuttgart và Karlsruhe-Basel

Ở Trung Quốc có hai cấp đường tốc độ cao Thứ nhất là các tuyến chậm hơn hoạt động ở các tốc độ trong khoảng 200 và 250 km/h và có cả các toa chở hàng và chở khách Thứ hai, các tuyến đường tốc độ cao chỉ để chở khách hoạt động với các tốc độ tối đa lên tới 350 km/h (điều chỉnh quy hoạch về phát triển đường sắt năm 2013 của Trung Quốc)

Xét về chiều dài đường sắt cao tốc, Trung Quốc hiện dẫn đầu thế giới Chương trình về đường sắt tốc độ cao (HSR) bắt đầu vào năm 2003 với một đường 404 km giữa Tần Hoàng Đảo và Thẩm Dương vận hành ở tốc độ tối đa

250 km/h Tuyến Bắc Kinh-Thiên Tân, đã mở ra thế hệ mới của HSR vào tháng 8 năm 2008 với tốc độ tối đa 350 km/h

Vào cuối tháng 12 năm 2013, hầu hết các thành phố lớn ở Trung Quốc được kết nối, hoặc trong quá trình đang được xây dựng tuyến đường sắt với tốc

độ tối đa 200 km / h hoặc cao hơn Hầu hết các đoàn tàu tốc độ cao 200 km/h đều được vận hành theo công nghệ EMU bao gồm 8 -16 toa xe Theo biểu đổ chạy tàu mà Trung quốc công bố năm 2014, có 70 đến 100 đôi tàu tầu độ cao đang hoạt động và lên đến 8 đôi tàu đang hoạt động trong giờ cao điểm Mật

độ hành khách trên mỗi tuyến ước đạt 20 đến 30 triệu (nguồn WB)

Một vấn đề đặt ra là với các tuyến đường sắt tốc độ cao của Trung quốc đang khai thác với tốc độ 350 km/h sau một số liên tiếp các sự cố tai nạn (2008, 2009, 2011) Trung Quốc đã hạ thấp các tiêu chuẩn về tốc độ khai thác của đoàn tàu

2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000

Hình 1.1 Chiều dài tuyến đường sắt tốc độ cao và 200 km/h theo số liệu giai đoạn 2008 -2013 Nguồn: Báo cáo của Bộ giao thông Trung quốc

1.2.3 So sánh với các phương thức vận tải khác

Đường sắt tốc độ cao thường là một hệ thống tách biệt và có ưu thế so với các hệ thống vận tải khác, nhưng toàn bộ hệ thống vận tải phải hợp tác với nhau để tối đa hoá lợi nhuận Một hệ thống đường sắt tốc độ cao tốt có năng lực dịch vụ trực tiếp và có sự kết nối tốt với các hệ thống vận tải khác Tất cả những điều này phụ thuộc vào thiết kế, áp dụng, bảo dưỡng, hoạt động và cấp vốn Sự hoạt động hiệu quả thường phụ thuộc vào hoạt động điều hành hơn là các tính năng kỹ thuật đơn thuần

Một số yếu tố chủ chốt thúc đẩy sự phát triển đường sắt tốc độ cao là các sân bay và đường tốc độ caokhông có không gian để mở rộng, và thường quá tải Đường sắt tốc độ cao có năng lực chuyên chở lớn (các đoàn tàu E4 Series Shinkansen hai tầng có thể chở 1,634 hành khách ngồi, gấp đôi chiếc Airbus A380 ở kiểu bố trí chở toàn bộ khách hạng thường, và thậm chí còn hơn nữa nếu cho phép chở cả hành khách đứng), và có tiềm năng làm giảm tắc nghẽn cho các hệ thống khác Các hệ thống đường sắt tốc độ cao được thiết kế tốt

thân thiện với môi trường hơn vận tải đường bộ và đường không, vì các lý do sau:

-Chuyển sang sử dụng phương thức vận tải ít tác động với môi trường hơn

- Lượng tiêu thụ nhiên liệu hành khách trên kilômét nhỏ hơn

- Giảm sử dụng đất so với đường bộ

Đường sắt tốc độ cao có lợi thế so với ô tô ở điểm nó có thể chuyên chở nhiều hành khách hơn ở tốc độ lớn hơn nhiều so với tốc độ được phép của ô tô

ở hầu hết các quốc gia Ở giới hạn tốc độ thấp của đường sắt tốc độ cao (160km/h -200 km/) cũng nhanh hơn rất nhiều so với giới hạn cao nhất trên đường bộ ở hầu hết các quốc gia

Bỏ qua một số ít quốc gia không đặt giới hạn tốc độ thì tốc độ cao nhất của đường bộ cao tốc hiếm khi cao hơn 130 km/h (80 mph) Với những chuyến

đi từ trung tâm thành phố này tới trung tâm thành phố khác, lợi thế của đường sắt tốc độ cao càng gia tăng nhờ các giới hạn tốc độ của giao thông đường bộ trong hầu hết các khu vực đô thị Với chuyến đi càng dài, lợi thế thời gian càng lớn cho đường sắt so với đường bộ với cùng đích đến

Hơn nữa, các tuyến đường sắt cho phép khả năng lưu thông hành khách trên giờ cao hơn rất nhiều so với đường bộ có cùng chiều rộng Một tuyến đường sắt tốc độ cao chỉ cần hai đường ray, một đường cho mỗi hướng Theo nghiên cứu của UIC, khả năng lưu thông thông thường là 15 chuyến tàu trên giờ và 800 hành khách mỗi tàu (như cho các đoàn tàu Eurostar), với khả năng

12000 hành khách trên giờ mỗi hướng Trái lại, năng lực tối đa cho một làn đường tốc độ cao là 2250 xe hành khách trên giờ (ngoại trừ xe tải hay RVs) với giả thiết lượng người trong mỗi xe là 1,57 người, đường sắt đôi tiêu chuẩn có khả năng trung bình lớn hơn 13% so với đường tốc độ cao 6 làn (3 làn mỗi hướng), trong khi chỉ cần 40% đất (1.0/3.0 so với 2,5/7,5 hectare trên kilômét tiêu thụ đất trực tiếp/gián tiếp) Điều này có nghĩa đường sắt chở khách thông thường chuyên chở gấp 2,83 lần hành khách trên giờ trên mét (rộng) so với đường bộ Một số hệ thống đường sắt chở khách, như tuyến Tokaido Shinkansen ở Nhật Bản, có các tỷ lệ lớn hơn nhiều (với lên tới 20,000 hành khách trên giờ trên hướng)

Tuy các đoàn tàu tốc độ cao thương mại có tốc độ hoạt động tối đa chậm hơn máy bay phản lực, chúng có các lợi thế so với đi lại bằng đường hàng không với những khoảng cách khá ngắn, và có thể là một phần tích hợp của một hệ thống vận tải Chúng cũng nối các ga đường sắt ở trung tâm thành phố với nhiều ga đường sắt tại các trung tâm khác (với một điểm dừng trung gian

để trả/nhận khách khoảng một hay hai phút), trong khi vận tải đường không cần phải nối các sân bay bên ngoài trung tâm thành phố với các sân bay khác bên ngoài các trung tâm thành phố (với thời gian dừng trung gian từ 30 phút tới

1 giờ)

Đường sắt tốc độ cao thích hợp nhất cho những chuyến đi 2 đến 3 giờ (250–900 km hay khoảng 150–550 dặm), với khoảng cách này đoàn tàu tốc độ cao có thể vượt cả máy bay và ô tô Khi khoảng cách chưa tới 650 km (400 miles), quá trình checking và kiểm tra an ninh tại các sân bay, cũng như thời gian cho chính chuyến bay khiến thời gian đi bằng máy bay không nhanh hơn đường sắt tốc độ cao

Phương thức di chuyển bằng đường sắt ít nhất phải ở khoảng 4 giờ có thể cạnh tranh với đường hàng không về thời gian Một yếu tố có thể làm tăng thêm tính cạnh tranh của đường sắt tốc độ cao là không yêu cầu kiểm tra hành

lý, hay nhiều lần xếp hàng để check-in, an ninh và lên/ xuống máy bay cũng như độ tin cậy về thời gian (đúng giờ) khi so sánh với đường không Theo quan điểm của hành khách, tàu tốc độ cao có thể cung cấp dịch vụ như sử dụng điện thoại di động, dịch vụ thức ăn tỉ mỉ hơn, quầy bar, các ổ cắm điện thích hợp hơn (ổ cắm xoay chiều và ổ cắm một chiều 12v), không có giới hạn sử dụng thiết bị điện tử ở độ cao thấp, khu vực cất hành lý ở cuối toa (loại bỏ kiểm tra hành lý), và ví dụ như với TGV-Est Pháp-Đức trang bị cả hệ thống internet băng rộng không dây

Dù đi lại bằng đường không có tốc độ cao hơn, nhưng mất nhiều thời gian hơn cho việc cất cánh, lên máy bay (có ít cửa hơn), kiểm tra an ninh, gửi hành lý, kiểm tra vé và các thứ khác Tương tự các ga đường sắt thường nằm ở gần trung tâm thành phố hơn các sân bay Những yếu tố này khiến ưu thế tốc

độ cao hơn của việc đi lại bằng đường hàng không biến mất với những chặng

đi trung bình

Sự xuất hiện một số tuyến đường sắt tốc độ cao đã hoàn toàn đánh bại đường hàng không, vì thế hoàn toàn không còn các đường bay nữa Các ví dụ

là tuyến Paris-Brussels và Cologne-Frankfurt China Southern Airlines- hãng hàng không lớn nhất của Trung Quốc dự đoán việc xây dựng mạng lưới đường sắt tốc độ cao của nước này sẽ ảnh hưởng tới 25% mạng lưới điểm đến của họ trong những năm tới

Đi lại bằng đường sắt cũng ít phụ thuộc hơn vào thời tiết so với đường hàng không Nếu hệ thống đường sắt được thiết kế và điều hành tốt, các điều kiện thời tiết cực đoan như tuyết lớn, nhiều sương mù và bão không ảnh hưởng tới các chuyến đi; trong khi đó những chuyến bay thường bị huỷ bỏ hay trì hoãn trong các điều kiện đó

Tàu tốc độ cao cũng có tính cạnh tranh với ô tô trên những khoảng cách ngắn, như ví dụ 50–150 km cho những người phải đi làm hàng ngày nếu có sự tắc nghẽn đường bộ với những người phải trả phí đỗ xe đắt ở nơi làm việc

Từ quan điểm của nhà điều hành, một con tàu duy nhất có thể dừng ở nhiều ga, thường có nhiều điểm dừng hơn nhiều so với máy bay, và mỗi lần dừng mất ít thời gian hơn nhiều so với việc hạ cánh Một chuyến tàu thường có thể cho phép nhiều khả năng di chuyển, tăng tiểm năng thị trường

Từ quan điểm yêu cầu về các hệ thống kiểm soát giao thông và cơ sở hạ tầng, đường sắttốc độ cao có ưu thế đơn giản hơn nhiều trong điều hành Tuy nhiên, cần phải đảm bảo rằng các hệ thống đường sắt tốc độ cao loại bỏ khả năng xung đột giao thông với ô tô, hay có giao cắt đồng mức

1.2 Nghiên cứu các điều kiện đặc thù của Việt Nam để xây dựng đường sắt

tốc độ cao (kinh tế, xã hội, nhu cầu vận tải)

1.2.1 Các điều kiện đặc thù về kinh tế xã hội của Việt Nam

Đặc điểm địa hình của Việt Nam có hình chữ S rộng ở hai đầu, đoạn ở giữa hẹp, tài nguyên đất đai hạn chế do phía Tây là dãy núi Trường Sơn giáp Lào còn lại dải duyên hải ven biển có chỗ rất hẹp nên không thể phát triển nhiều trục đường theo trục dọc này Đây cũng là điều kiện thuận lợi để phát triển một loại hình giao thông khối lượng chuyên chở lớn tốc độ cao và chiếm dụng ít tài nguyên đất như đường sắt tốc độ cao

Dải duyên hải là vùng thường xuyên phải hứng chịu nhiều tàn phá của thiên nhiên như bão lụt, ngập úng, lũ quét… Do vậy, việc phát triển đường sắt tốc độ cao phương tiện vận tải an toàn và ít chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết khắc nghiệt sẽ là một lợi thế do điều kiện địa lý mang lại

Vị thế địa lý, điều kiện tự nhiên, sự phân bổ dân cư và tình hình phát triển kinh tế của Việt Nam cho thấy rõ ràng rằng tại khu vực hai đầu của đất nước nơi tập trung 85% dân cư và tạo ra 90% tổng sản phẩm quốc nội nhưng lại cách nhau tới 1500 km Do vậy việc nối hai khu vực này bằng hệ thống giao thông vận tải tốc độ cao như đường sắt tốc độ cao là cần thiết

Lượng hành khách ở hai điểm đầu của trục vận tải này không chỉ phụ thuộc vào dân số tại chỗ của vùng Hà Nội là 8 triệu người và của địa bàn Tp

Hồ Chí Minh là 14 triệu người mà còn của cả hai vùng dân cư đồng bằng sông Hồng cũng như của miền Tây và một phần miền Đông Nam Bộ với dân số ở mỗi vùng đều lên tới hơn 30 triệu người

Ngoài ra, trong bối cảnh giao lưu và hội nhập giữa ASEAN và Trung Quốc ngày một gia tăng thì hoàn toàn có căn cứ để nói rằng: Việt Nam nằm trong hành lang vận tải Đông Tây và là một phần của dự án đường sắt Xuyên

Á – và đây là những lợi thế của vận tải khối lượng lớn như đường sắt tốc độ cao

1.2.2 Hiện trạng giao thông vận tải của Việt Nam

Việt Nam chưa có đường sắt tốc độ cao Hệ thống đường sắt cũ của Việt Nam được xây dựng từ cuối thế kỷ 19 với khổ đường 1000mm, do nhiều nguyên nhân ngay nay đã ngày càng xuống cấp, lạc hậu và không đáp ứng được nhu cầu vận tải đang ngày càng tăng của Việt Nam trong những năm gần đây

Hình thức vận chuyển đường bộ là loại hình vận chuyển hàng hóa được

sử dụng nhiều nhất, đóng vai trò chủ lực trên tất cả các cự ly, kể cả cự ly trung bình và dài đến hàng ngàn km Do tính linh hoạt trong quá trình vận chuyển, không phụ thuộc vào giờ giấc, không có bất cứ một quy định nào về thời gian Thời gian vận chuyển là do 2 bên tự thống nhất quyết định, trong quá trình vận chuyển thì có thể thay đổi Vận tải đường bộ cũng thuận lợi trong việc lựa chọn loại xe lớn hay nhỏ để vận chuyển cho phù hợp với những loại hàng hóa và số lượng hàng hóa hay đường đi Tiết kiệm được chi phí và nhân công, vận

chuyển được những hàng hóa nặng, tiện lợi trong việc vận chuyển hàng hóa trong nước, đưa hàng đến tận nơi khách yêu cầu mà không cần luân chuyển sang các loại vận chuyển khác Thích nghi cao với các điều kiện địa hình, khí hậu

Ttheo khảo sát của VITRANSS 2 về phân chia thị phần vận tải năm

2008 thì xe buýt chiếm đến 70-80% thị phần vận tải cự ly từ 1000 - 1600 km trong khi vận tải ô tô chỉ thích hợp cho cự ly dưới 300km

Tuy nhiên, nếu vận chuyển hàng hóa đường dài thì vận tải đường bộ sẽ tăng phí do chi phí phát sinh như: lệ phí đường bộ, chi phí bảo dưỡng bảo trì, sửa chữa, trông coi hàng hóa, dễ gây ra các tai nạn giao thông, gây ách tắc giao thông, gây ô nhiễm môi trường do khí thải Khối lượng luân chuyển hàng hóa cũng hạn chế hơn so với các loại hình vận chuyển đường biển và đường sắt Hiện tượng ô tô chạy quá tốc độ, vượt cung đường diễn ra rất phổ biến gây nên tình trạng mất trật tự, rối loạn, khó kiểm soát trên hành lang giao thông vận tải Bắc Nam

Chính vì vậy, quyết định số 1468/QĐ-TTg ngày 24 tháng 8 năm 2015 của thủ tướng chính phủ đã nêu rõ:

+ Ưu tiên tập trung đầu tư kết cấu hạ tầng đường sắt trên cơ sở kết hợp cải tạo, nâng cấp kết cấu hạ tầng hiện có với đầu tư xây dựng mới từng bước vững chắc, làm động lực thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội của đất nước; phát triển mạng đường sắt kết nối với các cảng biển lớn, các khu công nghiệp và các quốc gia có chung biên giới để thúc đẩy hội nhập quốc tế; nhanh chóng phát triển mạng đường sắt đô thị làm nòng cốt trong vận tải công cộng tại các thành phố lớn, trước mắt ưu tiên Thủ đô Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh

+ Tập trung đầu tư nâng cấp và từng bước đưa vào cấp kỹ thuật các tuyến đường sắt hiện có theo thứ tự ưu tiên nhằm phát huy được vai trò chủ lực của vận tải đường sắt về hành khách và hàng hóa trên các trục Bắc - Nam, Đông - Tây Đồng thời, kết hợp phát triển đồng bộ kết cấu hạ tầng đường sắt với phương tiện vận tải, thiết bị quản lý, điều hành vận tải, theo lộ trình hợp lý cho các giai đoạn đến năm 2020 và từ năm 2020 đến năm 2030 nhằm khai thác

có hiệu quả các tuyến đường sắt hiện có

+ Nghiên cứu xây dựng mới tuyến đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc - Nam: Nghiên cứu phương án xây dựng tuyến đường sắt tốc độ cao, đường đôi

khổ 1.435 milimét, trong đó chuẩn bị các điều kiện cần thiết để từng bước ưu tiên xây dựng trước những đoạn tuyến có nhu cầu vận tải lớn, đặc biệt khu vực kết nối với Thủ đô Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh như các đoạn Hà Nội - Vinh và Thành phố Hồ Chí Minh - Nha Trang

1.2.3 Phân tích nhu cầu vận tải

a) Nhu cầu giao thông

Tình hình phát triển kinh tế xã hội ở Việt Nam những năm qua có tốc độ tăng trưởng cao Quá trình phát triển nhanh ở hai vùng phía Bắc và phía Nam

đã thúc đẩy và làm gia tăng nhu cầu về giao thông vận tải Nhu cầu vận tải hành khách tăng gấp 2,6 lần, vận tải hàng hóa tăng 3,0 lần trong giai đoạn 1998-2008 Trong tương lai, Việt Nam vẫn được dự báo là Quốc gia có tốc độ phát triển kinh tế cao trong khu vực điều này sẽ dẫn tới nhu cầu vận tải sẽ tăng nhanh trong tương lai

Dự báo số lượng chuyến đi cá nhân của các loại hình phương tiện trên cả nước

Nhu cầu vận tải bằng đường sắt tốc độ cao theo các năm được dự báo: Năm 2020 là 48 nghìn HK/ngày, năm 2030 là 177 nghìn HK/ngày, năm 2040

là 220 nghìn HK/ngày và năm 2050 là 273 nghìn HK/ngày

b) Khả năng vận tải của tuyến đường sắt Thống Nhất

Khả năng đáp ứng nhu cầu của đường sắt khổ 1000mm hiện nay (đường sắt Thống Nhất) bị hạn chế về cơ sở hạ tầng (bán kính, độ dốc, kết cấu đường, phân bố ga…) nên chỉ có khả năng chạy được nhiều nhất 18 đôi tàu/ ngày đêm Mật độ bình quân chỉ đạt 6-8 nghìn hành khách ngày đêm

Hình 1.2 Khả năng đáp ứng nhu cầu trên hành lang Bắc Nam

Nhu cầu: Đến năm 2030 nhu cầu hành khách trên hành lang vận tải Bắc

- Nam sẽ là 534 nghìn hành khách/ngày tương đương 195 triệu hành khách /năm (chỉ tính những chuyến đi liên tỉnh), tốc độ tăng trưởng bình quân năm đạt 6,59%

Năng lực: Đến năm 2030, nếu không xây dựng đường sắt tốc độ caothì

tổng năng lực của các loại phương thức vận tải trên hành lang vận tải Bắc Nam chỉ đạt khoảng 138 triệu hành khách /năm (gồm đường ô tô tốc độ cao4 làn xe năng lực vận tải hành khách chỉ đạt khoảng 88 triệu hành khách/năm, còn tuyến đường QL 1 nâng cấp chủ yếu phục vụ vận tải nội vùng; năng lực vận tải hàng không nếu dùng máy bay hành khách cỡ lớn thì chỉ có thể đạt khoảng 35 triệu hành khách /năm; tuyến đường sắt hiện tại khổ 1.000mm sau khi nâng cấp

để đạt tiêu chuẩn đường sắt cấp 1, khai thác tàu khách với tốc độ 120Km/h, tàu

hàng 80Km/h thì năng lực vận chuyển hành khách cũng chỉ đạt khoảng 15 triệu hành khách /năm)

Như vậy, nếu không xây dựng ĐSTĐC thì nhu cầu vận tải hành khách trên hành lang Bắc - Nam đến năm 2030 sẽ vượt năng lực của các loại hình vận tải là 57 triệu hành khách/năm, tương đương 156.000 hành khách/ngày Dự báo đến năm 2020 phân bổ cho vận chuyển bằng ĐSTĐC là 48.000 hành khách/ngày (nghiên cứu của JICA)

Với năng lực chuyên chở cao (năng lực chuyên chở một chiều bình quân mỗi năm đạt 50 triệu - 70 triệu người), ĐSTĐC đáp ứng được nhu cầu vận tải hành khách đến năm 2020, sau năm 2035 và trong tương lai trên trục Bắc - Nam

1.2.4 Sự cần thiết của đường sắt tốc độ cao ở Việt Nam

a) Hiện trạng về GTVT của Việt Nam:

+ Đường sắt với thế mạnh vốn có là vận tải khối lượng lớn, tốc độ nhanh, an toàn, tiết kiệmđáng lẽ phải giữ vai trò chủ lực trong vận tải cự ly trung bình và dài thì nay đã đánh mất đivai trò của nó do nhiều năm không được đầu tư đúng mức, năng lực vận tải thấp, chất lượngvận tải không cao

+ Hàng không mặc dù có tốc độ tăng trưởng rất nhanh, từ 2003 tới nay bình quân 15,5%/ năm(vào loại tăng trưởng nhanh nhất thế giới) nhưng năng lực vận tải vẫn không đáp ứng nổinhu cầu Điều này cũng cho thấy xu hướng

sử dụng giao thông trên hành lang Bắc Nam là“tốc độ cao”

+ Đường bộ đã phát triển quá nóng, việc “xã hội hoá” trong vận tải đường bộ cũng dẫn đến xu hướng tự phát, cơ quan quản lý nhà nước không thể nào kiểm soát nổi

Để khắc phục tình trạng trên, cần tổ chức lại giao thông vận tải trên hành lang Bắc Nam một cách hợp lý, phù hợp với an sinh xã hội, cần phải đầu tư mạnh cho đường sắt để nó đảm nhận được vai trò chủ lực trong vận tải cự lỵ trung bình và cự ly dài Đây là những điều kiện thuận lợi để phát triển đường sắt tốc độ cao

2 Tình hình tai nạn giao thông đang gia tăng hàng ngày đặt ra những yêu cầu cần phải có giảipháp căn bản lâu dài là xây dựng một hệ thống vận tải

an toàn với khối lượng lớn –như đường sắt tốc độ cao

3 Tác động môi trường của hệ thống giao thông vận tải đang được đánh giá là đáng báo động do việc phát triển quá nhanh các phương tiện vận tải cá nhân Để giải quyết vấn đề này thì giải pháp xây dựng đường sắt tốc độ cao có thể xem xét như một hướng phát triển đúng đắn cho tương lai

b) Bài học kinh nghiệm về phát triển đường sắt tốc độ cao của các nước trên thế giới:

- Kinh nghiệm về phát triển đường sắt mà đặc biệt là đường sắt tốc độ caocủa Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan cho thấy thời gian chuẩn bị cho việc xây dựng các tuyến đường sắt tốc độ cao rất dài khoảng10 năm, trong khi thời gian xây dựng thì lại rất ngắn từ 4-5 năm (ở Nhật Bản tuyến Shinkansen đầu tiên cần 10 năm chuẩn bị và thông qua chủ trương đầu tư, trong khi đó thời gian xâydựng chỉ hơn 4 năm)

- Trên thực tế các tuyến đường sắt tốc độ cao sau khi đưa vào khai thác đều có khối lượng hànhkhách vượt xa so với tính toán ban đầu và đều mang lại những lợi ích to lớn cho phát triển nền kinh tế quốc dân Kinh nghiệm thực tiễn

từ việc vận hành khai thác của các tuyến đường sắt tốc độ cao như:

Tuyến Tokaido Shinkansen của Nhật Bản năm 1964, tuyến Đài Bắc – Cao Hùng của Đài Loan năm 2007, tuyến Seoul – Pusan của Hàn Quốc năm

2004 đã khẳng định điều đó

- Đặc biệt là tuyến đường sắt tốc độ cao KTX dài 412 km từ Pusan, với mục đích ban đầu của dự án là có thể khai thác hỗn hợp giữa tàu khách với tàu hàng nhưng thực tế khi đưa vào khai thác thì lưu lượng hành khách lớn hơn rất nhiều so với dự báo do đó tuyến được xác định là chỉ để vận chuyển hành khách Với ưu điểm tốc độ cao, an toàn, tiện nghi, đúng giờ hệ thống KTX đã thu hút được số lượng lớn hành khách từ các phương tiện giao thông khác, cụ thể từ khi đưa vào khai thác số lượng hành khách đi máy bay giảm từ 5163 xuống 3275 nghìn người, đi ô tô cá nhân giảm từ 2877xuống

Seoul-2614 nghìn người và đi xe buýt giảm từ 1398 xuống 960 nghìn người

- Tại các thành phố lớn của các nước phát triển thì việc xây dựng ga đường sắt vào tận trung tâm thành phố tạo ra hiệu quả lớn cho khai thác vận tải đường sắt cũng như đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội tại các thành phố

đó Mô hình các ga trung tâm lớn là nơi trung chuyển kết nối các tuyến đường sắt tốc độ cao, đường sắt quốc gia, đường sắt đô thị và các phương thức vận tải

khácnhư taxi, xe bus… đã được nhiều quốc gia áp dụng, tạo điều kiện đi lại cho hành khách thuận lợi và giải quyết tình trạng ách tắc giao thông, đảm bảo

an toàn giao thông

b) Các lợi ích của việc xây dựng đường sắt tốc độ cao ở Việt Nam:

Việc xây dựng đường sắt tốc độ cao sẽ thúc đẩy phát triển nhanh kinh tế

xã hội và phát triển bền vững

+ Thúc đẩy giao lưu giữa các vùng kinh tế: Với đặc điểm của Việt Nam

là đất nước trải dài với hai trung tâm kinh tế chính trị lớn nhất đặt ở hai đầu đất nước cách nhau trên 1500km Dân số tập trung chủ yếu ở hai đầu đất nước chiếm 85% dân số cả nước và làm ra 90% GDP của cả nước

Chính vì vậy ĐSTĐC sẽ là phương tiện làm cho hai đầu đất nước kéo lại gần nhau hơn trong tư duy phát triển kinh Việc xây dựng tuyến đường sắt tốc

độ caosẽ góp phần tiết kiệm thời gian đi lại cho hành khách với giá trị ước tính

là 0,5 tỷ USA chonăm 2020 và 2 tỷ USD cho năm 2050 Đồng thời sẽ giảm chi phí đi lại cho xã hội với khoảng 1,7 tỷUSD vào năm 2020 và 6,5 tỷ USD vào năm 2050 (theo nghiên cứu của Jica)

+ Thúc đẩy quá trình đô thị hoá: Do có khả năng kết nối thuận tiện với các đô thị lớn nênĐSTĐC sẽ góp phần quan trọng trong thúc đẩy nhanh quá trình đô thị hoá tại các đô thị trên các trung tâm đô thị nơi đường sắt đi qua Đồng thời tạo điều kiện tốt để quy hoạch lại các đô thị, có điều kiện thuận lợi để phân bố dân cư từ đó sẽ cải thiện tình trạng quá tải dân cư tại các đô thị lớn (là một trong những yếu tố quan trọng để giảm tải cho các đô thị lớn)

+ Thúc đẩy phát triển ngành du lịch: Đáp ứng được nhu cầu du lịch quốc

tế và nội địa trong tương lai khi có hệ thống đường sắt tốc độ cao sẽ có nhiều lựa chọn về vị trí, phương tiện cho các du khách trong đó sử dụng đường sắt tốc độ cao là một phương án được ưu tiên do tính thuận lợi và tiện dụng của

nó

+ Bảo vệ môi trường và phát triển bền vững: Đường sắt tốc độ cao với

ưu điểm là phương tiện thân thiện với môi trường, sử dụng sức kéo điện, tiêu hao nhiên liệu thấp và sử dụng ít tài nguyên đất đai sẽ có tác dụng quan trọng trong định hướng phát triển bền vững trong tương lai

Kết luận chương 1

Đường sắt tốc độ cao là một xu thế phát triển của các nước trên thế giới

do những lợi ích to lớn của chúng về phương diện vận tải, hiệu quả, thân thiện môi trường, giảm các chi phí đất đai và góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội

Từ những phân tích về đặc điểm kinh tế xã hội, nhu cầu vận tải và các thách thức của hệ thống giao thông Việt Nam do sự phát triển quá nóng của vận tải đường bộ đã kéo theo nhiều hệ quả như ô nhiễm môi trường, tai nạn giao thông, quá tải mạng lưới đường bộ trên tất cả các cự ly Đường sắt tốc độ cao là một lựa chọn phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới, tạo động lực phát triển cho nền kinh tế quốc dân

Tuy nhiên, do Việt Nam chưa có ngành công nghiệp đường sắt đặc biệt

là lĩnh vực đường sắt tốc độ cao Do vậy, đòi hỏi cần phải có sự chuẩn bị về khoa học kỹ thuật, nhân lực khoa học công nghệ và các nghiên cứu cơ bản để

có sự chuẩn bị tốt nhất – đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản để có thể đáp ứng được thực tế cho đường sắt tốc độ cao phù hợp với điều kiện Việt Nam

Trong các chương tiếp theo, Đề tài sẽ nghiên cứu tổng hợp đặc điểm chính

về công nghệ và thông số kỹ thuật theo phương pháp so sánh tương quan về công nghệ để lựa chọn các thông số kỹ thuật cơ bản của đường sắt tốc độ cao Các vấn đề chính được xem xét trong nghiên cứu gồm:

- Phân tích, lựa chọn công nghệ của đường sắt tốc độ cao

- Thông số hình học của tuyến

- Tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hạ tầng

- Thông số kỹ thuật ray

- Thông số kỹ thuật kiến trúc tầng trên

- Hệ thống cung cấp điện kéo;

- Depot

- Các loại hình phương tiện

- Thông tin tín hiệu;

Chương 2 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC VÀ VẬN HÀNH CHẠY TÀU CHO ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO

Có hai công nghệ cơ bản của đường sắt tốc độ cao là công nghệ động lực phân tán (EMU) và công nghệ động lực tập trung (PCS)

Ở Nhật Bản, hệ thống EMU (electric multiple - unit system, hệ thống động lực phân tán) được dùng cho hệ thống đường sắt tốc độ cao Một ví dụ cụ thể là tàu Shinkansen loại E5 (Tohoku Shinkansen E5) hiện đang sử dụng hệ thống này

Trong khi đó, các loại tàu tốc độ cao của châu Âu lại sử dụng hệ thống PCS (power concentrated system, hệ thống tập trung động lực) Ví dụ cụ thể cho loại hệ thống này là các tàu tốc độ cao TGV-R của Pháp

Bảng 2.1 Đường sắt tốc độ cao trên thế giới

Chiều dài (km) Đang khai thác Đang xây dựng

2.1 Phân tích so sánh các loại công nghệ đường sắt tốc độ cao

Một số công nghệ điển hình của đường sắt tốc độ cao

a Công nghệ TGV

Pháp: TGV

Pháp, Anh, Bỉ : Eurostar ở Pháp, Bỉ, Hà Lan , Đức: Thalys

Tây Ban Nha : AVE

Hàn Quốc : KTX

Hoa Kỳ: Acela

b Công nghệ ICE

Đức: ICE (Intercity Express)

Đức, Bỉ, Hà Lan, Thụy Sĩ, Áo : ICE (Intercity Express)

Trung Quốc: CRH3 (ICE 3 / VelaroE)

c công nghệ Shinkansen

Nhật Bản: Shinkansen

Trung Quốc Đài Loan: Đài Loan High Speed Rail

Trung Quốc: CRH2 (E2-1000)

chỉ tập trung vào hai loại hình công nghệ chính là công nghệ động lực phân tán (EMU) và công nghệ động lực tập trung (PCS)

2.1.1 Nhật Bản

Ở Nhật Bản, ĐSTĐC được định nghĩa là hệ thống đường sắt nơi mà cho phép tàu có thể chạy với tốc độ tối đa là 200km/h hoặc lớn hơn tại những tuyến đường chính Ở Nhật Bản, ĐSTĐC được gọi là tàu Shinkansen, hay tàu siêu tốc

Lịch sử phát triển tàu Shinkansen, khởi đầu là tàu tốc độ cao Tokaido Shinkansen, sau đó được phát triển mở rộng thành mạng lưới Tohoku Shinkansen và Kyushu Shinkansen Tốc độ thiết kế tối đa của hệ thống đường ray lúc đầu là 210km/h, nhưng sau đó với sự phát triển của công nghệ thiết kế tàu cao tốc, hiện tốc độ vận hành tối đa đã lên đến 270km/h Tương tự như vậy, tàu tốc độ cao TGV nối Paris và Lyon có tốc độ tối đa thiết kế ban đầu là 270km/h, hiện nay tốc độ vận hành tối đa đã lên đến 300km/h

Đối với tuyến đường sắt cho tàu vận chuyển hàng hóa, đa phần các tàu chở hàng của Nhật Bản hiện sử dụng chung đường ray với các tuyến tàu chở khách, chính vì vậy kết cấu hạ tầng đường sắt tuân theo quy chuẩn của tàu chở khách

Đối với các tàu Shinkansen tốc độ cao của Nhật Bản, tải trọng trục tối đa dao động trong phạm vi từ 11 đến 13 tấn

Đối với tàu chở hàng, tải trọng trục thay đổi tùy theo loại tàu hàng, nhưng thông thường tải trọng trục tối đa được xác định dựa vào đầu máy Trong trường hợp của Nhật Bản thì tải trọng trục tối đa dao động vào khoảng

10 đến 15 tấn

Về khía cạnh phát triển công nghệ đầu máy toa xe, cụ thể là bên cạnh việc cải thiện gia tốc và sự ổn định khi chạy ở tốc độ tối đa, có thể kể đến sự cải thiện về mặt thiết kế hình dạng đầu toa tàu nhằm làm giảm ảnh hưởng hiện tượng sóng vi‐áp (micro pressure wave) khi chạy qua hầm, hay đưa vào sử dụng toa tàu mặt vát, v.v

Shinkansen sử dụng hệ thống tuyến mới có tiêu chuẩn cao, độc lập với các tuyến đường sắt hiện hữu, đây là quy định để khai thác tàu tốc độ cao và cho phép nâng cao công suất vận chuyển lên đáng kể Hơn nữa, việc xây dựng

“các tuyến chuyên vận tải hành khách tốc độ cao” loại bỏ hoàn toàn các đường ngang và áp dụng các biện pháp phòng chống thiên tai và hệ thống bảo vệ có

độ tin cậy cao là hệ thống kiểm soát tàu tự động (ATC), đảm bảo khái niệm an toàn để không xảy ra tai nạn va chạm, là nền tảng và đặc điểm riêng của Shinkansen Ngoài ra, trọng lượng đầu máy toa xe được cải tiến nhẹ hơn bằng cách kiểm soát cường độ va chạm của đầu máy và sử dụng hệ thống tổ hợp động cơ điện và toa xe (EMU) EMU phù hợp với hạ tầng quy mô nhỏ gọn do tải trọng trục nhẹ và đảm bảo công suất vận chuyển lớn hơn do sử dụng hệ thống toa xe rộng hơn

Ngoài ra, việc tách riêng công tác khai thác với bảo trì, ứng dụng hệ thống khai thác một chiều, hợp nhất hiệu quả khai thác tàu (không khai thác chung với tàu thường, v.v.), phát triển và ứng dụng khái niệm gốc về các biện pháp phòng chống cháy nổ, hệ thống điều độ tàu tập trung (CTC) và các công nghệ mới nhất khác đã được thực hiện để cơ cấu lại hệ thống đường sắt, phát triển hệ thống đường sắt tốc độ cao đầu tiên trên thế giới

Kết quả là hệ thống Shinkansen có độ an toàn cao nhất thế giới, vận hành ổn định, vận chuyển với tốc độ cao hiệu quả, có công suất và tần suất lớn, giảm chi phí xây dựng do hạ tầng nhỏ gọn, giảm chi phí vận hành do đảm bảo hiệu suất sử dụng Động lực cao

2.1.2 Cộng hoà Pháp

Tàu tốc độ cao Pháp (TGV), loại tàu tốc độ cao đầu tiên ở Châu Âu Đoạn Pari-Lyon được đưa vào khai thác thương mại từ tháng 9 năm 1981 Sau khi đã thành công trong việc khai thác với tốc độ cao, mạng lưới ĐSTĐC đã được mở rộng về phía bắc, phía nam, phía đông và phía tây với tổng chiều 1dài lên tới 1.896 km Mạng lưới đã được mở rộng ra các nước xung quanh nư mạng lưới TGV của Thụy Sĩ, mạng lưới Thalys của Bỉ và Đức và mạng lưới Eurostar của Anh

Đặc điểm nổi bật của TGV là tàu tốc độ cao được vận hành trên tuyến đặc biệt gọi là LGV (Ligneagvàevitesse) và trên cả đường thường trong trung tâm thành phố và ở các khu vực địa phương Bằng cách này, Pháp có thể giảm chi phí xây dựng các tuyến mới, qua đó cải thiện dịch vụ cung cấp cho người

sử dụng ĐSTĐC và nâng cao nhu cầu sử dụng ĐSTĐC

Trong giai đoạn đầu, các tuyến khai thác tàu với vận tốc đối đa 200 km/h hoặc hơn được gọi là TGV Vận tốc khai thác tối đa của TGV đã tăng lên 320 km/h TGV được xây dựng bằng cách tránh các đoạn cong gấp Ban đầu, bán kính cong tối đa là4000 m Tuy nhiên, khi vận tốc tàu tăng, bán kính cong tối

đa đã tăng lên 6000 m hoặc hơn Để đảm bảo an toàn khai thác tàu, Pháp đã xây dựng hàng rào để tránh người dân băng ngang qua đường trên toàn tuyến, hoàn toàn không có điểm giao cắt đồng mức nào Kết cấu đường được xây dựng trên nền đá ballast trên nguyên tắc sử dụng ray hàn liền

Về cơ bản, các tuyến khai thác tàu TGV là các tuyến sử dụng đường đôi Tuy nhiên, cũng áp dụng khai thác 2 chiều trên đường đơn

Nhìn chung, tàu khách khai thác trên các tuyến tốc độ cao riêng, không khai thác tàu hàng hoặc tàu khách thường, trừ một số đoạn được thiết kế cho phép khai thác tàu hỗn hợp

Điện áp của hệ thống cung cấp Động lực là dòng điện xoay chiều 25 kV

Hệ thống tín hiệu là hệ thống tín hiệu đầu máy thiết kế riêng cho Pháp Máy truyền âm thanh (TVM) cũng được sử dụng Một số đoạn được lắp đặt với hệ thống kiểm soát tàu Châu Âu (ETCS) – mức 2

Pháp có truyền thống sử dụng hệ thống giá chuyển hướng có khớp nối cho đầu máy toa xe và khai thác tàu đường dài bằng các loại đầu máy có công suất lớn Về thế hệ tàu tốc độ cao tiếp theo, Pháp đã phát triển các loại tàu với tên gọi AGV, gồm nhiều tổ hợp động cơ điện và toa xe có khớp nối (EMUs)

Bảng 2.2 Đặc điểm chính của TGV

Tuyến

LGV- SudEst

LGV- Atlantiqu

e

LGV- Contournem entLyon

Nord

Med

Est

km/h

350 km/h Vận tốc khai thác tối

đa

km/h

320 km/h

0

Bán kính cong tối

thiểu

m Khoảng cách giữa tâm

2904

mm

Hệ thống lập tàu TGV cơ bản là đặt 2 toa truyền động ở đầu và cuối đoàn tàu để kẹp các toa khách có giá chuyển hướng có khớp nối giữa các toa mặc dù có thể có sự điều chỉnh trên một số tuyến khác

TGV-Paris SudEst: Toa xe sử dụng trên tuyến này thuộc loại toa xe đầu tiên của Pháp là cơ sở cho tất cả các loại tàu TGV khác Một đoàn tàu 10 toa dài 200 m có 2 đầu máy ở đầu và cuối đoàn tàu, để hình thành một hệ thống lập tàu 2L8T (2 đầu máy và 8 toa xe) Các toa khách trong đoàn tàu được trang

bị với hệ thống chuyển giá có khớp nối Có thể nối 2 đoàn tàu thành một nếu cần thiết Hệ thống Động lực 2 cấp điện áp (AC 25KV + DC1.500V) được ứng dụng để giải quyết vấn đề khai thác tàu trên những đoạn đường thường Vận tốc tối đa ban đầu là 260 km/h đã được nâng lên đạt vận tốc 300 km/h

TGV-Atlantique: Toa xe sử dụng trên tuyến này là loại toa xe lần đầu được đưa vào sử dụng Vận tốc tối đa 300 km/h được xem là vận tốc cao nhất trên thế giới cho đến nay Tàu được kết nối với các động cơ kiểm soát biến tần đồng bộ Một đoàn tàu gồm 12 toa và đầu máy, được gọi là hệ thống 2L10T với tổng chiều dài 237m

TGV- Reseau: Toa xe khai thác trên tuyến này được phát triển phù hợp với các đoàn tàu quốc tế của Bỉ Vận tốc chạy tàu tối đa là 320 km/h với cấp điện áp tương ứng là DC3.000V Hệ thống lập tàu là 2L8T

TGV- Eurostar: Tuyến Eurostar nối Paris với London ở Anh qua hầm eo biển Anh và cũng nối Luân Đôn với Brussels Để phục vụ mục đích này, các tàu được vận hành bằng hệ thống điện áp DC3.000 V và hệ thống ray thứ 3 AC750 tương ứng ở Bỉ và ở Anh Một đoàn tàu gồm 20 toa (2L18T) với tổng chiều dài 394 m

TGV - Duplex: Đoàn tàu gồm các toa xe 2 tầng được phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về vận tải hành khách khi khánh thành tuyến Địa Trung hải (LGV Mediterranee) Sức chứa của đoàn tàu dài 200 m là 526 chỗ, tăng so với 350 chỗ của đoàn tàu TGV- SudEst Thân toa xe hợp kim nhôm đã được sử dụngđể hạn chế tải trọng trục trong phạm vi tiêu chuẩn Vận tốc khai thác tàu tối đa là 320 km/h

Thalys: Để đảm bảo khả năng kết nối của các tuyến đường sắt Châu Âu, đầu máy toa xe của tuyến Thalys được phát triển trên cơ sở TGV, kết nối Pháp với Bỉ, Hà Lan và Đức Ca bin lái tàu được đặt ở giữa theo hướng ngang phù hợp với cả hệ thống tay lái thuận và tay lái nghịch và phù hợp với 4 hệ thống cấp điện của các nước, 7 hệ thống tín hiệu Vận tốc tàu tối đa là 300 km/h Hệ thống lập tàu là 2L8T Có thể nối 2 đoàn tàu thành một

TGV-POS: Phương tiện đuờng sắt của tuyến TGV- POS được phát triển cho tàu quốc tế để khai thác trên tuyến từ Pari tới Thụy Sĩ, Luxemburg và Đức, v.v thông qua tuyến LGV-Est Vận tốc chạy tàu tối đa là 320 km/h, phù hợp với 3 hệ thống điện áp DC1.500 V, AC25 kV và AC15 kV ở tần số 16-2/3 Hz

Hệ thống lập tàu là hệ thống TGV chuẩn 2L8T

Thế hệ phương tiện tiếp theo AGV: Để tiếp tục phát triển mạng lưới ĐSTĐC, Pháp đang phát triển các thế hệ phương tiện mới gọi là Automotrice a Grvàe Vitesse (AGV) để khai thác tàu với vận tốc 350 km/h Mặc dù các loại toa xe này đã thành công trong việc sử dụng hệ thống toa xe có khớp nối nhưng được cấu thành bởi thân toa xe hợp kim nhôm và hệ thống lập tàu lần đầu tiên được chuyển đổi thành hệ thống EMU từ hệ thống đầu máy truyền thống của TGV Đầu máy toa xe loại này đã được giới thiệu ở Italia để khai thác với vận tốc 300 km/h

Bảng 2.3 Đặc điểm chính của đầu máy toa xe TGV Loại đầu máy

TGV-SE

TGV- Reseau

TGV- Eurostar

TGV- Duplex Thalys

TGV- POS

Vận tốc thiết kế tối đa (km/h) 300 320 300 320 320 320

Vận tốc khai thác tối đa (km/h) 300 320 300 320 300 320

0,75kV 3kV 25kV- 50Hz

1,5kV 25kV-50Hz

1,5kV 3kV 15kv16,7Hz 25kV-50Hz

1,5kV 15kv16,7

Hz 50Hz

Nguồn: Đoàn Nghiên cứu JICA tổng hợp dựa trên số liệu của UIC năm 2012

Ghi chú (1): C: Động lực tập trung; A: có khớp nối; T: nghiêng; D: 2 tầng

2.1.3 Liên bang Đức

Đức phát triển ĐSTĐC bằng 2 cách: nâng cấp các tuyến đường sắt hiện hữu Ausbaustecke (ABS) và xây dựng các tuyến ĐSTĐC mới Neubausterecke (NBS) Trên các tuyến này, tàu tốc độ cao được gọi là tàu tốc hành liên thành phố (ICE) được vận hành với vận tốc tối đa 200 km/h hoặc hơn Tàu tốc độ cao bắt đầu được đưa vào khai thác từ năm 1991, muộn hơn nhiều so với việc khánh thành tuyến TGV SudEst (năm 1981)

Năm 1991 bắt đầu khai thác tàu với vận tốc 250 km/h bằng tàu ICE1 trên tuyến ICE 6, gồm tuyến ĐSTĐC mới nối Mannheim với Stuttgart Sau khi khai thác thành công với vận tốc 250 km/h, Đức đã mở rộng mạng lưới trong

cả nước và hiện đang mở rộng mạng lưới quốc tế tới các địa điểm khác như Zurich năm 1992, Vien năm 1998, Amsterdam năm 2000 với tàu ICE3, Brussel năm 2002 và Paris/Copenhagen năm 2007 Các tuyến đang khai thác của mạng lưới tàu tốc độ cao Đức có tổng chiều dài 1.285 km, tính đến tháng 11 năm

2011

Hệ thống đường sắt tốc độ cao của Đức có các đặc điểm sau:

Hệ thống tuyến đường sắt xây dựng mới NBS là chương trình không chỉ dành riêng cho phát triển đoàn tàu tốc độ cao mà còn xây dựng cả các tuyến đường sắt hỗn hợp để đáp ứng yêu cầu vận tải hàng hóa

Hệ thống cung cấp Động lực sử dụng hệ thống điện áp AC15kV tần số 16-2/3 Hz, là hệ thống cấp điện thông thường của các tuyến đường sắt hiện

hữu Đây là trường hợp hiếm gặp so với các tuyến đường sắt tốc độ cao khác trên thế giới

Ngoài ra, tàu tốc độ cao còn được trang bị hệ thống tín hiệu đặc biệt của Đức với tên gọi Linienzugbeeinflussung (LZB) Có thể khai thác 2 chiều trên đường đơn ngay cả trong các đoạn đường đôi

2.1.4 Trung Quốc

Trung Quốc bắt đầu từ năm 2007 sau khi giới thiệu công nghệ EMU, chỉ mất một thời gian vài năm, nó sẽ được chuyển đổi thành công nghệ nước ngoài phát triển công nghệ độc lập, và đã đạt đến trình độ tiên tiến trên thế giới, là trường hợp điển hình phát triển đường sắt tốc độ cao thành công

Trong tháng 2 năm 2008, Bộ Khoa học, Bộ Đường sắt cùng ký " Kế hoạch hành động chung đổi mới tàu tốc độ cao Trung Quốc", theo kế hoạch Trung Quốc là sự ra đời của chuyển giao công nghệ và đổi mới để đạt được kết quả quan trọng ban đầu trên cơ sở tiếp tục tăng sự sáng tạo và sự phát triển của một thế hệ mới của đoàn tàu tốc độ cao "Kế hoạch" cũng chỉ ra rằng Trung Quốc sẽ thiết lập và cải thiện tốc độ với quyền sở hữu trí tuệ độc lập, cạnh tranh quốc tế mạnh mẽ ở Trung Quốc và hệ thống công nghệ đường sắt ở tốc

độ lớn hơn 350 km/h Trong đó đoàn tàu CRH380 sử dụng công nghệ EMU là quan trọng nhất của kế hoạch hành động chung của dự án trong năm 2009, chính thức ra mắt các dự án nằm trong Chương trình Hỗ trợ công nghệ quốc gia "mười một năm năm" công nghệ trọng điểm về đoàn tàu tốc độ cao và thiết

bị phát triển của Trung Quốc của các dự án lớn

Đường sắt Trung Quốc đã tăng từ 160 km/h đến 200 km/h hoặc lớn hơn,

là một bước nhảy vọt về chất lượng – bao gồm hệ thống kiểm soát tàu, hệ thống hãm, hình dạng khí động học đoàn học và tích hợp hệ thống tín hiệu là

sự nhảy vọt về công nghệ Với tốc độ ban đầu 200 km/h sử dụng công nghệ EMU (gọi CRH, có nghĩa là tàu cao tốc Trung Quốc) đầu tiên xuất hiện và có khả năng vận tải hành khách trung bình gần 200.000 hành khách mỗi ngày Hiện nay, công nghệ đường sắt tốc độ cao ở Trung Quốc đã đạt những kỷ lục

về tốc độ trong những lần chạy thử Tuy nhiên, việc phát triển công nghệ đường sắt tốc độ cao của Trung Quốc bị coi là vi phạm chuyển giao công nghệ

2.2 Lựa chọn công nghệ cho hệ thống đường sắt tốc độ cao