Hơn 10 năm trước (năm 2014) nhóm thiết kế chúng tôi được giao nhiệm vụ cải tạo và xây mới nhà ga Lyon Par-Dieu, là nhà ga chính của Lyon, thành phố lớn thứ 3 nước Pháp…
Nhà ga được quy hoạch để đón 550 tàu mỗi ngày trên 12 đường tàu, đáp ứng 30 triệu hành khách/năm vào năm 2030, trong đó bao gồm xây dựng thêm một đường mới: voie L để tăng cường bến đỗ cho chuyến tàu cao tốc (TGV) Paris-Lyon.
Đây là chuyến tàu cao tốc đầu tiên của nước Pháp được khánh thành năm 1981. Chuyến tàu lịch sử này có một câu chuyện về tốc độ.
Trước năm 1980 là đường tàu cơ bản dài 511km (khổ ray 1m435), tốc độ 160km/h, thời gian chạy tàu 3h50 phút.
Khánh thành năm 1981 rút ngắn phần lớn thành đường cao tốc (LGV), quãng đường giảm còn 426km (khổ ray 1m435), tốc độ tăng thành 270km/h, thời gian chạy tàu 2h40 phút.
Nâng cấp năm 1983, tiếp tục hoàn thiện đoạn đường ngoại ô Paris thành LGV, quãng đường giảm còn 390km tốc độ vẫn là 270km/h, thời gian chạy tàu còn 2h.
Nâng cấp năm 2001, quãng đường 390km, hệ thống tín hiệu mới cho phép tàu chạy với tốc độ 300km/h, thời gian chạy tàu giảm còn 1h55phút.
Khai thác 2025, quãng đường 390km, tốc độ vẫn là 300km/h, thời gian chạy tàu 1h53 phút chạy thẳng không dừng.
Đây là tuyến đường sắt được khai thác nhiều nhất ở châu Âu, chiếm 1/3 lưu lượng tàu cao tốc TGV toàn nước Pháp. Cũng là một trong số rất ít tuyến cao tốc có lãi hiện nay. Tôi vừa trả 80 euros cho tấm vé một chiều hạng 2, mời các bạn lên tàu ở Paris-gare de Lyon:
Xuất phát
Sau tiếng còi xuất phát, tưởng tượng rằng lưng chúng ta đang dính chặt vào ghế trên một chiếc Férrari động cơ V12, 800ch đạt tốc độ100km/h dưới 3 giây!
Nhưng không phải vậy! Tốc độ khi tàu ra khỏi Paris là rất thấp, lý do là không có đường riêng mà dùng chung với hệ thống đường sắt đô thị đã phát triển từ trước đó rất lâu trong quá trình đô thị hóa.
Việc này cần đặt vấn đề thiết kế từ ngay từ đầu. Ví dụ, người Nhật thiết kế đường riêng express cho tàu Sinkenku ngay từ ga xuất phát không sử dụng chung với đường sắt đô thị tốc độ thấp hơn.
Tuy quãng đường ngắn (ít hơn 20km) không tiết kiệm nhiều thời gian mà chi phí đầu tư cao nhưng lại rất quan trọng trong việc tự động hóa khai thác (không người lái) và bảo trì sau này.
Tăng tốc
Tàu đã ra khỏi vùng Paris, bây giờ thì hệ thống đường ray ngoại ô (km 17) cho phép tàu tăng tốc đến 300km/h nhờ vào thiết kế khoảng cách giữa hai trục tàu đi và về theo tiêu chuẩn. Qua cửa sổ, bạn có thể nhìn thấy hai bên là cánh đồng lúa mì, còn các khu dân cư nằm khá xa do luật quy hoạch tàu cao tốc.
Nếu bạn sang Pháp du lịch vào năm sau thì có thể trải nghiệm thế hệ tàu mới nhất TGV M (Pháp chi 3,5 tỷ euros để mua 115 tàu) sẽ thay thế trên tuyến này từ năm 2026.
Về ngoại hình, đầu tàu kéo dài thêm 2,6m để tăng cường khí động học, có 9 khoang (cũ là 8) với sức chứa tiêu chuẩn là 740 người (tàu cũ là 634) nhưng lại tiết kiệm 20% năng lượng, giảm 32% khí thải CO, có thể giảm giá thành linh kiện thay thế đến 30%.
Tuy vậy tốc độ khai thác chỉ 320km/h (thiết kế 360km/h). Lý do quan trọng nhất là giảm 30% tiền bảo trì định kì, đây chính là mục tiêu chung của SNCF và Alstom - đơn vị sản xuất tàu. Là bài toán đường dài về giá/ an toàn/ chất lượng dịch vụ.
Cần nhắc lại là tàu TGV của Pháp đã đạt tốc 574,8 km/h trong thử nghiệm năm 2007. Tàu điện từ thì không có nhiều cải tiến từ hơn 20 năm nay, giá xây dựng cơ sở hạ tầng đắt đỏ. Tàu Hyperloop đang có những bước tiến quan trọng nhưng sẽ khó đưa vào sử dụng trong tương lai gần.
Một trong những câu hỏi khó về hệ thống an toàn là khi tàu có vấn đề thì người thoát ra thế nào?
Như vậy là không có thay đổi đáng kể về tốc độ trong tương lai gần, nhiều nghiên cứu tài chính cho thấy tỷ lệ giá vé và năng lượng (môi trường), bảo trì không tỷ lệ thuận với tốc độ trên 320 km/h.
Để khai thác hiệu quả hơn thì cần cải tiến hệ thống quản lý tín hiệu tàu. Biết rằng với tốc độ trên 200km/h, người lái không thể đọc mà thông tin phải hiển thị trực tiếp trong cabin tàu TGV.
Hiện nay mỗi ngày có 240 chuyến tàu Paris-Lyon, khoảng cách an toàn giữa các tàu là 4 phút. Trong tháng 11 năm ngoái, chuyến tàu đã tạm ngừng hoàn toàn trong 4 ngày (9-12/11) để cập nhật hệ thống tín hiệu mới nhất giữa hai thành phố, cho phép rút ngắn cự li giữa hai tàu thành 3 phút vào năm 2026.
Việc đầu tư nghiên cứu và sản xuất, thực nghiệm thế hệ tàu mới đã được cân nhắc từ rất lâu (10 năm, chi 4 tỷ euro) để đồng bộ hóa với hệ thống và nhà ga.
Giảm tốc
Các bạn không nghe nhầm đâu, đây chính là cốt lõi của các giải pháp an toàn.
Đánh giá vấn đề thời tiết khắc nghiệt như giãn nở đường ray khi trời nắng gắt mùa hè hay khi tuyết rơi dày vào mùa đông… hệ thống kiểm soát tốc độ tại những khu vực nhạy cảm được lắp đặt và cập nhật từ năm 1986 đến nay rồi trở thành bắt buộc tại Pháp.
Tuy vậy luôn có những biến số mới theo thời gian thực. Vấn đề giảm tốc cũng liên quan mật thiết đến vấn đề bảo trì, bảo dưỡng:
Theo tiêu chuẩn châu Âu, thời hạn sử dụng tàu TGV là 40 năm (45 năm với thế hệ tàu mới nhất TGV M khai thác năm 2026) nhưng thời hạn sử dụng của đường ray chỉ là 25 năm. Do vậy trong 6 năm liên tục từ 2008-2014 đường tàu này đã phải thay thế mỗi năm 50km đường ray (tàu chuyên dụng Boa thay thế 1km ray/đêm), riêng hệ đỡ (ballast) phải bảo trì, thay thế hàng năm (vận tốc khai thác 300km/h) hoặc 6 tháng (vận tốc khai thác 320km/h).
Để đáp ứng hệ thống bảo trì, bảo dưỡng vào ban đêm, tàu cao tốc tại Pháp chỉ chạy từ 5-23h. Trước 5h sáng, luôn có một chuyến tàu kiểm tra kĩ thuật tốc độ 200km/h chạy trước chuyến tàu cao tốc đầu tiên để đảm bảo an toàn.
Vào ga
Chúng tôi vẫn nói với nhau rằng, nhà ga là cánh cửa mở vào thành phố. Đây là cổng chính cho nên nhà ga là hạng nhất được thiết kế làm tâm điểm (tiếp cận) đa phương thức trong một quy hoạch tổng thể đa chức năng. Xem hình bên dưới, nhà ga màu đỏ.
3km, là đoạn đường cần thiết để dừng tàu TGV. Vẫn là bài toán quen thuộc, tốc độ khi vào thành phố giảm đáng kể do dùng chung mạng lưới đường sắt đô thị tuy vậy có thể khắc phục một phần bằng hệ thống điều khiển thông minh.
Đoạn cuối hành trình đoàn tàu sẽ trượt dưới tòa cao ốc TWO LYON, nhà ga có một mái vòm hình nón lệch, cho phép tạo một đường viền mái thẳng đằng sau, một viền mái cong rất nhẹ hướng vào trong cao ốc.
Tàu đã đến bến an toàn, dừng lại ở tầng trên, giống như là ở sân bay, mọi người được dẫn xuống mặt đất bằng hệ thống thang máy và thang cuốn. Nhà ga được thiết kế gồm hai mặt kính hướng bắc, nam trong suốt cho phép nhìn thấy đoàn tàu ngay từ khi hành khách đến sân trước.
An toàn đường sắt
An toàn là một yếu tố then chốt đối với hệ thống đường sắt nói chung và với Pháp nói riêng. Hệ thống đường sắt bao gồm hai thành phần cơ bản: Phương tiện chạy trên đường ray (tàu); Cơ sở hạ tầng (đường ray, cầu, đường ngang, hầm...)
Các thành phần này phải được thiết kế theo tiêu chuẩn an toàn của châu Âu và của Pháp.
An toàn được chú ý đến trong từng giai đoạn của dự án: thiết kế, thi công, bảo trì, vận hành.
Mỗi dự án đều có những đặc thù và ràng buộc riêng. Để hạn chế các rủi ro, thì việc nghiên cứu tính khả thi của một dự án là rất cần thiết. Nó giúp có một thiết kế phù hợp, một kế hoạch và ngân sách được kiểm soát tốt.
Nước Pháp đã chia sẻ chuyên môn và kinh nghiệm của mình tích lũy qua hàng trăm năm trong lĩnh vực đường sắt tới nhiều quốc gia trên thế giới. Họ đã đề xuất các giải pháp phù hợp cho từng quốc gia/ khu vực có những điều kiện khí hậu khắc nghiệt và địa lý phức tạp.
Ví dụ trong lĩnh vực thiết kế:
Tàu cao tốc TGV Maroc (bắt đầu khai thác thương mại từ năm 2018): Nước Pháp đã thiết kế một hệ thống điều hòa không khí tối ưu để có thể hoạt động trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt (từ -10° - 50°C).
Tuyến đường sắt cao tốc Địa Trung Hải (LGV Méditerranée LN5) dài 250km nối Paris–Marseille trong 3h, khánh thành năm 2001, công việc thiết kế phải trải qua nhiều trở ngại.
Đó là, tàu cao tốc TGV lưu thông trong vùng có thời tiết gió lớn (vận tốc gió trung bình 138 km/h, tối đa có thể lên đến 183 km/h); Địa hình tuyến đường yêu cầu xây dựng nhiều nền đắp và cầu cạn, làm tăng hiệu ứng gió cục bộ.
Ngoài ra, tốc độ tối đa của TGV được nâng lên gần 300km/h; Triển khai đoàn tàu TGV hai tầng (duplex) có diện tích tiếp xúc gió lớn hơn
Sự kết hợp của những yếu tố này đã khiến Công ty Đường sắt quốc gia Pháp (SNCF) phải: Nghiên cứu rủi ro lật tàu do gió ngang (gió bên); Phát triển các chiến lược bảo vệ thụ động, ví dụ: lắp đặt tường chắn gió (cao 3,5m hoặc 1,5m) tại cầu cạn Les Angles.
Ngoài ra, xây dựng các chiến lược bảo vệ chủ động như: Đo vận tốc gió bằng cánh gió hoặc thiết bị đo gió; Tàu cao tốc TGV được thiết kế để có khả năng giảm tốc độ một cách tự động theo thông tin vận tốc gió nhận được từ các phương tiện đo vận tốc gió chuyển tới.
Trong lĩnh vực vận hành, nếu có rủi ro xảy ra, ví dụ hoả hoạn ở đường hầm thì người Pháp cũng rất giàu kinh nghiệm về quá trình giải cứu hành khách ra khỏi vùng nguy hiểm một cách an toàn. Đó là, soạn thảo sẵn các quá trình sơ tán, đào tạo nhân viên, và thực hiện các diễn tập sơ tán một cách định kì.
An toàn trong lĩnh vực đường sắt giữ vai trò thiết yếu nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Việc quan tâm sâu sát đến mọi khâu từ thiết kế, thi công, bảo dưỡng đến vận hành giúp giảm thiểu rủi ro và bảo vệ hành khách cũng như tài sản một cách tối ưu.
Hải Linh
