15/06/2010

Tìm hiểu về đường sắt cao tốc

Nguyễn Hải Hoành 

clip_image002

Có người nói đường sắt cao tốc (ĐSCT) dù hiện đại đến mấy thì cũng như chiếc ô tô Lexus hoặc chiếc máy bay Airbus 380 là cùng, ta cứ mua về là dùng được thôi, có gì phải lo nhỉ.
Người viết bài này đã làm đường sắt (ĐS) 30 năm và bắt đầu nghiên cứu ĐSCT từ năm 1970, cũng từng đi tàu cao tốc ICE ở châu Âu, nhờ thế nên có thể dám nói: sử dụng ĐSCT khó trăm lần so với việc dùng chiếc Lexus hoặc Airbus 380; còn nói về xây dựng, khai thác, quản lý ĐSCT thì có thể khẳng định ít nhất 50 năm nữa ta mới đủ điều kiện làm.

Xin chia sẻ với bà con và nhất là với các vị đang muốn làm ĐSCT xuyên Việt một suy nghĩ: ĐSCT chẳng những khó làm mà làm rồi còn khổ hơn không làm.

Ngành ĐS nước ta vào loại lạc hậu nhất thế giới, cả nước có 2500 km ĐS thế mà định đốt cháy giai đoạn làm con ĐSCT dài gấp rưỡi tuyến ĐSCT dài nhất thế giới hiện nay (1000 km). Đốt cháy giai đoạn tức là đốt tiền của, công sức của nhân dân. Mấy chục km ĐS đi qua cầu Thăng Long từ ngày làm xong hầu như bỏ không ba chục năm nay là một bài học sờ sờ về khả năng “quy hoạch” của chúng ta, lãng phí bao nhiêu nghìn hec ta đất thượng đẳng điền, nhưng các vị hữu trách cũng chỉ tặc lưỡi cho qua.

ĐSCT là cả một hệ thống công trình trang thiết bị khoa học kỹ thuật (KHKT) cực kỳ phức tạp sử dụng các thành tựu cao nhất của công nghệ máy tính, tin học, điều khiển tự động và từ xa, điện lực và điện tử, vi điện tử, thông tin liên lạc, cơ khí, khí động học, xây dựng, vật liệu. Đặc biệt nó lại trải dài trên nhiều trăm km, thậm chí cả nghìn km, qua bao nhiêu đô thị đông dân, qua hàng trăm cầu, hầm... nên việc quản lý, trông nom bảo dưỡng nó vô cùng phức tạp, tốn kém, đòi hỏi một đội ngũ khai thác, quản lý, bảo dưỡng có trình độ cao và làm việc cực kỳ nghiêm chỉnh. Tất cả chỉ vì để bảo đảm an toàn chạy tàu, yêu cầu cao nhất trong khai thác ĐSCT.

Yêu cầu về an toàn chạy tàu

Các chuyên gia ĐS gọi an toàn chạy tàu là cái thùng không đáy ngốn tiền của công sức của ngành ĐS. Cho tới nay ngoài tuyến ĐSCT Tokyo-Osaka ở Nhật là có lãi ra (vì người ta dùng nó để đi làm hàng ngày như đi xe bus, đâu phải là đi du lịch), các tuyến ĐSCT đã khai thác khác đều không có lãi vì không đủ lượng khách cần thiết, song xét tới hiệu quả về các mặt khác (như hiệu quả xã hội, môi trường, tiết kiệm năng lượng, phục vụ những thời kỳ lượng khách tăng đột xuất...) nên người ta vẫn chấp nhận khai thác.
Đó là vì đoàn tàu nặng cả nghìn tấn lại chạy với tốc độ máy bay (300-350 km/giờ) khi xảy tai nạn thì vô cùng nguy hiểm cho người trên tàu cũng như người ở gần đường sắt. Máy bay bay trên bầu trời bao la chẳng có trở ngại gì, còn tàu cao tốc “bay” trên mặt đất có bao nhiêu tai hoạ rình rập xung quanh.

Mọi người đều biết, đoàn tàu chạy trên hai thanh ray, khi đó lực hướng tâm (hướng vào tâm trái đất) có tác dụng ghì đoàn tàu xuống đường ray là yếu tố quan trọng nhất để bảo đảm tàu chạy được nhanh và an toàn. Thí nghiệm khoa học cho thấy khi tốc độ tàu đạt 127 km/giờ, bất cứ một ngoại lực nào cũng sẽ làm thay đổi thông số của lực hướng tâm. Dưới tác dụng của ngoại lực như nhau, nếu tàu chạy càng nhanh thì sự thay đổi đó càng mạnh, tàu chạy càng kém an toàn. Chẳng những cự ly giữa hai thanh ray phải không được biến đổi quá 1 mm, mà cho dù chỉ cần trên mặt ray có một cái đinh, một cục gỗ, một viên đá hoặc có vết nứt nhỏ xíu là đủ làm tàu trật bánh. Khi đè lên một chú mèo hoặc chó là đoàn tàu có thể bị văng ra khỏi đường ray hoặc lật nhào. Thử tưởng tượng thảm hoạ khi đó sẽ ra sao?

Khi tàu chạy, bánh xe luôn tác động vào má ray một lực ngang rất mạnh. Cho nên giữa má ray với gờ bánh xe luôn phải có một khe hở nhất định, gọi là “độ rơ” (độ sàng); theo quy định trên đường thẳng độ rơ này bằng 7,5 mm; trên đường cong thì độ rơ lớn hơn. Khi tàu chạy nhanh độ rơ này làm tăng lực tác dụng của bánh xe vào má ray, chóng bào mòn ray và bánh xe, đồng thời làm toa xe lắc ngang. Vì thế trên ĐSCT người ta phải thu hẹp độ rơ này. Thí dụ ĐS khổ tiêu chuẩn 1435 mm hiện nay cho phép độ rơ không quá 7 mm, nghĩa là khổ ĐS chỉ còn 1432 mm. Để giữ cho cự ly giữa hai thanh ray không đổi, thanh ray được bắt chặt xuống tà vẹt bằng một loại bu lông thép; hàng triệu bu lông ấy trải dài trên đường sắt đi qua nhiều vùng hẻo lánh, dù chỉ một chiếc bu lông ấy bị kẻ gian đánh cắp hoặc nới lỏng cũng có thể làm cự ly ray mất chính xác, có thể gây tai nạn chạy tàu.

Khi tàu cao tốc chạy qua, không khí hai bên đường ập vào gây ra một luồng gió cấp 8~10, mọi vật và người đứng cách đường sắt 2~3 mét có thể bị cuốn vào đường tàu. Khi hai tàu cao tốc chạy ngược chiều gặp nhau, luồng gió này lại càng lớn. Vì thế cự li giữa hai đường sắt song song phải rộng hơn đường sắt bình thường. Mặt khác lực ép của khí quyển cũng có tác dụng tốt là ghì chặt đoàn tàu xuống đường, giảm được các dao động ngang và hiện tượng lắc tàu.
Khi tàu chạy vào đường hầm với tốc độ viên đạn thì chẳng khác gì đâm đầu vào bức tường không khí, nhất là khi hầm dài vài chục km, vì không khí trong hầm “đặc” hơn ngoài trời rất nhiều. Hiện tượng áp lực không khí đè lên đầu tàu tăng đột ngột và rất mạnh gây ra một lực cản có thể làm vỡ cửa kính, làm hành khách ù tai. Để giải quyết vấn đề này người ta phải làm đường hầm rất rộng, hoặc đặt quạt thông gió mạnh cho không khí trong hầm được thông thoáng. Toàn bộ đoàn tàu phải được bọc kín không chịu tác động của không khí bên ngoài. Các đường hầm trên ĐSCT ở Trung Quốc đều được làm với mặt cắt rộng tới 160 m2, bằng diện tích sân bóng rổ, do đó giá thành công trình hầm bị đội lên nhiều lần so với hầm ĐS thường.
Vì tàu chạy mỗi tích tắc khoảng 100 mét, nhanh hơn tên bắn, nên người đứng trên đường tàu khi nhìn thấy tàu từ khoảng cách 200 m cũng không kịp nhảy ra. Thống kê của Trung Quốc cho thấy 92,3% trường hợp này đều tử thương.

Vì cự ly hãm tàu tỷ lệ với bình phương của tốc độ chạy tàu, cho nên tàu cao tốc có cự ly hãm rất dài, vào cỡ từ 4 km tới 8 km. Thí dụ cự ly hãm an toàn khi tàu chạy 350 km/giờ trên tuyến Vũ Hán-Quảng Châu là 11 km, bằng quãng đường từ ga Hà Nội tới ga Yên Viên (khi chạy 100 km/giờ, cự ly hãm bằng 800 m). Hãm khẩn cấp, ta gọi là “hãm độc”, tuy cự ly hãm ngắn hơn nhưng không an toàn, nguy hiểm cho hành khách trên tàu, vì gia tốc âm quá lớn (gia tốc âm cực đại mà con người bình thường có thể chịu được là 1,5 m/s2, tức là mỗi giây vận tốc giảm 1,5 m/s). Với cự ly hãm dài như vậy, khi đã biết phía trước có trở ngại như cầu hầm sập, đất lở... cũng rất khó dừng tàu trước địa điểm nguy hiểm. Vì thế các chuyên gia phải tìm cách giúp tài xế lái tàu “nhìn” thấy trước tình hình đường xá trong vòng 30 km.
Để bảo đảm “tầm nhìn” ấy, dọc ĐS cứ cách một chặng lại phải đặt một tháp thu thập số liệu (tương tự tháp trong hệ thống điện thoại di động) dùng sóng vô tuyến giám sát xem trên ĐS có người hoặc súc vật, vật lạ hay không. Khi phát hiện thấy có, thông tin này lập tức tự động truyền lên cabin lái tàu ra lệnh tàu dừng lại. Ngoài hệ thống vô tuyến còn có hệ thống giám sát hữu tuyến, có thể quan sát thấy sự biến dạng của đường sắt tới vài mm.

Dọc ĐSCT phải đặt hàng nghìn thiết bị điện tử vô cùng tinh vi trên tàu, dưới ga, chỉ cần một chi tiết thiết bị đó bị phá hoại, lấy cắp hoặc bị di chuyển thì hậu quả vô cùng nguy hiểm, nhẹ nhất là tàu không chạy được, nặng hơn thì xảy tai nạn.
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, các thiết bị điện tử rất hay trục trặc, vì thế đòi hỏi phải thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng, thay thế. Trên mỗi chuyến tàu bao giờ cũng phải có một kỹ sư cơ điện túc trực giải quyết các trục trặc thiết bị cơ điện trên tàu.
Dọc đường sắt phải đặt hàng nghìn bộ cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm khí trời, đo tốc độ chạy tàu, đo điện áp... cùng hàng nghìn bộ kiểm tra phát hiện dị vật trên đường ray.
Các đoàn tàu chạy nối đuôi nhau vài phút một chuyến, cự ly cách nhau khoảng 30 km. Khi tàu trước vì lý do nào đấy bỗng nhiên giảm tốc độ thì tàu sau cũng phải được lập tức tự động giảm tốc độ cho bằng với tốc độ tàu trước, nếu không sẽ đâm đuôi tàu trước.
Hậu quả đâm đuôi ra sao? Xin nhắc lại vụ tai nạn nửa đêm ngày 26/3/1978 tại gác chắn đường Trần Phú - Hà Nội: tàu khách chạy sau đâm đuôi tàu hàng chạy trước đang đỗ ngoài cột tín hiệu vào ga Hà Nội (lúc ấy ga chưa mở tín hiệu cho tàu vào). Cầu Long Biên yếu nên hạn chế tốc độ tàu chỉ có 12 km/h, thế mà khi đâm, đầu máy tàu sau lồng vào toa hành lý, toa này bị đội lên trời đè vào toa khách liền sau. Nguyên nhân do tài xế tàu sau buồn ngủ quên không nhìn tín hiệu tự động bên đường lúc ấy đã bật đèn đỏ. Khi cách đuôi tàu trước chừng 50 m, tài xế tàu sau mới nhìn thấy đèn đỏ (đèn dầu hoả) treo ở đuôi tàu trước, biết là sắp đâm nhau, tài xế nhảy ra ngoài được (sau bị tù chung thân) nhưng hơn 30 hành khách chết thảm khốc, nhiều người bị thương. Thử tưởng tượng khi tốc độ 350 km/giờ thì tai hoạ khủng khiếp tới đâu!
Vì thế ĐSCT phải hoàn toàn điều khiển tự động, sử dụng máy tính chỉ huy chạy tàu. Mọi số liệu về chạy tàu thường xuyên hiện trên bảng hiện số ở Trung tâm Chỉ huy và trước mặt tài xế lái tàu. Thiết bị này bảo đảm tài xế từ trên cabin lái có thể “nhìn” thấy 32 km phía trước (với ĐS tốc độ 100 km/giờ là 8 km).
Tuy có hệ thống tự động lái tàu nhưng vai trò người tài xế vẫn rất quan trọng.
Tài xế lái tàu (một chính, một phụ) suốt hành trình không được rời cabin lái. Tài xế chính không được rời bàn lái dù chỉ một giây, và chỉ được quay mặt về phía trước, cấm quay đầu, nghiêng đầu; suốt hành trình không được đi vệ sinh (vì thế nếu hành trình trên 5 giờ là rất gay!)!
Lái tàu được tuyển nghiêm ngặt như tuyển phi công. Tài xế đã có ít nhất 15 năm lái tàu ĐS chạy điện mới được dự học lớp đào tạo lái tàu cao tốc. Học lái 3 tháng có thể được cấp chứng chỉ nhưng để trở thành thành lái chính phải mất ít nhất 7 năm. Hàng ngày trước khi lên tàu, tài xế phải được kiểm tra độ cồn trong người, bằng thiết bị kiểm tra chính xác hơn nhiều so với thiết bị cảnh sát dùng. Tại Cục ĐS Tây An (Trung Quốc) 1300 tài xế dự thi chỉ có 106 người được cấp bằng lái tàu cao tốc.

Tàu cao tốc khi chạy phải bọc kín hoàn toàn như máy bay đang bay. Trên mỗi toa đều đặt thiết bị tự động báo cháy cực nhạy, khói của một điếu thuốc lá đủ để thiết bị này hoạt động và tự bắt tàu dừng lại ngay. Vì thế trên tàu tuyệt đối cấm hút thuốc lá.
Báo chí từng đưa tin về các trường hợp máy bay rơi chỉ vì bị chim đâm vào. Tàu hoả cao tốc có khác gì máy bay đâu. Khi tàu đang chạy, bất cứ vật gì dù nhỏ nếu va vào tàu sẽ đều sẽ làm hỏng vỏ tàu, vỡ cửa kính, hỏng các thiết bị điện tử tinh vi trên tàu... kết cục cực kỳ tai hại. Ném đá, ném rác lên tàu đang chạy là điều tuyệt đối cấm (ở ta là chuyện thường ngày). Cần chú ý là cửa kính trên tàu lại không được làm bằng loại kính quá bền, vì có lần tàu xảy tai nạn, đội cấp cứu từ bên ngoài không tài nào phá được cửa kính vào cứu người, từ đó có quy định phải dùng loại kính có thể đập vỡ bằng búa.

clip_image004

Người Đức nổi tiếng làm việc kỷ luật, thận trọng thế mà cũng xảy ra vụ tai nạn làm cả thế giới hãi hùng ngày 3/6/1998 trên tuyến ĐSCT Hanover-Hamburg (Eschede ICE train disaster). Chỉ vì một lỗi nhỏ ở bánh xe khi tàu đang chạy với tốc độ 200 km/giờ mà gây trật bánh, khiến trong số 287 khách trên tàu có 101 người chết, 88 người bị thương, thiệt hại vật chất lớn vô kể; và một kết cục tai hại nữa: Đài Loan thấy thế hết vía vội huỷ thoả thuận cả tỷ USD mua công nghệ ĐSCT Đức, chuyển sang mua công nghệ Nhật.

Quang cảnh vụ tai nạn Eschede – Đức, 1998:

clip_image006 clip_image008

Quang cảnh vụ tai nạn đường sắt cao tốc ở Glendale, California 2005:

clip_image010

Quang cảnh vụ tai nạn đường sắt cao tốc ở Lambrigg, Anh 2007:

clip_image012

Quang cảnh tai nạn ở Pháp 2007:

clip_image014 clip_image016

Đường dây cao thế 25-27 kV chạy dài suốt ĐSCT lại không treo cao như đường dây của ngành điện; vì thế ai qua lại hoặc đứng dưới cột điện sẽ rất nguy hiểm, người mang vật gì cao, ô tô chở hàng cao đi dưới đường dây này sẽ có thể chạm điện hoặc bị dòng điện cao thế phóng xuống.
Để bảo đảm chạy tàu an toàn, mỗi ngày ĐSCT phải dành ra 4 tiếng đồng hồ ngừng chạy tàu để làm các công việc kiểm tra an toàn và duy tu bảo dưỡng. Hàng ngày trước khi chạy chuyến tàu chở khách đầu tiên, ngành ĐS phải cho chạy một đoàn tàu kiểm tra, khoảng 40-50 Kỹ sư mang theo các thiết bị đo đạc tinh vi theo tàu kiểm tra toàn tuyến. Thí dụ thiết bị hồng ngoại kiểm tra toàn bộ đường ray có chỗ nào rạn nứt hay không; thiết bị định vị 3D laser đo đạc xem tuyến đường có thay đổi gì không về 3 chiều ngang, dọc, đứng, với độ chính xác tới mili mét.
Tuyến ĐSCT Vũ Hán-Quảng Châu (1069 km) trước ngày đưa vào sử dụng đã phải chạy thử tàu không tải 50 nghìn km và tiến hành 1886 lần kiểm tra đồng bộ.

Tàu cao tốc khi chạy phát ra tiếng ồn rất khó chịu, gồm tiếng bánh xe đè trên đường ray, tiếng rít của khung lấy điện áp vào đường dây cao thế, và tiếng ồn gây ra bởi khí động học. Vì thế hai bên ĐS vùng chạy qua nơi dân ở phải xây hàng rào cao 3 m ngăn tiếng động thoát ra ngoài.

Để bảo đảm an toàn cho dân hai bên ĐS, khoảng cách quy định tối thiểu giữa nhà với ĐSCT là 50 m nếu hai bên ĐS đều có nhà, hoặc 20 m nếu chỉ một bên ĐS có nhà.

ĐSCT không cho phép xảy ra bất kỳ sơ xuất nào trong xây dựng, khai thác, quản lý. Đài Loan có nền tảng khoa học kỹ thuật khá cao, đội ngũ cán bộ kỹ thuật mạnh, thế mà khi làm xong ĐSCT Bắc Nam dài 345 km vẫn phải mời 35 tài xế người Đức và Pháp sang lái tàu đồng thời kèm cặp người bản xứ (đã được học lái tàu ở nước ngoài). Khi xây dựng tuyến ĐSCT này họ cũng phải thuê 2000 kỹ sư cùng nhiều công nhân lành nghề người nước ngoài.

Có thể thấy khai thác và quản lý ĐSCT khó hơn, tốn kém hơn các tuyến hàng không. Đối với Việt Nam, có lẽ cái khó nhất là ta thiếu một đội ngũ cán bộ công nhân lành nghề, có tác phong công nghiệp hoá, ý thức trách nhiệm cao để thiết kế, xây dựng, khai thác và quản lý ĐSCT.

Đường dây điện trên ĐSCT:

clip_image018
Tài xế lái tàu trên ĐSCT Tây Ban Nha:

clip_image020

N.H.H.

Nguồn: Trannhuong.com