Bài toán siêu cao khi thiết kế tuyến đường sắt tốc độ cao trục Bắc - Nam

Dự án đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc - Nam hiện đang trong giai đoạn trình Quốc hội thảo luận, xem xét thông qua chủ trương đầu tư.

Đến nay, dự án đã hoàn thành giai đoạn nghiên cứu tiền khả thi và được Hội đồng thẩm định nhà nước đồng ý thông qua. Đơn vị tư vấn lập Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án là Liên danh Tư vấn TEDI - TRICC - TEDIS. Báo cáo được Tư vấn thẩm tra quốc tế (Liên danh tư vấn Công ty TNHH Tư vấn và xây dựng Đại học GTVT – Công ty TNHH EVO mc – Công ty Ove Arup & Partner Hong Kong Limited – Công ty Cp Tư vấn xây dựng và thương mại Hưng Phú) thực hiện đánh giá, thẩm tra báo cáo nghiên cứu tiền khả thi và báo cáo Hội đồng thẩm định nhà nước.

Theo đề xuất của tư vấn lập dự án tại báo cáo nghiên cứu tiền khả thi, tuyến đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc - Nam được xây dựng mới tuyến đường sắt đôi, khổ 1.435 mm, điện khí hóa, tốc độ thiết kế 350 km/h, tải trọng 22,5 tấn/trục; trên tuyến có 23 ga hành khách và 5 ga hàng hóa; vận chuyển hành khách, đáp ứng yêu cầu lưỡng dụng phục vụ an ninh, quốc phòng, có thể vận tải hàng hóa khi cần thiết.

Về góc độ kỹ thuật, Tư vấn thẩm tra có ý kiến: Hiện trên thế giới chưa có tuyến đường sắt nào thiết kế và vận hành tàu khách với vận tốc 350 km/h, tải trọng 22,5 tấn/trục khai thác chung với tàu hàng. Tốc độ thiết kế cao nhất cao nhất để chạy hỗn hợp tàu khách, tàu hàng container là tàu khách 300 km/h, tàu hàng 120 km/h.

"Theo tính toán lý thuyết thì tàu hàng container khai thác với vận tốc 120 km/h chỉ có thể chạy chung đường với tàu khách thiết kế 350 km/h, khai thác với vận tốc 320 km/h khi bán kính đường cong tối thiểu là Rmin = 10.500 m và độ dốc dọc ≤ 15‰. Tuy nhiên, trường hợp này chỉ đảm bảo an toàn khi khai thác riêng tàu ngoài khung giờ với tàu khách", Tư vấn thẩm tra nêu, kèm một số khuyến nghị thiết kế tuyến trong bước lập Báo cáo nghiên cứu khả thi dự án.

Về vấn đề này, theo Tư vấn nghiên cứu dự án (Liên danh Tư vấn TEDI - TRICC - TEDIS), để đáp ứng yêu cầu hiện đại đồng bộ, Đề án chủ trương đầu tư dự án đã được Bộ Chính trị, Ban Chấp hành Trung ương thông qua trong đó xác định tuyến đường sắt tốc độ cao trục Bắc - Nam được thiết kế với tốc độ 350 km/h, vận chuyển hành khách, đáp ứng yêu cầu lưỡng dụng phục vụ quốc phòng, an ninh, có thể vận tải hàng hóa khi cần thiết.

Kết luận của Phó Thủ tướng Chính phủ tại Thông báo số 441/TB-VPCP ngày 23/9/2024 xác định công năng vận tải của tuyến đường sắt tốc độ cao: Chỉ vận chuyển hàng nhẹ, hàng chuyển phát nhanh; đối với hàng hóa tải trọng lớn, hàng container sẽ sử dụng đường sắt hiện hữu và phương thức vận tải khác.

Để đáp ứng yêu cầu này, tư vấn lập dự án đã nghiên cứu tính toán siêu cao (sự chênh lệch về độ cao giữa hai ray) cho các phương án tốc độ chạy tàu theo các tiêu chuẩn gồm Tiêu chuẩn EN 13803:2017 của Châu Âu và Tiêu chuẩn TCVN13342:2021 của Việt Nam. Ngoài ra có xem xét thêm sự phù hợp với Tiêu chuẩn Trung Quốc TB10098-2017. Các giá trị siêu cao giới hạn, siêu cao thiếu, siêu cao thừa của các tiêu chuẩn cho trong bảng dưới đây:

Tư vấn cũng tính toán các giá trị siêu cao đối với các thông số đầu vào: Tuyến đường sắt tốc độ cao khổ 1.435 mm, tốc độ thiết kế tàu khách 350 km/h, tàu hàng 160 km/h, bán kính cong tối thiểu sử dụng R = 6.500 m.

Kết quả cho thấy siêu cao thực tế có thể chọn trong vùng từ 122 mm tới 156 mm. Nếu chọn 122 mm thì siêu cao thiếu cho tàu khách đạt 100 mm đúng bằng mức giới hạn cho phép, trong khi tàu hàng thừa 76 mm. Nếu chọn 156 mm thì siêu cao thiếu cho tầu khách đạt 66 mm, trong khi tàu hàng thừa 110 mm đúng bằng mức giới hạn cho phép. Nếu chọn 135 mm thì lượng thiếu và thừa tương đối cân bằng.

Vùng siêu cao có thể bố trí như hình dưới đây:

Cùng đó, Bảng kiểm toán siêu cao ứng với siêu cao với cặp tốc độ thiết kế: Tàu khách V = 350 km/h, tàu hàng V=160 km/h, như sau:

Còn Bảng kiểm toán siêu cao ứng với siêu cao với cặp tốc độ khai thác: Tàu khách khai thác tối đa V = 320 km/h, tàu hàng khai thác thông thường V = 120 km/h, như sau:

Với tính toán trên, Tư vấn lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án kết luận, việc bố trí tuyến đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc - Nam có tốc độ thiết kế cho tàu khách V = 350 km/h chạy chung với tàu hàng tốc độ V = 160 km/h là hoàn toàn có thể thực hiện được về mặt bố trí siêu cao của kết cấu hạ tầng.

Cũng theo tư vấn trên, thực tế trên thế giới đã có các tuyến thiết kế và khai thác hỗn hợp với sự chênh lệch tốc độ khá lớn như tuyến đường sắt Stuttgart - Mannheim tại Đức thiết kế tốc độ 300 km/h chạy chung với tàu hàng tốc độ 120 - 160 km/h (tàu khách chạy ban ngày và tàu hàng chạy ban đêm).

Tuyến cao tốc Barcelona - Perpignan (đi qua biên giới Pháp và Tây Ban Nha) là tuyến đường sắt liên bang đầu tiên có khổ chung Châu âu, khai thác năm 2013, được thiết kế để chờ tàu khách cao tốc với tốc độ 310 km/h và chở hàng với tốc độ 160 km/h. Thực tiễn trên là cơ sở để tham khảo cũng như tiếp tục nghiên cứu tính toán chi tiết theo tiêu chuẩn cụ thể trong các bước tiếp theo của Dự án đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc - Nam.