Hệ thống tàu cao tốc

Hệ thống tàu cao tốc (viết tắt HST hoặc tiếng Anh HSR từ 'high-speed rail'; còn gọi là Đường sắt tốc độ cao tại Việt Nam) là phương tiện vận tải hành khách đường sắt hoạt động với tốc độ vượt trội so với đường sắt thông thường. Theo quy định của Liên minh châu Âu, tốc độ của đường sắt cao tốc được xác định là 245 km/h cho đường nâng cấp và 295 km/h trở lên cho đường mới. Tại Nhật Bản, các tuyến Shinkansen vận hành với tốc độ trên 260 km/h và được xây dựng bằng đường sắt khổ tiêu chuẩn, không có giao cắt đồng mức. Ở Trung Quốc, các tuyến đường sắt cao tốc thường hoạt động với tốc độ tối đa 350 km/h, trong khi một tuyến maglev đạt tốc độ lên tới 430 km/h.

Mặc dù chủ yếu được thiết kế để vận chuyển hành khách, một số hệ thống tàu cao tốc cũng cung cấp dịch vụ vận chuyển hàng hóa. Chẳng hạn, dịch vụ thư tín Pháp La Poste vận hành một số tàu TGV đặc biệt để chuyển hàng hóa thư tín.

Quá trình phát triển

Đường sắt là phương tiện vận tải khối lượng lớn đầu tiên trên mặt đất và, trước khi ô tô trở nên phổ biến vào đầu thế kỷ 20, đường sắt gần như là phương tiện vận chuyển chính trên bộ. Từ năm 1933, các công ty đường sắt ở châu Âu và Hoa Kỳ đã áp dụng thiết kế khí động học cho các dịch vụ tàu cao tốc, với tốc độ trung bình đạt 130 km/h và tốc độ tối đa trên 160 km/h. Vào thời điểm đó, cả tàu khí động học và tàu điện nhiều toa đều được sử dụng trong các dịch vụ vận tải cao tốc.

Vào năm 1957, Công ty đường sắt Odakyu tại Tokyo giới thiệu dịch vụ Romancecar với dòng tàu 3000 SE. Loại tàu này đã thiết lập kỷ lục thế giới với tốc độ 145 km/h trên đường sắt khổ hẹp, chứng minh cho các nhà thiết kế Nhật Bản rằng họ có thể chế tạo các đoàn tàu an toàn và đáng tin cậy trên đường sắt khổ tiêu chuẩn. Sự quá tải trên tuyến Tokyo-Osaka đã dẫn đến ý tưởng phát triển đường sắt cao tốc.

Tuyến đường sắt Tōkaidō Shinkansen của Nhật Bản, được khởi công vào tháng 4 năm 1959 và khai trương vào tháng 10 năm 1964, là tuyến tàu cao tốc hiện đại đầu tiên trên thế giới với khả năng chuyên chở lớn (ban đầu tối đa 12 toa). Tàu 0 Series Shinkansen, do Công ty Công nghiệp nặng Kawasaki chế tạo, đạt tốc độ tối đa 210 km/h trên tuyến Tokyo–Nagoya–Kyoto–Osaka, với các cuộc thử nghiệm năm 1963 đạt 256 km/h.

Tại châu Âu, đường sắt cao tốc được giới thiệu tại Hội chợ Vận tải Thế giới ở Munich vào tháng 6 năm 1965, khi tàu DB Class 103 thực hiện tổng cộng 347 chuyến trình diễn với tốc độ 200 km/h giữa Munich và Augsburg. Dịch vụ thường xuyên đầu tiên đạt tốc độ này là dịch vụ TEE 'Le Capitole', nối Paris với Toulouse bằng các đầu máy SNCF Class BB 9200 được chuyển đổi đặc biệt.

Khái niệm về đường sắt cao tốc

Khái niệm về đường sắt cao tốc khác nhau trên toàn thế giới và không có một tiêu chuẩn duy nhất. Mỗi địa phương có giới hạn tốc độ riêng biệt. Theo chỉ thị EC 96/58, đường sắt cao tốc được định nghĩa là các hệ thống tàu và cơ sở hạ tầng hoạt động với tốc độ 250 km/h trở lên trên các tuyến đường mới, hoặc 200 km/h trên các tuyến đường hiện có.

Tại Hoa Kỳ, Cơ quan Đường sắt Liên bang định nghĩa đường sắt cao tốc là những tuyến có tốc độ vượt quá 110 mph (180 km/h).

Tại Nhật Bản, các tuyến Shinkansen cao tốc sử dụng đường sắt khổ tiêu chuẩn thay vì khổ hẹp như các tuyến khác. Những tàu này đạt tốc độ trên 260 km/h và không có giao cắt đồng mức.

Ở Trung Quốc, có hai loại đường sắt cao tốc. Loại thứ nhất là các tuyến hoạt động với tốc độ từ 200 đến 250 km/h, bao gồm cả toa chở hàng và khách. Loại thứ hai là các tuyến chuyên chở khách với tốc độ tối đa lên tới 350 km/h.

Một định nghĩa khác về đường sắt cao tốc yêu cầu sử dụng đường sắt hàn liền để giảm rung động và sai lệch giữa các đoạn ray, cho phép tàu chạy với tốc độ trên 200 km/h. Tùy thuộc vào tốc độ thiết kế, độ nghiêng và phản lực có thể chấp nhận, các đường cong thường có bán kính hơn 5 km.

Hầu hết các hệ thống đường sắt cao tốc đều có một số đặc điểm chung. Chúng đều hoạt động bằng điện qua cần cáp trên cao và có hệ thống tín hiệu trong toa xe, đồng thời không có giao cắt đồng mức, mặc dù có ngoại lệ như tuyến Great Western ở Anh. Các ghi cải tiến thường có đầu vào rất thấp và sử dụng các góc tâm ghi để tối ưu hóa hiệu suất.

Các tàu hoạt động trên đệm từ thường được phân loại là đường sắt cao tốc do sự kết nối với các phương tiện đường ray, nhưng vì chúng không thể sử dụng trên các tuyến đường sắt thông thường nên thường được xếp vào một loại tiêu chí riêng biệt.

Nguyên nhân chính

Nhật Bản và Pháp là những nơi đầu tiên phát triển ý tưởng đường sắt cao tốc để đáp ứng nhu cầu vận chuyển hành khách ngày càng cao. Vào giữa những năm 1950, tuyến Tōkaidō Main Line tại Nhật Bản đã đạt công suất tối đa, dẫn đến việc xây dựng tuyến Tōkaidō Shinkansen nối Tokyo và Osaka từ năm 1959. Tuyến này khai trương vào ngày 1 tháng 10 năm 1964, trùng với thời điểm diễn ra Thế vận hội mùa hè Tokyo. Tuyến Tōkaidō Shinkansen, mặc dù chỉ có một tuyến đường duy nhất nối Tokyo và Osaka, đã phục vụ đến một nửa dân số Nhật Bản vào thời điểm đó, với dân số trên tuyến là 45 triệu người vào năm 1959 và hơn 65 triệu người hiện nay. Tuyến này hiện là tuyến đường sắt cao tốc bận rộn nhất thế giới và vẫn vận chuyển nhiều hành khách hơn tất cả các tuyến đường sắt cao tốc khác cộng lại. Các tuyến đường sắt cao tốc mới ở Nhật Bản có chất lượng phục vụ tương đương với châu Âu.

Tại Pháp, tuyến đường cao tốc chủ yếu nối Paris với Lyon dự kiến sẽ đạt công suất tối đa vào năm 1970. Việc xây dựng một tuyến đường sắt chỉ phục vụ hành khách giúp các tuyến đường trở nên thẳng hơn, giảm thời gian di chuyển giữa hai thành phố xuống còn khoảng 3 giờ và làm tăng lượng hành khách đáng kể. Thành công thương mại của các tuyến này đã góp phần mở rộng mạng lưới đường sắt cao tốc tại các quốc gia và nền kinh tế liên quan.

Sau Thế chiến II, ở Hoa Kỳ, sự tiến bộ trong công nghệ ô tô và máy bay, cùng với các hạn chế chống độc quyền đối với công ty đường sắt và việc chính phủ tăng cường trợ cấp cho các tuyến đường bộ và sân bay, đã khiến các phương tiện này ngày càng được ưa chuộng hơn. Trong khi châu Âu và Nhật Bản ưu tiên phục hồi tuyến đường sắt, Hoa Kỳ lại tập trung vào xây dựng mạng lưới đường cao tốc liên bang và sân bay lớn. Các hệ thống vận tải công cộng đô thị ở Hoa Kỳ chủ yếu tránh mở rộng đường sắt. Do ưu tiên của chính phủ đối với đường bộ và hàng không, cộng với mật độ dân số thấp, tuyến đường sắt ở Hoa Kỳ kém cạnh tranh hơn so với châu Âu và Nhật Bản. Tuy nhiên, khi chi phí năng lượng gia tăng, số lượng hành khách đi đường sắt đã gia tăng trên toàn quốc.

Tại Trung Quốc, kế hoạch xây dựng mạng lưới đường sắt cao tốc lớn nhất trong lịch sử được thúc đẩy bởi sự kết hợp giữa hạn chế năng lực của các tuyến hiện có và nhu cầu rút ngắn thời gian di chuyển trong nước, đồng thời khuyến khích phát triển dọc theo các tuyến. Kế hoạch này được tăng tốc nhờ gói hỗ trợ 4 nghìn tỷ Nhân dân tệ vào năm 2008, và một số tuyến dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2013.

Đi lại bằng đường sắt có lợi thế hơn ở những khu vực có mật độ dân số cao hoặc nơi giá xăng đắt, vì tàu quy ước có hiệu suất nhiên liệu cao hơn ô tô khi số lượng hành khách lớn, tương tự như các phương tiện công cộng khác. Rất ít tàu cao tốc sử dụng nhiên liệu diesel hoặc hóa thạch, nhưng các nhà máy điện cung cấp năng lượng cho tàu có thể dùng nhiên liệu hóa thạch. Tại Nhật Bản và Pháp, nơi có mạng lưới đường sắt cao tốc đắt đỏ nhất, một phần lớn điện năng đến từ năng lượng hạt nhân. Ngay cả khi điện được sản xuất từ than đá hoặc dầu mỏ, tàu vẫn có hiệu suất nhiên liệu trên hành khách tốt hơn ô tô nhờ vào công nghệ phát điện. Các mạng lưới đường sắt, giống như đường cao tốc, yêu cầu đầu tư vốn lớn và cần có mật độ dân số cao cùng sự đầu tư của chính phủ để cạnh tranh với cơ sở hạ tầng của máy bay và ô tô. Mật độ đô thị và vận tải số lượng lớn là yếu tố then chốt cho thành công của vận tải đường sắt ở châu Âu và Nhật Bản, đặc biệt là ở các quốc gia như Hà Lan, Bỉ, Đức, Thụy Sĩ, Tây Ban Nha và Pháp.

Công nghệ

Công nghệ đường sắt cao tốc chủ yếu dựa trên việc cải tiến công nghệ của đường sắt khổ tiêu chuẩn, kết hợp với việc sử dụng điện từ cần trên không. Bằng cách xây dựng cơ sở hạ tầng đường sắt mới theo tiêu chuẩn thế kỷ 20, bao gồm việc loại bỏ các giao cắt đồng mức, dừng liên tục, các đường cong nối tiếp, và không chia sẻ đường với các tàu hàng hay tàu khách tốc độ thấp, các tàu có thể duy trì tốc độ cao từ 250 đến 320 km/h. Tổng chi phí sở hữu hệ thống đường sắt cao tốc thường thấp hơn so với các phương án thay thế như đường cao tốc hay hàng không mới. Các hệ thống đường sắt của Nhật thường đắt hơn nhưng có độ tin cậy cao hơn nhờ vào đường ray riêng biệt, không có giao cắt, và hệ thống giám sát thảm họa. Tuy nhiên, phần lớn chi phí ở Nhật Bản liên quan đến việc đào hầm qua núi. Các cải tiến gần đây như bánh xe tiên tiến đã giúp tăng tốc độ vượt qua 400 km/h, bao gồm bộ điều chỉnh nghiêng tàu, thiết kế khí động học để giảm lực cản và tiếng ồn, phanh không khí, phanh tái hấp thu năng lượng, động cơ mạnh hơn, và ghi trọng lượng động. Tốc độ kỷ lục của tàu điện đạt 574,8 km/h do một đoàn tàu TGV rút gọn thiết lập trên đoạn đường thẳng, trong khi tàu Class 403 của Deutsche Bahn giữ kỷ lục tốc độ thương mại cao nhất ở mức 403,7 km/h. Các tuyến đường cao tốc ở châu Âu thường có đoạn đường mới cho tàu chạy hết tốc độ thương mại, với một số đoạn cũ gần các thành phố.

Tại Pháp, chi phí xây dựng đường sắt cao tốc (€10 triệu/km cho LGV Est) đã được giảm bằng cách chấp nhận các độ dốc cao hơn thay vì xây dựng hầm và cầu cạn. Ngược lại, tại Thuỵ Sĩ với địa hình đồi núi, việc xây dựng đường hầm là cần thiết. Để giảm chi phí xây dựng và vận hành, độ dốc 3,5% được áp dụng cho các tuyến đường chỉ phục vụ hành khách, thay vì độ dốc tối đa 1-1,5% trước đây. Các tuyến đường thẳng hơn có thể đòi hỏi chi phí đất đắt đỏ hơn, nhưng giúp giảm chi phí xây dựng, bảo trì và vận hành. Ở các quốc gia khác, đường sắt cao tốc thường được xây dựng mà không tính đến yếu tố kinh tế để hỗ trợ các loại hình vận tải khác như chở hàng. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy việc có các đoàn tàu với tốc độ thay đổi lớn làm giảm đáng kể khả năng của tuyến đường. Do đó, các tuyến đường vận tải hỗn hợp thường phục vụ tàu khách ban ngày và tàu hàng ban đêm. Đôi khi, tàu cao tốc ban đêm cũng được chuyển đổi thành tuyến tốc độ thấp để nhường đường cho vận tải hàng hóa.

Các tuyến đường sắt cao tốc phân theo khu vực

Các kỷ lục tốc độ tối đa

Tốc độ tối đa khi hoạt động

Khi nói đến 'tốc độ tối đa', có nhiều cách hiểu khác nhau:

• Tốc độ trung bình tối đa giữa hai điểm dừng đã định dựa trên thời gian chạy theo lịch tàu - trong điều kiện hoạt động hàng ngày.
• Tốc độ tối đa mà đoàn tàu được phép đạt được một cách an toàn theo quy định pháp luật hoặc chính sách trên đoạn đường thẳng, với các hạn chế tối thiểu trong hoạt động hàng ngày.
• Tốc độ tối đa mà một đoàn tàu chưa qua chuyển đổi có thể đạt được.
• Tốc độ tối đa mà một đoàn tàu đã qua chuyển đổi có thể đạt được.

Kỷ lục tốc độ cao nhất được thiết lập bởi một tàu TGV có người điều khiển với tốc độ 574.8 km/h. Kỳ chạy này nhằm chứng minh khả năng của tàu và không được áp dụng trong dịch vụ hành khách thông thường.

Kỷ lục tốc độ trên đường sắt là 10,325 km/h (6,416 mph) do một tàu tên lửa không người lái của Không quân Mỹ thiết lập.

Kỷ lục tốc độ tối đa cho một đoàn tàu chưa chuyển đổi được thiết lập bởi tàu JR-Maglev MLX01 không bánh xe với tốc độ 581 km/h vào năm 2003. Tuy nhiên, tốc độ này không thực sự phù hợp cho dịch vụ hành khách do các vấn đề như tiếng ồn, chi phí, và thời gian giảm tốc trong tình huống khẩn cấp.

Tàu Maglev Thượng Hải đạt tốc độ 431 km/h trong hoạt động hàng ngày giữa Longyang Road và Sân bay Quốc tế Pudong, giữ kỷ lục tốc độ cho các đoàn tàu thương mại. Hiện tại, tốc độ hoạt động tối đa (MOR) của các đoạn đường sắt cao tốc là 350 km/h, kỷ lục thuộc về Trung Quốc với tuyến Đường sắt liên thành phố Bắc Kinh-Thiên Tân, nối Bắc Kinh với Thiên Tân (117 km trong 30 phút). Các đoàn tàu đã chứng minh khả năng chạy ở tốc độ 394 km/h trong thử nghiệm, nhưng được quy định tốc độ 350 km/h trong hoạt động chính thức kể từ khi tuyến này đi vào hoạt động ngày 1 tháng 8 năm 2008.

Kỷ lục về tốc độ trung bình cao nhất giữa hai điểm dừng cho trước hiện thuộc về dịch vụ Đường sắt Cao tốc Trung Quốc trên tuyến Đường sắt Cao tốc Vũ Hán-Quảng Châu. Tàu trên tuyến này thực hiện hành trình dài 922 km trong 2 giờ 57 phút, đạt tốc độ trung bình 312.5 km/h từ Vũ Hán đến Nam Quảng Châu.

Kỷ lục trong các cuộc thử nghiệm

• 1963 - Nhật Bản - Shinkansen - 256 km/h (Quốc gia đầu tiên phát triển công nghệ đường sắt cao tốc)
• 1965 - Tây Đức - Đầu máy Class 103 - 200 km/h (Quốc gia thứ hai phát triển công nghệ đường sắt cao tốc)
• 1967 - Pháp - TGV 001 - 318 km/h (Quốc gia thứ ba phát triển công nghệ đường sắt cao tốc)
• 1972 - Nhật Bản - Shinkansen - 286 km/h
• 1974 - Tây Đức - EET-01 - 230 km/h
• 1974 - Pháp - Aérotrain - 430.2 km/h (tàu cao tốc một ray)
• 1975 - Tây Đức - Comet - 401.3 km/h (dẫn động bằng tên lửa hơi nước)
• 1978 - Nhật Bản - HSST-01 - 307.8 km/h (dẫn động bằng tên lửa phụ)
• 1978 - Nhật Bản - HSST-02 - 110 km/h
• 1979 - Nhật Bản - Shinkansen - 319 km/h
• 1979 - Nhật Bản - ML-500R (không người điều khiển) - 504 km/h
• 1979 - Nhật Bản - ML-500R (không người điều khiển) - 517 km/h
• 1981 - Pháp - TGV - 380 km/h
• 1985 - Tây Đức - InterCityExperimental - 324 km/h
• 1987 - Nhật Bản - MLU001 (có người điều khiển) - 400.8 km/h
• 1988 - Tây Đức - Thực nghiệm liên thành phố - 406 km/h
• 1988 - Ý - ETR 500-X - 319 km/h (Quốc gia thứ tư phát triển công nghệ đường sắt cao tốc)
• 1988 - Tây Đức - TR-06 - 412.6 km/h
• 1989 - Tây Đức - TR-07 - 436 km/h
• 1990 - Pháp - TGV - 515.3 km/h
• 1992 - Nhật Bản - Shinkansen - 350 km/h
• 1993 - Nhật Bản - Shinkansen - 425 km/h
• 1993 - Đức - TR-07 - 450 km/h
• 1994 - Nhật Bản - MLU002N - 431 km/h
• 1996 - Nhật Bản - Shinkansen - 446 km/h
• 1997 - Nhật Bản - MLX01 - 550 km/h
• 1999 - Nhật Bản - MLX01 - 552 km/h
• 2002 - Tây Ban Nha - AVE Class 330 - 362 km/h (Quốc gia thứ năm phát triển công nghệ đường sắt cao tốc)
• 2002 - Trung Quốc - China Star - 321 km/h (Quốc gia thứ sáu phát triển công nghệ đường sắt cao tốc)
• 2003 - Trung Quốc - Siemens Transrapid 08 - 501 km/h
• 2003 - Nhật Bản - MLX01 - 581 km/h (kỷ lục thế giới hiện tại)
• 2004 - Hàn Quốc - HSR-350x - 352.4 km/h (Quốc gia thứ bảy phát triển công nghệ đường sắt cao tốc)
• 2006 - Đức - Siemens Velaro - 404 km/h (tàu thương mại không chuyển đổi)
• 2007 - Pháp - V150 - 574.8 km/h
• 2007 - Đài Loan - Tàu 700T series - 350 km/h
• 2008 - Trung Quốc - CRH3 - 394.3 km/h

Các khu vực mục tiêu của các đoàn tàu cao tốc

Các mục tiêu ban đầu của đường sắt cao tốc, được xác định bởi Pháp, Nhật Bản và Hoa Kỳ, là kết nối các thành phố lớn. Ở Pháp, đó là Paris và Lyon; ở Nhật Bản, Tokyo và Osaka; còn ở Hoa Kỳ, các dự án được đề xuất tập trung vào các khu vực có mật độ dân số cao. Hiện tại, chỉ có dịch vụ Acela Express tại Hành lang Đông Bắc, nối Boston, New York và Washington, D.C., sử dụng công nghệ tàu cao tốc, với tốc độ lên tới 240 km/h (150 mph) nhờ vào các tàu nghiêng. Hành lang Đông Bắc cũng là hành lang duy nhất trên thế giới có các giao cắt đồng mức, dù những giao cắt này đã được thay thế bằng cầu vượt.

Ở châu Âu, Hàn Quốc và Nhật Bản, các mạng lưới tàu điện ngầm đông đúc kết hợp với các tuyến đường sắt cao tốc. Một số người cho rằng các thành phố không có cơ sở hạ tầng đường sắt liên thành phố đông đúc, như nhiều thành phố ở Mỹ, sẽ không thu hút đủ hành khách cho tàu cao tốc. Lý do cho quan điểm này là vì cơ sở hạ tầng ô tô hiện có, với việc mọi người có thể lái xe trong thành phố và tiếp tục hành trình bằng ô tô. Tuy nhiên, ở Hành lang Đông Bắc, nơi người dân từ các thị trấn lân cận lái xe đến các ga tàu và hoàn thành quãng đường bằng tàu, chứng minh rằng mô hình này vẫn hiệu quả. Việc đi chung xe, thuê xe và sử dụng taxi cũng hỗ trợ cho việc di chuyển tại các ga và tăng cường mật độ quanh các ga tàu cao tốc.

Nhật Bản dẫn đầu về mật độ sử dụng đường sắt cao tốc liên thành phố hàng ngày, với số lượng hành khách lên tới 6 tỷ người, vượt qua TGV của Pháp với 1 tỷ (tính đến năm 2003). Các hệ thống khác chỉ đạt tới tổng số hành khách 1 tỷ. Để so sánh, phi đội máy bay toàn cầu với 22,685 chiếc đã vận chuyển 2.1 tỷ hành khách trong năm 2006, theo Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế.

Cơ quan Đường sắt Cao tốc California hiện đang lên kế hoạch cho các tuyến đường nối từ Vịnh San Francisco và Sacramento tới Los Angeles và Irvine qua Central Valley, cùng một tuyến từ Los Angeles tới San Diego qua Inland Empire. Tập đoàn Đường sắt Cao tốc và Vận tải Texas cũng đang phát triển các hành lang T-Bone và Brazos Express để kết nối các khu vực của Texas. Thượng nghị sĩ bang New York, Caesar Trunzo, đã đề xuất một kế hoạch dài hạn để rút ngắn thời gian di chuyển giữa Buffalo và Thành phố New York, qua Albany, xuống dưới ba giờ.

Các tuyến đường sắt cao tốc sau này như LGV Atlantique, LGV Est và hầu hết các tuyến đường ở Đức đã được xây dựng nhằm kết nối các thành phố lớn với các tuyến đường sắt thông thường, giúp gia tăng lưu lượng hành khách từ các thành phố vừa và nhỏ.

Các tuyến đường sắt cao tốc đầu tiên ở Pháp đã có tác động lớn đến sự phát triển kinh tế của những vùng trước đây bị cô lập. Các tuyến đường cao tốc mới hơn, như tuyến Madrid–Sevilla và tuyến Amsterdam–Groningen đang được lên kế hoạch, nhắm vào việc thúc đẩy sự phát triển của các khu vực này. Những thành phố gần các trung tâm lớn có thể chứng kiến sự gia tăng dân số, trong khi những khu vực xa hơn thường ít bị ảnh hưởng ngoại trừ những điểm du lịch nổi tiếng.

Năm năm sau khi xây dựng bắt đầu, tuyến đường sắt cao tốc đầu tiên của Nhật Bản đã được khai trương ngay trước Olympic Tokyo 1964, kết nối Tokyo với Osaka. Đường sắt cao tốc đầu tiên của Pháp, hay Ligne à grande vitesse (LGV), do SNCF đưa vào sử dụng năm 1981, sau khi kế hoạch được khởi động năm 1966 và bắt đầu xây dựng năm 1976.

Thị trường mục tiêu chính của dịch vụ đường sắt cao tốc tập trung vào hành khách thương gia, phản ánh qua thiết kế ban đầu của tàu TGV với các tiện ích như toa bar. Giải trí trong hành trình là một thị trường phụ; hiện nay, nhiều tuyến mở rộng của Pháp kết nối với các khu nghỉ dưỡng biển ở Đại Tây Dương và Địa Trung Hải, các công viên giải trí, cũng như khu trượt băng nổi tiếng ở dãy Alps của Pháp và Thụy Sĩ. Các chuyến tàu TGV vào chiều thứ sáu thường rất đông đúc. Hệ thống này đã giảm giá vé cho các chuyến dài để cạnh tranh với hàng không, khiến một số thành phố cách Paris một giờ bằng TGV trở thành các cộng đồng commuter, mở rộng thị trường và giảm áp lực lên đất đai.

Trên tuyến Paris - Lyon, sự xuất hiện của các toa hai tầng trên tàu TGV đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể về số lượng hành khách.

Các tuyến đường sắt cao tốc cũng bao gồm các tuyến vận tải hàng hóa, như Đường sắt xuyên Siberia ở Nga, cho phép chuyển hàng từ Viễn Đông đến châu Âu trong 3 ngày, so với vài tháng khi dùng tàu thủy (dù vẫn chậm hơn đường hàng không). Chúng cũng giúp giao hàng đúng hạn. Các tuyến cao tốc bắc-nam tại Thụy Sĩ đang được xây dựng nhằm tránh các xe tải chở hàng tốc độ thấp trong khu vực núi và giảm chi phí lao động.

Tại Nam Mỹ, Argentina đã bắt đầu xây dựng tuyến đường sắt cao tốc nối các thành phố Buenos Aires, Rosario và Cordoba. Chính phủ Brazil hiện đang khảo sát việc xây dựng tuyến cao tốc nối Campinas và São Paulo với Rio de Janeiro, đồng thời kết nối các sân bay lớn như Viracopos (Campinas), Guarulhos (São Paulo) và Galeao (Rio de Janeiro).

Bố trí Đường sắt Song song

Bố trí Đường sắt Song song là phương pháp sử dụng đất xung quanh để dẫn các tuyến đường sắt qua các khu vực, như tuyến đường sắt cao tốc Paris - Lyon bắt đầu từ năm 1981 với 15% đoạn đường cao tốc chạy song song và tuyến Köln - Frankfurt với 70%.

So sánh với các phương thức vận tải khác

Đường sắt cao tốc thường được xem như một hệ thống độc lập và có thể được so sánh với các phương thức vận tải khác. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả tối đa, toàn bộ hệ thống vận tải cần phối hợp chặt chẽ. Một hệ thống đường sắt cao tốc hiệu quả cần có khả năng phục vụ cả các tuyến thẳng và địa phương, đồng thời kết nối tốt với các phương thức vận tải khác. Giống như bất kỳ hệ thống vận tải nào, đường sắt cao tốc không tự động là nhanh, sạch hay tiện nghi. Những yếu tố này phụ thuộc vào thiết kế, triển khai, bảo trì, hoạt động và nguồn tài chính. Hiệu quả hoạt động thường phụ thuộc vào sự kỷ luật của tổ chức hơn là các tính năng kỹ thuật.

Với các thiết kế cơ sở hạ tầng hiện tại ở nhiều quốc gia, việc mở rộng hệ thống đường sắt cao tốc và đường không thường bị giới hạn. Các yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của đường sắt cao tốc bao gồm sự thiếu không gian để mở rộng tại các sân bay và đường cao tốc, cũng như tình trạng quá tải. Đường sắt cao tốc có tiềm năng chở một lượng lớn hành khách trên các tuyến định sẵn (chẳng hạn, các đoàn tàu E4 Series Shinkansen hai tầng có thể chở đến 1,634 hành khách ngồi, gấp đôi số lượng của Airbus A380 trong cấu hình toàn bộ khách hạng phổ thông, và thậm chí còn nhiều hơn nếu chở cả hành khách đứng), đồng thời giảm bớt tắc nghẽn cho các hệ thống khác. Các hệ thống đường sắt cao tốc hiện đại thân thiện với môi trường hơn so với đường bộ và đường không. Điều này là do:

• chuyển từ các phương thức vận tải có tác động môi trường thấp hơn.
• tiêu thụ nhiên liệu trên mỗi hành khách trên mỗi kilomet nhỏ hơn
• giảm nhu cầu sử dụng đất cho năng lực định trước so với đường bộ

Ô tô

Đường sắt cao tốc mang lại ưu thế so với ô tô nhờ khả năng vận chuyển nhiều hành khách hơn với tốc độ vượt trội so với tốc độ tối đa cho phép của ô tô ở đa số quốc gia. Mặc dù giới hạn tốc độ tối thiểu cho đường sắt cao tốc là 200 km/h (125 mph), điều này vẫn nhanh hơn nhiều so với giới hạn tốc độ cao nhất trên đường bộ, vốn thường không vượt quá 130 km/h (80 mph) ở hầu hết các quốc gia. Đặc biệt, khi di chuyển giữa các trung tâm thành phố, lợi thế của đường sắt cao tốc càng rõ rệt do giới hạn tốc độ thấp trong các khu vực đô thị. Nói chung, chuyến đi dài hơn sẽ càng tăng cường lợi thế về thời gian của đường sắt so với đường bộ khi đến cùng một điểm.

Thêm vào đó, các tuyến đường sắt có khả năng vận chuyển hành khách theo giờ cao hơn nhiều so với các đường bộ có chiều rộng tương đương. Một tuyến đường sắt cao tốc chỉ cần hai đường ray, mỗi đường cho một hướng. Thông thường, một tuyến đường sắt có thể phục vụ 15 chuyến tàu mỗi giờ, với mỗi tàu chở 800 hành khách (như tàu Eurostar), tương đương với khả năng 12,000 hành khách mỗi giờ theo mỗi hướng. Ngược lại, theo Manual về Khả năng Đường cao tốc, một làn đường cao tốc chỉ có khả năng tối đa là 2,250 xe hành khách mỗi giờ (không tính xe tải hay RV). Với giả định trung bình mỗi xe chứa 1.57 người, một tuyến đường sắt đôi tiêu chuẩn có khả năng trung bình lớn hơn 13% so với một đường cao tốc 6 làn (3 làn mỗi hướng), trong khi chỉ chiếm 40% diện tích đất (1.0/3.0 so với 2.5/7.5 hectare trên mỗi kilomet tiêu thụ đất trực tiếp/gián tiếp). Điều này có nghĩa là đường sắt chở khách thông thường có khả năng chuyên chở gấp 2.83 lần số hành khách mỗi giờ trên mỗi mét (rộng) so với đường bộ. Một số hệ thống đường sắt, như tuyến Tokaido Shinkansen ở Nhật Bản, có tỷ lệ lớn hơn nhiều (lên tới 20,000 hành khách mỗi giờ theo hướng). Các tuyến đường bộ bị quá tải thường là các tuyến commuter – chở ít hơn 1.57 người mỗi phương tiện (chẳng hạn, Sở Giao thông Washington State sử dụng 1.2 người mỗi phương tiện) trong giờ cao điểm. Sự tắc nghẽn cũng làm giảm lượng giao thông tối đa của một làn đường.

Máy bay

Dù tốc độ hoạt động tối đa của tàu cao tốc thấp hơn so với máy bay phản lực, chúng vẫn có những lợi thế vượt trội đối với các chuyến đi ngắn và có thể là một phần của hệ thống vận tải tổng thể. Tàu cao tốc kết nối các ga ở trung tâm thành phố với các ga tại những trung tâm khác (với thời gian dừng trung gian ngắn khoảng một đến hai phút), trong khi máy bay cần phải kết nối các sân bay ngoài trung tâm thành phố và thời gian dừng trung gian có thể từ 30 phút đến 1 giờ. Hai hệ thống vận tải này có thể bổ sung cho nhau nếu được thiết kế và duy trì hợp lý.

Đường sắt cao tốc đặc biệt hiệu quả cho các chuyến đi kéo dài từ 2 đến 3 giờ (250–900 km hay khoảng 150–550 dặm), khi mà tàu cao tốc có thể vượt qua cả máy bay và ô tô về mặt thời gian. Với các chuyến đi dưới 650 km (400 mi), thời gian cho việc kiểm tra an ninh và quy trình lên máy bay tại sân bay có thể làm cho chuyến bay không nhanh hơn tàu cao tốc. Thậm chí, các cơ quan cạnh tranh ở châu Âu xem xét rằng tàu cao tốc có thể cạnh tranh với máy bay cho các chuyến đi từ 4 đến 4.5 giờ, khi thời gian bay kèm theo các thủ tục sân bay mất ít nhất 40 phút ở mỗi điểm di chuyển.

Tuy nhiên, trừ khi dịch vụ hàng không bị tắc nghẽn nghiêm trọng, việc đơn thuần cung cấp dịch vụ tàu cao tốc thường không đủ để thúc đẩy tài chính cho việc xây dựng một hệ thống đường sắt cao tốc. Theo quy luật, các chuyến đi bằng tàu cao tốc cần kéo dài ít nhất khoảng 4 giờ để có thể cạnh tranh về thời gian với hàng không. Thêm vào đó, thiếu yêu cầu khi sử dụng đường sắt cao tốc, chẳng hạn như không cần kiểm tra hành lý, ít xếp hàng hơn, và sự tin cậy về thời gian có thể làm giảm thêm tính cạnh tranh. Tuy nhiên, từ góc độ hành khách, tàu cao tốc có thể cung cấp nhiều tiện nghi như sử dụng điện thoại di động, dịch vụ ăn uống tốt hơn, quầy bar, ổ cắm điện thuận tiện hơn, không có hạn chế về thiết bị điện tử ở độ cao thấp, khu vực cất hành lý tiện lợi, và ví dụ như hệ thống internet không dây trên TGV-Est giữa Pháp và Đức.

Có những tuyến đường mà tàu cao tốc đã hoàn toàn thay thế máy bay, khiến các chuyến bay không còn tồn tại nữa. Các ví dụ điển hình là tuyến Paris-Brussels và Cologne-Frankfurt. Nếu tàu dừng tại các sân bay lớn như Paris và Frankfurt, những chuyến bay ngắn có thể mất thêm ưu thế so với hành khách muốn đến sân bay cho các chuyến bay dài hơn. Vé máy bay đôi khi bao gồm cả đoạn tàu trong chuyến đi, với sự đảm bảo đặt lại nếu chuyến bay không đến đúng giờ, tương tự như việc đi lại bằng đường không thông thường.

Tàu cao tốc có thể cạnh tranh với ô tô trên những khoảng cách ngắn, chẳng hạn từ 50 đến 150 km, đặc biệt là đối với những người đi làm hàng ngày và phải đối mặt với tình trạng tắc nghẽn giao thông và chi phí đỗ xe đắt đỏ. Điều này thường xảy ra ở các thành phố lớn. Dù không phải tất cả các tuyến đường sắt cao tốc đều có dịch vụ tàu cao tốc khu vực, nhưng nhiều tuyến có đặc điểm này. Sự hiện diện của chúng mở rộng khả năng tiếp cận thị trường lao động quanh các thành phố lớn.

China Southern Airlines, hãng hàng không lớn nhất Trung Quốc, dự đoán rằng sự phát triển của mạng lưới đường sắt cao tốc ở nước này sẽ ảnh hưởng đến khoảng 25% điểm đến của hãng trong những năm tới.

Mặc dù máy bay có thể di chuyển nhanh hơn, nhưng thời gian cần để cất cánh, lên máy bay (với ít cửa hơn), kiểm tra an ninh, gửi hành lý, và các thủ tục khác có thể làm mất đi lợi thế về tốc độ. Các ga tàu thường nằm gần trung tâm thành phố hơn so với sân bay. Những yếu tố này thường làm cho ưu thế về tốc độ của máy bay không còn rõ rệt trên các chặng đường trung bình.

Đi lại bằng đường sắt ít bị ảnh hưởng bởi thời tiết hơn so với đường không. Khi hệ thống đường sắt được thiết kế và vận hành tốt, các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, tuyết dày, và sương mù không gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động của các chuyến tàu; trong khi đó, máy bay thường xuyên phải đối mặt với tình trạng huỷ bỏ hoặc trì hoãn trong những điều kiện thời tiết này. Tuy nhiên, tuyết rơi và cây đổ do gió có thể làm chậm trễ các đoàn tàu.

Mặc dù tiện nghi thường được coi là một lợi thế của tàu cao tốc so với máy bay, điều này không phải lúc nào cũng đúng; nó phụ thuộc vào cách thiết kế và triển khai cụ thể. Ví dụ, tàu cao tốc không bị yêu cầu phải có bảo quản bắt buộc và có thể chở hành khách đứng. Ngược lại, máy bay không cho phép hành khách đứng, do đó những hành khách không có chỗ ngồi sẽ không được phép lên máy bay. Trên tàu, hành khách có thể chọn giữa việc đứng hoặc chờ chuyến tàu tiếp theo.

Từ góc độ của nhà điều hành, một chuyến tàu có thể dừng ở nhiều ga hơn và mỗi lần dừng mất ít thời gian hơn so với việc hạ cánh của máy bay. Điều này cho phép tàu cung cấp nhiều tùy chọn hơn cho hành khách và mở rộng tiềm năng thị trường. Sự gia tăng khả năng phục vụ này cho phép nhà điều hành tổ chức nhiều chuyến tàu hơn so với lịch bay của máy bay, tạo thêm lý do để lựa chọn tàu cao tốc.

Về mặt yêu cầu đối với hệ thống kiểm soát giao thông và cơ sở hạ tầng, tàu cao tốc dễ dàng hơn nhiều trong việc điều khiển nhờ vào tuyến đường có thể dự đoán trước, ngay cả khi có lượng hành khách lớn. Điều này càng rõ ràng hơn khi vận tải hàng không gặp giới hạn an toàn tại các sân bay đông đúc như London, New York, và các trung tâm lớn khác. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hệ thống đường sắt cao tốc loại bỏ nguy cơ xung đột với giao thông ô tô (giảm chi phí, tăng tính đơn giản và an toàn), trong khi hệ thống đường sắt tốc độ thấp khác mà tàu cao tốc cần kết nối có thể gặp phải các giao cắt đồng mức.

Các quốc gia đã triển khai hệ thống đường sắt cao tốc

Các quốc gia dự kiến triển khai hệ thống đường sắt cao tốc trong tương lai

Châu Á

Châu Âu

Châu Mỹ

Châu Phi

Châu Đại Dương

• Đường sắt tốc độ cao tại Trung Quốc
• Dự án đường sắt cao tốc Bắc – Nam
• Dự án đường sắt cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh - Cần Thơ
• Aérotrain
• Tàu hiệu ứng mặt đất
• Đường sắt cao tốc theo quốc gia
• Tàu nghiêng cao tốc
• Kỷ lục tốc độ trên mặt đất với phương tiện đường sắt
• Tàu chạy trên đệm từ
• Transrapid
• Megaproject
• Kế hoạch đường sắt cao tốc theo quốc gia
• Thuật ngữ đường sắt chở khách

Đọc thêm

• Hood, Christopher P. (2006). Shinkansen – Từ Tàu Đạn Đến Biểu Tượng Hiện Đại của Nhật Bản. Routledge. ISBN 0-415-32052-6.
• Cornolò, Giovanni (1990). Una leggenda che corre: breve storia dell'elettrotreno e dei suoi primati; ETR.200 - ETR.220 - ETR 240. Salò: ETR. ISBN 88-85068-23-5.

Ghi chú và tài liệu tham khảo

Liên kết bên ngoài

• Trang chính thức của Hiệp hội Đường sắt Cao tốc Hoa Kỳ
• Liên minh Đường sắt Cao tốc Mỹ Lưu trữ 2021-02-25 trên Wayback Machine, tổ chức phi lợi nhuận thúc đẩy việc xây dựng hệ thống quốc gia tiên tiến
• Nhóm Ủng Hộ Đường Sắt Cao Tốc ở Virginia
• Cơ quan Đường sắt Cao tốc California Lưu trữ 2012-09-21 trên Wayback Machine
• Transrapid – Maglev: Đường sắt cao tốc ở châu Á (Trung Quốc, Thượng Hải), Nhật Bản (Yamanashi) và Đức (Munich; TVE)
• Quadrail Đường sắt Cao tốc/ Công suất Cao Lưu trữ 2011-09-03 trên Wayback Machine
• Singapore quan tâm đến dịch vụ đường sắt cao tốc KL Business Times (The New Straits Times Press, Malaysia)
• Treno alta velocità (TAV) Lưu trữ 2007-05-15 trên Wayback Machine
• UIC: Đường sắt Cao tốc
• Đường sắt Cao tốc ở Tây Ban Nha Lưu trữ 2006-01-17 trên Wayback Machine
• Tổ chức Đường sắt Hàng không Quốc tế
• High Speed Rail USA Lưu trữ 2011-08-09 trên Wayback Machine, phong trào cơ sở cho tàu 220 mph ở Mỹ
• Trung Quốc sắp trở thành nhà lãnh đạo đường sắt cao tốc thế giới
• Đường sắt Cao tốc là gì? Tại sao? Khi nào? Lưu trữ 2011-07-14 trên Wayback Machine