Trong bài viết trước về chủ đề đường sắt, ban biên tập technologyMAG đã chia sẻ bài viết về hệ thống đường sắt tại Đức, bài viết nói về một số thông tin cơ bản về lịch sử và quá trình phát triển ngành đường sắt tại quốc gia này. Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của Railways Explained, video giúp khám phá một số thông tin về đường sắt tốc độ cao tại Đức.

Bối cảnh hình thành và tác động lịch sử
Hệ thống đường sắt tốc độ cao của Đức phát triển qua một quá trình lịch sử, chính trị và kỹ thuật phức tạp, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ bối cảnh lịch sử Đức nói riêng và thế giới nói chung. Nền tảng của hệ thống tại Đức bắt nguồn từ cuộc cách mạng đường sắt tốc độ cao toàn cầu, khởi đầu tại Nhật Bản năm 1964 với việc mở tuyến Shinkansen Tokaido, được thiết kế cho tốc độ tới 210 km/h. Pháp sau đó áp dụng nguyên tắc tách riêng vận tải hành khách và hàng hóa khi khai trương tuyến tốc độ cao Paris – Lyon năm 1981, cho phép khai thác tốc độ 270 km/h. Tây Đức nhanh chóng chuẩn bị tham gia xu hướng này, nhưng cách tiếp cận bị chi phối bởi cuộc tranh luận kéo dài giữa Bộ Giao thông và ngành đường sắt quốc gia.

Cuộc tranh luận xoay quanh câu hỏi trọng tâm là các tuyến mới nên dành riêng cho tàu khách hay phục vụ cả hỗn hợp tàu khách và tàu hàng. Do nguồn thu của đường sắt nhà nước phụ thuộc nhiều vào vận tải hàng hóa, họ dè dặt với những khoản đầu tư hạ tầng lớn nếu không thể khai thác cho tàu hàng.

Đặc điểm dân cư và chiến lược nâng cấp tuyến
Mật độ dân cư là một yếu tố quan trọng trong quá trình hoạch định. Đức có dân số lớn hơn một phần ba so với Pháp nhưng diện tích nhỏ hơn một phần ba, dẫn tới mật độ dân số gấp đôi. Điều này làm giảm khoảng cách giữa các trung tâm dân cư, khiến chiến lược ban đầu ưu tiên nâng cấp tuyến hiện hữu và cung cấp dịch vụ point to point (1) thay vì xây dựng hoàn toàn mới. Tuy nhiên, vẫn có những nơi cần làm tuyến mới, và Đức cuối cùng lựa chọn mô hình kết hợp giữa tuyến mới và tuyến cải tạo.
(1) Dịch vụ point to point là hình thức vận hành trong đó các đoàn tàu kết nối trực tiếp giữa hai trung tâm dân cư lớn với rất ít hoặc không có điểm dừng trung gian. Cách tổ chức này giúp rút ngắn thời gian hành trình đáng kể mà không cần xây dựng các tuyến hoàn toàn mới, vì có thể tận dụng các tuyến hiện hữu sau khi được nâng cấp về tốc độ và năng lực khai thác.

Tác động của Thế chiến II và định hướng phát triển tuyến Bắc – Nam
Mạng lưới đường sắt Đức chịu thiệt hại nặng nề do ném bom trong Thế chiến II. Sau khi nước Đức bị chia thành Đông Đức và Tây Đức, mạng lưới vốn định hướng theo trục Đông – Tây bị chia đôi, buộc Tây Đức phải tái định hướng sang trục Bắc – Nam. 

Chính phủ Tây Đức xây dựng một kế hoạch giao thông tổng thể, ưu tiên các tuyến đường sắt đường dài theo hướng Bắc – Nam. Trong Kế hoạch Giao thông Liên bang năm 1973, nhiều tuyến tốc độ cao hỗn hợp được đề xuất như Cologne – Groß-Gerau, Hannover – Würzburg và Mannheim – Stuttgart, cùng với định hướng phát triển đầu máy toa xe tốc độ cao mang thương hiệu Made in Germany.

Các tuyến tốc độ cao đầu tiên và sự ra đời của ICE
Tuyến tốc độ cao mới hoàn toàn đầu tiên là Hanover – Würzburg, dài 327 km, khởi công năm 1973 và đưa vào vận hành từng phần từ 1988 đến 1991, trong đó có 120 km đi qua hầm. Tuyến Mannheim – Stuttgart dài 99 km khởi công năm 1976 và mở cửa năm 1991.

Về phương tiện, Bộ Nghiên cứu và Công nghệ Liên bang tài trợ phát triển mẫu tàu InterCity Experimental (ICE-V), Series 410-001, từ năm 1982. Tàu bàn giao năm 1985, phục vụ thử nghiệm cho thế hệ ICE sau này và lập kỷ lục tốc độ 406,9 km/h ngày 1 tháng 5 năm 1988. Kỷ lục này bị TGV Atlantique của Pháp phá vỡ năm 1989 với tốc độ 482,4 km/h. Năm 1988, Deutsche Bundesbahn đặt mua 82 đoàn tàu ICE 1 (Class 401) đầu tiên, thiết kế đạt tốc độ 280 km/h trên tuyến mới và 200 km/h trên tuyến đường sắt cải tạo. Từ đây, thương hiệu ICE trở thành biểu tượng của đường sắt tốc độ cao Đức.

Ưu tiên kết nối Đông – Tây
Tuyến Cologne – Frankfurt được lên kế hoạch tiếp theo. Tuy nhiên, Tiến trình thống nhất Đông Đức và Tây Đức đã thay đổi toàn bộ ưu tiên giao thông. Chính phủ chuyển từ Bonn về Berlin, tạo nhu cầu cấp bách về tăng cường kết nối Đông – Tây. Các Dự án Giao thông Thống nhất Đức (VDE) được triển khai để củng cố hệ thống liên kết giữa hai phần đất nước.

Trong khuôn khổ này, tuyến Hanover – Berlin dài 258 km được xây dựng từ năm 1992 đến 1998, giúp rút thời gian đi lại Berlin – Hannover từ 4 giờ 12 phút xuống còn 1 giờ 30 phút và Berlin – Frankfurt xuống 4 giờ. Số lượng hành khách tăng mạnh và các chuyến bay cạnh tranh giữa Berlin và Hanover bị hủy bỏ.

Hai giai đoạn mở rộng mạng lưới tốc độ cao
Mạng lưới đường tốc độ cao Đức mở rộng qua hai giai đoạn chính. Giai đoạn đầu (1991-1998) kết nối các thành phố lớn, nhưng do sự phân bố không đồng đều giữa các bang, phần lớn trong số 46 ga tốc độ cao nằm tại ba bang: North Rhine-Westphalia, Baden-Württemberg và Hesse. Các bang có ít hoặc không có ga tốc độ cao gây áp lực buộc phải bổ sung điểm dừng, dẫn đến giai đoạn mở rộng thứ hai tập trung vào phục vụ các đô thị nhỏ hơn trên các tuyến giữa các trung tâm lớn.

Thách thức của mô hình tuyến hỗn hợp
Một vấn đề lớn của chiến lược Đức là việc cho phép khai thác hỗn hợp tàu khách và tàu hàng trên tuyến tốc độ cao. Chênh lệch tốc độ giữa hai loại tàu gây khó khăn cho lập biểu đồ chạy tàu: luồng tàu thuần tốc độ cao có thể đạt tới 12 đoàn/giờ trên một đường ray, trong khi hỗn hợp chỉ đạt khoảng 5 đoàn/giờ. Hoạt động bảo trì ban đêm cũng khiến việc chạy tàu hàng ban đêm gặp trở ngại.

Bên cạnh đó, yêu cầu kỹ thuật khác nhau ảnh hưởng tới độ dốc cho phép: tàu khách nhẹ có thể leo dốc 35‰ (1), trong khi tàu hàng nặng chỉ khoảng 10‰. Kế hoạch năm 1973 quy định độ dốc tối đa 12,5‰ cho tuyến hỗn hợp, buộc phải xây dựng nhiều công trình lớn như hầm, cầu và viaduct, làm tăng đáng kể chi phí. Ngược lại, tuyến dành riêng cho tàu khách như Cologne – Frankfurt sử dụng độ dốc tới 40‰, giúp giảm số lượng công trình phải xây dựng.
(1) Trong kỹ thuật đường sắt, độ dốc được tính theo đơn vị phần nghìn (‰), nghĩa là mức chênh cao tính trên mỗi 1.000 mét chiều dài tuyến. Ví dụ, độ dốc 10‰ tương đương với việc đường ray tăng 10 mét trên quãng dài 1 km. Tàu khách nhẹ có thể vận hành ổn định trên các độ dốc lớn hơn, như 35‰ hoặc 40‰, trong khi tàu hàng nặng chỉ đáp ứng được các độ dốc khoảng 10‰. Sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế tuyến: tuyến hỗn hợp phải giữ độ dốc thấp, yêu cầu nhiều hầm và cầu để duy trì độ cao ổn định, còn tuyến dành riêng cho tàu khách có thể sử dụng độ dốc lớn hơn, giúp giảm số lượng công trình và chi phí xây dựng.

Trong khu vực đô thị, xung đột giữa tàu tốc độ cao và tàu ngoại ô cũng buộc Đức phải tách riêng hạ tầng để đảm bảo sự ổn định hoạt động. Gần đây, ngành vận tải hàng hóa cũng đòi hỏi quyền ưu tiên tương tự để hạn chế chậm trễ do mật độ tàu đông đúc.

Công nghệ Maglev Transrapid
Lịch sử đường sắt tốc độ cao Đức còn gắn với sự phát triển công nghệ maglev Transrapid. Công tác quy hoạch bắt đầu năm 1969, khu thử nghiệm tại Emsland mở cửa năm 1987 và được phê duyệt thử nghiệm vào năm 1991. Phiên bản mới nhất, Transrapid 09, được thiết kế cho 500 km/h. Công trình thương mại duy nhất của công nghệ này là tuyến Maglev Thượng Hải dài 30,5 km, khai trương năm 2002, kết nối mạng metro thành phố với sân bay quốc tế Phố Đông.

Các dự án hạ tầng tốc độ cao tiêu biểu
Hạ tầng đường sắt tốc độ cao Đức được xây dựng qua nhiều dự án lớn:
– Hanover – Würzburg: 327 km, tốc độ 280 km/h, hoàn thành 1991
– Mannheim – Stuttgart: 99 km, tốc độ 280 km/h, hoàn thành 1991
– Hanover – Berlin: 258 km, kết hợp tuyến mới và cải tạo, hoàn thành 1998
– Cologne – Frankfurt: 180 km, tuyến mới dành riêng cho tàu khách, tốc độ 300 km/h, hoàn thành 2002
– Cologne – Aachen: 70 km, nâng cấp trong khuôn khổ tuyến Paris – Brussels – Cologne, hoàn thành 2002
– Nuremberg – Munich: 171 km, gồm 90 km tuyến mới đạt 300 km/h, hoàn thành 2006
– Erfurt – Leipzig/Halle: 123 km, tốc độ 300 km/h trên phần lớn chiều dài, hoàn thành 2015, trang bị ETCS Level 2
– Nuremberg – Erfurt: 191 km, 50% đường hầm và cầu cạn, hoàn thành 2017

Tăng trưởng hành khách và sự giảm tốc của các dự án mới
Lượng khách ICE tăng từ 5,1 triệu (1991) lên 46,7 triệu (2001), 76,1 triệu (2011) và 99 triệu (2019), tương đương 270.000 khách/ngày. Đại dịch COVID-19 khiến con số này giảm xuống 55 triệu năm 2020.

Những năm gần đây, Đức thận trọng hơn với các dự án tốc độ cao mới do chi phí tăng, thời gian triển khai kéo dài và sự phản đối của công chúng. Dự án Stuttgart – Ulm, bao gồm việc xây lại ga Stuttgart từ 17 đường ray thành ga ngầm 8 đường ray, trở thành dự án đường sắt đắt nhất châu Âu với chi phí hơn 10 tỷ euro. Đề xuất từ năm 1996, nhưng đến 2010 mới khởi công, sau nhiều tranh cãi pháp lý và biểu tình, và dự kiến vận hành vào 2025.

Tuyến Karlsruhe – Basel, hành lang quốc tế quan trọng cho cả tàu tốc độ cao và tàu hàng, cũng bị đội vốn mạnh: từ 7,1 tỷ euro (2015) lên 14,2 tỷ euro (2020), với thời điểm hoàn thành dự kiến sau năm 2035.

Kết luận
Sự phát triển của đường sắt tốc độ cao tại Đức phản ánh một chiến lược cân bằng giữa nhu cầu kỹ thuật, đặc điểm dân cư và bối cảnh lịch sử đặc thù của đất nước. Từ những tuyến đầu tiên như Hanover – Würzburg đến các dự án hiện đại kết nối Berlin với toàn quốc, mạng lưới ICE đã từng bước mở rộng, trở thành xương sống của vận tải hành khách đường dài. Mặc dù mô hình kết hợp giữa tuyến mới và tuyến cải tạo, cùng quyết định khai thác hỗn hợp, đã tạo ra không ít thách thức, Đức vẫn xây dựng được một hệ thống hiệu quả, an toàn và mang tính kết nối cao. Ngày nay, mạng lưới này không chỉ nâng cao năng lực di chuyển mà còn góp phần định hình cấu trúc kinh tế – xã hội, khẳng định vai trò then chốt của đường sắt trong chiến lược giao thông bền vững của Đức.

Để xem các tin bài khác về “Đường sắt tốc độ cao”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Railway Explained