Theo lẽ thường, làm đường trên mặt đất là lựa chọn tiết kiệm nhất. Về chi phí, một km đường ray mặt đất tốn khoảng 70 đến 100 triệu NDT, trong khi một cây cầu trên cao trung bình tốn từ 150 đến 180 triệu NDT - gần gấp đôi. Vậy tại sao đường sắt cao tốc lại chọn phương án tốn kém thay vì đi theo con đường rẻ hơn?
Chìa khóa nằm ở một từ: "ổn định"
Đường sắt cao tốc khác với đường sắt thông thường hoặc đường cao tốc, thường hoạt động ở tốc độ trên 300 km/h. Ở tốc độ này, ngay cả độ lún đường ray 1mm cũng có thể khiến tàu lắc lư; độ lún không đều thậm chí có thể dẫn đến trật bánh.
Ngược lại, cầu cạn được đỡ bằng trụ bê tông cốt thép, với trọng lượng được phân bổ đều trên nền đá hoặc móng cọc. Chúng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi bề mặt và có thể duy trì "độ thẳng" trong nhiều thập kỷ. Móng cọc trụ thường xuyên xuyên sâu hơn 30 mét xuống đất, xuyên qua lớp đất yếu và tiếp cận lớp đá ổn định, tạo thành một "liên kết cứng" giúp giảm đáng kể sai số lún.
Quan trọng hơn, cầu cạn còn có thể giải quyết một vấn đề tồn tại lâu nay của đường sắt cao tốc: khó khăn khi rẽ. Khi tàu cao tốc chạy với tốc độ 300 km/h, bán kính rẽ an toàn cần phải lớn hơn 7.000 mét, trong khi đường sắt thông thường chỉ cần từ 1.000 đến 1.500 mét.
Với địa hình phức tạp và các ngôi làng đông dân cư ở miền Đông Trung Quốc, việc vẽ một vòng tròn lớn như vậy trên mặt đất gần như là bất khả thi. Tuy nhiên, cầu cạn có thể trực tiếp băng qua các cánh đồng, làng mạc và đồi núi, san phẳng đường xá và cắt khúc cua để tàu hỏa có thể duy trì tốc độ tối đa.
Bên cạnh đó, xây dựng cầu cạn không chỉ để ổn định mà còn để tiết kiệm đất, tránh người và xe cộ. Ở những khu vực đông dân, mỗi km đường sắt cao tốc đi qua hàng chục đơn vị sở hữu đất, liên quan đến các dự án phá dỡ, bồi thường và di dời cực kỳ phức tạp. Làm cầu trên cao chỉ cần sử dụng trụ cầu, chiếm diện tích ít hơn hẳn. Không gian được giải phóng trên mặt đất có thể được sử dụng cho nông nghiệp, giao thông, cảnh quan và thậm chí cả sản xuất điện mặt trời.
Lợi ích dài hạn
Vấn đề thứ hai là gián đoạn giao thông. Đường sắt cao tốc trên mặt đất về cơ bản đồng nghĩa với việc "đóng cửa một tuyến đường", buộc người dân và phương tiện phải đi đường vòng hoặc xây dựng cống và lối đi, vừa tốn kém vừa rủi ro. Chế độ "đường treo" của cầu cạn cho phép đường sắt cao tốc hoạt động mà không ảnh hưởng đến giao thông mặt đất hiện có. Trên một đoạn đường sắt cao tốc ở miền Nam Quảng Đông, thông thường cần 8 đường hầm trên mặt đất cho mỗi km. Tuy nhiên, nếu sử dụng cầu cạn thay thế, tổng chi phí sẽ thấp hơn và việc vận hành sẽ an toàn hơn.
Hơn nữa, đường cao tốc trên cao dễ bảo trì hơn. Đường dây điện trên mặt đất dễ bị ngập lụt, động vật xâm nhập và cây cối bị xáo trộn , trong khi đường dây điện trên cao chỉ cần lắp đặt camera và xe kiểm tra không người lái trên trụ cầu, giúp giảm chi phí bảo trì hàng ngày. Việc xây dựng nền đường là khoản đầu tư một lần, trong khi cầu mang lại lợi ích lâu dài.
Tuyến đường sắt cao tốc được thiết kế với tuổi thọ 100 năm. Nếu sử dụng kết cấu nền đường trên mặt đất, cần xem xét việc theo dõi độ lún hàng năm, gia cố định kỳ, điều chỉnh đường ray và bảo trì thoát nước nền đường. Theo số liệu nội bộ của Tập đoàn Đường sắt Nhà nước Trung Quốc năm 2019, chi phí bảo trì trung bình hàng năm của tuyến đường trên mặt đất là khoảng 750.000 NDT/km , trong khi chi phí bảo trì của tuyến đường trên cao chỉ là 450.000 NDT/km .
Tại sao các nước khác không làm như vậy?
Trên thực tế, đây là vấn đề "sự khác biệt về điều kiện quốc gia".
Đầu tiên là sự khác biệt về tốc độ. Hầu hết các tuyến đường sắt cao tốc ở châu Âu được thiết kế cho tốc độ dưới 250 km/h. Do đó, các yêu cầu về đường ray cũng ít hơn. Ngược lại, đường sắt cao tốc Trung Quốc thường được thiết kế cho tốc độ 300-350 km/h, làm tăng đáng kể độ nhạy.
Thứ hai, còn có vấn đề về giá đất và mật độ dân số. Ở Đức và Pháp, các vùng nông nghiệp có mật độ dân số thưa thớt, việc giải quyết vấn đề mặt bằng cũng đơn giản hơn. Trái lại, miền đông Trung Quốc lại là một trong những nơi có mật độ dân số cao nhất thế giới; một km đường dây điện có khả năng chạy qua hàng trăm hộ gia đình, khiến việc xây dựng đường dây điện trên cao trở nên bất khả thi.
Đường sắt cao tốc không được xây dựng theo "phương án rẻ nhất" mà là "phương án an toàn nhất". Đường sắt trên cao không phải là sự lãng phí mà là giải pháp toàn diện cho vấn đề tốc độ, chi phí đất đai, sinh thái và hiệu quả.
