mở đầu lịch sử đường sắt cao tốc hiện đại của thế giới khi đã đưa loại tàu “viên đạn” Tokaido Shinkansen bắt đầu được đưa vào vận hành ở Nhật Bản nhân Thế Vận hội Tokyo, trên đường ray rộng 143,5 cm với tốc độ 210 km/giờ vào năm 1964. Ngày nay, Shinkansen đã đạt tốc độ trên dưới 300 km/giờ. Năm 2011, sẽ có loại tàu mới chạy từ Tokyo lên Tohoku theo hướng Bắc với vận tốc khoảng 320 km/giờ. Mỗi năm, 8 đường tàu Bắc-Nam và Đông-Tây Nhật Bản chuyên chở khoảng 350 triệu lượt khách.
Với những bước đột phá phát triển vĩ đại đó, hiện nay Chính phủ Nhật Bản đã thông qua dự án đến năm 2027 là 112,44 tỷ USD để xây Tổng quan 5 dựng đường tàu điện từ trường giữa Tokyo, Nagoya và Osaka. Những đoàn tàu siêu nhanh này dự kiến sẽ giúp hành khách tiết kiệm thời gian đi lại hiện tại giữa Tokyo và Osaka từ 2 giờ 18 phút bằng Shinkansen xuống còn hơn 1 giờ. Nhật Bản cũng đang thử nghiệm được coi là đoàn tàu nhanh nhất thế giới mang tên JR-Maglev MLXO1, với tốc độ thử nghiệm năm 2003 đạt tới 581 km/giờ [5]. Ở các vùng Trung Tây, sử dụng hệ thống đường sắt cao tốc sẽ giảm thiểu tối tối đa ô nhiễm không khí, đặc biệt về vấn đề khói “nghiêm trọng”; song song đó, việc xây dựng đường sắt cao tốc sẽ giảm sự phụ thuộc của từng vùng về vận tải ô tô, do đó giúp giảm lượng khí thải ôzôn đáng kể, góp phần tạo ra một môi trường xanh, sạch bảo vệ sức khoẻ cộng đồng.
Ở khoảng cách dưới 400 km, xe lửa cao tốc có thể đưa hành khách từ vùng này đến trung tâm thành phố khác gần và nhanh với tốc độ và thời gian như ngồi máy bay, nhưng có thể tiết kiệm được chi phí rất nhiều và có thể di chuyển với bất kỳ mọi tình huống thời tiết nào (trừ những trường hợp khẩn cấp và nguy hiểm nhất). Với chỗ ngồi rộng xe lửa tốc độ cao cung cấp một tiện lợi, hành khách có thể cắm máy fax, sử dụng các thiết bị văn phòng giống như đang làm việc tại phòng làm việc, tại nhà,. Đường sắt cao tốc cung cấp các dịch vụ thuận tiện cho hầu hết các nơi của khu vực, cho những lợi ích về giá cả khi du lịch đường dài. Sự tái phát triển của nhà ga xe lửa ở Washington DC và Kalamazoo đã chứng minh cho điều đó, tuyến đường xe lửa có thể trở thành điểm nhấn cho tái phát triển thương mại và thúc đẩy phát triển mới đáng kể trong khu vực xung quanh.
Một nghiên cứu cho thành phố Chicago ước tính rằng đường sắt cao tốc sẽ mang lại 8-10 tỷ đô la của hoạt động kinh tế mới đến Chicago. Một mạng lưới đường sắt cao tốc kéo cùng các nền kinh tế khu vực và thúc đẩy tăng trưởng kinh doanh trong khu vực. Tác động kinh tế thương mại trong khu vực miền Trung Tây vượt xa những lợi ích tiềm năng của việc gia tăng thương mại với Canada và Mexico mà được thúc đẩy bởi NAFTA (Hiệp định Thương mại tự do Bắc Mỹ). Sự phát triển của cải tiến dịch vụ đường sắt có thể cung cấp một cách đáng kể để đi du lịch và du lịch bằng việc chuyến đi giải trí cuối tuần của gia đình từ các thị trấn nhỏ hơn đến các thành phố lớn và ngược lại [6].
Tổng quan 6 Bên cạnh những thành tựu mà tàu hoả cao tốc mang lại cho con người, vẫn không tránh khỏi những tai nạn thương tâm với nhiều nguyên nhân khác nhau, nhưng chủ yếu là sự bất ổn định về bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe-đường ray và nền dẫn đến những tai nạn do trật đường ray gây ra. Theo nguồn tin báo Tuổi trẻ online, ngày 02/12/2013 08:08 (GMT + 7) cho biết: Tai nạn xảy ra lúc 7g20 (giờ địa phương, tức 19g20 theo giờ VN), cả bảy toa của đoàn tàu của hãng Metro-North lật khỏi đường ray cách trạm Spuyten Duyvil ở quận Bronx (New York) khoảng 100m làm 04 người chết và 67 người bị thương. Thống đốc New York Andrew Cuomo nói tuyến đường ray nơi xảy ra tai nạn là khu vực “rất nguy hiểm về mặt thiết kế”. “Đoàn tàu đang di chuyển với vận tốc 112km ở đoạn đường thẳng rồi giảm xuống còn 48km để qua đoạn cua gắt đó” (Hình 1.
Hiện trường vụ tai nạn tàu lửa trật bánh [7 Tại Ấn Độ, ít nhất 15 người thiệt mạng và 4 người bị thương nghiêm trọng trong vụ xe lửa đâm vào một xe jeep tại bang miền bắc Uttar Pradesh của Ấn Độ ngày 20/3/2013. AFP dẫn lời giới chức trách cho hay xe jeep chở 19 người cố băng qua một đường ray ở huyện Mahamaya Nagar thì bị xe lửa tông thẳng vào. Theo các nhân chứng, chiếc xe văng xa đến 6m và trong những người thiệt mạng có tài xế xe jeep. Xe lửa là phương tiện đi lại đường dài chủ yếu ở Ấn Độ với mạng lưới đường ray dày đặc.
Tuy nhiên, các quy định an toàn còn rất lỏng lẻo với nhiều giao lộ không có rào chắn hay biển báo, dẫn đến những vụ tai nạn thảm khốc. Hồi tháng 2, Chính phủ công bố báo cáo cho biết gần 15.000 người thiệt mạng mỗi năm vì băng qua đường ray xe lửa [8. Tổng quan 7 Tại miền Trung nước Pháp, đã có ít nhất 6 người đã thiệt mạng và 22 người khác bị thương trong một vụ tai nạn xe lửa hôm 12/7/2013. Reuters dẫn lời Công ty đường sắt quốc gia Pháp SNCF cho biết đoàn tàu chạy vào giờ cao điểm khoảng 17 giờ, giờ địa phương (22 giờ, giờ Việt Nam), chở theo 370 người và có sáu toa bị lật [9.
Tại Pakistan, vào ngày 20/12/2007, một chiếc xe lửa tốc hành của Pakistan với khoảng 900 hành khách đã bị trật đường ray vào sáng sớm hôm qua, khiến ít nhất 58 người thiệt mạng và hơn 120 người khác bị thương [10. Tại Việt Nam, cũng có rất nhiều tai nạn đáng tiếc xảy ra do các sự cố về kỹ thuật gây ra. Vào 17/10/2013, tại ga Sóng Thần (thị xã Dĩ An, Bình Dương), trong lúc tàu lửa đang dồn toa hàng vào vị trí thì bị tuột móc nối, toa đầu của đoàn tàu bị văng khỏi đường ray hơn 1 mét [11. Mới đây nhất, Khoảng 19h ngày 12/11 đã xảy ra vụ tai nạn tàu lửa nghiêm trọng tại Hà Nội, khiến 9 người trong cùng gia đình phải nhập viện cấp cứu.
Vào thời điểm trên, taxi 7 chỗ của hãng taxi Group đi từ phố Nguyễn Văn Cừ rẽ vào phố Thượng Thanh, khi đến điểm giao cắt với đường sắt (có hệ thống cảnh báo tự động- không có rào chắn) thì bị đoàn tàu ĐM1 từ Đồng Đăng (Lạng Sơn) về Hà Nội khi đi đến địa phận phường Thượng Thanh, quận Long Biên ( Hà Nội) thì đâm vào. Cú va chạm đã khiến chiếc taxi bị hất văng hơn 10m, húc thủng tường nhà dân gần đó, 9 hành khách ngồi trên xe đều bị thương nặng đã được đưa vào cấp cứu ở bệnh viện Việt Đức, tài xế xe khách thoát nạn [12. Sau đó là ngành hàng không cũng là một trong những phương tiện nhanh chóng và tiện lợi, đầu Thế kỷ 20 với sự xuất hiện của ô tô với động cơ đốt trong chạy xăng mạnh, lại gọn nhẹ thì việc bay được đã trở thành hiện thực trước mắt. Năm 1903 đánh dấu cho lịch sử Hàng không bằng chuyến bay của anh em nhà Wright người Mỹ đã thực hiện chuyến bay 12 giây lịch sử.
Rút kinh nghiệm từ những thất bại của người đi trước, trong quá trình nghiên cứu, anh em nhà Wright nhận thấy vấn đề giữ thăng bằng là mấu chốt trong khi bay. Sau 4 năm với nhiều mô hình, từ diều đến máy bay cánh lượn không động cơ, cuối cùng anh em Wright đã sẵn sàng thử nghiệm chiếc máy bay có động cơ đầu tiên do mình chế tạo mang tên Wright Flyer (Hình 1. Tổng quan 8 Hình 1. Máy bay Wright Flyer [13] Sau thời của anh em Wright, diện mạo thế giới đã thay đổi với sự xuất hiện của ngành hàng không dân dụng.
Một cuộc cách mạng sâu sắc về phương tiện giao thông hình thành. Thế giới trở nên nhỏ bé hơn và khoảng cách địa lý gần như chỉ tồn tại trên bản đồ khi mọi trở ngại khoảng cách đều có thể được nối liền bằng hàng không. Năm 1913, được đánh dấu là “năm huy hoàng của lịch sử hàng không.” Con người bấy giờ không chỉ có thể bay mà còn bắt đầu biết lượn và thực hiện nhiều động tác bay phức tạp. Cũng trong năm này, các chuyến bay đường dài cũng đã được thực hiện, với quãng đường 4.000 km từ Pháp đến Ai Cập.
Tháng 1/1914, hàng không dân dụng được khai sinh với tuyến hàng không dân dụng có lịch bay ổn định đầu tiên trên thế giới là chặng từ Saint Petersburg đến Tampa (Florida, Mỹ). Năm 1933, Boeing cho ra thế hệ 247, được xem là máy bay dân dụng hiện đại thực sự đầu tiên, với chất liệu gần như hoàn toàn bằng kim loại. Boeing 247 là máy bay một thân, cánh thấp, với hệ thống hạ cánh an toàn, cabin tách biệt và phòng chứa 10 hành khách. Ngày nay, ngành hàng không đã phát triển vượt bậc với những chiếc máy bay dân dụng cỡ lớn, hiện đại với tốc độ nhanh và hiệu quả.
Ngành hàng không đã làm cho con người gần nhau hơn, rút ngắn khoảng cách giữa các châu lục [14]. Bên cạnh sự phát triển vượt bậc, hiện đại và tốc độ nhanh của máy bay còn có những tại nạn khi máy bay hạ cánh trên đường băng do mất lực tương tác giữa bánh xe và đường băng…Như vụ tai nạn tại sân bay ở San Francisco (Mỹ), chiếc máy Tổng quan 9 bay chở 300 người, sau vụ tai nạn làm 2 nữ sinh Trung Quốc thiệt mạng (Hình 1. Tai nạn tại sân bay ở San Francisco (Mỹ) [15] Qua sơ lược những vụ tai nạn của các phương tiện nêu trên, cho thấy rằng lực liên kết giữa vật thể và nền là rất quan trọng khi vật thể đang chuyển động ở tốc độ cao hoặc đang giảm tốc. Hai yếu tố vật thể và nền không thể tách rời nhau cho dù vật thể được thiết kế hiện đại đến đâu, khi nền đường bị hư hỏng thì vật thể cũng không phát huy được hết công năng của nó.
Dưới tác nhân động lực học, sự chuyển động của vật thể bên trên sẽ làm phát sinh dịch chuyển ở nền bên dưới. Sự di chuyển này tạo ra sự thay đổi năng lượng và ảnh hưởng đến sự tương tác giữa vật chuyển động bên trên và đất nền bên dưới.