Phân tích tổng hợp xây dựng Metro trên các yếu tố lịch sử, chính trị, quân sự, kỹ thuật, văn hóa

Trong quá trình xây dựng Metro và sử dụng có nhiều yếu tố đan xen lẫn nhau. Các nước châu Á đi sau nhưng chỉ một số nước có công nghệ xây dựng Metro riêng như: Trung Quốc, Triều Tiên, Singapo, Thái Lan có nhiều tuyến đi ngầm. Các nước còn lại có nhiều tuyến đi nổi và tổng chiều dài ngắn. Việt Nam là nước đang phát triển hệ thống Metro nên cần có cái nhìn tổng quan, đa chiều để giúp chúng ta lựa chọn đúng công nghệ, giảm giá thành và đẩy mạnh xây dựng loại hình công trình đặc biệt này.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất [4]: Bắt đầu vào khoảng năm 1784. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất này là việc sử dụng năng lượng nước, hơi nước và cơ giới hóa sản xuất. Cuộc cách mạng công nghiệp này được đánh dấu bởi dấu mốc quan trọng là việc James Watt phát minh ra động cơ hơi nước năm 1784. Phát minh vĩ đại này đã châm ngòi cho sự bùng nổ của công nghiệp thế kỷ 19 lan rộng từ Anh đến châu Âu và Hoa Kỳ.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2 diễn ra từ khoảng năm 1870 đến khi Thế chiến I nổ ra. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần này là việc sử dụng năng lượng điện và sự ra đời của các dây chuyền sản xuất hàng loạt trên quy mô lớn. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai diễn ra khi có sự phát triển của ngành điện, vận tải, hóa học, sản xuất thép, và (đặc biệt) là sản xuất và tiêu dùng hàng loạt. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2 đã tạo nên những tiền đề mới và cơ sở vững chắc để phát triển nền công nghiệp ở mức cao hơn nữa.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3 xuất hiện vào khoảng từ 1969, với sự ra đời và lan tỏa của công nghệ thông tin (CNTT), sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất. Cuộc cách mạng này thường được gọi là cuộc cách mạng máy tính hay cách mạng số bởi vì nó được xúc tác bởi sự phát triển của chất bán dẫn, siêu máy tính, máy tính cá nhân (thập niên 1970 và 1980) và Internet (thập niên 1990).

Cách mạng công nghiệp 4.0 (hay cách mạng công nghiệp lần thứ tư) xuất phát từ khái niệm “Industrie 4.0” trong một báo cáo của Chính phủ Đức năm 2013. “Industrie 4.0” kết nối các hệ thống nhúng và cơ sở sản xuất thông minh để tạo ra sự hội tụ kỹ thuật số giữa công nghiệp, kinh doanh, chức năng và quy trình bên trong. Những yếu tố cốt lõi của kỹ thuật số trong cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ là: Trí tuệ nhân tạo (AI), Vạn vật kết nối - Internet of Things (IoT) và dữ liệu lớn (Big Data).

Trên lĩnh vực công nghệ sinh học, cách mạng công nghiệp 4.0 tập trung vào nghiên cứu để tạo ra những bước nhảy vọt trong nông nghiệp, thủy sản, y dược, chế biến thực phẩm, bảo vệ môi trường, năng lượng tái tạo, hóa học và vật liệu. Cuối cùng là lĩnh vực vật lý với robot thế hệ mới, máy in 3D, xe tự lái, các vật liệu mới (graphene, skyrmions…) và công nghệ nano.

Công trình Metro là loại công trình đặc biệt, hiện có khoảng 56 nước có hệ thống Metro. Vào năm 1863, tuyến đường Metro đầu tiên trên thế giới được đưa vào sử dụng ở London. Sau 3 năm, New York là thành phố tiếp theo sử dụng Metro, tiếp theo đó là Chicago năm 1892 và Budapest năm 1896. Sau nhiều năm tranh luận giữa nhà nước và chính quyền TP Paris, năm 1895, kỹ sư cầu đường người Bretagne Fulgence Bienvenüe là người chịu trách nhiệm khởi công công trình Metro ở Thủ đô của Pháp.

Do đặc điểm địa chất không đồng nhất của Paris nên các đường Mettro thường nằm khá sát mặt đất, độ sâu trung bình là từ 4 - 12 m. Trừ các tuyến chạy ngầm dưới các ngọn đồi của Paris như Montmartre, Ménilmontant, một số bến còn có độ sâu tới gần 32 m như dưới lòng đồi Chaumont (Buttes Chaumont), ở quận 19, phía Bắc Paris. Đây là lý do khiến các tuyến Métro Paris phải xây dựng dọc theo các trục đường chính làm cho một số tuyến chạy khá ngoằn ngoèo.

Việc xây dựng hệ thống Metro bắt đầu từ cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai, do đó các kỹ thuật xây dựng chủ yếu cũng chỉ cần kỹ thuật từ giai đoạn này. Các công nghệ, kỹ thuật sau này chỉ tô điểm và phủ một lớp màn bí ẩn lên kỹ thuật Metro. Các nước tư bản và các tập đoàn công nghệ làm giàu từ ngành công nghiệp xây dựng Metro cho các nước đi sau.

Việt Nam, Trung Quốc, Triều Tiên là những nước thuộc hệ thống các nước xã hội chủ nghĩa. Hai nước Trung Quốc, Triều Tiên có hệ thống Metro nhờ có cách nhìn sớm và học hỏi từ Liên Xô trước đây. Các nước tư bản thường đi vay theo hai dạng: phụ thuộc công nghệ nước ngoài (với các nước giàu, phát triển), vay và chuyển giao công nghệ.

Bài học từ Thái Lan: sau khi thuê Siemens xây dựng đường sắt tàu điện BTS tuyến đầu tiên năm 1995 - 2000, Thái Lan đã tiếp nhận công nghệ do Siemens chuyển giao. Hiện tại Thái Lan có Công ty Italian - Thai là công ty trong nước đầu tư về dự án xây dựng hệ thống đường sắt trên cao và đường sắt Metro (tàu điện ngầm). Tất cả tuyến tàu điện bên Thái Lan do công ty này làm chủ đầu tư và tự xây dựng bởi kỹ sư Thái Lan. Hiện tại toàn Thủ đô Bangkok có 11 tuyến Metro. Ngoài xây dựng hệ thống Metro trong nước, Thái Lan đã xuất khẩu công nghệ và kỹ sư Thái Lan thuộc Công ty Italian - Thai để đầu tư xây dựng dự án đường sắt trên cao tại Bangladesh.

Theo Bloomberg, khi Kiev còn yên bình, mỗi ngày có hơn 1 triệu người sử dụng các chuyến tàu của hệ thống tàu điện ngầm ở Thủ đô của Ukraine. Kể từ khi Nga tiến hành chiến dịch quân sự đặc biệt ở Ukraine từ ngày 24/02/2022, hệ thống tàu điện ngầm ở Kiev (Metro Kiev) đóng vai trò là nơi trú ẩn khẩn cấp cho khoảng 15 nghìn người Ukraine.

Hệ thống tàu điện ngầm 52 trạm của Kiev, bắt đầu hoạt động từ năm 1960, được thiết kế để đối phó với các tình huống khẩn cấp như hiện tại, được xây dựng vào thời kỳ đỉnh điểm của chiến tranh lạnh, hầu hết các ga tàu thuộc hệ thống tàu điện ngầm Kiev được xem là hầm trú bom. Ga Arsenalna, thuộc hệ thống ga tàu điện ngầm Kiev, được xây dựng ở độ sâu 105 m và là ga tàu điện ngầm sâu nhất thế giới. Toàn bộ hệ thống tàu điện ngầm Kiev được trang bị và thiết kế để làm chỗ trú ẩn cho 100 nghìn người. Các nhà ga có sẵn cơ sở hạ tầng thiết yếu, với đầy đủ tiện nghi của phòng tắm công cộng.

Quá trình xây dựng các tuyến tàu điện ngầm bắt đầu khi Thủ đô Moscow  phát triển nhanh theo hướng tự xây dựng. Cùng với đó, các ga tàu điện ngầm xây dựng trong những năm 1930 còn đóng vai trò như những hầm tránh bom trong chiến tranh. Điều này đã được chứng minh trong Chiến tranh thế giới lần thứ hai.

Để có hệ thống Metro kết hợp trú ẩn cần phải tự xây để đảm bảo vị trí bí mật và cách thức phòng thủ. Với hệ thống sâu thì có thể tiến hành xây dựng hệ thống nông trước độ sâu 5 - 8 m, rồi tận dụng tầng metro này để xây dựng các tầng Metro sâu hơn. Nếu có biện pháp kỹ thuật tốt, trong một số trường hợp có thể xây các tầng sâu trước, nông sau, áp dụng cho trường hợp địa chất yếu - phức tạp.

Bên cạnh đó, không một nước phát triển nào muốn xây dựng hoặc chuyển giao các kỹ thuật xây dựng hầm dưới sâu cho nước khác, nhất là các nước trong lịch sử đã có chiến tranh với nước đó.

Các công nghệ xây dựng Metro hiện nay: Đào mở và xây nổi trên mặt đất. Đào bằng công nghệ máy TBM hoặc khiên đào. Đào kín công nghệ NATM.

Muốn xây dựng Metro áp dụng nhiều phương pháp đào khác nhau. Với địa chất và địa hình ở Hà Nội có thể áp dụng công nghệ đào nông như của Paris đã từng dùng, men theo các đại lộ và đường, nhưng thay đổi phương pháp đào mở thành đào kín và áp dụng biện pháp gia cố trước như công nghệ NATM [2] trong đất.

Trước đây, do công nghệ chưa phát triển, việc thí nghiệm, tính toán công trình ngầm trong đất còn hạn chế, thêm vào đó các nước giữ bí mật không chuyển giao công nghệ lưu biến trong đất yếu để kiểm soát hầm Metro trong quá trình thi công và bảo trì. Hiện nay, các kỹ thuật này đã được một số nhà khoa học trong nước làm chủ, cần thay đổi tư duy và phương pháp làm hầm trong đô thị dựa trên những thành tựu mới trong khoa học.

Đô thị các nước được quy hoạch bài bản, có hệ thống, trong khi Hà Nội do yếu tố về văn hóa đời sống và phong tục, nên trong khu vực đô thị nhà nhỏ, thấp tầng, dân cư phân tán, rất khó bố trí hầm và ga ngầm nằm dưới các nhà thấp tầng. Biện pháp hiệu quả nhất là nghiên cứu, học tập việc xây dựng Metro các nước có đặc điểm địa chất và phân bố dân cư giống Việt Nam ở các nước đã từng làm.

Các nước tư bản như Pháp, Mỹ, Đức, Anh cũng đã tận dụng tầng đất nông sâu 5 - 8 m và xây dựng Metro ở tầng nông thuận tiện lên xuống và bảo trì.

Các quy hoạch Metro ở Việt Nam chưa hề nhắc đến công nghệ cũng như việc xây dựng tầng Metro nông. Nếu không nghiên cứu, phát triển công nghệ này, có thể dẫn đến việc bê tông hóa phần nổi đô thị như các nước châu Á đã mắc phải: Thái Lan, Philippines...

Bài học từ đường sắt đô thị ở Philippines [5]: ban đầu, tuyến số 1 được xây dựng như một phương tiện giao thông công cộng tối giản và thiếu một số tính năng và tiện nghi. Tuyến số 2 mới hơn, được xây dựng với các tiêu chuẩn và tiêu chí bổ sung như lối đi không có rào cản. Hiện tại, tuyến 1 vận chuyển khoảng 500 nghìn hành khách mỗi ngày, trong khi tuyến 2 phục vụ 200 nghìn hành khách. Nhân viên tại các nhà ga thường xuyên kiểm tra an ninh và hỗ trợ hành khách. Việc xây dựng tuyến 1 bắt đầu vào tháng 9/1981 do Tổng công ty Xây dựng và phát triển Philippines (nay là Tổng công ty Xây dựng quốc gia Philippines) làm nhà thầu với sự hỗ trợ từ Công ty Losser & Cie của Thụy Sĩ (ngày nay là Losser Marazzi), và công ty con của Tập đoàn Dravo Mỹ. Tuyến đường được vận hành thử nghiệm vào tháng 3/1984. Nửa đầu của tuyến số 1, từ Baclaran đến nhà ga Trung tâm, được khai trương vào ngày 01/12/1984. Nửa tuyến sau, từ nhà ga Trung tâm đến Monumento, được mở vào ngày 12/5/1985. Tình trạng quá tải và bảo trì kém đã gây ra nhiều thiệt hại vài năm sau khi khai trương. Vào năm 1990, tuyến số 1 rơi vào tình trạng xuống cấp nghiêm trọng do tình trạng người dân đi tàu quá nhiều. Có thời kỳ, các chuyến tàu chạy đến nhà ga Trung tâm phải chậm lại để tránh gây tạo chấn động mạnh, hư hại thêm khi "hàng loạt vết nứt" bắt đầu xuất hiện trên sàn nhà ga cũng như các dầm đỡ bên dưới. Sự xuống cấp sớm của tuyến 1 đã buộc chính phủ Philippines phải lên kế hoạch nâng cấp và mở rộng hệ thống với sự trợ giúp từ nguồn vốn ODA của Nhật Bản.

Kết luận

Đối với hệ thống Metro cần có cách nhìn đa chiều, đánh giá toàn diện ở các nước phát triển tự xây Metro và các nước đi vay phụ thuộc công nghệ nước ngoài. Cũng cần có một chính sách hợp lý, tập trung người có chuyên môn làm việc và đưa ra kế hoạch chính xác để thôi chu trình đổ lỗi cho “cơ chế”.

Công nghệ xây dựng Metro của Pháp là thủ công, tận dụng cả sức ngựa để làm. Các nước Nga, Mỹ, Đức… tận dụng thợ mỏ, công binh để làm. Do đó, việc xây dựng Metro cũng không cần kỹ thuật cao, vấn đề quyết định là có tự làm và dám làm hay không mà thôi. Hiện nay, có nhiều kỹ thuật và công nghệ mà Việt Nam đã làm chủ nên có thể tạo bước đột phá mới trong cách xây dựng hầm đô thị như Thái Lan đã làm được.

Qua lịch sử xây dựng - phát triển đô thị, mỗi quốc gia có cách làm và phát triển Metro riêng. Bài học từ việc tự chủ Metro của Pháp trong quá khứ, tận dụng lực lượng thợ mỏ - công binh như Nga và các nước đã triển khai là kinh nghiệm quý báu. Những vấn đề gặp phải của các nước đi vay nợ, phụ thuộc công nghệ cũng đã gặp phải và rất khó xử lý khi đã lựa chọn sai đường.ϖ

Tài liệu tham khảo:

1. Nghiêm Hữu Hạnh. Cơ học đá, NXB Giáo dục, 2001.

2. BQLDA 85 (2005), Tổng kết kỹ thuật thi công hầm Hải Vân, Bộ GTVT.

3. Nguyễn Huy Hiệp, Xác định tham số từ biến và chùng ứng suất của mẫu đá bằng thí nghiệm nén uốn. Tuyển tập các công trình khoa học hội nghị khoa học toàn quốc, Cơ học đá - những vấn đề đương đại, Vietrock 2021, ISBN: 978-604-9988-55.

4.https://concetti.vn/news/legal_news/150/nhung-cuoc-cach-mang-cong-nghiep-trong-lich-su-nhan-loai

5.https://cafef.vn/bai-hoc-tu-philippines-tau-tren-cao-let-vao-ga-vi-so-vo-dam-nhat-phai-ra-tay-cuu-nguy-20211111151533391.chn.