Quy hoạch không gian ngầm dưới lòng đường đáp ứng phát triển bền vững

Bài toán quy hoạch không gian ngầm là cần thiết đối với các đô thị hiện đại. Dựa theo kinh nghiệm và bài học các nước, tác giả nhận thấy rằng phần không gian ngầm dưới lòng đường đóng vai trò vô cùng quan trọng. Hiện nay, những tài liệu, nghị định hướng dẫn chưa đề cập nhiều và nói rõ tầm quan trọng của khoảng không gian ngầm dưới lòng đường. Trong nội dung bài báo, tác giả phân tích những đặc điểm của khu vực đô thị Hà Nội, từ đó đưa ra kiến nghị quy hoạch và tận dụng khoảng không gian ngầm dưới lòng đường.

Tính độ sâu không gian ngầm liên quan đến việc quy hoạch và sử dụng công trình ngầm, đặc biệt là các công trình ngầm quan trọng như: Metro, bãi xe ngầm, hệ thống công trình phòng thủ dân sự khi có chiến tranh, hệ thống thoát nước chống ngập của thành phố. Hoặc tích hợp: công trình ngầm Metro nằm sâu thời bình sử dụng làm giao thông, khi chiến tranh làm nơi trú ẩn.

Trước hết không gian ngầm được định nghĩa là các công trình nằm dưới mặt đất. Bao gồm các công trình ngầm hiện hữu và các công trình ngầm sẽ được khai thác và sử dụng trong tương lai. Công trình ngầm có thể nhiều tầng, nhiều lớp. Với hệ thống Metro có nhiều tầng, việc chuyển từ ga này sang ga khác đôi khi phải sử dụng hệ thống cầu dẫn: tức là cầu trong hầm với đoạn chuyển tiếp và hành lang dài tới vài trăm mét. Độ sâu không gian ngầm phụ thuộc vào hai yếu tố chủ yếu: (1) Quy hoạch sử dụng không gian ngầm; (2) Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm.

Vòng đời công nghệ của ngành công trình ngầm cũng thay đổi sau một khoảng thời gian, do đó những quy hoạch Metro của Hà Nội từ những năm 2011, 2013 cũng phải cập nhật theo công nghệ. Sau khi cập nhật kỹ thuật thì lại tác động trở lại tới việc quy hoạch lại Metro.

Độ sâu không gian ngầm lấy hệ thống Metro làm chuẩn thì có ba tầng: Tầng nông, độ sâu 5 - 8 m; Tầng trung bình 15 - 25 m; Tầng sâu, nằm ở 30 - 50 m và lớn hơn tính từ mặt đất.

Khi xây nông thì có ưu điểm là thông gió, chiếu sáng, lên xuống đơn giản, dễ kết nối với các khu trung tâm thương mại, bãi xe ngầm có 2 - 4 tầng hầm. Càng sâu thì đường dẫn lên xuống càng dài, vùng tác động ảnh hưởng đến công trình mặt đất càng lớn.

Giữa các đô thị trong cùng một đất nước thì dựa vào việc phân chia trên, do nhu cầu thì có thể bố trí 1, 2 hoặc 3 tầng Metro theo nhu cầu sử dụng. Nếu mật độ dân cư tăng lên thì việc xây dựng các tầng Metro bên dưới hoặc bên trên có thể thực hiện, miễn là kỹ thuật cho phép. Do đó, việc phát triển không gian ngầm, độ sâu không gian ngầm là dựa theo nhu cầu của địa phương, điều kiện kỹ thuật và mục đích sử dụng.

2.1. Phân tích không gian ngầm các đô thị trên thế giới

Pháp: Do đặc điểm địa chất không đồng nhất của Paris nên các đường Metro 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 Metro Paris phải xây dựng dọc theo các trục đường chính làm cho một số tuyến chạy khá ngoằn ngoèo.

Nhật Bản: Quy mô tàu điện ngầm tại Nhật Bản được phát triển đầu tiên vào năm 1927, bởi Công ty Đường sắt ngầm Tokyo. Sự phát triển của tàu điện ngầm đã chứng kiến nhiều bước tiến quan trọng như việc mở rộng mạng lưới tàu, cải thiện công nghệ và an toàn, đồng thời tích hợp với các phương tiện giao thông khác để tạo ra một hệ thống liên kết.

Tuyến tàu điện ngầm đầu tiên của Tokyo được khánh thành vào tháng 12/1927 và được điều hành bởi Tổng công ty tàu điện ngầm Tokyo, phục vụ 2,2 km giữa ga Asakusa và ga Ueno là hệ thống tàu điện ngầm đầu tiên của Nhật Bản. Công ty đã mở rộng thêm 5,8 km nữa cho tuyến tàu điện ngầm này, từ ga Ueno đến ga Shinbashi, trong khi Tổng công ty Đường sắt cao tốc Tokyo kéo dài thêm 6,3 km nữa đến ga Shibuya. Toàn bộ tuyến tàu điện ngầm này tạo thành tuyến Ginza hiện tại, bao phủ tổng cộng 14,3 km từ Shibuya đến Asakusa.

Vào tháng 7/1941, Cơ quan quản lý đường sắt nhanh Teito được thành lập. Cơ quan này đã chuyển giao tuyến tàu điện ngầm này và bắt đầu vận hành tuyến tàu điện ngầm này vào tháng 9 cùng năm.

Trong thời kỳ hậu chiến, Cơ quan quản lý đường sắt nhanh Teito lần đầu tiên mở tuyến Marunouchi giữa Ga Ochanomizu và Ga Ikebukuro. Sau đó, các tuyến Hibiya, Tozai (Đông - Tây), Chiyoda, Yurakucho, Hanzomon, Namboku (Bắc - Nam) và Fukutoshin được mở - hình thành nên hệ thống tàu điện ngầm Tokyo Metro hiện tại, bao phủ tổng cộng 195,61 km, bao gồm 9 tuyến, chứa 2.766 toa và vận chuyển trung bình 7,07 triệu hành khách mỗi ngày.

Không bao gồm các tuyến Ginza và Marunouchi, 7 tuyến còn lại cung cấp các hoạt động trực tiếp chung với một số dịch vụ tàu hỏa khác trong thành phố, nghĩa là Tokyo Metro và các công ty đường sắt khác cung cấp mạng lưới dịch vụ thông qua khoảng 532,6 km.

Vào tháng 02/1995, Chính phủ Nhật Bản đã quyết định một kế hoạch tái tổ chức và hợp nhất các tổ chức bán Chính phủ. Theo kế hoạch này, vào tháng 12/2002, Tokyo Metro Co., Ltd., một công ty đặc biệt đã được thành lập, và vào tháng 4/2004, Teito Rapid Transit Authority đã được thay thế bằng công ty đặc biệt này có tên viết tắt là Tokyo Metro. Từ thời điểm này trở đi, mục tiêu bao quát của Công ty là thiết lập một nền tảng kinh doanh vững chắc như một doanh nghiệp tư nhân, với mục đích đưa quá trình tư nhân hóa hoàn toàn diễn ra nhanh nhất có thể.

Hệ thống Metro tại Nhật Bản phát triển cả hệ thống đường trên cao lẫn phần ngầm. Các tuyến tàu điện trên cao có hệ thống bẻ ghi, chuyển hướng. Công nghệ xây dựng rất đa dạng phong phú: đào mở, TBM, công nghệ đào kín hầm trong đất NATM. (hình 1)

Sau khi phát triển hệ thống Metro, Nhật Bản gặp vấn đề về ngập úng các khu đô thị. Trong khi phần ngầm vướng cọc nhà 20 - 30 m, phần lòng đường xây hệ thống tàu trên cao và một phần hầm ngầm nên công trình ngầm thoát nước và bể chứa ngầm đưa xuống độ sâu 40 m.

Như vậy, việc quy hoach độ sâu không gian ngầm ở Nhật Bản cũng gặp vấn đề khi chưa bố trí khoảng không gian thoát nước hợp lý. Nếu quy hoạch không hợp lý, không làm chủ kỹ thuật xây dựng công trình ngầm, đặc biệt là kỹ thuật NATM trong đô thị thì sẽ gặp vấn đề lớn trong tương lai. (hình 2)

2.2. Phân tích không gian ngầm khu vực Hà Nội

Với hiện trạng hiện nay của TP Hà Nội và quy hoạch các tuyến Metro phần nổi rất nhiều, nên 2 giải pháp do Bộ Xây dựng đề xuất trong dự thảo Nghị định quy định về quản lý, sử dụng không gian ngầm trên địa bàn TP Hà Nội [1], chưa đáp ứng được việc xây dựng phát triển bền vững. Vì chưa nhắc tới việc xây dựng tầng nông Metro 5 - 8 m và nó là kho vàng chưa được khai thác để kết nối các trung tâm thương mại, các tầng hầm chung cư, các bến đỗ xe ngầm, các bến xe ngầm, sân bay… Phân tích sâu thêm một số lý do sau:

(1) Đô thị Hà Nội thuộc địa chất đất yếu và công nghệ xây hầm trong đất yếu trước năm 2011 chưa phổ biến trên thế giới. Việc xây dựng tầng nông thì phương án đào TBM không phù hợp vì chiều sâu đào TBM phải đào ở tầng trung bình và sâu.

(2) Làm đường sắt trên cao thì phải rào chắn, gây ách tắc giao thông, không kết nối được các công trình hiện hữu, chiếm dụng không gian đô thị trên cao. Trong khi xây nông có thể dùng phương án đào kín NATM trong đất, gia cố trước, đào đối hướng, tổ chức nhiều đội thi công có thể giảm thời gian xây dựng 1 tuyến xuống còn 3 - 5 năm mà không ảnh hưởng giao thông trên mặt.

Lấy ví dụ các hầm giao thông: Kim Liên, Nguyễn Trãi… có đường ô tô nằm nông vẫn ổn định. Hầm đường sắt sâu hơn, theo nguyên lý móng nổi phần đất đào đi có tải trọng lớn hơn công trình truyền xuống, kết hợp việc gia cố trước khi đào thì công trình vẫn ổn định. Cần có tính toán chuyên sâu, nhưng về mặt định tính là khả thi.

(3) Việc xây dựng hầm bằng công nghệ NATM thì nhiều công ty trong nước có thể làm, nhưng cần một hệ thống giám sát và kỹ thuật tính toán ổn định theo thời gian. Các vấn đề này thì chuyên gia trong nước hiện nay có thể làm được. Nếu tận dụng lực lượng công binh, thợ mỏ và các công ty nhà nước có thể hạ giá thành xây dựng Metro xuống mức thấp nhất, chi phí chỉ bằng một nửa đi nổi với giá nước ngoài, thậm chí còn rẻ hơn, mà không cần dùng nhiều ngoại tệ để chi trả.

(4) Các công trình ngầm đều hư hỏng theo thời gian, nếu chủ động xây dựng được thì sẽ đảm bảo về mặt công nghệ, chi phí…

(5) Phương pháp NATM có thể dùng ở mọi độ sâu, nếu làm chủ công nghệ này có thể tự chủ xây dựng Metro, mặt khác sẽ làm giảm giá thành phương pháp TBM xuống nếu cần dùng - không bị ép giá.

(6) Không thay đổi mạng lưới quy hoạch Metro hiện nay, nếu áp dụng công nghệ mới có thể đưa toàn bộ các ga trên cao xuống mặt đất ở độ sâu nông, đảm bảo nhiệm vụ kết nối phần ngầm xung quanh. Trả lại phần không gian trên cao cho đô thị.

Mặt khác, công nghệ NATM có thể đổi hướng dễ dàng nên có thể kéo dài các tuyến Metro trong quy hoạch lên 50 - 70 km; mở rộng kết nối ra các vùng xung quanh - các tỉnh lân cận, tạo bước ngoặt cho việc quy hoạch đô thị và dãn dân, giảm giá thành chung cư ở ngoại thành.

Để xây dựng những công trình ngầm thoát nước tương tự như Nhật Bản, Việt Nam có kinh nghiệm đào các giếng đứng, giếng nghiêng, hầm sâu trong mỏ. Cần xây dựng một hệ thống thoát nước mới nằm dưới lòng đường Hà Nội nhưng độ sâu vừa phải. Tuy nhiên, không thể sâu 40 m như Nhật Bản và hầm chứa nước cũng nằm ở ngoại ô Hà Nội với độ sâu nông nhưng sức chứa cũng như chiều sâu như Nhật đã làm.

Quy hoạch Metro Hà Nội: nhất định phải xây hệ thống Metro nông 5 - 8 m nằm dưới lòng đường làm cơ sở để phát triển các tầng Metro nông bên dưới.

Quy hoạch phần không gian ngầm, cần xem xét tổng hợp các yếu tố: (1) Hạ ngầm các cầu cạn ô tô nếu thấy bất tiện; (2) Hầm ôtô 2 - 5 m hoặc công thoát nước; (3)  Hầm Metro nông 5 - 8 m; (4) Hầm Metro sâu trung bình 10 - 25 m; (5) Hầm Metro sâu: trên 30 m (dưới lòng sông trong đá gốc); (6) Hầm chứa nước mưa chống ngập sâu từ 10 m trở lên.

Bài toán quy hoạch không gian ngầm cần xem xét đến yếu tố kỹ thuật và công năng sử dụng công trình ngầm. Trong vùng địa chất yếu ở Hà Nội có tới trên 40 điểm ngập úng, móng các tòa nhà hiện hữu thì việc sử dụng không gian ngầm dưới lòng đường đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo phát triển bền vững (tương tự như các nước phát triển đã làm). Nếu xây dựng quá nhiều tuyến Metro nổi giữa đường thì sẽ không còn không gian ngầm để làm các công trình khác, khi đó phải làm hệ thống chống ngập dưới móng cọc sâu 40 - 50 m thậm chí sâu hơn.

Tài liệu tham khảo:

1. Dự thảo Nghị định quy định về quản lý, sử dụng không gian ngầm trên địa bàn TP Hà Nội.

2. https://laodong.vn/thoi-su/quy-hoach-chung-ha-noi-phai-quan-tam-den-khong-gian-ngam-va-mo-rong-do-thi-1204371.ldo.

3. https://nguoihanoi.vn/du-an-luat-thu-do-sua-doi-danh-thuc-khong-gian-ngam-ha-noi-84826.html.

4. ITA (2012), 50 year of NATM, ITA report, Austria.

5. Morgan & Yang (2002), “Principles of tunnel lining design”, AGS/IMM Technical meeting “underground excavation in urban environment”.