Tự chủ công nghệ xây Metro theo hướng kết nối các khu đô thị vệ tinh và các tỉnh lân cận Hà Nội
Hiện nay, TP Hà Nội đã xây dựng xong tuyến Metro số 1 đi trên cao và tuyến số 2 đang triển khai phần ngầm. Trong các bài viết trước [5, 6] tác giả đã phân tích các dạng Metro theo các tuyến: tuyến hầm nông với độ sâu 5 - 8 m, tuyến hầm sâu, tuyến Metro trên mặt đất. Hệ thống Metro tại Hà Nội đã được quy hoạch gồm: Tuyến số 1: Ngọc Hồi - Yên Viên - Như Quỳnh, chiều dài khoảng 38,7 km; Tuyến số 2: Nội Bài - Trung tâm Thành phố - Thượng Đình, chiều dài khoảng 35,2 km, là xương sống cho khu vực đô thị hiện tại và tương lai, kết nối với tuyến số 2A; Tuyến số 3: Nhổn - Ga Hà Nội - Hoàng Mai, chiều dài khoảng 21 km, sau năm 2020 sẽ phát triển tuyến số 3 tới Sơn Tây, tổng chiều dài dự kiến là 48 km; Tuyến số 4: Đông Anh - Sài Đồng - Vĩnh Tuy/Hoàng Mai - Thanh Xuân - Từ Liêm - Thượng Cát - Mê Linh, chiều dài khoảng 53,1 km, có dạng vòng tròn, kết nối với các tuyến số 1, số 2, số 3 và số 5; Tuyến số 5: Nam Hồ Tây - Ngọc Khánh - Láng - Hòa Lạc, chiều dài khoảng 34,5 km; Tuyến số 6: Nội Bài - Khu đô thị mới phía Tây Ngọc Hồi, kết nối với Tuyến số 4 tại Cổ Nhuế và Tuyến số 7 tại Dương Nội, chiều dài khoảng 43 km; Tuyến số 7: Mê Linh - Đô thị mới phía Tây Nhổn - Vân Canh - Dương Nội, kết nối với tuyến số 4 tại đoạn Đại Mạch và Tây Tựu, với tuyến số 6 tại đoạn Dương Nội, chiều dài khoảng 35 km; Tuyến số 8: Cổ Nhuế - Vành đai 3 - Lĩnh Nam - Bát Tràng - Dương Xá, chiều dài khoảng 28 km. (Hình 1)
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.
Theo kinh nghiệm phát triển Metro của các nước, ngoài mục đích đáp ứng đi lại nhu cầu của người dân, Metro còn có vai trò quan trọng trong việc phát triển đô thị và giãn dân bằng cách xây dựng các khu đô thị vệ tinh cách xa nhau, tăng quỹ đất sử dụng, giảm giá thành xây dựng khi phát triển các khu đô thị mới xa nội đô, đáp ứng an sinh xã hội và nhu cầu nhà ở của người dân.
Trong lịch sử các đô thị hiện đại và phát triển trên thế giới, các nước phát triển đều tự chủ công nghệ Metro và triệt để khai thác tầng nông từ 5 - 8 m. Các tuyến hầm nông mang lại sự thuận tiện lớn nhất cho hành khách và có các chỉ số vận hành và kinh tế tốt nhất. Đây là dạng Metro điển hình cho các khu vực phát triển mới, nơi đường đua có thể được đặt dưới những bãi cỏ rộng trên đường phố, đường hầm nông dễ xây dựng hơn, được xây dựng dọc theo đường phố, đại lộ.
Tại Hà Nội, hai tuyến Metro đã xây sử dụng công nghệ đào mở các ga và xây nổi trên mặt đất, đào bằng công nghệ máy TBM. Tuyến số 2A hoàn toàn đi nổi, tuyến số 3 đi nổi và có một phần ngầm.
Như vậy, hai công nghệ đầu đã thực hiện và triển khai, có đội ngũ chuyên gia và kỹ sư. Nhưng các tuyến Metro hiện nay đang có hiện trạng đi nổi nhiều hơn đi ngầm, phần ngầm rất ngắn đóng vai trò kết nối các tuyến với nhau. Nếu không có công nghệ để tăng cường làm các tuyến đi ngầm hoàn toàn dẫn tới phí phạm quỹ đất tầng nông sâu 5 - 8 m.
Để triển khai làm các tuyến ngầm nông từ 5 - 8 m, cần áp dụng công nghệ thứ ba là đào kín công nghệ NATM, là hợp lý nhất.
2.1. Các chỉ dẫn chung về phương pháp đào kín NATM
Phương pháp đào hầm mới của Áo (NATM) [1, 2, 3, 4], còn được gọi là phương pháp đào tuần tự (SEM), là một phương pháp xây dựng đường hầm phổ biến vì khả năng thích ứng với các điều kiện địa chất khác nhau. Được phát triển vào những năm 1960 tại Áo, phương pháp tiếp cận NATM đã cách mạng hóa việc đào hầm bằng cách giới thiệu một quy trình linh hoạt và có hệ thống, phản ứng với các điều kiện mặt đất gặp phải.
Ưu điểm của đường hầm NATM:
Khả năng thích ứng: NATM cho phép linh hoạt trong quá trình xây dựng vì có thể điều chỉnh theo các điều kiện địa chất gặp phải. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong điều kiện mặt đất phức tạp với chất lượng đất/đá thay đổi và đổi hướng tại các ngã ba, ngã tư.
Giảm tác động đến môi trường: NATM giảm thiểu sự gián đoạn bề mặt trong quá trình xây dựng, dẫn đến tác động đến môi trường thấp hơn so với các phương pháp khác.
Hiệu quả về chi phí: NATM có thể tiết kiệm chi phí cho các dự án đường hầm nhỏ.
Khả năng tiếp cận: Đường hầm NATM tương đối dễ tiếp cận hơn để bảo trì và sửa chữa do kích thước và kết cấu nhỏ hơn.
Nhược điểm của Đường hầm NATM:
Thời gian xây dựng dài hơn: Đường hầm NATM thường có thời gian xây dựng dài hơn so với TBM vì quá trình đào thường được thực hiện ở các phần nhỏ hơn, cần nhiều thời gian hơn để xây dựng và lắp đặt hỗ trợ.
Chuyên môn kỹ thuật: Các kỹ thuật xây dựng đường hầm NATM đòi hỏi những kỹ sư và công nhân lành nghề có kinh nghiệm, những người có thể đánh giá chính xác các điều kiện mặt đất và đưa ra các quyết định sáng suốt liên quan đến các hệ thống hỗ trợ.
Thách thức về độ ổn định của mặt đất: NATM dựa vào các hệ thống hỗ trợ mặt đất phù hợp để đảm bảo độ ổn định trong và sau khi xây dựng. Nếu các điều kiện mặt đất không được đánh giá hoặc quản lý đúng cách, sẽ có nguy cơ biến dạng và mất ổn định mặt đất.
Lún bề mặt: Xây dựng NATM có thể dẫn đến lún bề mặt lớn hơn so với các phương pháp khác, đặc biệt là ở các khu vực đô thị, nếu không được quản lý đúng cách.
2.2. Các biện pháp khắc phục nhược điểm về công nghệ NATM khi áp dụng tại Hà Nội
Hiện nay khoa học công nghệ phát triển có thể khắc phục các nhược điểm trên của công nghệ NATM bằng cách: chia thành nhiều đội thi công, đào đối hướng, đào ngầm, các ga là hướng mở gương đào về hai phía với khoảng cách các ga 2 - 3 km thì khả năng đào ga và đào đường hầm trong khoảng 3 - 5 năm hoàn thành một tuyến là khả thi.
Mặt khác, NATM cũng được triển khai xây dựng nhiều tuyến hầm giao thông, thủy điện, mỏ, công trình quốc phòng nên đảm bảo các yếu tố để khắc phục nhược điểm 2, 3, 4. Khi xây dựng các tuyến Metro cần tận dụng lực lượng: công binh, thợ mỏ lành nghề để đảm bảo chất lượng cũng như giá thành. Công nghệ NATM được triển khai theo hướng tự chủ, công nghệ trong nước sẽ giảm giá thành và gánh nặng ngoại tệ cho đất nước.
Khi quy hoạch Metro và lập các chỉ tiêu so sánh kinh tế, kỹ thuật còn dựa vào các chi phí theo các dự án vốn ODA (nhân công, thiết bị, giá thành của các nước) nên chưa thấy được lợi ích từ việc tự chủ công nghệ Metro theo công nghệ NATM. Mặt khác, công nghệ NATM có thể xây dựng tại các tầng sâu hơn của TP Hà Nội. Khi có công nghệ của riêng mình, chúng ta có nhiều lựa chọn hơn về nhà thầu cũng như lợi thế về giá khi có một phương án dự phòng.
Có thể áp dụng nhiều công nghệ khác nhau để xây Metro nhưng tự chủ về công nghệ và đảm bảo giá thành xây dựng, bảo trì lâu dài là yếu tố then chốt để phát triển bền vững khi các nước sẽ tăng giá bảo trì nếu sử dụng công nghệ của họ.
Các nước khi đầu tư xây dựng Metro sẽ hạn chế hoặc hầu như không đưa ra phương án đào NATM bởi một số lý do như sau:
Mặc dù có thể tìm hiểu công nghệ NATM trên mạng internet, sách, báo nhưng những tài liệu về kỹ thuật, thí nghiệm dùng trong đất yếu là công nghệ bí mật của các nước, đặc biệt là các yếu tố biến đổi đất/đá theo thời gian liên quan nhiều đến các bí mật công nghệ của các nước.
Để quản lý chất lượng, bảo trì theo công nghệ NATM đòi hỏi đội ngũ chuyên gia lành nghề. Các nước khó mà cung cấp nhân lực, kỹ thuật.
Việc xây dựng Metro trong đất yếu đòi hỏi trí tuệ, công sức của cả dân tộc. Mỗi một chuyên gia, đóng góp một phần công việc để đảm bảo hoàn thiện công nghệ và chất lượng công trình. Cần chính sách tập hợp, đào tạo nhân lực cho kế hoạch lâu dài.
Khi tự chủ công nghệ Metro, ngoài việc kéo dài các tuyến trong nội thành, có thể liên kết các tỉnh thành lân cận Hà Nội với nhau: Hà Nội cách tỉnh Hải Dương 40 km; Hải Phòng cách Hải Dương 40 km; Hải Dương cách Bắc Ninh 50 km.
Với việc liên kết các tỉnh bằng hệ thống Metro và xây dựng các khu chung cư, khu công nghiệp, khu dịch vụ làm tăng giá trị quỹ đất. Tiết kiệm ngân sách, giảm ngoại tệ sẽ giúp thực hiện các mục tiêu chiến lược quốc gia, giảm giá nhà tại các khu vực nội đô.
Khai thác tầng nông là kho vàng chưa được chú ý, với chiều sâu nhỏ có thể bố trí lên xuống bằng các bậc thềm không cần thang cuốn nên giảm giá thành xây dựng và vận hành. Các nước sản xuất ra khiên đào, TBM nhưng họ cũng rất ít sử dụng thiết bị này để xây Metro.
Không một nước nào, hay tổ chức nào có thể giúp Việt Nam xây dựng Metro một cách nhanh chóng và hiện đại. Chỉ có phát huy nội lực, tự chủ chúng ta mới có thể “xây dựng đất nước ta đàng hoàng hơn, to đẹp hơn” như lời dạy của Bác.
Tài liệu tham khảo:
1. KR Code (Tunnel) 2012. Thiết kế hệ thống hầm đường sắt Hàn Quốc, (bản tiếng Hàn Quốc).
2. ITA (2000), “Guidelines for the Design of Shield Tunnel Lining”, TUST, Vol. 15, Nr. 3, pp. 303 - 331.
3. ITA (2012), 50 year of NATM, ITA report, Austria.
4. Morgan & Yang (2002), “Principles of tunnel lining design”, AGS/IMM Technical meeting “underground excavation in urban environment”.
5. Nguyễn Huy Hiệp, Đinh Quang Trung. Lựa chọn chiều sâu hợp lý và công nghệ thi công các tuyến Metro. Tạp chí Xây dựng 5/2024, ISSN 2734-9888.
6. Nguyễn Huy Hiệp, Nguyễn Quý Đạt, Đinh Quang Trung. Xây dựng công trình ngầm trong đất yếu và ứng dụng học thuyết sụp đổ lũy tiến kiểm soát tai biến địa chất. Tuyển tập báo cáo hội nghị KH&CN 2024 chào mừng 68 năm thành lập Viện KH&CN Giao thông vận tải, NXB Giao thông vận tải, ISBN: 978-604-76-3006-6.
