Công nghệ làm đường hầm bằng khiên đào, kích đẩy

Tuyến metro Nhổn – ga Hà Nội sẽ được thi công bằng công nghệ làm đường hầm tiên tiến trên thế giới. Việc thi công ngầm không ảnh hưởng gì đến các hoạt động trên mặt đất.

Công nghệ máy khoan nằm ngang

Sáng 9/11, Ban Quản lý dự án đường sắt đô thị Hà Nội (MRB) cho biết, các bộ phận của máy đào hầm đầu tiên (gọi tắt là TBM) cho tuyến đường sắt đô thị số 3, đoạn Nhổn - Ga Hà Nội đã cập cảng Hoàng Diệu, Hải Phòng vào ngày 27/10/2020, và dự kiến bắt đầu vận chuyển về ga ngầm S9 từ đầu tháng 11/2020 và hoàn thành lắp đặt vào giữa tháng 1/2021. Các bộ phận của máy sẽ được vận chuyển theo đường bộ vượt qua quãng đường 193km để tới ga ngầm S9 - Kim Mã. Dự kiến việc vận chuyển và lắp đặt toàn bộ máy sẽ kéo dài khoảng 2 tháng.

Công nghệ thi công đường ngầm tuyến Nhổn - ga Hà Nội là Tunnel Boring Machine (TBM) của Italy, được áp dụng với nhiều công trình hầm trên thế giới từ 20 năm trước. Công nghệ này cũng áp dụng cho tuyến metro 1B (Bến Thành - Suối Tiên) ở TPHCM. Máy đào hầm TBM giống máy khoan hình trụ nằm ngang với đường kính 7 - 17,5m, đủ để chứa thiết bị máy móc và công nhân ở bên trong để vận hành. Sau khi thi công, hầm sẽ gồm 2 ống hầm rộng 6,3m.

Máy đào đường hầm công nghệ TBM

Theo một kỹ sư Công ty CP Fecon thì trong phương pháp đào kín có hai công nghệ chính: Công nghệ khiên đào (TBM) tiến hành lắp ghép các mảnh vỏ hầm với nhau ngay trong lòng máy khoan và công nghệ khoan kích (Pipe jacking) kích đẩy những đốt cống đúc sẵn đặt ở sâu trong lòng đất. Thi công hầm bằng khiên đào (TBM) là hệ thống thiết bị cơ giới hoàn chỉnh, bao gồm đầu cắt ở phía trước để đào đất đá, tiếp đó là thân khiên đào hình trụ để chống đỡ tiết diện vừa đào và thi công đổ tại chỗ hoặc lắp ghép vỏ bê tông cốt thép đúc sẵn tạo thành kết cấu chính của đường hầm, phía sau cùng là hệ thống cấp năng lượng, thủy lực, khí nén… và vận chuyển bùn thải ra bên ngoài bằng hệ thống bơm hoặc băng tải. Thi công hầm bằng khiên đào phù hợp với các công trình ngầm có đường kính lớn, các công trình ngầm giao thông đô thị (đường hầm tàu điện ngầm, đường hầm vượt sông…).

Thân thiện môi trường, đào nhanh

Theo ông Nguyễn Cao Minh, Trưởng ban Quản lý Đường sắt Đô thị Hà Nội, khiên đào có thể thi công trên mọi loại địa chất từ đá cứng đến đất yếu, đất sét, đất bồi hay đất cát dưới mực nước ngầm, đi xuyên núi hay dưới lòng biển; TBM có độ an toàn cao, thân thiện môi trường và không làm rung động, chấn động như nổ mìn. Nguyên lý hoạt động của robot khiên đào TBM là tạo ra áp lực cân bằng với áp lực đất và nước ngầm tại gương đào nhằm hạn chế sự thay đổi trạng thái ứng suất có thể gây ra mất ổn định dẫn tới các biến dạng/chuyển vị trước gương hầm. Công nghệ TBM mỗi ngày có thể đào và lắp vỏ bê tông trung bình từ 10 - 20m/ngày trong đất yếu và 50 - 100m/ ngày trong địa chất là đá.

Để đào hầm bằng công nghệ này, đội ngũ chuyên gia vận hành máy gồm 30 người (15 người làm việc dưới lòng đất và 15 người làm việc ở phía trên). Các máy sẽ khoan ở độ sâu 21 - 22m. Đây là máy đào hầm metro đầu tiên của TP Hà Nội. Máy do hãng Herrenkecht (CHLB Đức) chế tạo có chiều dài hơn 100m, nặng khoảng 850 tấn với bộ phận khiên đào phía trước đường kính 6,55m.

Theo ông Nguyễn Cao Minh, cỗ máy tiếp theo dự kiến sẽ cập cảng Hải Phòng vào tháng 12/2020. Sau khi lắp ráp xong các máy TBM sẽ bắt đầu khoan từ ga S9 tới ga S12 - Ga Hà Nội ở cuối đường Trần Hưng Đạo với tổng chiều dài 4km. Khoan đến đâu vỏ hầm sẽ được lắp đến đấy.

Dự kiến tuyến đường sắt đô thị số 3, đoạn Nhổn - Ga Hà Nội sẽ khai thác thương mại trước đoạn trên cao dài 8,5km vào cuối năm 2021, bắt đầu từ Nhổn đến ga S8 - Đại học Giao thông vận tải; 4km đoạn đi ngầm còn lại sẽ khai thác vào cuối năm 2022. Khi đi vào hoạt động, tuyến đường sắt đô thị Nhổn - ga Hà Nội được kỳ vọng sẽ là giải pháp xanh góp phần giảm thiểu ách tắc giao thông, ô nhiễm đô thị, và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân ở khu vực phía Tây Hà Nội.

Theo Khoa học & Đời sống