Trong đô thị hiện đại, phần lớn các hệ thống kỹ thuật hạ tầng như đường ống cấp thoát nước, đường cáp điện, đường cáp viễn thông, đường ống cấp khí gas, đường hầm tàu điện ngầm… được lắp đặt dưới dạng tuyến ống ngầm phía dưới mặt đất. Công tác thi công lắp đặt các tuyến ống này có thể tiến hành theo phương pháp đào mở từ trên mặt đất, lắp đặt ống đúc sẵn và lấp lại, hoặc theo phương pháp đào kín, dùng máy khoan ngầm phía dưới lòng đất. 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.

I. Thi công hầm bằng khiên đào (TBM)

Giới thiệu chung

TBM hay máy thi công hầm bằng khiên đào 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,…).

Ưu điểm của phương pháp thi công hầm bằng 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;
• Thích hợp áp dụng cho đường hầm đô thị;
• Thi công không ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Máy TBM đào đất, đá và lắp vỏ hầm theo một chu trình được kiểm soát nghiêm ngặt, khi thi công hầm bằng TBM thì trên mặt đất xe cộ vẫn chạy bình thường;
• Thi công nhanh là ưu điểm nổi bật của công nghệ TBM vì 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. Đó là chưa kể đến những ưu điểm khác như ít làm ô nhiễm môi trường, hiệu quả kinh tế cao khi công trình được đưa vào sử dụng nhanh hơn.

Nguyên lý hoạt động của robot khiên đào TBM

Thi công hầm bằng khiên đào dựa trên nguyên lý 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.

Hiện tại, có 2 loại thiết bị khiên đào chính là EPB-TBM và Slurry-TBM được phân biệt với nhau dựa trên nguyên lý tạo ra áp lực cân bằng khác nhau (EPB – Hỗn hợp đất đào và phụ gia; Slurry – Vữa bùn) cũng như phạm vi áp dụng cho từng loại địa chất khác nhau: EPB-TBM phù hợp loại địa chất có nhiều thành phần hạt mịn và Slurry-TBM phù hợp với địa chất rời rạc.

Quy trình thi công

Dưới sự hướng dẫn và chỉ đạo trực tiếp của các chuyên gia Nhật Bản tại dự án Đường sắt đô thị số 1 TPHCM (Metro Line 1), FECON đã trở thành nhà thầu Việt Nam đầu tiên tham gia vận hành robot TBM từ ga Ba Son đến ga Nhà hát thành phố HCM, với tổng chiều dài 2x781m. Gói thầu đã mở ra cho FECON nhiều cơ hội tiếp nhận công nghệ tiên tiến nhất thế giới về đào hầm trong thành phố với điều kiện địa chất và nước dưới đất rất phức tạp.

II. Thi công bằng khoan kích ống ngầm:

Giới thiệu chung

Phương pháp khoan kích ống ngầm (pipe jacking):  là công nghệ lắp đặt kỹ thuật ngầm trong lòng đất, thiết bị kích thủy lực được sử dụng để kích các đốt cống nối tiếp nhau đồng bộ theo tốc độ thi công của đầu khoan từ một giếng kích đến một giếng nhận để tạo nên một đường ống dài và thông suốt.

Trình tự thi công: 

Ưu điểm và phạm vi áp dụng công nghệ Pipe jacking:

• Có thể thi công ở những độ sâu khác nhau. Chiều sâu kinh tế để áp dụng phương pháp kích ống khi độ sâu chôn ống ≥ 6m.
• Ít gây ảnh hưởng tới mặt đất và công trình khác ở phía trên, rủi ro do sụt lún thấp.
• Giảm thiểu khối lượng công tác đào đắp, công tác tái lập.
• Ít gây ảnh hưởng tới môi trường và dân cư xung quanh khu vực thi công so với phương pháp đào mở truyền thống.
• Khoan kích ống được ứng dụng cho thi công hệ thống cấp thoát nước, hệ thống ống dẫn khí và dẫn dầu, hệ thống cáp điện và cáp viễn thông.        
• Có thể sử dụng để chui qua đường bộ, đường sắt, kênh, sông, các tòa nhà …chắn ngang trong các dự án xây dựng ống cống.

• Ứng dụng đặc biệt khác dùng làm đường hầm cho người đi bộ, đường nối giữa hai đường hầm.

Công nghệ Pipe Jacking – Khoan kích đẩy ống ngầm đã được FECON áp dụng tại Gói thầu G “Xây dựng hệ thống cống bao” thuộc Dự án Cải thiện môi trường nước Thành phố Hồ Chí Minh lưu vực kênh Tàu Hủ-Bến Nghé-Đôi-Tẻ, Giai đoạn I với sự hỗ trợ kỹ thuật từ phía các chuyên gia đến từ Nhật Bản.