Một trong những tính ưu việt khác của TBM là thi công không ảnh hưởng đến các công trình xung quanh.

Vi sao cong nghe dao ham TBM duoc su dung pho bien? - Anh 1

Thạc sĩ Lê Văn Cường (đầu tiên bên trái) và các kỹ sư Hy Lạp trên công trường thi công tuyếntàu điện ngầm ở Athens (Hy Lạp), công trình áp dụng công nghệ TBM-EPB giống như tuyến tàu điện ngầm số 1: Bến Thành - Suối Tiên (TP HCM)

Công nghệ đào hầm ra đời cách đây gần hai thế kỷ và có những bước tiến vượt bậc trong những năm gần đây với sự ra đời của công nghệ TBM (Tunnel Boring Machine). Công nghệ này đã xuất hiện tại Việt Nam, được áp dụng thi công các dự án tàu điện ngầm, thủy điện, giao thông và đang là công nghệ được lựa chọn số 1 khi thi công các công trình có hạng mục khoan hầm.

TBM ra đời bao giờ?

Khoảng giữa thế kỷ 19, ngành Đường sắt phát triển mạnh mẽ kéo theo công nghệ đào hầm ra đời để phục vụ thi công các công trình tàu điện ngầm. Đầu tiên là công nghệ đào hầm nổ mìn cổ điển. Nhược điểm của nó là thi công đào hầm mất nhiều thời gian, độ an toàn thấp vì nổ mìn gây rung chấn, thời gian thi công rất chậm, đặc biệt khó khăn khi thi công các đường hầm dài. Thời kỳ đó, cơ khí, tự động hóa phát triển, công nghệ mới phát triển... là cơ sở thôi thúc các kỹ sư hầm tìm ra công nghệ mới nhằm phục vụ thi công đào hầm được dễ dàng và an toàn hơn.

Năm 1846, tại Turin (Italia), mẫu máy TBM tiền thân đã xuất hiện, được thử nghiệm và đưa vào áp dụng thi công hầm. Cỗ máy này rất cồng kềnh, áp dụng thực tế không hiệu quả. Gần 100 năm sau, đến năm 1930, J.S. Robbins mới nghiên cứu và cho ra đời mẫu máy TBM đầu tiên với những tính năng tương đối giống như máy TBM ngày nay. Những năm 1950, TBM được áp dụng rộng rãi trong đào hầm núi đá. Đến nay, máy TBM ngày càng được hoàn thiện hơn và trở thành công nghệ số 1 trong thi công các công trình liên quan đến đào hầm như giao thông, thủy điện.

Cứu cánh cho các dự án tàu điện ngầm

Vi sao cong nghe dao ham TBM duoc su dung pho bien? - Anh 2

Vi sao cong nghe dao ham TBM duoc su dung pho bien? - Anh 3

Hai loại máy TBM EPB và TBM Slurry

Tàu điện ngầm là công trình quan trọng trong cấu trúc giao thông của các thành phố lớn trên thế giới. Các công trình tàu điện ngầm thường được xây dựng trong các thành phố đông đúc với mục đích làm giảm số người sử dụng phương tiện cá nhân để giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông, ô nhiễm môi trường... Khi TBM chưa ra đời thì hầm tàu điện ngầm phải thi công bằng phương pháp đào hở (cut & cover). Cách làm này ảnh hưởng lớn đến các công trình trên mặt đất, chiếm dụng nhiều không gian phục vụ thi công.

Chính vì thế, công nghệ TBM ra đời được đánh giá là cứu cánh cho các dự án tàu điện ngầm vì những ưu điểm của nó. Đào hầm bằng công nghệ TBM thi công phần lớn dưới mặt đất nên không tốn diện tích phục vụ thi công và hầu như không làm ảnh hưởng đến các công trình xây dựng trên mặt đất. Đặc điểm của hầm tàu điện ngầm là rất nông (chỉ khoảng -10 đến -15m so với mặt đất), đa số hầm có địa chất rất phức tạp, mức nước ngầm cao..., nên việc thi công bằng công nghệ TMB đã giải quyết được tất cả những vấn đề trên trong khi tất cả các phương pháp khác không làm được. Hai loại máy TBM thường được dùng nhiều nhất để thi công hầm tàu điện ngầm là EPB (ứng dụng áp lực cân bằng) và Slurry (dùng thủy lực).

Hầu hết các công trình tàu điện ngầm trên thế giới, trong đó có nhiều công trình đường hầm dài đều sử dụng hai loại máy này và để lại những dấu ấn về tiến độ, chất lượng. Có thể kể đến là công trình hầm đường sắt nối Pháp với Anh, dài 50,5km, khởi công năm 1988, hoàn thành năm 1994. Gần đây nhất là đường hầm Gotthard dài nhất thế giới (57km) ở Thụy Sĩ khánh thành năm 2015. Đường hầm này có địa chất đá rất phức tạp nhưng không gây khó cho các nhà thầu khi họ áp dụng công nghệ TBM thi công. Công trình đưa vào sử dụng đạt chất lượng cao, tàu đi qua đường hầm có thể chạy với vận tốc 250km/h.

Những tính năng vượt trội của TBM

Vi sao cong nghe dao ham TBM duoc su dung pho bien? - Anh 4

Đường hầm Gotthard dài nhất thế giới (57km) ở Thụy Sĩ áp dụng công nghệ TBM thi công

Ngoài việc là công nghệ không thể thay thế khi thi công các công trình tàu điện ngầm, công nghệ TBM cũng được nhiều nhà thầu lựa chọn khi thi công các công trình ngầm bởi nó có nhiều ưu việt. Đầu tiên là độ an toàn cao. So sánh với các phương pháp đào hầm khác thì đây là phương pháp đào hầm an toàn nhất. Hầm được đào trong vỏ sắt bảo vệ của máy TBM. Hầm đào đến đâu, vỏ bê tông vĩnh cửu được lấp tới đó, khoảng không giữa vỏ bê tông và lớp đất ngoài được phun vữa bê tông chất lượng cao hoặc hỗn hợp silicat đạt tiêu chuẩn nên việc sập hầm không xảy ra. Kỹ sư, công nhân tham gia thi công cũng được an toàn hơn so với các phương pháp khác.

Một trong những tính ưu việt khác của TBM là thi công không ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Máy TBM đào đất và lắp vỏ hầm hoàn toàn tự động, nếu thi công tàu điện ngầm thì trên mặt đất xe cộ vẫn chạy bình thường. Ngoài ra, việc 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. 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.

Thạc sĩ khoa học Lê Văn Cường có kinh nghiệm gần 40 năm về công nghệ đào hầm, là giám đốc nhiều dự án tàu điện ngầm trên thế giới, nguyên tư vấn trưởng (phần đi ngầm CP1b-7/2016) tuyến tàu điện ngầm số 1, chuyên gia về TBM cho tuyến số 2 TP Hồ Chí Minh.

Ông được đào tạo Thạc sĩ khoa học từ năm 1970 đến 1976 tại Trường Đại học Stuttgart (CHLB Đức). Là chuyên gia cao cấp của Đức, ông từng làm việc cho nhiều công ty quốc tế của Đức (Lahmeyer International, Deutsche Bahn International), Nhật (Nippon Koei) với các chức danh: Tư vấn trưởng, tư vấn độc lập cấp cao, giám đốc kỹ thuật cho các dự án công trình ngầm về giao thông vận tải... Ông đã tham gia dự án tàu điện ngầm: Atiko Athens (Hy Lạp), tuyến số 1 và 2 tại TP Hồ Chí Minh, Stuttgat, Frankfurt, Berlin (Đức), Copenhagen (Đan Mạch), Bangkok (Thái Lan)... và nhiều dự án đường sắt cao tốc ở Đức (250km/h), Trung Quốc (350km/h).

Trao đổi với Báo Giao thông, thạc sỹ khoa học Lê Văn Cường cho biết, mới đây tại Việt Nam, Công ty CP Xây dựng Máy Việt Nhật (nhà nhập khẩu thiết bị TBM390E) cùng nhà thầu Công ty Xây dựng 47 đã đưa máy khoan TBM 390E về Việt Nam và chạy thử thành công. Tháng 1/2017, sẽ chính thức vận hành khoan 5km đường hầm dự án Thủy điện Đa Nhim mở rộng tại Đơn Dương - Lâm Đồng.

Vi sao cong nghe dao ham TBM duoc su dung pho bien? - Anh 5

Thiết bị TBM 390E sẽ thi công 5km hầm dự án Thủy điện Đa Nhim mở rộng, dự kiến vận hành tháng 1/2017 Ảnh: Nguyễn Hằng

Thạc sĩ khoa học Lê Văn Cường