Tổng quan nghiên cứu

Việc phát triển hạ tầng kỹ thuật ngầm tại các đô thị lớn đang trở thành một nhu cầu cấp thiết nhằm giải quyết các vấn đề về không gian, giao thông và môi trường. Tại thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai, hiện trạng hạ tầng kỹ thuật còn lạc hậu, với hệ thống đường ống, cáp điện, viễn thông chồng chéo, gây khó khăn trong quản lý và thi công các dự án nâng cấp đô thị. Theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2025, việc xây dựng hệ thống hầm kỹ thuật ngầm là giải pháp tối ưu nhằm đồng bộ hóa các tuyến kỹ thuật, giảm thiểu việc đào bới mặt đường, bảo vệ mỹ quan đô thị và nâng cao hiệu quả sử dụng không gian ngầm.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá hiệu quả việc hạ ngầm các hạ tầng kỹ thuật trên địa bàn TP. Biên Hòa, lựa chọn kích thước hầm kỹ thuật phù hợp, đồng thời đề xuất các giải pháp tổ chức đầu tư, quản lý và khai thác hệ thống hầm kỹ thuật theo hướng phát triển bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các tuyến đường nội ô TP. Biên Hòa theo quy hoạch đã được phê duyệt, với thời gian nghiên cứu giai đoạn đến năm 2025. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng hạ tầng kỹ thuật đô thị, giảm thiểu chi phí duy tu, sửa chữa và góp phần phát triển kinh tế - xã hội địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình về quy hoạch không gian ngầm đô thị, kết cấu hầm kỹ thuật và công nghệ thi công hầm ngầm. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết quy hoạch không gian ngầm đô thị: Nhấn mạnh việc tổ chức không gian kỹ thuật ngầm theo lưới ô bàn cờ, đảm bảo không giao cắt với các công trình ngầm hiện hữu, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho bảo trì và phát triển mở rộng trong tương lai.

  • Lý thuyết kết cấu vỏ hầm kỹ thuật: Bao gồm các dạng kết cấu vỏ hầm đơn nguyên liền khối hình chữ nhật, hình tròn và kết cấu vỏ hầm lắp ghép. Lý thuyết này giúp xác định kích thước, vật liệu và phương pháp thi công phù hợp với điều kiện địa chất, địa hình và tải trọng tác dụng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng gồm: hầm kỹ thuật, mặt cắt ngang hầm, kết cấu vỏ hầm, công nghệ thi công đào ngầm, thông gió hầm kỹ thuật, chống thấm nước, và quản lý khai thác hầm kỹ thuật.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích lý thuyết và khảo sát thực tiễn. Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Số liệu hiện trạng hạ tầng kỹ thuật TP. Biên Hòa thu thập từ các cơ quan quản lý địa phương.
  • Tài liệu quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội TP. Biên Hòa đến năm 2025.
  • Các tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình thiết kế và thi công hầm kỹ thuật trong nước và quốc tế.
  • Phân tích mô phỏng kết cấu hầm kỹ thuật bằng phần mềm Plaxis 3D Tunnel.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các tuyến đường nội ô TP. Biên Hòa có mật độ hạ tầng kỹ thuật cao, được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu phi xác suất nhằm đảm bảo tính đại diện cho các dạng tuyến hầm kỹ thuật. Phương pháp phân tích dữ liệu bao gồm phân tích định tính về quy hoạch và quản lý, kết hợp phân tích định lượng về tính toán kết cấu và đánh giá chi phí đầu tư.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn khảo sát hiện trạng, phân tích lý thuyết, mô phỏng kỹ thuật, đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật TP. Biên Hòa còn nhiều bất cập: Hệ thống cáp điện, viễn thông, cấp thoát nước hiện hữu bố trí nông, chồng chéo, gây khó khăn trong thi công và duy tu. Việc đào bới mặt đường để sửa chữa làm ảnh hưởng đến giao thông và mỹ quan đô thị. Tỷ lệ tuyến đường có hạ tầng kỹ thuật ngầm hiện tại chỉ khoảng 15-20%.

  2. Lợi ích của việc xây dựng hầm kỹ thuật: Hầm kỹ thuật giúp tiết kiệm diện tích mặt đất, giảm chi phí bồi thường giải phóng mặt bằng, tăng tuổi thọ công trình và thuận tiện cho công tác quản lý, bảo trì. Theo mô phỏng, việc sử dụng hầm kỹ thuật có thể giảm chi phí duy tu sửa chữa hạ tầng kỹ thuật đến 30% so với phương pháp đào rãnh truyền thống.

  3. Kích thước và kết cấu hầm kỹ thuật phù hợp với điều kiện TP. Biên Hòa: Kích thước mặt cắt ngang hầm kỹ thuật dạng chữ nhật khoảng 3.5m x 2.5m phù hợp cho các tuyến kỹ thuật cấp đô thị nhỏ và vừa. Đối với các tuyến kỹ thuật chính, mặt cắt ngang dạng tròn kép với kích thước tối thiểu 8m x 5m được đề xuất nhằm đảm bảo không gian làm việc và dự phòng phát triển trong tương lai.

  4. Phương pháp thi công và công nghệ áp dụng: Phương pháp đào ngầm kết hợp kích đẩy được đánh giá là phù hợp với địa hình và mật độ xây dựng tại TP. Biên Hòa, giúp giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông và các công trình xung quanh. Việc sử dụng phần mềm Plaxis 3D Tunnel hỗ trợ tính toán kết cấu vỏ hầm chính xác, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện trạng hạ tầng kỹ thuật phức tạp là do thiếu quy hoạch đồng bộ không gian ngầm và việc đầu tư xây dựng theo từng ngành riêng lẻ. So với các đô thị lớn trên thế giới như Tokyo, Singapore hay Bangkok, TP. Biên Hòa còn nhiều hạn chế trong việc áp dụng công nghệ hầm kỹ thuật hiện đại. Việc lựa chọn kích thước hầm kỹ thuật dựa trên phân tích tải trọng, điều kiện địa chất và nhu cầu phát triển tương lai giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư và khai thác.

Kết quả mô phỏng cho thấy, hầm kỹ thuật dạng tròn có chiều sâu chôn hầm khoảng 6.3m và dạng chữ nhật sâu 8.5m đều đảm bảo chịu lực tốt và phù hợp với điều kiện địa phương. Việc áp dụng công nghệ thi công đào ngầm tận dụng và kích đẩy giúp giảm thiểu thời gian thi công và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chi phí duy tu giữa các phương pháp, bảng kích thước mặt cắt hầm kỹ thuật và sơ đồ quy hoạch tuyến hầm kỹ thuật trong đô thị. Những phát hiện này góp phần làm rõ tính khả thi và hiệu quả của việc hạ ngầm hạ tầng kỹ thuật tại TP. Biên Hòa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng quy hoạch không gian ngầm đồng bộ cho TP. Biên Hòa: Thiết lập bản đồ không gian ngầm tổng thể, kết nối các tuyến hầm kỹ thuật theo lưới ô bàn cờ, tránh chồng chéo và xung đột với các công trình ngầm hiện hữu. Thời gian thực hiện trong 2 năm, do Sở Xây dựng và Ban Quản lý đô thị chủ trì.

  2. Đầu tư xây dựng hệ thống hầm kỹ thuật theo tiêu chuẩn hiện đại: Áp dụng kết cấu vỏ hầm bê tông cốt thép dạng chữ nhật và tròn phù hợp với từng khu vực, sử dụng công nghệ thi công đào ngầm kết hợp kích đẩy để giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông. Mục tiêu hoàn thành các tuyến hầm kỹ thuật chính trong 5 năm tới, do UBND tỉnh Đồng Nai phối hợp với các nhà thầu xây dựng thực hiện.

  3. Thiết lập cơ chế quản lý, vận hành và khai thác hầm kỹ thuật hiệu quả: Thành lập đơn vị chuyên trách quản lý hầm kỹ thuật, xây dựng quy trình bảo trì, sửa chữa định kỳ và xử lý sự cố nhanh chóng. Áp dụng hệ thống giám sát tự động và kiểm tra an toàn thường xuyên. Thời gian triển khai trong 1 năm, do Sở Giao thông Vận tải và Sở Công Thương phối hợp thực hiện.

  4. Khuyến khích các đơn vị sử dụng hầm kỹ thuật và áp dụng phí sử dụng hạ tầng: Ban hành chính sách bắt buộc các đơn vị hạ tầng kỹ thuật phải sử dụng hầm kỹ thuật chung, đồng thời thu phí sử dụng để đảm bảo nguồn vốn duy trì và phát triển hệ thống. Thời gian áp dụng từ năm 2025, do UBND tỉnh và các cơ quan liên quan quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý đô thị và quy hoạch: Giúp hiểu rõ về quy hoạch không gian ngầm, từ đó xây dựng chính sách phát triển hạ tầng kỹ thuật đồng bộ, giảm thiểu xung đột và nâng cao hiệu quả sử dụng đất đô thị.

  2. Các kỹ sư xây dựng và thiết kế hạ tầng kỹ thuật: Cung cấp kiến thức về kết cấu hầm kỹ thuật, công nghệ thi công và các tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng, hỗ trợ thiết kế và thi công các công trình hầm kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Các nhà đầu tư và nhà thầu xây dựng: Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của việc đầu tư xây dựng hầm kỹ thuật, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, tối ưu hóa chi phí và thời gian thi công.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật hạ tầng đô thị: Là tài liệu tham khảo khoa học, giúp nâng cao hiểu biết về công nghệ hầm kỹ thuật, quy hoạch không gian ngầm và quản lý khai thác hạ tầng kỹ thuật đô thị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần xây dựng hầm kỹ thuật thay vì đào rãnh truyền thống?
    Hầm kỹ thuật giúp tiết kiệm diện tích mặt đất, giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông và mỹ quan đô thị, đồng thời thuận tiện cho bảo trì và nâng cấp hệ thống hạ tầng kỹ thuật. Ví dụ, tại TP. Biên Hòa, việc đào rãnh gây gián đoạn giao thông và tốn kém chi phí duy tu.

  2. Kích thước mặt cắt hầm kỹ thuật được xác định dựa trên những yếu tố nào?
    Kích thước dựa trên quy mô hệ thống kỹ thuật cần bố trí, nhu cầu phát triển tương lai, điều kiện địa chất và tải trọng tác dụng. Mặt cắt phải đảm bảo không gian làm việc cho nhân viên kỹ thuật và dự phòng mở rộng.

  3. Phương pháp thi công hầm kỹ thuật nào phù hợp với đô thị Biên Hòa?
    Phương pháp đào ngầm kết hợp kích đẩy được đánh giá phù hợp, giúp giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông và các công trình xung quanh, đồng thời đảm bảo tiến độ thi công.

  4. Làm thế nào để đảm bảo an toàn và chống thấm cho hầm kỹ thuật?
    Sử dụng lớp cách nước chuyên dụng như nhựa bitum, cao su tổng hợp, kết hợp với thiết kế mối nối kín và vật liệu bê tông có phụ gia khoáng hoạt tính giúp tăng khả năng chống thấm và độ bền lâu dài.

  5. Ai là đơn vị chịu trách nhiệm quản lý và vận hành hệ thống hầm kỹ thuật?
    Cần thành lập đơn vị chuyên trách quản lý, vận hành và bảo trì hầm kỹ thuật, phối hợp với các đơn vị hạ tầng kỹ thuật để đảm bảo khai thác hiệu quả và an toàn.

Kết luận

  • Việc hạ ngầm các hạ tầng kỹ thuật tại TP. Biên Hòa là giải pháp cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng không gian đô thị và giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông, môi trường.
  • Kích thước và kết cấu hầm kỹ thuật cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện địa phương, đảm bảo khả năng chịu lực và dự phòng phát triển.
  • Công nghệ thi công đào ngầm kết hợp kích đẩy là phương pháp tối ưu cho các dự án hầm kỹ thuật tại đô thị.
  • Cần xây dựng quy hoạch không gian ngầm đồng bộ và cơ chế quản lý, vận hành hiệu quả để khai thác bền vững hệ thống hầm kỹ thuật.
  • Đề xuất các giải pháp đầu tư, quản lý và khai thác hầm kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội TP. Biên Hòa đến năm 2025 và xa hơn.

Luận văn này mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn quan trọng cho việc phát triển hạ tầng kỹ thuật ngầm tại các đô thị Việt Nam. Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà đầu tư được khuyến khích tham khảo để triển khai các dự án hầm kỹ thuật hiệu quả, góp phần xây dựng đô thị hiện đại, bền vững.