CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT - HẦM KỸ THUẬT VÀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT ĐÔ THỊ 1.1 Tình hình xây dựng và phát triển hầm kỹ thuật trên thế giới và Việt Nam Ngay từ xa xưa, các nước trên thế giới đã tận dụng không gian ngầm bên dưới lòng đất. Họ đã xây dựng các mạng kỹ thuật ngầm (điện năng, cấp và thoát nước, cáp thông tin, cáp truyền hình, gas, hơi nước… ) để thuận lợi cho việc tránh các chướng ngại vật khác nhau ở trên mặt đất cũng như cho việc đấu nối lắp đặt hệ thống mạng kỹ thuật chính cho các nơi có nhu cầu sử dụng. Từ thế kỷ 19, các nước đã sử dụng không gian ngầm một cách hiệu quả cho việc bố trí hệ thống mạng kỹ thuật ngầm. Phân loại theo không gian sử dụng của công trình ngầm mạng kỹ thuật gồm có 3 nhóm: đào rãnh, hộp ống dẫn, hầm kỹ thuật [14].
Đào rãnh là việc đào rãnh dọc nằm bên dưới các trục đường đô thị, sự tổ hợp các đường ống kỹ thuật được bố bí bên trong rãnh. Sau đó, được đắp lại bằng vật liệu địa phương (đất, cát, đá sỏi…) (hình 1. Kiểu đào rãnh cáp điện ở Anh Hình 1. Kiểu hộp ống dẫn cáp điện ở Texas Hộp ống dẫn là việc xây dựng một tuyến ống có dạng hình chữ nhật, bên trong ống có bố trí các vách ngăn và chia thành nhiều ngăn nhỏ để chứa đựng các đường ống kỹ thuật (hình 1.
Kiểu hộp ống dẫn ở Singapore a – Hộp ống dẫn có nhiều ngăn ; b – Hộp ống dẫn chứa 1 tuyến kỹ thuật 8 Hầm kỹ thuật là một hệ thống hầm để đặt cáp ngầm, các đường ống dẫn có không gian vừa đủ cho 1 người công nhân hoặc 1 xe kỹ thuật có thể vào làm việc. Tùy theo chức năng phục vụ của tuyến, hầm kỹ thuật bao gồm 2 loại: hầm kỹ thuật cho công trình và hầm kỹ thuật đặc biệt [4]. Đường hầm kỹ thuật cho công trình: là đường hầm phục vụ các tuyến kỹ thuật cho các công trình lớn trong khu đô thị như Trường đại học, Hội trường lớn, Khu nhà cao tầng, ga tàu điện ngầm… Đường hầm kỹ thuật thường là sự tổ hợp sau: các tuyến điện vol thấp, cáp, tuyến gas, tuyến hơi nước nóng và hệ thống máy điều hòa; không bao gồm tuyến cấp nước và thoát nước trong đường hầm này [20]. Đường hầm kỹ thuật đặc biệt: là đường hầm chỉ phục vụ cho một tuyến kỹ thuật có qui mô công suất sử dụng lớn (khu công nghiệp cao, Thành phố, tiểu bang…).
Đường hầm kỹ thuật có thể là một trong các tuyến sau: tuyến điện năng, cáp, nước sạch, nước thải… [20]. Việc xây dựng các đường ống kỹ thuật ngầm ở đô thị theo nhóm nào nêu trên là dựa vào quy mô xây dựng. Điều cần quan tâm nhất đối với các đô thị là việc xây dựng các đường ống kỹ thuật ở trên mặt đất sẽ gây ảnh hưởng mạnh đến ô nhiễm môi trường, tình hình giao thông, sinh hoạt, sản xuất cũng như nền kinh tế của khu vực xây dựng. Do đó các nước có xu hướng đầu tư xây dựng mạng kỹ thuật ngầm với quy mô lớn để đảm bảo công trình chất lượng cao và tuổi thọ công trình lâu dài, đáp ứng tất cả nhu cầu sử dụng của đô thị trong thời điểm hiện tại và tương lai sau này.
Giải pháp thích hợp nhất là hầm kỹ thuật. Các Thành phố hiện đại trên thế giới đã xây dựng hầm kỹ thuật rất phổ biến, để phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Một số công trình hầm kỹ thuật tiêu biểu trên thế giới như sau: - Tuyến đường hầm kỹ thuật dài 7.4km trong Thành phố Tsukuba Science ở Nhật Bản, tuyến hầm được xây dựng để chứa các ống vận chuyển nước thải, ống cung cấp hệ thống điều hòa và nước nóng, cáp điện năng, đường dây điện thoại, cáp CATV (hình 1. - Tuyến đường hầm kỹ thuật chính phục vụ cơ sở hạ tầng cho Trường Đại học Washington ở Mỹ và các công trình lân cận (hình 1.4: HKT ở Tsukuba Science Hình 1.5: HKT của Trường ĐH Washington - Tuyến đường hầm hơi nước và các ống dẫn (nước, gas, điện.…) cung cấp hệ thống máy điều hòa cho Thành phố ở Sidney (hình 1.6) và ở trường Đại học Wimbledon (hình 1.
Tuyến HKT ở Sidney Hình 1. Tuyến HKT ở Wimbledon - Tuyến điện ngầm 230kV nối từ trạm điện Lardprao đến trạm Vibhavadi ở Bangkok. Tuyến dài khoảng 7km, có vỏ hầm dạng tròn (đường kính trong của vỏ là 2. Các đơn nguyên vỏ hầm được đúc sẵn tại nhà máy và được thi công bằng phương pháp kích đẩy kết hợp với máy đào kiểu cân bằng áp lực.
Thời gian xây dựng từ năm1999-2002 (hình 1. Mặt cắt ngang của tuyến điện ngầm 230kV ở Bangkok a – Mặt cắt ngang hầm; b – Cấu tạo hầm - Hiện tại, HongKong có 4 tuyến đường hầm cáp điện: tuyến Wah Fu-Bowen dài 3.1km, Nam Fung-Parker dài 5.7km, Tin Wan-Wah Fu và Cyberport-Wah Fu đều dài 0. Hai tuyến Wah Fu và Nam Fung đều cho xe chuyên dụng vào hoạt động. Tuyến Wah Fu - Bowen có mặt cắt ngang (MCN) dạng vòm, kích thước 8mx4.5m (rộng x cao) và tuyến được xây dựng hoàn thành vào năm 1993 (hình 1.
- Đường hầm cáp điện đầu tiên ở Singapore dài 2.6km dưới biển, nối liền từ đảo Pulau Seraya và vùng đất liền Singapore. Tuyến được xây dựng từ 1980. Vỏ hầm dạng hình hộp đôi được đúc sẵn thành từng phân đoạn tại nhà máy (kích thước vỏ hầm 4. Các tuyến đường hầm cáp điện a - Wah Fu – Bowen ; b - Pulau Seraya 11 - Tuyến đường hầm đôi PCP (Pneumatic Capsule Pipeline) dài 600km ở Thành phố NewYork, dùng để vận chuyển các “hàng hóa” (freight) từ các trạm ở trung tâm Thành phố đến các trạm ở ngoài vùng đô thị và ngược lại.
Việc sử dụng hệ thống vận chuyển này sẽ tiết kiệm chi phí vận tải, giảm thiểu tối đa tình trạng kẹt xe và vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị so với việc vận chuyển bằng xe cộ. “Hàng hóa” có thể là chất thải rắn từ các nhà máy sản xuất, thư tín và bưu phẩm, hàng hoá pallet, hàng hóa dân sự thông thường. Bên trong đường hầm bố trí tuyến ống dẫn bằng thép để vận chuyển hàng hóa. Hàng hóa được vận chuyển nhờ hệ thống đường ray điện từ trường hoặc bơm khí hơi [19].MCN đường hầm đôi PCP Hình 1.MCN chi tiết của hầm đơn PCP 1-vỏ hầm bêtông; 2-hộp ống thép chứa hàng hóa; 3-bánh xe thép; 4-thanh ray thép; 5-mặt sàn bêtông; 6-ống thoát nước đứng; 7-ống thoát nước dọc.
- Đường hầm Fuchsloch thoát nước thải từ Thành phố Rorschach đến Altenrhein, ở Thụy Sỹ.6km có chế độ nước chảy tự do trong hầm, độ dốc dọc i=0. Tuyến được xây dựng từ năm 1969 – 1971. Vỏ hầm dạng tròn được đúc sẵn, đường kính trong của vỏ là 3. Đường hầm thoát nước thải Fuchsloch 12 a - Thi công lớp cách nước bên trong vỏ hầm; b - Kiểm tra mối nối vỏ hầm - Đường hầm vận chuyển nước sạch dài 26km nối liền từ Woodinville đến Puget Sound ở Mỹ.
Vỏ hầm là vỏ lắp ghép, đường kính bên trong của vỏ hầm thay đổi từ 4m-6m (hình 1. - Tuyến đường hầm Miri cấp nước sạch cho Thành phố Sarawak, ở Malaysia. Tổng chiều dài của tuyến hầm là 2. Vỏ hầm dạng tròn được cấu tạo từ các khối bêtông lắp ghép chế tạo sẵn ở nhà máy (có dạng giống vì tuabin), đường kính trong của vỏ hầm là 2.
Toàn tuyến gồm 13000 đoạn vỏ hầm lắp ghép (hình 1. Mặt bằng tuyến hầm nước sạch Woodinville Hình 1. Tuyến hầm Miri - Tuyến đường hầm Heathrow ở nước Anh dài 1.3km, dùng để vận chuyển hành lý giữa các ga tàu điện ngầm. Vỏ hầm dạng tròn, đường kính ngoài của vỏ là 4.
Đường hầm Heathrow Hình 1. Đường hầm vận chuyển: cáp và bưu phẩm ở Singapore - Tuyến đường hầm năng lượng NLC 500GeV ở Mỹ (Next Linear Collider), với tổng chiều dài gần 30km. Tuyến gồm 2 tuyến hầm đơn có vỏ dạng hình tròn chạy song song: tuyến Klystron và tuyến Accelerator. Tuyến được thi công theo phương pháp 13 đào kín TBM và NATM, thời gian xây dựng từ năm1998-2003 (hình 1.
Lối vào chính của hầm NLC Hình 1. MCN của hầm NLC Từ trước đến nay, nước ta chưa triển khai dự án xây dựng hầm kỹ thuật ở đô thị mà chỉ xây dựng các tuyến đường hầm dùng để dẫn nước cho các nhà máy thủy điện (ví dụ như : sông Đà, Hoà Bình, sông Giang 1, sông Giang 2…). Tuy nhiên, quy mô xây dựng các đường hầm này tương đối nhỏ (đường kính ngoài vỏ ≤ 2m, chiều dài tuyến đường hầm 2km). Hiện tại, công trình thủy điện Đại Ninh ở Tỉnh Bình Thuận là nhà máy thủy điện có đường hầm dẫn nước dài nhất ở Đông Nam Á.
Đây cũng là công trình được áp dụng công nghệ đào hầm TBM (Tunnel Bored Machine) lần đầu tiên ở nước ta. Đường hầm dẫn nước có vỏ hầm dạng hình tròn, đường kính ngoài vỏ hầm là 5.5m, tuyến hầm dài 11km. Thời gian xây dựng tuyến hầm dự kiến là 22 tháng.2 Sự cần thiết phải xây dựng hầm kỹ thuật Việc đặt các đường ống bằng cách đào rãnh có ưu điểm: thi công tương đối đơn giản, sử dụng vật liệu địa phương để đắp rãnh, chi phí đầu tư xây dựng tuyến ngầm thấp. Khuyết điểm: phải đào đắp trên mặt đất và gây cản trở hoạt động giao thông trên đường; gây tiếng ồn trong khi thi công đào đắp.
Ngoài ra còn tăng nguy cơ phá hỏng các tuyến kỹ thuật xung quanh khi thi công, ví dụ: một công ty điện lực trong khi đào đường để lắp đặt một tuyến ống mới, rất có thể cắt nhầm vào tuyến đường ống điện thoại hiện hữu. Hộp ống dẫn có thể thi công theo phương pháp đào lộ thiên hoặc đào ngầm (khoan theo phương ngang trực tiếp). Không gian ngầm cần để xây dựng tuyến nhỏ hơn so với đào rãnh. Khuyết điểm: nếu dự đoán nhu cầu sử dụng ở tương lai không chính xác sẽ phải tốn thêm chi phí xây dựng tuyến mới nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế.
Việc kiểm tra, sửa chữa được tiến hành bằng robot mini và chỉ có thể đưa thiết bị máy móc vào đường ống ở vị trí các hố thăm. Tuyến chỉ thích hợp cho các đường ống kỹ thuật không tác động ảnh hưởng đến các đường ống khác: cáp thông tin, cáp truyền hình, cáp điện. Không thể bố trí tuyến nước, gas… vào hộp ống dẫn có chứa cáp thông tin [14]. Việc xây dựng Hầm kỹ thuật khắc phục được những nhược điểm đã nêu trên.
Hầm kỹ thuật có khả năng giải quyết vấn đề chỗ chứa các tuyến ống kỹ thuật hiệu quả nhất.