CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐÀO ĐƯỜNG HẦM QUA ĐẤT MỀM 1. Lịch sử phát triển các loại đường hầm. Công trình ngầm trên thế giới. Đường hầm là những công trình được xây dựng trong lòng đất, xuyên qua lòng sông, biển hay những dãy núi cao ngất.
Chúng luôn được coi là đỉnh cao của kỹ thuật và nghệ thuật xây dựng. Cùng với những bước phát triển mạnh mẽ về khoa học kỹ thuật, hiện nay việc sử dụng công trình ngầm rất phổ biến trên thế giới, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, xã hội. Thời thượng cổ con người đã biết đào các hầm ngầm đặc biệt để khai thác quặng mỏ và than đá. Người La Mã đã xây dựng các đường hầm ngầm thủy lợi đến nay vẫn còn tốt.
Gắn liền với sự phát triển, của thiết bị và phương tiện sản xuất, con đường hầm hiện đại đầu tiên là đường hầm Malpas qua kênh đào Midi dài 173m được xây dựng ở Pháp vào năm 1679 – 1681.1: Đường hầm Malpas qua kênh đào Midi Đường hầm lâu đời nhất thế giới được cho là đường hầm Terelek kay tüneli dưới dòng sông Kizil ở phía Nam của thị trấn Boyabat và Duragan ở Thổ Nhĩ Kỳ. Ước lượng nó được xây dựng cách đây hơn 2000 năm (và cũng có lẽ là 5000 năm). Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 4 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tuyến đường hầm ở Arabic và Persian là một hệ thống quản lý nguồn nước được sử dụng để cung cấp nước cho khu định cư và cho nông nghiệp trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt như hạn hán. Hệ thống đường hầm này được biết đến là đường hầm cổ nhất và rộng nhất ở thành phố Iraian của Gonabad, dù đã sau 2700 năm nó vẫn cung cấp nước cho sinh hoạt và nông nghiệp (cho gần 4000 người).
Độ sâu của đường hầm hơn 360 m và dài 45 km.2: Tuyến đường ống dẫn nước Eupalinia Tuyến đường ống dẫn nước Eupalinian nằm trên đảo của Samos (phía Bắc Aegean, Hi Lạp). Nó được xây dựng năm 520 trước công nguyên bởi những kỹ sư Hi Lạp cổ đại. Những người kỹ sư này đã tổ chức công trường xây dựng bắt đầu từ núi Kastro. Đường hầm có tầm quan trọng lớn kể từ khi nó được xây dựng dưới lòng đất, vì kẻ địch – những người có thể làm mất đi nguồn cung cấp nước tới Pythagoreion thủ đô cổ xưa của Samos không dễ để tìm thấy nó.
Điều này được Herodotus ghi lại. Mãi đến thế kỷ 19 vị trí chính xác của đường hầm mới được xác định bởi nhà khảo cổ học người Đức. Tuyến đường hầm dài khoảng 1300m, và khách du lịch vẫn có thể đến thăm nó. Đường hầm càng phát triển khi vận chuyển đường sắt càng phát triển để vượt qua các chướng ngại vật như núi, đèo.
Đường hầm Sapperton trên sông Thames và Severn ở Anh, được đào xuyên qua những quả đồi, hoàn thành năm 1979, dài 3.5 km và nó được dùng cho việc vận chuyển than và hàng hóa của những con tàu. Phía Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 5 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật trên là tuyến đường hầm dài với hệ thống đường ray xe lửa nối liền Swindon và Gloucester.3: Đường hầm Sapperton trên sông Thames Đường hầm được tạo ra cho đầu máy hơi nước đầu tiên, đầu máy Penydarren, được xây dựng trước khi Richard Trevithick có thể thực hiện cuộc hành trình lịch sử của ông ta từ Penydarren tới Abercynon vào năm 1804. Chúng ta vẫn có thể nhìn thấy bộ phận của đường hầm ở Pentrebach Merthyr Tydfil. Đây là đường hầm xe lửa cổ nhất trên thế giới cho loại máy hơi nước tự hành.4: Đường hầm Montgomery Bell, eo sông của Harpeth Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 6 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đường hầm Montgomery Bell ở Tennessee dài 88m là đường hầm dẫn dòng được xây dựng bởi những người nô lệ vào năm 1819 là đường hầm nguyên cỡ đầu tiên ở Mỹ.
Đường hầm Box ở Anh bắt đầu xây dựng từ năm 1836 và được hoàn thành vào năm 1841 là đường hầm xe lửa dài nhất trên thế giới tại thời điểm xây dựng. Nó được đào xuyên qua đồi Box với chiều dài 2.5: Phía Đông của đường hầm Box Đường hầm Thames được xây dựng bởi Marc Isambard Brunel và con trai của ông ta Isambard Kingdom Brunel được hoàn thành vào năm 1843 là đường hầm dưới nước đầu tiên và cũng là lần đầu tiên được thi công bằng khiên. Nó được sử dụng như một đường hầm dành cho người đi bộ và bây giờ nó là một phần của tuyến đường ở phía Tây của nước Anh trong hệ thống tuyến đường dưới mặt đất.6: Đường hầm Thames năm 2005 Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 7 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đường hầm St. Clair là đường hầm dưới nước quy mô nhất ở Bắc Mỹ.
Nó gồm hai hệ thống đường hầm liền kề nhau. Đường hầm đầu tiên hoàn thành năm 1891, đường hầm thứ hai hoàn thành năm 1994. Khi đường hầm thứ 2 đi vào hoạt động, đường hầm thứ nhất ngưng sử dụng (nó được bịt kín lại). Do sự phát triển của công nghệ nên việc thi công đường hầm thứ 2 cũng có sự khác biệt, thay vì đào bằng tay như đường hầm thứ nhất, một loạt máy tên Excalibore đã được sử dụng.7: Đường hầm St.
Clair đầu tiên hoàn thành năm 1981 Hình 1.8: Đường hầm St. Clair thứ hai hoàn thành năm 1994 Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 8 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đường hầm Col de Tende dài 3182 m nối liền Pháp và Ý. Nó được khánh thành vào năm 1882 và cho đến tận năm 1964 nó vẫn là đường hầm dài nhất trong dãy Alps. Tại thời điểm hoàn thành có lẽ nó là một trong những đường hầm dài nhất thế giới.9: Đường hầm Col de Tende Đường hầm Holland là đường hầm quốc lộ bên dưới sông Hudson nối đảo Manhattan ở thành phố New York và thành phố Jersey và New Jersey trên đất liền.
Nó được hoàn thành vào năm 1927 với chiều dài 2608.5 m về hướng Tây và 2551.5m về hướng Đông. Đây là một trong những đường hầm đầu tiên được thiết kế hệ thống thông gió.10: Giao thông trong đường hầm Holland, từ Manhattan đến New Jersey Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 9 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Thế kỷ XX đánh dấu sự phát triển vượt bậc của các loại đường hầm với sự ra đời của nhiều công trình có quy mô lớn, với những mục đích sử dụng đặc biệt. Dưới đây là một số đường hầm nổi tiếng, được đánh giá cao trong thế giới hiện đại.11: Đường hầm qua eo biển Manche Đường hầm qua eo biển Manche là đường hầm đường sắt dài thứ hai thế giới với tổng chiều dài 50,5 km (sau đường hầm Seikan của Nhật Bản). Nó cũng là tuyến đường hầm có tổng chiều dài phần chìm dưới biển lớn nhất thế giới (37,9 km).
Điểm thấp nhất tại hầm có độ sâu 75 m. Được xây dựng vào năm 1988 và hoàn thành vào năm 1994, đường hầm qua eo biển Manche là cầu nối hai nước Anh và Pháp. Điểm khởi đầu là Folkestone, Kent của Anh và điểm kết thúc là ở Coquelles, Pas-de-Calais, Pháp. Nhờ đường hầm này, hành khách đi từ Anh sang Pháp chỉ mất vỏn vẹn 20 phút.
Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 10 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 1.12: Đường ray trong đường hầm Seikan Đường hầm Seikan của Nhật Bản là hầm đường sắt dài nhất thế giới với tổng chiều dài 53,85 km, trong đó phần chìm dưới biển có chiều dài 23,3 km. Nó nằm bên dưới eo biển Tsugaru nối liền hai đảo Honshu và Hokkaido - một phần của tuyến Kaikyo thuộc công ty đường sắt Hokkaido. Được xây dựng năm 1971 và hoàn thành năm 1988, hầm có 52 km đường ray liên tục với hai nhà ga đầu tiên trên thế giới được xây dựng dưới biển.13: Một phần bên trong đường hầm Gotthard Dù vẫn còn đang trong giai đoạn xây dựng, hầm Gotthard đã thu hút sự chú ý của cả thế giới. Được xây dựng ở Thụy Sĩ với tổng chiều dài lên tới 57 km, đây sẽ là Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 11 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hầm đường sắt dài nhất thế giới khi nó được hoàn thành vào năm 2018.
Nhưng điều đặc biệt hơn là đường hầm này được đào xuyên qua dãy Alps -vốn được coi là rào cản giữa Bắc Âu và Nam Âu. Người ta sẽ xây một tuyến đường ray cao tốc nối liền thành phố Zurich của Thụy Sĩ và Milan của Italy. Toàn bộ tuyến này sẽ nằm trên cùng độ cao 500 m so với mực nước biển, cho phép tàu hoả đạt đến tốc độ 240 km/h, rút ngắn thời gian di chuyển từ Zurich đến Milan chỉ còn 2,5 giờ. Đây là một công trình quy mô lớn với những con số khổng lồ: hơn 2.000 người làm việc 24h/ngày, 365 ngày/năm, chi phí tăng vọt từ 8 tỷ USD theo dự kiến ban đầu lên 15 tỷ USD và có lẽ phải đến năm 2018 mới hoàn thành.14: Một khu để xe lớn nằm trên đỉnh đường hầm qua vịnh Tokyo Bắt đầu được xây dựng từ năm 1989 và hoàn thành vào năm 1997 với tổng chiều dài 15,1 km, đường hầm qua vịnh Tokyo được coi là đường hầm dưới biển dài nhất thế giới tại thời điểm đó.
Đây là một công trình phức hợp gồm 9,5 km hầm, 4,4 km cầu và hai đảo nhân tạo. Độ sâu của đường hầm chỗ thấp nhất là 60 m. Công trình này được xây dựng để nối hai thành phố Kisazaru và Kawasaki của Nhật Bản. Trước đây, để di chuyển giữa hai thành phố này, người ta phải đi 100 km dọc theo vịnh Tokyo hoặc đi phà mất một giờ đồng hồ, nhưng nay chỉ cần 15 phút qua hầm.
Điểm thú vị ở đây là trên hai hòn đảo nhân tạo có cả một bãi đỗ xe rộng lớn và khu nghỉ ngơi dành cho các du khách tham quan vịnh. Học viên: Hồ Quang Huy CH16C1 12 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 1.15: Cầu cao, cầu thấp và phần hầm chìm của hệ thống ở vịnh Chesapeake Cầu và hầm chìm trên vịnh Chesapeake, Mỹ, được hoàn thành vào năm 1964 với tổng chi phí là 2 triệu USD, nối vùng đông nam Virginia với bán đảo Delmarva. Toàn bộ công trình phức hợp gồm hai cầu cao, hai cầu thấp và hai hầm song song dài 28 km, phần lớn nổi ở trên mặt nước nhờ 5. Tuy nhiên, để đảm bảo giao thông đường thủy, một phần công trình được dìm xuống nước, tạo thành đường hầm dài hơn 3 km.
Công trình còn có các đảo nhân tạo nhằm neo hai đường hầm. Trên đảo có các nhà nghỉ, quầy lưu niệm và chỗ đỗ xe để cho mọi người thư giãn và ngắm cảnh.
