Tiếp nhận thành công Xây dựng hầm đường bộ qua núi theo phương pháp NATM

Lịch sử xây dựng hầm giao thông tại Việt Nam

Vào những năm 1923 đến 1934, người Pháp với nhân công Việt Nam đã xây dựng 27 hầm, tổng chiều dài 8.455 m trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP. Hồ Chí Minh (khổ đường 1000 mm). Năm 1996, Trung Quốc giúp xây dựng 04 hầm, tổng chiều dài 1.141 m trên tuyến đường sắt Kép - Lưu Xá (khổ đường lồng 1435 mm và 1000 mm). Năm 1970, Trung Quốc giúp xây dựng 08 hầm, tổng chiều dài 1.992 m trên tuyến đường sắt Hà Nội - Đồng Đăng (khổ đường lồng 1435 mm và 1000 mm).

Toàn bộ các hầm đường sắt nêu trên với quy mô đường sắt đơn, đầu máy diezen, vận tốc khai thác từ 50 km/h đến 80 km/h. Hầm được xây dựng theo phương pháp mỏ (phương pháp truyền thống) bao gồm: Đào hầm bằng phương pháp khoan nổ, xây dựng kết cấu vòm hầm bằng bê tông, tường hầm bằng đá xây, bê tông; trong môi trường đá rắn chắc, phần vòm hầm và tường hầm dùng vách đá tự nhiên.

Giai đoạn 1998 - 1999, hầm Dốc Xây - QL1A (ranh giới hai tỉnh Ninh Bình - Thanh Hoá) đã hoàn thành xây dựng và đưa vào khai thác. Hầm dài 245 m, quy mô khai thác 01 làn xe ô tô (hướng từ Nam ra Bắc). Hầm được xây dựng theo phương pháp mỏ (phương pháp truyền thống);

Với mục tiêu tiếp nhận công nghệ xây dựng hầm tiên tiến trên trên thế giới, năm 1998 - 2005, bằng nguồn vốn vay JBIC (Nhật Bản), Bộ GTVT quyết định thực hiện dự án xây dựng hầm đường bộ Hải Vân trên tuyến QL1A, ranh giới hai tỉnh Thừa Thiên - Huế đi TP Đà Nẵng. Bằng hợp đồng được ký giữa Ban QLDA 85 với Liên danh tư vấn JV of Nippon Koei Co., Ltd., Japan and Louis Berger Int’l Inc, USA in association with TEDI, Vietnam.

Hầm Hải Vân dài 6.280 m, quy mô 02 làn xe đi chung, hầm lánh nạn (cách hầm chính 30 m - dự kiến mở rộng trong tương lai). Thi công xây dựng phần hầm phía Bắc do Liên danh nhà thầu HAZAMA - CIENCO 6; thi công xây dựng phần hầm phía Nam do Liên danh DONG AH - SÔNG ĐÀ. Hầm được xây dựng theo NATM (New Autrian Tunneling Method - Phương pháp làm hầm mới của Áo).

Sơ lược về xây dựng hầm theo NATM

Sau phát minh quan trọng, kết hợp với sự phát triển của thiết bị hiện đại và sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới, phương pháp xây dựng hầm mới của áo (NATM) bắt đầu hình thành và phát triển thành một phương pháp xây dựng hầm tiên tiến trên thế giới. Từ năm 1956 đến năm 1958 đường hầm lớn đã được Rabcewicz xây dựng ở Venezuela theo NATM.

Nguyên lý chung xây dựng hầm theo NATM là giữ cho môi trường đất đá xung quanh hầm không bị phá hoại, có khả năng tự ổn định. Công tác kiểm soát ứng suất, biến dạng bề mặt gương và xung quanh hầm đào là bộ phận cấu thành, công nghệ không thể thiếu được của phương pháp NATM. Xây dựng hầm theo NATM đã được các nước châu Âu, Liên Xô, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc áp dụng xây các hầm đường sắt, hầm đường bộ (đường ô tô và đường ô tô cao tốc) đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và an toàn trong xây dựng và vận hành khai thác;

Tại dự án hầm đường bộ Hải Vân, hợp đồng chuyển giao công nghệ NATM số 03/NATM/2002 đã được Bộ GTVT phê duyệt tại Quyết định số 4429/2002/QĐ-BGTVT ngày 30/12/2002. Ngày 27/07/2006, BQLDA 85 đã trình Bộ GTVT nghiệm thu, trong đó các đơn vị tham gia đã tiếp nhận thành công, lập báo cáo NATM và thực hiện lập tổng kết kỹ thuật dự án.

Quá trình tiếp nhận và áp dụng NATM trong xây dựng hầm tại Việt Nam

Vào năm 2002 đến năm 2004, nhóm kỹ sư tư vấn TEDI (tham gia dự án hầm Hải Vân) đã tiếp nhận được công nghệ xây dựng hầm theo NATM, thực hiện áp dụng tại hầm đường bộ Đèo Ngang trên tuyến QL1A thuộc địa phận 2 tỉnh Hà Tĩnh và Quảng Bình; Hầm dài 495 m, quy mô 02 làn xe ô tô (đi chung), vận tốc thiết kế V = 80 km/h. Dự án do nhóm kỹ sư TEDI thiết kế, giám sát xây dựng, hỗ trợ phần mềm quan trắc biến dạng hầm theo NATM; Công ty Sông Đà 10 thi công. Sau 16 tháng xây dựng, tháng 8 năm 2004, hầm đường bộ Đèo Ngang hoàn thành và đưa vào sử dụng (trước khoảng 10 tháng so với hầm đường bộ Hải Vân - khánh thành vào tháng 6 năm 2005).

Trong quá trình nghiên cứu thiết kế và giám sát xây dựng, các kỹ sư đã giải quyết thành công bài toán kinh tế - kỹ thuật của dự án, trong đó tận dụng được nhiều vật liệu trong nước và tự chế tạo được các thiết bị như gương đo biến dạng, hệ thống kết cấu chống đỡ, hệ thống neo... thay thế vật liệu nhập ngoại mà vẫn đảm bảo chất lượng tương đương. Xây dựng hầm Đèo Ngang theo phương pháp NATM của nhóm tác giả do kỹ sư Ngô Xuân Thình đứng đầu đã đoạt giải nhì trong cuộc thi Sáng tạo khoa học Việt Nam 2005 (VIFOTEC);

Sau hầm Hải Vân và hầm Đèo Ngang (xây dựng theo NATM), các kỹ sư xây dựng, nhà thầu thi công hầm tại Việt Nam đã làm chủ công nghệ xây dựng hầm theo NATM. Nhiều hầm đường bộ trên tuyến QL1A bao gồm: Hầm Phước Tượng dài 375 m, hầm Phú Gia dài 447 m (tỉnh Thừa Thiên Huế); hầm Đèo Cả dài 4,1 km, hầm Cổ Mã dài 500 m (tỉnh Phú Yên và Khánh Hòa); hầm Cù Mông dài 2,6 km (tỉnh Bình Định và Phú Yên) đã hoàn thành xây dựng theo NATM và đang vận hành khai thác an toàn. Hiện nay, hầm Đèo Ngang số 2 (cạnh hầm Đèo Ngang hiện nay) đang được xây dựng.

Xây dựng hầm theo NATM đã trở thành phổ biến tại Việt Nam. Nhiều hầm trên các tuyến giao thông đường bộ, giao thông đường sắt đã hoàn thành xây dựng đưa và sử dụng như: Tuyến đường bộ cao tốc Nội Bài - Lào Cai 02 hầm. Tuyến đường bộ cao tốc Bắc - Nam phía Đông tổng số 12 hầm; trong đó hầm Tam Điệp, Thung Thi (Mai Sơn - QL45), Trường Vinh (Nghi Sơn - Diễn Châu), Thần Vũ (Diễn Châu - Bãi Vọt), Đèo Bụt (Vũng Áng - Bùng), Sơn Triệu (Quy Nhơn - Chí Thạnh), Tuy An (Chí Thạnh - Vân Phong), Dốc Sạn (Nha Trang - Cam Lâm), Núi Vung (Cam Lâm - Vĩnh Hảo), hầm số 1, hầm số 2, hầm số 3 (Quảng Ngãi - Hoài Nhơn).

Các hầm hiện đang xây dựng gồm: Tuyến cao tốc Khánh Hòa - Buôn Ma Thuột, tổng số 04 hầm gồm: Hầm Phượng Hoàng, Ea Trang 1, Ea Trang 2, Chư Te. Tuyến đường bộ cao tốc Đồng Đăng (Lạng Sơn) - Trà Lĩnh (Cao Bằng), tổng số 02 hầm bao gồm: Hầm số 1, hầm số 2. Tuyến đường bộ cao tốc Hòa Bình - Mộc Châu, tổng số 03 hầm bao gồm: Hầm số 1, hầm số 2, hầm số 3. Trên tuyến đường sắt Bắc Nam 03 hầm bao gồm: Hầm Khe Nét (dự án cải tạo đoạn Khe Nét); hầm số 1 và hầm số 2 (dự án cải tạo khu gian Hòa Duyệt - Thanh Luyện).

Công tác khảo sát, thiết kế, giám sát xây dựng hầm theo NATM hiện do các kỹ sư tư vấn trong nước thực hiện. Thi công xây dựng hầm theo NATM, các đơn vị CIENCO 6, Công ty CP Sông Đà 10 (các đơn vị tham gia xây dựng và tiếp nhận công nghệ NATM tại dự án hầm Hải Vân). Thời gian qua, các Công ty Xây dựng Lũng Lô (Bộ Quốc phòng), Tập đoàn Đèo Cả, Tập đoàn Sơn Hải, Tổng công ty Xây dựng Công trình giao thông 4, đã tiếp nhận thành công trong thi công xây dựng, kiểm soát chất lượng xây dựng hầm theo NATM.

Kiểm soát rủi ro trong xây dựng hầm theo NATM

Xây dựng hầm theo NATM luôn đảm bảo và theo đúng (21 nguyên tắc cơ bản) của NATM. Tuy nhiên trong công tác khảo sát thiết kế, thi công xây dựng phải thông qua hệ thống các Tiêu chuẩn chuyên ngành.

Thời gian qua, Nhật Bản đã ban hành tiêu chuẩn (Japanese Standard For Mauutain Tunneling - 1996, năm 2006), Hàn Quốc biên soạn các tiêu chuẩn KR CODE (Korea Rail Network Authority) bao gồm: Tunnel Support System; Tunnel Concrete Lining; Tunnel Drainage and Waterproof; Tunnel Excavation; Tunnel Portal; Tunnel Disaster Prevention. Các tiêu chuẩn xây dựng hầm qua núi của Nhật Bản và Hàn Quốc, nội dung là xây dựng hầm theo NATM. Tại Mỹ biên soạn tiêu chuẩn LRFD Road Tunnel Design and Construction Guide Specifications - AASHTO (xây dựng hầm theo tiêu chuẩn AASHTO). Tuy nhiên, các hầm xuyên núi giao cho Thống đốc Bang xem xét quyết định xây dựng hầm theo NATM;

Tại Việt Nam, nhóm kỹ sư TEDI tiếp nhận công nghệ NATM đã xây dựng các tiêu chuẩn (TCN) đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ GTVT, bao gồm: Khảo sát, đánh giá địa kỹ thuật trong xây dựng hầm theo NATM - Chủ nhiệm đề tài Quách Thị Thu (TEDI); khảo sát, thiết kế hầm theo NATM - Chủ nhiệm đề tài Ngô Xuân Thình (TEDI); thi công, nghiệm thu hầm theo NATM - Chủ nhiệm đề tài Ngô Xuân Thình (TEDI).

Nhóm biên soạn đã hoàn thành nội dung các tiêu chuẩn kỹ thuật (TCN), được Hội đồng cấp Bộ GTVT nghiệm thu. Báo cáo tổng kết khoa học công nghệ xây dựng hầm Hải Vân nhằm đúc rút kinh nghiệm các vấn đề về công tác khảo sát, thiết kế, thi công, giám sát xây dựng và công tác quản lý thực hiện Dự án (tổng số 550 trang A4) do Nhóm kỹ sư của TEDI và BQLDA85 biên soạn cũng đã được Bộ GTVT nghiệm thu.

Thay lời kết

Tại dự án hầm đường bộ Hải Vân, từ năm 2005 đến nay (thời gian 20 năm), 29 hầm trên các tuyến đường ô tô và đường ô tô cao tốc, 03 hầm trên tuyến đường sắt Bắc - Nam đã và đang xây dựng theo NATM. Việt Nam là quốc gia đầu tiên trong số các nước đang phát triển đã mạnh dạn áp dụng công nghệ đào hầm NATM vào thi công các công trình hầm giao thông. Các kỹ sư và công nhân cầu đường trong nước đã tự thiết kế, giám sát, chỉ đạo thi công hầm theo NATM (áp dụng công nghệ mới có kỹ thuật phức tạp) mà không có sự trợ giúp của chuyên gia nước ngoài.

Không dừng lại, nhiều dự án đường bộ cao tốc, trong đó các hầm trên tuyến đều được khảo sát, thiết kế, xây dựng theo NATM.

Mặt khác tuyến đường sắt cao tốc Lạng Sơn - Hà Nội - Hải Phòng do Liên danh tư vấn Trung Quốc và các công ty tư vấn Việt Nam đang khảo sát, thiết kế một loạt các công trình hầm theo NATM. Có thể khẳng định chắc chắn rằng, chúng ta đã có đủ hành trang để xây dựng các công trình hầm trên tuyến đường sắt cao tốc Bắc - Nam theo NATM, đáp ứng yêu cầu xây dựng và phát triển đất nước Việt Nam, áp dụng công nghệ xây dựng hầm tiên tiến trên thế giới.