Vài bài học từ đường hầm Hải Vân cho các đường hầm xe cơ giới dưới đèo Cả

Để tránh những nhược điểm của hầm Hải Vân; mỗi đường hầm dưới Đèo Cả; một mặt phải được thông gió theo sơ đồ thông gió ngang; mặt khác, phải có các cửa dạng cổng chào.. - Kiến trúc các

Vài bài học từ đường hầm Hải Vân cho các

đường hầm xe cơ giới dưới đèo Cả

Tóm tắt nội dung: Mỗi đường hầm xe cơ giới dưới Đèo Cả là một đường hầm dài Để

tránh những nhược điểm của hầm Hải Vân; mỗi đường hầm dưới Đèo Cả; một mặt phải được thông gió theo sơ đồ thông gió ngang; mặt khác, phải có các cửa dạng cổng chào Nhờ đó, mỗi đường hầm trong chúng, không những đều có những công dụng như nhau và những tính an toàn thích hợp; mà còn ngắn hơn và dễ hòa nhập với văn hóa truyền thống hơn

1 – Đặt vấn đề:

Chúng ta sắp xây dựng hầm đường xe cơ giới dưới Đèo Cả (Phú Yên – Khánh Hòa) [1] Phần ngầm của mỗi đường hầm ở đây đều sẽ dài trên 5km; cho nên, hầm này cũng thuộc nhóm các đường hầm dài như hầm Hải Vân [2] (đều trên 2,5km) Vì thế, việc thiết kế hầm Đèo Cả (hình 1) là việc khó khăn và phức tạp Ở đây chúng ta chỉ bàn về sơ đồ thông gió

và kiến trúc các cửa hầm

Để có cơ sở bàn về sơ đồ thông gió và kiến

trúc các cửa hầm Đèo Cả, trước hết chúng ta

nhìn lại 1 số điểm trong sơ đồ thông gió và

kiến trúc các cửa hầm Hải Vân

Hình 1: Sơ đồ phối cảnh cửa hầm đèo Cả

Hầm Hải Vân tuy đảm bảo được yêu cầu thông thường; nhưng một mặt vẫn còn một số nhược điểm cần khắc phục; trong đó đáng chú ý là 1 số nhược điểm do chưa phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế hầm đường sắt và hầm đường ôtô TCVN-4527-1988 [3]; [4] & [5]:

2 – Về sơ đồ thông gió hầm Hải Vân:

- Sơ đồ thông gió vừa chưa hạn chế được nạn cháy xe trong hầm; vừa chưa hạn chế được khả năng truyền cháy nổ dọc hầm; vì sơ đồ thông gió áp dụng ở đây vẫn gây tụ khí dễ cháy

nổ ở tầng gầm xe cộ và vẫn gây luồng gió dọc hầm trong từng đoạn khá dài

- Sơ đồ thông gió đòi hỏi dùng quá nhiều thiết bị nhập khẩu đắt tiền

- Kiến trúc các cửa hầm vừa chưa tận dụng được mặt bằng hào thi công cửa hầm, vừa gây kéo dài phần ngầm của hầm, vừa không tạo được điều kiện hòa nhập nền văn hóa địa phương

Hầm Hải Vân là hầm đường xe cơ giới

có chiều dài lớn (hơn 6km) Sơ đồ thông

gió cho đường hầm chính là sơ đồ thông

gió dọc từng đoạn, kết hợp với quạt treo

tăng sức cho luồng gió và trạm lọc bụi

tĩnh điện để giảm hàm lượng bụi trong

luồng gió (hình 2) [2]

Thực tế cho thấy, sơ đồ thông gió đang áp dụng ở hầm Hải Vân, mặc dù bình thường vẫn đảm bảo được hoạt động giao thông; nhưng một mặt, vẫn khó khai thác hết những ưu điểm chung từ 2 đường hầm song hành; mặt khác, vẫn dễ mắc những sai lầm không đáng có; thậm chí trong 1 vài trường hợp, không chỉ gây khó khăn cho công tác điều hành giao thông, mà còn có thể hình thành nguy cơ gây sự cố nghiêm trọng cho xe cộ đang lưu thông trong hầm và cho kết cấu hầm

Hình 2: Mô hình thông gió hầm Hải Vân [2].

Chúng ta mới khai thác hầm đường xe cơ giới dưới Đèo Hải Vân được vài năm, nhưng

đã thấy xuất hiện vài vụ cháy nổ xe trong hầm, minh chứng cho tính kém an toàn của sơ đồ thông gió ở đó [3] &[4] Từ đó, đòi hỏi chúng ta phải quyết tâm khắc phục tính kém an toàn của sơ đồ thông gió không chỉ cho hầm Hải Vân, mà còn cho tất cả những hầm có cùng đặc tính sắp xây dựng

Những ưu nhược điểm chính của sơ đồ thông gió hầm Hải Vân hiện nay, đã được nêu tương đối đủ trong các tài liệu [4] &[5]; ở đây, chỉ nhấn mạnh 1 số điểm cần chú ý, để hoạt động giao thông trong hầm được an toàn hơn:

- Hầm Hải Vân đang sử dụng 1 đường hầm chính và 1 đường hầm phụ Đường hầm chính, để đảm bảo giao thông thường xuyên Còn đường hầm phụ; một mặt, để thường xuyên hỗ trợ hoạt động của đường hầm chính, trong đó quan trọng nhất là thông gió; mặt khác, vừa làm đường lánh nạn, vừa làm đường giao thông tạm thời khi cần thiết

- Hầm lánh nạn tham gia thông gió cho hầm chính, nhưng phải xấp xỉ 400m mới có 1 hầm liên lạc Cho nên, việc thoát khí bẩn và bổ sung khí giàu ôxy, cũng phải theo những quãng cách dài tương ứng

- Các máy lọc bụi tĩnh điện, chỉ lọc bớt các hạt bụi, nhưng không bổ sung lượng ôxy cho không khí; vì thế, khi nhu cầu ôxy tăng đột biến (khi trong hầm có sự tập trung với mật độ cao các xe tải nặng động cơ Diezen, hoặc có sự ùn tắc giao thông và nhất là khi có sự cố cháy nổ…) ở khoảng giữa các phân đoạn hầm xa các cửa tiếp gió sạch, sẽ khó đáp ứng đủ ôxy cho sự sống

- Nếu xe cháy nổ ở khoảng cuối luồng gió ở những phân đoạn giữa hầm, cả hàm lượng

và số lượng ôxy ở đây đã thấp lại bị giảm rất nhanh, làm cho người và động vật bậc cao rất

dễ bị ngạt [4]

- Trong hệ thống hầm Hải Vân, đã chọn công trình dẫn gió bổ sung là giếng gió nghiêng

So với giếng đứng, giếng nghiêng cho khả năng thi công phối hợp thủ công cao hơn,

nhưng khó cơ giới hóa cao, nên tốc độ thi công chung chậm hơn Nếu địa hình bình

thường, giếng nghiêng thường dài hơn giếng đứng Cho nên, trong điều kiện hiện nay ở nước ta, để làm giếng thông gió cho hầm đường bộ nói chung, cần cố gắng sử dụng các

giếng đứng, vừa để rút ngắn thời gian thi công chung, vừa để giảm giá thành xây dựng và tăng hiệu quả của vốn đầu tư chung

- Sơ đồ thông gió cho từng phân đoạn của đường hầm chính ở đây, nói chung rất hợp cho từng phân đoạn hầm nối giữa các ga tàu điện ngầm, nhưng chưa hợp cho hầm đường xe ô

tô có độ dài lớn

- Cần sớm chuyển sơ đồ thông gió cho hầm Hải Vân từ thông gió dọc từng phần có quạt tăng sức treo trên nóc khoang vận chuyển và lọc bụi tĩnh điện, thành thông gió ngang kết hợp với lọc bụi tĩnh điện

Dưới đây chúng ta chỉ trao đổi thêm về sơ đồ các luồng gió và nguồn cung cấp gió sạch, coi như đã thống nhất cần có trạm lọc bụi tĩnh điện

3 – Định hướng chọn sơ đồ thông gió cho hầm đường xe cơ giới dưới Đèo Cả:

Từ bài học rút ra sau những vụ cháy xe trong hầm Hải Vân cùng với những phân tích xác

định lợi-hại (đặc biệt là sự tiềm ẩn những nguy cơ sự cố và những thiệt hại dấu tên do phải

sử dụng những thiết bị phục vụ thông gió đắt tiền không hợp lý) của hệ thống thông gió hầm Hải Vân, chúng ta thấy tuyến hầm dưới đèo Cả có độ dài trên 5km, cho nên vẫn cần đảm bảo:

- Tối thiểu phải có 1 giếng gió trung gian

- Tối thiểu phải có 2 hầm giao thông bên nhau và cứ khoảng 400m phải có ít nhất 1 hầm liên lạc Nhưng để vừa tăng độ an toàn giao thông, vừa tăng khả năng thông xe, vừa dễ điều hành và vừa dễ bổ sung nâng cấp chất lượng giao thông toàn tuyến trong tương lai; ngay từ đầu, nên sử dụng 2 đường hầm cùng được thông gió ngang (hình 3)

Tuyến hầm đi qua vùng đất đá không quá yếu, cho nên cần cố gắng chọn dạng mặt cắt ngang các đường hầm đều là dạng vòm móng ngựa quá nửa ôvan đứng hoặc quá nửa êlíp đứng [6]; [7] & [8]

Cho nên, riêng mặt cắt ngang sơ đồ thông gió, có thể kết hợp sơ đồ hình 3A với sơ đồ hình 3B:

- Bản mỏng phân chia khoang vận chuyển với khoang thông gió: có dạng hơi lồi lên và được treo lên vòm hầm bằng 2 hoặc 3 dãy thanh giằng; vừa để tăng độ ổn định chung cho toàn cơ hệ, vừa để dễ đón khí bẩn đi lên và vừa để dễ tập trung bụi đọng trên trần

- Các máng gió sạch dưới nền hầm có thể bố trí chìm 1 phần so với mặt đường xe chạy

- Các máng thoát nước có thể bố trí sát các máng gió sạch

- Dọc 2 bên tường hầm cứ khoảng (2,5 ÷4,0)mét và ở mức cao hơn hành lang người đi

bộ khoảng (0,8 ÷1,2)mét lại bố trí 1 cửa sổ gió Còn dọc theo đỉnh lồi của bản trần hầm cứ khoảng (2,0 ÷3,0)mét lại bố trí 1 cửa sổ thu gió

- Gió sạch vào khoang vận chuyển không bốc bụi dưới nền hầm lên

- Gió bẩn từ gầm xe không bị quẩn xuống nền hầm, mà được hút lên nóc hầm; vừa do tác dụng của nhiệt độ, vừa do sự chênh áp giữa dòng khí bên dưới và dòng khí bên trên; mặc

dù có tác dụng đẩy của dòng xe chạy (sơ đồ có dòng gió hữu ích gần như cắt ngang trục dọc của hầm, cho nên gọi là sơ đồ thông gió ngang)

- Nếu phương án này được kết hợp với phương án treo xích thép cho mọi xe qua hầm, đều kéo lê xuống nền hầm; chắc chắn sẽ giảm được khả năng phóng lửa gây cháy nổ trong hầm

Hình 3: Sơ đồ mặt cắt ngang tiêu biểu các đường hầm có luồng ôtô chạy được thông

gió ngang

A- Khi luồng máng gió sạch ở dưới, còn luồng máng gió bẩn ở trên

B- Khi các luồng máng gió sạch và luồng máng gió bẩn đều ở trên

C- Khi luồng máng gió sạch và luồng máng gió bẩn đều ở dưới

1 – Luồng máng gió sạch 2 – Đường ống cấp gió sạch

3 – Cửa cấp gió sạch 4 – Cửa thu gió bẩn

5 - Luồng máng gió bẩn ⊕ 6 - Đường ống dẫn gió bẩn

4 – Về kiến trúc các cửa hầm:

Trên thực tế, có thể phân chia các cửa hầm theo nhiều cách khác nhau, tương ứng với từng đặc điểm riêng đáng chú ý Ở đây, liên quan đến quy trình thi công và hiệu quả xây dựng cửa hầm lò xuyên núi, đặc biệt là quy trình mở gương ngầm ngoài cùng và hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, an toàn và hòa nhập với cảnh quan xung quanh; chúng ta có thể phân chia chúng thành 2 nhóm chính [9]; [10] & [11]:

- Nhóm các cửa hầm tạo lực phản áp chính nhờ khối đắp vật liệu thô dốc thoải (hình 4A)

- Nhóm các cửa hầm tạo lực phản áp chính nhờ tường mặt cứng (hình 4B)

Cấu tạo các cửa hầm đường ôtô dưới đèo Hải Vân đều thuộc nhóm các cửa hầm xuyên núi tạo lực phản áp bằng khối đắp vật liệu thô dốc thoải, rồi xử lý chống trượt và đồng hóa với sườn núi tự nhiên bằng thảm cỏ [9] & [10]; cho nên chúng đều có một số ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng cơ bản là:

* Một số ưu điểm cơ bản:

- Cấu trúc mỗi cửa hầm ở đây đều mô phỏng 1 đoạn vỏ hầm ngầm, cho nên vừa dễ dàng

tự động hóa công tác thiết kế nhờ những chương trình tính vỏ hầm lò sẵn có; vừa dễ dàng thi công, khai thác và sử chữa gia cường

- Khối đắp phản áp chủ yếu là vật liệu thô dễ cung ứng tại chỗ, dễ thi công xây dựng; hơn nữa, khi đắp dễ kết hợp phân tầng chống trượt Các kết cấu neo và dầm để gia cường chống trượt và bảo vệ bề mặt dễ thi công

- Việc trồng cỏ chống xói lở và trang trí bề mặt vừa dễ thực hiện, vừa dễ tu sửa và cải tạo

- Trang thiết bị và trình độ thi công không cao Dễ tu sửa và cải tạo

* Một số nhược điểm cơ bản:

- Khó tạo hình kiến trúc mỹ thuật Rõ ràng các cửa hầm đường ôtô dưới đèo Hải Vân đã đáp ứng được yêu cầu vững chãi, nhưng nhìn vào dung mạo của chúng, thi vẫn chưa phát huy được đặc tính kiến trúc mỹ thuật truyền thống vốn có và tiêu chuẩn thiết kế hiện hành [3]

Trong trường hợp này, việc đơn giản hóa sơ đồ kiến trúc, để sử dụng công nghệ thiết kế

tự động theo các thông số điển hình, không những không giảm được mức đầu tư, mà lại làm tăng chi phí sử dụng, làm gỉảm tính đặc thù và làm mất đi tính truyền thống cần có về dáng vẻ kiến trúc

- Thời gian xây dựng dài Thời gian giãn cách giữa các giai đoạn thi công tương đối lớn Phải sử dụng các kết cấu trung gian và tạm thời trong khoảng thời gian tương đối lớn

- Khó thu gom các dòng chảy (kể cả các dòng nước và các dòng phóng vật rắn) từ trên sườn dốc chính diện hào cửa hầm đổ xuống, cho nên khó đảm bảo an toàn cho các khoảng sân công tác sát cạnh cửa hầm, nhất là khi sườn dốc chính diện này không có sống tách dòng (để buộc các phóng vật trôi, lăn và trượt từ trên sườn dốc xuống, đều phải hướng ra các cánh bên cửa hầm)

- Kết cấu cửa hầm chiếm mặt bằng xây dựng lớn Mặt nền hào thi công cửa hầm gần như chỉ để bố trí khối đắp phản áp; gây khó khăn cho công tác thiết lập sân công tác trước cửa hầm và mặt bằng bố trí các công trình và các trang thiết bị phụ trợ sát cửa hầm (Việc mở hào thi công cửa hầm chủ yếu là để bố trí gương ngầm ngoài cùng; ít có ý nghĩa tạo mặt bằng xây dựng các công trình khác)

- Làm tăng chiều dài đường hầm, gây khó khăn cho công tác thông gió, chiếu sáng, thoát nước, bảo dưỡng duy tu đường hầm và các công tác phụ khác có liên quan đến chiều dài đường hầm

- Khi khối đá phía trên gương đào ngầm thuộc loại mềm yếu, hoặc phân lớp mỏng, cũng như bị nứt nẻ mạnh; nhất là khi tính chất cơ lý của các khối đá trên mặt lộ mới hình thành (cả ngoài bờ dốc và trong không gian ngầm), dễ bị xấu đi bởi thời tiết và vi khí hậu; sẽ rất khó phòng chống đồng thời 2 nguy cơ xảy ra các sự cố và tai nạn nghiêm trọng do sự biến dạng và dịch chuyển của khối đá bờ dốc chính diện hào thi công đè lên không gian thi công cửa và cổ hầm: hình thành khe nứt căng và hình thành hố sụt Hơn nữa, nếu độ cao toàn phần của bờ dốc chính diện hào thi công cửa hầm lớn, lại sẽ rất khó cân đối yêu cầu phân tầng chống trượt với yêu cầu tạo lớp đất đá nóc gương ngầm có chiều dầy an toàn tối thiểu cho kết cấu cố định của cửa và cổ hầm đủ khả năng mang tải thiết kế

1 7 6 4 10 2

9

8

9

7

2 3 4 5

10

8 6 1 3

1 7 6 4

10 2

8

9

7

2 3 4 5 10

8 6 1 A)

1- Vỏ chống; 2- Khối đắp phản áp đã gia

cường và phủ thảm thực vật; 3- Hành lang

vòng có liên kết với khối đắp và rãnh vòng;

4- Rãnh vòng đón dòng, tiêu năng và lái

dòng; 5- Kè (hoặc dầm giằng có neo gia

cường) bảo vệ bờ dốc; 6- Lỗ thoát nước

giảm áp và duy trì ổn định cho đất đá xung

quanh; 7- Rãnh dọc nền; 8- Bờ dốc hào thi

công; 9- Vành chắn mép ngoài đoạn vỏ hầm

nhô ra ngoài bờ dốc; 10- Bờ núi phía trên

cửa hầm đã gia cường và phủ thảm thực vật

B)

1- Vỏ chống; 2- Tường mặt cứng; 3- Hành lang vòng có liên kết giằng với tường mặt; 4- Rãnh vòng đón dòng, tiêu năng và lái dòng; 5- Kè bảo vệ bờ dốc (hoặc hệ thống dầm giằng có neo gia cường); 6- Khối đắp đệm; 7- Thép liên kết; 8- Hố ga

và rãnh chân tường cánh gà; 9- Tường cánh hào cửa hầm; 10- Bờ núi phía trên cửa hầm đã gia cường

và phủ thảm thực vật.

Hình 4 Sơ đồ mặt cắt dọc 1 số cửa hầm xuyên núi [9]; [10] & [11]

- Nói chung không phù hợp với các đường hầm dài phục vụ giao thông ôtô xuyên núi, cần đảm bảo lưu lượng giao thông lớn và gần đô thị; đặc biệt là khi hầm đường ôtô dài trên

- Chính sự gia tăng chiều dài đường hầm bởi chiều dài các đoạn cửa hầm, làm gia tăng khó khăn khi giải tỏa sự cố tắc nghẽn giao thông trong hầm, khắc phục sự cố cháy nổ trong hầm

* Phạm vi áp dụng cơ bản:

Từ bài học: tai họa sụt đổ đất đá trên nóc gương đào cửa chính phía nam hầm Hải Vân chính có nguyên nhân cơ bản là biện pháp thi công cửa hầm này chưa đủ khả năng phòng chống đồng thời 2 nguy cơ hình thành khe nứt căng và hình thành hố sụt; chúng ta thấy, các cửa hầm đường ôtô xuyên núi có khối đắp phản áp bằng vật liệu thô, dốc thoải, chỉ nên

áp dụng hạn chế trong 1 số trường hợp:

- Khối đá trên bờ dốc chính diện hào cửa hầm ổn định (tự nhiên hoặc nhân tạo) cả theo yếu tố hình thành hố sụt xuống không gian ngầm và yếu tố hình thành khe nứt căng, cũng như hình thành khối trượt theo bờ dốc, cho đến khi kết cấu cố định của cửa và cổ hầm đủ khả năng nhận tải trọng thiết kế

- Đường hầm có chiều dài và diện tích mặt cắt ngang sử dụng không lớn, độ dài các đoạn cửa hầm không gây khó khăn cho công tác thông gió, chiếu sáng, thoát nước và các công tác phụ khác

- Nằm xa khu đô thị, đất đai rộng rãi, diện tích mặt bằng không eo hẹp

- Lưu lượng giao thông qua hầm thấp

- Yêu cầu tạo hình kiến trúc mỹ thuật thấp

- Trình độ thi công thấp Tổ chức thi công chủ yếu là nối tiếp (cuốn chiếu) từng đoạn

- Bờ dốc chính diện của hào thi công cửa hầm có tổng độ cao lớn, nhưng trình độ thiết kế

và thi công xử lý không cao, vẫn cần dự phòng khả năng sụt lở đất với khối lượng lớn

Hình 5 Sơ đồ phối cảnh cửa

hầm Đèo Cả (theo [13])

Rõ ràng các cửa hầm đường ôtô dưới đèo Hải Vân đã đáp ứng được yêu cầu vững chãi, nhưng nhìn vào dung mạo của chúng, thi vẫn chưa phát huy được đặc tính kiến trúc mỹ thuật truyền thống vốn có và tiêu chuẩn thiết kế hiện hành

Trong trường hợp này, việc đơn giản hóa sơ đồ tính toán, để sử dụng công nghệ thiết kế

tự động theo các thông số điển hình, không những không giảm được mức đầu tư, mà lại làm tăng chi phí sử dụng, làm gỉảm tính đặc thù, làm mất đi tính truyền thống cần có về dáng vẻ kiến trúc và làm giảm cơ hội phát triển du lịch trong tương lai [12]

5 – Định hướng chọn kiểu cửa hầm đường xe cơ giới dưới Đèo Cả:

Với các cửa hầm đèo Cả; rõ ràng thiết kế cặp cửa như trên hình 1 sẽ lặp lại những sai lầm của thiết kế các cửa hầm Hải Vân Còn khi thiết kế cặp cửa như trên hình 5; tuy đã kết hợp được với các chi kiến trúc để ra dạng cửa đẹp hơn; nhưng nếu không sử dụng khối đắp phản áp, lại phải tăng khối lượng đào, để tạo bậc giảm lực gây trượt lở sườn dốc; cho nên, thiết kế này hoặc chưa tiết kiệm được mặt nền hào thi công; hoặc phải tăng chi phí thi công đào và bảo vệ sườn dốc lên rất cao

Việc kết hợp 2 phương án cửa hầm này tuy đã tạo ra được sự đa dạng về kiến trúc,

nhưng vẫn còn nhiều điểm chưa hợp lý

Cần chú ý rằng, với mỗi đường hầm dài, chi phí xây dựng các cửa chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong chi phí xây dựng toàn đường hầm, nhưng giá trị mặt bằng hào thi công mất khả năng sử dụng cho các công trình khác và chi phí khắc phục mức tăng độ dài của cửa hầm

là kéo dài suốt quá trình sử dụng cửa hầm đó, cho nên nếu tiết kiệm được là rất đáng kể Khi tìm hiểu sâu hơn sơ đồ hướng dẫn thiết kế cửa hầm đường ôtô xuyên núi trong tiêu chuẩn [3]; chúng ta thấy, tiêu chuẩn này đã có ý đồ tạo điều kiện cho nhà thiết kế kiến trúc vào cuộc, để cho phần công trình lộ thiên của cửa hầm vừa tốn ít bề mặt hào thi công,vừa bền chắc hợp với yêu cầu kinh tế kỹ thuật đặt ra (hình 4B) Loại cửa hầm có tường mặt cứng [11] theo tiêu chuẩn [3], có thể dễ dàng kết hợp với kiến trúc mỹ thuật truyền thống tốt đẹp của các cổng làng, cổng thành…, vừa uy nghiêm hợp với tâm linh truyền thống, vừa đẹp và hoành tráng, đồng bộ với khung cảnh thiên nhiên và các công trình lân cận; để