Những khái niệm

Đường hầm là các công trình kỹ thuật nhằm tạo ra một lối đi ngầm có thể đi qua một ngọn đồi, dưới các tòa nhà hoặc đường bộ, dưới nước hoặc thậm chí dưới toàn bộ các thành phố. Chúng có thể được yêu cầu để vượt qua một chướng ngại vật, tạo ra một hệ thống giao thông công cộng, cung cấp các kết nối dưới nước, chứa các đường ống, cung cấp hệ thống thoát nước thải, v.v.

Có nhiều phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để thiết kế và xây dựng đường hầm, tùy thuộc vào quy mô của hầm, điều kiện địa chất và nước ngầm ... Thiết kế hầm cần giải quyết những vấn đề chính bao gồm: Mục đích của việc đào hầm; điều kiện địa chất thủy văn, địa chất công trình; công nghệ đào hầm; kiểm soát nước ngầm.

Các phương pháp đào hầm phổ biến

Phương pháp Khoan và nổ mìn: Phương pháp này chủ yếu được sử dụng cho đá cứng, nơi không thể đào bằng máy đào, và rất phổ biến trước khi phát triển máy đào hầm (TBM). Phương pháp này sử dụng khoan (khoan tay hoặc xe khoan chuyên dụng) để khoan các lỗ mìn, sau đó dùng thuốc nổ và phương tiện nổ để phá vỡ đá cứng. Đất đá thải được vận chuyển ra ngoài hầm bằng các phương tiện chuyên dụng như máy xúc, băng tải hoặc ô tô. Đây là phương pháp có chi phí vốn thấp hơn so với việc sử dụng TBM, nhưng thi công chậm hơn.

Phương pháp Máy đào hầm (Combai): Đây là máy đào gắn trên đường ray có cần cắt mạnh và thường được sử dụng trong khai thác than hoặc các công trình kỹ thuật dân dụng đòi hỏi nhiều đường kính đường hầm. Chúng tương đối linh hoạt và có thể được lắp thêm các thiết bị như cánh tay thu gom đất thải, hệ thống phun sương dập bụi để giảm bụi và băng tải để vận chuyển đất đá từ chỗ đào ra ngoài đường hầm. Phương pháp này chỉ áp dụng đối với đá mềm, tại Việt Nam hiện nay các máy Combai đào hầm chủ yếu được dùng để khấu (đào) than trong các hầm khai thác than.

Phương pháp đào hở: Đôi khi được gọi là 'cắt và phủ', phương pháp này phù hợp với các đường hầm nông. Phương pháp này bao gồm việc xây dựng một hào hở trong đó đường hầm được xây dựng. Sau đó, hào được lấp lại.

Phương pháp Khoan kích ngầm (Pipe jacking): Khoan kích ngầm là một kỹ thuật dùng để thi công lắp đặt các công trình dưới lòng đất thay thế cho công nghệ thi công hở . Theo đó, các kỹ sư sẽ dùng kích thủy lực có công suất phù hợp để đẩy các đoạn ống hoặc đoạn hầm lắp xuyên vào trong lòng đất cùng với một đầu khoan gắn ở phía trước. Phương pháp này không những giải quyết được những hạn chế về mặt bằng thi công, nó còn giúp đảm bảo ổn định công trình cả trên mặt và dưới lòng đất do đã hạn chế tối đa việc phá vỡ trạng thái ổn định nguyên sinh của đất đá dưới lòng đất. Phương pháp này đang được sử dụng khá phổ biến tại Hà Nội để thi công hệ thống thoát nước mưa và một số hạ tầng đường dây, đường ống khác.

Phương pháp đào hầm mới của Áo (NATM): Còn được gọi là Phương pháp đào tuần tự, NATM lần đầu tiên nổi lên vào những năm 1960 và đã góp phần cách mạng hóa ngành đào hầm. Nguyên lý chính của phương pháp NATM khác với các phương pháp đào hầm khác là nó tận dụng ổn định địa chất vốn có trong khối đá xung quanh để ổn định đường hầm và do đó giảm được chi phí chống giữ. Biện pháp chống giữ tối ưu được xác định dựa trên các điều kiện địa chất thực tế quan sát được, chống giữ ban đầu được thực hiện bằng bê tông phun kết hợp với lưới thép. Phương pháp này đã được áp dụng phổ biến tại Việt Nam để đào hầm đường bộ qua Đèo Hải Vân, hầm Đèo Cả ...

Phương pháp đào hầm toàn tiết diện bằng máy cắt (TBM): Kỹ thuật này sử dụng máy khoan hầm chuyên dụng (TBM) để đào toàn bộ mặt cắt ngang hầm theo yêu cầu. Chi phí mua và bảo dưỡng loại máy này rất cao, mặc dù cần ít nhân công hơn và có thể tiết kiệm thời gian. Máy khoan toàn mặt bám chặt vào thành hầm để truyền lực đẩy về phía trước và có thể cắt xuyên qua đá cứng, trong khi đất đá thải được vận chuyển về phía sau bằng băng tải. Chống giữ thành hầm ở những vùng đất đá yếu có thể dùng các vành bê tông cốt thép đúc sẵn, ở những đoạn hầm đào trong đá cứng có thể chống bằng vì neo kết hợp bê tông phun và lưới thép. Phương pháp này hiện đã và đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới, tại Việt Nam nó đang được dùng để thi công Hầm đường sắt Nhổn - Ga Hà Nội.

An toàn

Các mối nguy hiểm tiềm ẩn khi đào hầm bao gồm: Sự dịch chuyển của đất gây sập đổ kết cấu chống giữ, lũ lụt hoặc bùn tràn vào, khí nổ và bụi nổ, thuốc nổ và phương tiện nổ, thông gió không đảm bảo, tiếng ồn từ thiết bị, vận hành của máy móc, nhiệt độ trong hầm quá cao … Đào hầm là một hoạt động cực kỳ nguy hiểm liên quan đến việc làm việc trên cao, làm việc trong không gian hạn chế, vật liệu phun và vận hành máy móc hạng nặng. Cần phải đánh giá rủi ro và quản lý rủi ro cẩn thận cũng như đào tạo và giám sát ở trình độ cao. Có một số chương trình an toàn dành cho nhân viên và Hiệp hội đào hầm Anh đã đưa ra Bộ quy tắc thực hành để quản lý rủi ro trong các công trình đường hầm, việc áp dụng Bộ quy tắc này có thể được các công ty bảo hiểm yêu cầu.