Những năm 2000, kỹ sư, công nhân người Việt Nam thường thi công hầm cho các nhà máy thủy điện với đường kính 5-6 m, công nghệ nổ mìn, đổ bêtông vỏ, chưa thể làm hầm đường bộ lớn qua núi với đường kính trên 10 m. Theo công nghệ thi công hầm truyền thống, sau khi nổ mìn vẫn có một khoảng trống giữa hệ thống chống đỡ hầm và khối đá. Khối đá có xu hướng biến dạng vào phía trong đường hầm nhằm lấp đầy khoảng trống, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn.
Khi hầm đường bộ Hải Vân dài 6,2 km (Thừa Thiên Huế - Đà Nẵng) được khởi công năm 2000, nhân lực thi công chính là người Nhật, các kỹ sư Việt tham gia với vai trò phụ. Tuy nhiên, công trình đã mang đến cơ hội học hỏi rất lớn cho đội ngũ cán bộ kỹ thuật người Việt. Lần đầu tiên các kỹ sư từ Tổng công ty Sông Đà, Cienco 6 được tiếp cận công nghệ đào hầm NATM của Áo.
Ông Bùi Hồng Đăng, Giám đốc Ban Quản lý dự án hầm Thung Thi (thuộc Tập đoàn Đèo Cả), chia sẻ từ hầm Hải Vân 1, đội ngũ kỹ sư, công nhân khoan hầm người Việt Nam đã học hỏi chuyên gia nước ngoài, tự nghiên cứu tài liệu, đúc kết kinh nghiệm. Đến nay đội ngũ này đã nhuần nhuyễn công nghệ khoan hầm NATM và luôn cải tiến để rút ngắn tiến độ, giảm chi phí đầu tư.
Các bước thi công hầm đường bộ theo công nghệ NATM. Video: Công ty Tư vấn A2Z
Theo phương pháp NATM, bêtông phun trực tiếp và bám chặt với bề mặt khối đá quanh đường hầm, ngăn không cho khối đá biến dạng. Công nghệ này giúp thi công linh hoạt trong nhiều điều kiện địa chất và an toàn hơn so với công nghệ xây hầm truyền thống.
NATM gồm 10 bước, sau khi đánh dấu vị trí nổ mìn, đơn vị thi công nổ mìn theo từng gương hầm (diện tích cần đào), xúc dọn đất đá rồi làm lưới thép bao quanh bề mặt hầm, phun bêtông trên lưới thép, khoan lỗ cắm neo gia cố địa chất. Tiếp theo là bao phủ hầm bằng chất liệu vải đặc biệt để chống nước, đổ bêtông vỏ hầm và làm nền đường.
Năm 2012, hầm đường bộ Đèo Cả dài 4,2 km, nằm trên hai tỉnh Khánh Hòa, Phú Yên, đánh dấu bước tiến của đội ngũ kỹ sư người Việt, đảm nhận thi công chính bằng phương pháp NATM, chỉ có một số chuyên gia Nhật giám sát. Công trình gồm hai ống hầm, tổng chiều dài 8,4 km.
Sau đó là hầm Cù Mông (Phú Yên) dài 2,6 km, hầm Hải Vân 2 dài hơn 6 km, hầm Núi Vung (Bình Thuận) dài hơn 2 km, hầm Thung Thi (Thanh Hóa)... toàn bộ đội ngũ tư vấn thiết kế, giám sát, thi công người Việt Nam đảm nhiệm.
Khoan hầm Núi Vung trên cao tốc Bắc Nam đoạn qua Bình Thuận. Ảnh: Anh Duy
Tham gia thi công hầu hết công trình hầm trên, ông Bùi Hồng Đăng kể không chỉ có thực hành đúng kỹ thuật, đơn vị làm hầm còn sáng tạo trong xử lý tình huống phát sinh. Mỗi hầm có địa chất khác nhau đòi hỏi kỹ thuật xử lý đất đá riêng. Hầm Đèo Cả có địa chất đá granit với nhiều mạch nước ngầm, nguy cơ bị sạt trượt cao, đội ngũ thi công phải dẫn dòng, dùng bêtông bịt mạch nước.
Hầm Cù Mông địa chất đá xen kẹt, đá phong hóa ở cửa hầm nên phần cửa phải thi công cẩn thận. Các kỹ sư đã tạo kết cấu chống đỡ, khoan neo gia cố cửa hầm, sau đó mới đào mở hầm. Dù địa chất yếu, các kỹ sư vẫn mạnh dạn bỏ vòm thép sớm để đẩy nhanh tiến độ, đồng thời phun bêtông vào các vị trí đào ngay sau khi bỏ vòm để đưa các khối đá về trạng thái ổn định. Đây cũng chính là tiền đề để Tập đoàn Đèo Cả đưa ra phương pháp NATM - hệ Đèo Cả với việc đánh giá địa chất linh hoạt hơn. Phương pháp này phần nào góp phần làm nên tên tuổi Đèo Cả - "vua hầm" Việt Nam cũng như được đánh giá cao từ chuyên gia thế giới.
Ông Bùi Hồng Đăng kể, hầm trên đường bao biển Quảng Ninh được thiết kế lớn nhất với 6 làn xe, sóng địa chất yếu với đá phong hóa nhiều gây khó khăn cho lực lượng thi công. Thay vì đào gương hầm diện tích lớn, công nhân phải chia thành những gương nhỏ, thực hiện ổn định của mỗi phần hầm đó để tăng tính bền vững.
Thi công dự án hầm đường bộ Hải Vân 2 cũng là thách thức lớn bởi phải đảm bảo hoạt động bình thường của hầm Hải Vân 1, cách nhau 30 m. Phương án nổ mìn phải được tối ưu hóa, không gây chấn động sang hầm Hải Vân 1 nên số lượng kíp nổ trên mỗi gương đào được tính toán chặt chẽ, đạt hiệu quả mà không gây chấn động, lỗ khoan nổ không quá lớn. Sau khi thử nghiệm trên 4-5 gương đào (mỗi gương diện tích 1,2 m2 hầm) thì mới có biện pháp nổ mìn tối ưu.
Phun bêtông gia cố hầm Thung Thi (Thanh Hóa). Ảnh: Lê Hoàng
Địa chất hầm Hải Vân 2 là đá cứng, khối đá chạy song song tim hầm, có thể rơi thẳng trong khi đào. Đơn vị thi công phải đắp bệ phản áp để giữ ổn định và di dời khối đá bất thường. Ông Đăng cho biết, trong khi đào vẫn xảy ra sạt trượt đá, đơn vị đã phải phun 3.000 m3 bêtông để giữ ổn định, thời gian xử lý mất 6 tháng. Sự cố này khiến nhiều người lo ngại sẽ làm chậm tiến độ. Tuy nhiên, sau khi tổ chức thi công đồng bộ, nhiều hạng mục khác của hầm được nhà thầu đẩy nhanh, dự án hầm Hải Vân 2 cuối cùng đã về đích trước 6 tháng.
Xây hầm thuận lợi hơn làm đường bộ là không phụ thuộc nhiều vào thời tiết. Đơn vị thi công có thể triển khai nhiều mũi thi công khác như vừa nổ mìn, vừa làm đường dẫn vào hầm, thoát nước, bó vỉa... do đó khi tổ chức hiệu quả thì dự án được đẩy nhanh, tiết kiệm chi phí. Hầu hết hầm đường bộ do Tập đoàn Đèo Cả thực hiện vượt tiến độ như Cù Mông hoàn thành trước 3 tháng, Hải Vân 2 xong trước 6 tháng, Thung Thi trước 3 tháng...
Không chỉ đội ngũ thi công hầm lớn mạnh, các đơn vị tư vấn Việt Nam cũng đã thay thế người nước ngoài trong thiết kế, giám sát xây dựng hầm. Theo một lãnh đạo Công ty Tư vấn A2Z (đơn vị thiết kế, tư vấn giám sát nhiều hầm đường bộ), thiết kế hầm đòi hỏi chuyên môn sâu, từ khảo sát địa chất để xác định vùng đá ở cấp nào, quyết định cách nổ mìn, nổ sâu bao nhiêu mét, bao nhiêu thuốc nổ. Trước đây, khi nổ mìn thì thường phần đất đá bị lẹm ra khá lớn và phải đắp bêtông bù vào, song hiện nay đơn vị thiết kế đã áp dụng công nghệ số, tính toán lượng kíp nổ tối ưu, nhờ đó chi phí cho hạng mục này có thể giảm 10-15%.
Công nghệ thiết bị mới cũng áp dụng cho việc khoan đào, hệ thống GPS cho phép định vị chính xác khi đào từ hai đầu núi dù khoảng cách hàng km, giúp đo tâm đường hầm hai phía có lệch nhau hay không. Các hầm Đèo Cả, Cổ Mã, Cù Mông... mũi đào từ hai phía gặp nhau tại tâm với sai số rất nhỏ.
Ông Bùi Hồng Đăng (trái) trên công trường hầm Thung Thi. Ảnh: Anh Duy
Nhiều năm theo dõi các công trình hầm đường bộ, PGS Trần Chủng, nguyên Cục trưởng Giám định nhà nước về chất lượng công trình xây dựng (Bộ Xây dựng), nhận định làm hầm có hai vấn đề khó là khảo sát địa chất phức tạp, nhiều đoạn đi qua vị trí đất yếu, vùng đứt gẫy, đất đá xen kẹt nên phải tính toán tổ chức các bước đào hợp lý, nếu không sẽ bị sạt. Thứ hai là kiểm soát chất lượng trong hầm, chỉ lớp chống thấm bị rách cũng có thể gây nguy hiểm cho toàn công trình.
Làm đường sẽ phải bạt núi, không tránh khỏi tàn phá môi trường. Vì thế, ông Chủng cho rằng giải pháp bền vững hơn là làm hầm xuyên núi, vừa giữ được cảnh quan, vừa tránh sạt trượt. Tuy nhiên, yếu tố an toàn phải đặt nên hàng đầu bởi trong núi thường có khí độc hại, vừa phải đảm bảo an toàn kỹ thuật, đơn vị thi công vừa phải quản trị an toàn.
Theo ông Chủng, cái được lớn nhất xây dựng hầm đường bộ 10 năm qua là đội ngũ kỹ sư, công nhân người Việt Nam đã kế thừa, làm chủ công nghệ khoan hầm tiên tiến, kiểm soát rủi ro. "Những hầm Đèo Cả, Cù Mông hay hầm Hải Vân 2 đã khẳng định người Việt Nam có bản lĩnh, đủ trí tuệ làm những việc mà những nước tiên tiến đã và đang làm", ông Chủng đánh giá.