JSOFT
Quy hoạch và khai thác không gian ngầm đô thị
23/06/2022
(MOC.GOV.VN) - Cho tới năm 2020, tổng dân số tại các đô thị trên thế giới xấp xỉ 4 tỷ người, ước tính đến năm 2050, con số này sẽ tăng lên hơn 7 tỷ. Trong bối cảnh đó, việc tạo điều kiện sống bình thường cho cư dân đô thị sẽ bất khả thi nếu không phát triển xây dựng ngầm đô thị.

Các nhà quy hoạch không gian ngầm đô thị chia các công trình xây dựng ngầm theo hai nhóm chính, căn cứ theo mục đích:

- Nhóm các công trình phục vụ sản xuất sản phẩm;

- Nhóm các công trình cho mục đích sử dụng của con người.

Nhóm các công trình sản xuất chủ yếu là các cấu trúc hạ tầng, kho chứa, bãi đỗ xe hoặc cơ sở sản xuất công nghiệp, hầu như biệt lập về mặt vật lý và thị giác với đời sống đô thị trên mặt đất, mặc dù xét về chức năng, bộ phận này cấu thành một phần quan trọng của kinh tế đô thị. Việc bố trí các cơ sở sản xuất ngầm dưới lòng đất giúp giảm tiếng ồn và độ rung chấn tới mặt đất, hạn chế tác động trực quan của hoạt động sản xuất, giải phóng phần đất bề mặt vốn rất cần thiết cho các giải pháp bảo tồn thiên nhiên.

Nhóm thứ hai chủ yếu là các công trình phục vụ con người vui chơi, giải trí, thưởng lãm, các công trình thương mại, tổ hợp giao thông. Đặc biệt, những nút trung chuyển giao thông, ga tàu điện ngầm có rất nhiều người sử dụng mỗi ngày; do đó, những công trình thuộc nhóm này luôn đòi hỏi thiết kế đặc biệt. Trái ngược với các cơ sở sản xuất, sự biệt lập về không gian và thị giác đối với các công trình thuộc nhóm này lại trở thành nhược điểm, nhất là khi mối liên kết tự nhiên với môi trường thiên nhiên (thời tiết, ánh sáng mặt trời) mất đi.

Trong xây dựng ngầm đô thị, các giải pháp phân bổ tài nguyên (không gian, vật liệu, nước và năng lượng) được thực hiện riêng đối với từng loại tài nguyên, do việc quản lý tài nguyên được phân chia giữa các ban ngành. Hơn nữa, nhiều thành phố khá phổ biến quy tắc “người đến sớm nhất sẽ lấy được khu vực thuận lợi nhất”, hầu như không có sự phối hợp giữa những người sử dụng không gian ngầm. “Người đến đầu tiên” sẽ được sử dụng địa điểm thuận lợi nhất (về vị trí, điều kiện địa chất, thuận lợi để xây dựng...) cho nhu cầu của mình mà không quan tâm đến triển vọng và sự phát triển của khu vực. Kết quả là các công trình ngầm được bố trí lộn xộn, khiến việc phát triển đô thị tổng thể và hài hòa sau đó trở nên phức tạp bội phần. 

Thực tế khai thác không gian ngầm tại nhiều thành phố lớn đã cho thấy nhiều vấn đề phát sinh nếu không có nguyên tắc chung cho xây dựng dưới lòng đất. Ví dụ, vào đầu những năm 1990, với tốc độ phát triển nhanh của Thượng Hải cũng như nhiều thành phố khác ở Trung Quốc, các kiến trúc sư nhận thấy sự cấp thiết phải thay đổi các tuyến tàu điện ngầm được coi là tối ưu theo quy hoạch trước đó, do dọc theo các tuyến này xuất hiện nhiều công trình với móng sâu hơn 16 m so với dự kiến. Thượng Hải và Bắc Kinh sau đó đã gấp rút ban hành các quy định địa phương nhằm phối hợp sử dụng không gian ngầm và ngăn ngừa xung đột không gian, nhất là khi xây dựng các bãi đỗ xe và cơ sở thương mại ngầm bên dưới các tòa nhà cao tầng.

Phương pháp truyền thống để nghiên cứu thiết kế đô thị đòi hỏi việc xem xét các lớp không gian phía trên cao và trên mặt đất. Lớp phía trên cao gồm công trình nhà ở, phục vụ hoạt động ngành nghề; lớp trên mặt đất thực hiện các chức năng mạng của hạ tầng, trong đó có hạ tầng đường bộ và đường sắt. Còn phương pháp hiện đại để quy hoạch phát triển đô thị đòi hỏi phải tính đến lớp thứ ba  - lớp không gian ngầm dưới lòng đất. Qua phân tích các lớp không gian và xem xét sự tương tác giữa các lớp, các kiến trúc sư, các nhà quy hoạch sẽ tích hợp tất cả trong một hệ thống thống nhất, đồng thời xác định triển vọng phát triển của hệ thống. 

Cách tiếp cận trên đây đã được áp dụng thành công ở các thành phố Arnhem và Zwolle của Hà Lan, nhưng quy mô và chi tiết nhất là tại Thủ đô Helsinki của Phần Lan.

Kinh nghiệm quy hoạch xây dựng ngầm của Helsinki

Với diện tích 214 km2, dân số hơn 600 nghìn người, Helsinki là Thủ đô và là thành phố lớn nhất Phần Lan, gồm một số vịnh, bán đảo và đảo. Mật độ dân tại một số khu vực nội đô lên tới 16,5 nghìn người/km2.

Độ sâu trung bình của lớp đất ở Helsinki là 7 m, nhưng biên độ thay đổi rất lớn, từ 0 m đến gần 70 m. Nền đá chủ yếu là đá granit và gneis từ núi lửa. Đặc biệt, khu vực Helsinki không có đá trầm tích. Mục đích khảo sát ban đầu về các điều kiện địa chất của Helsinki là tìm địa điểm xây dựng các công trình ngầm lớn, với kích thước khoang ngầm tiêu chuẩn dài 150 m, rộng 50 m và cao 12 m. Các khu vực đất yếu đã sử dụng cho các mục đích khác nhau cũng được tính đến. 

Helsinki có 10.000.000 m3 không gian ngầm được sử dụng làm bãi đỗ ô tô, các phòng tập thể thao, bể chứa dầu mỏ và than, tàu điện ngầm...Tổng cộng hơn 400 công trình ngầm công năng khác nhau, 220 km đường hầm kỹ thuật, 24 km đường hầm cấp nước và 60 km đường hầm trong đó bố trí hạ tầng cấp nhiệt và cấp nước, cáp điện và cáp viễn thông của thành phố đã được xây dựng. Bình quân, cứ 100 m2 công trình trên mặt đất có 1 m2 không gian ngầm được sử dụng. Các ví dụ độc đáo về kiến trúc dưới lòng đất của Helsinki là nhà thờ Temppeliaukio và hồ bơi ở Itaskeskus.

Nét độc đáo của nhà thờ Temppeliaukio được xây dưới lòng đất

Ở Phần Lan, trước đây, chủ sở hữu bất động sản buộc phải đưa vào công trình của mình hầm trú có diện tích ít nhất 1200 m2. Tuy nhiên, hiện nay, giải pháp chung cho "giai đoạn bình thường" là sử dụng các hầm ngầm này cho các nhu cầu công nghệ. Ví dụ, hồ bơi ở Itaskeskus, nơi đón 400.000 lượt khách mỗi năm và có thể tiếp nhận 1.000 người cùng một lúc, đồng thời bảo đảm chỗ trú khẩn cấp cho 3.800 người.

Hồ bơi ngầm ở Itaskeskus 

Với mật độ dân số ngày càng tăng cao, ngày càng nhiều công trình công năng khác nhau được xây dưới lòng đất, ngày càng có nhiều yêu cầu kết nối các không gian ngầm với nhau nhằm hình thành những tổ hợp bền vững, liên thông.

Công việc đào hầm trong các đường hầm, khoang ngầm ở Helsinki được thực hiện bằng cách khoan nổ. Để ngăn các dòng nước chảy vào các công trình ngầm, các kỹ sư tiến hành xi măng hóa sơ bộ các vùng đá bị nứt vỡ hoặc phá hủy trong quá trình khảo sát sơ bộ hoặc trong quá trình đào hầm. 

Các chuyên gia nhận định thế kỷ XXI đối với Phần Lan là sự khởi đầu kỷ nguyên mới về sử dụng không gian ngầm đô thị. Có thể lấy ví dụ từ giải pháp mới cho bãi đỗ xe ngầm ở Tampere - thành phố đông dân thứ ba của cả nước. Bãi đỗ có công suất chứa 900 xe, tổng thể tích 200.000 m3, nằm bên dưới tuyến phố chính của thành phố. Có hai lối vào dành cho ô tô và bảy trục thang máy để kết nối bãi đỗ ngầm với con phố này. Một trục thang máy bổ sung phục vụ hành khách đi lên và đi xuống. Chiều dài khoang đỗ xe ngầm 600 m, rộng 30 m, cao 12 m.

Bãi đỗ xe ngầm tại Tampere

Trong thành phần của mỗi tổ hợp ngầm luôn gồm các khoang chuyên biệt có vai trò công nghệ chính, và các đường hầm tập trung các thiết bị của hạ tầng khu vực xây dựng (đường ống cấp nhiệt và làm mát, cáp điện và cáp viễn thông, đường ống nước. Các đường hầm liên kết các khoang tạo thành một hệ thống quy mô lớn và không gây tác động đến các công trình ngầm khác theo quy hoạch.

Ví dụ đặc trưng cho sự phát triển không gian ngầm ở Helsinki là tổ hợp xử lý nước thải Viikinmaki. Nước sạch có nguồn cấp từ hồ Paijanne qua một đường hầm dài 120 km. Mực nước ban đầu trong hồ là +78,3 m; ở Vùng Helsinki là +42,0 m. Do chất lượng nước trong hồ tốt và nhiệt độ thấp thường xuyên của các khối đá trong đường hầm, nước chảy qua chứa một lượng nhỏ vi khuẩn nên chỉ cần xử lý tối thiểu trước khi sử dụng. Các khối đá mà đường hầm đi qua chỉ cho phép lắp đặt các giá đỡ ở một số khu vực nhất định. Do đó, các kiến trúc sư đã sử dụng các thanh giằng bằng kim loại và phun bê tông để cố định các khối đá bị tách tầng, ngăn không cho rơi ra ngoài.

 Bên trong tổ hợp xử lý nước thải Viikinmaki dưới lòng đất

Viikinmaki cách trung tâm Helsinki 10 km, phục vụ 6 thành phố ở khu vực xung quanh, với công suất 280.000 m3/ngày đêm. Tổ hợp đã thay thế hơn 10 trạm xử lý nhỏ trên mặt đất.

Cách trung tâm Helsinki khoảng ba km, vào thập niên 1970 đã có hai khoang ngầm với tổng dung tích 300.000 m3 được khoan đào, với mục đích ban đầu là lưu trữ dầu lửa cho những tình huống khẩn cấp. Hiện nay, các khoang được quy hoạch sử dụng để tạo ra kho dự trữ năng lượng theo mùa, trong đó nước được bơm từ mặt biển, được đun nóng bằng ánh sáng mặt trời, nhiệt được tái sử dụng sau đó cho các nhà dân khu vực ven biển. Chiều rộng của các khoang là 18m và 16m, cao 30m, chiều dài lần lượt là 326m và 245m.Các khoang được vệ sinh sạch sẽ vào năm 2008-2009 và 2010 -2011.

Quy hoạch tổng thể cho sự phát triển của Helsinki cũng xem xét vấn đề kết nối với thủ đô Tallinn của Estonia (với dân số 1,7 triệu người). Sau khi so sánh, phương án được lựa chọn là đường hầm ngầm dưới nước băng qua Vịnh Phần Lan thuộc Biển Baltic, nối liền Thủ đô 2 nước. Đường hầm dài 80 km, tạo triển vọng lớn cho một đô thị hợp nhất, là trung tâm phát triển ở Bắc Âu trong tương lai, có khả năng cạnh tranh với Stockholm của Thụy Điển hay Copenhagen của Đan Mạch.

Ngày 12/7/2019, Phần Lan và Estonia đã ký Biên bản ghi nhớ về việc xây dựng đường hầm Tallinn dài hơn 100 km dưới đáy Vịnh Phần Lan. Văn kiện được ký bởi Finest Bay Area Development, Touchstone Capital Partners. Các bên đã đi đến thống nhất cuối cùng về thiết kế và xây dựng dự án. Đường hầm ngầm qua Vịnh Phần Lan được kỳ vọng sẽ giúp giảm đáng kể thời gian di chuyển giữa 2 quốc gia - từ 2 giờ đi phà biển xuống còn 40 phút.đi tàu hỏa, dự kiến sẽ sẵn sàng đưa vào sử dụng từ cuối năm 2024. 

 Kế hoạch xây dựng đường hầm nối liền Helsinki và Tallinn qua Vịnh Phần Lan

Đường hầm chủ yếu sẽ đi qua các khối đá granit và gneis kết tinh vững chắc, tạo điều kiện tốt để duy trì đường hầm, tuy nhiên những người đào hầm vẫn hy vọng sẽ gặp những khu vực đá trầm tích yếu, nhất là khi đi vào bờ biển Estonia. Khoảng 85 km đường hầm được xây xuyên qua các khối đá kết tinh dưới đáy Vịnh. Độ dày các khối đá phía trên đường hầm tới hơn 40 m. Từ phía Estonia, đường hầm sẽ xuyên qua lớp sa thạch chứa nước, đây là nguồn cung nước cho Thủ đô Tallinn. Do đó, thiết kế đường hầm phải hạn chế tối đa ảnh hưởng từ công tác đào hầm tới lớp đất đá này. Việc xây dựng chủ yếu trong các lớp đá ổn định, đào hầm bằng máy khoan hầm.

Phương án đường hầm đã được thông qua gồm hai hầm đơn tuyến đường kính 10 m trong lòng hầm, với khổ đường sắt 1435 mm (theo tiêu chuẩn châu Âu), và một đường hầm dịch vụ đường kính 8m trong lòng hầm. Khoảng cách giữa hai đường hầm là 70 m, hầm dịch vụ nằm trong khoảng này. Trong quá trình thi công, đường hầm dịch vụ được xây trước 2 đường hầm giao thông, do đó, ngoài việc thực hiện các chức năng cơ bản, nó có thể được sử dụng làm đường hầm thăm dò cho các đường hầm chính.

Hệ thống đường hầm gồm 2 hầm đường sắt đơn tuyến và 1 hầm dịch vụ ở giữa 2 hầm chính

Phía trên đường hầm ở dưới đáy biển, hai đảo nhân tạo sẽ được xây dựng từ các loại đất đá thu được trong quá trình đào hầm từ bờ biển Phần Lan: đảo Tallinnamadal từ phía Estonia và đảo Uppoluoto từ phía Phần Lan. Qua các đảo, các dịch vụ đào hầm (cấp và lưu trữ đất đá,logistic, trộn bê tông và cung cấp bê tông) được bảo đảm, các nhà xưởng và văn phòng được xây dựng. Đối với tất cả các mục đích trên, mỗi đảo cần có diện tích 400 x 300 m. Nhờ các điểm tiếp cận này, đường hầm được chia thành 6 hợp phần xây dựng, trong đó các công việc có thể thực hiện đồng thời. Đường hầm được gia cố bằng các đoạn bê tông cốt thép đúc sẵn, tạo thành giá đỡ hình khuyên. Các khe nối giữa các khớp nối của các đoạn được hàn kín và có thể chịu được áp suất nước 20 bar (2 MPa).

Các khu vực đô thị của Helsinki và Tallinn đã và đang phát triển với tốc độ rất nhanh trong vòng 2 thập kỷ qua. Vịnh Phần Lan có chiều rộng 80 km ngăn cách hai thành phố này, hạn chế việc vận chuyển hành khách và hàng hóa. Đường hầm nối liền Tallinn và Helsinki sẽ góp phần mở rộng mạng lưới đường sắt hiện có, đồng thời cải thiện sự kết nối giữa các quốc gia Bắc và Nam EU. 

 

Leonid Kaufman

Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật (Nga) số 1/2020

Biên dịch: Lệ Minh

 

Tin chỉ đạo, điều hành

Penetron và các tiêu chuẩn môi trường trong xây dựng

Góp ý cho dự thảo Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ ngành Xây dựng giai đoạn 2021-2030

Khai mạc phiên chính thức Đại hội Đại biểu Đảng bộ Bộ Xây dựng lần thứ IX, nhiệm kỳ 2020-2025

Quyết định về việc thành lập Hội đồng tư vấn đánh giá nghiệm thu kết quả thực hiện nhiệm vụ thường xuyên theo chức năng năm 2019 của Viện Vật liệu xây dựng

Quyết định về việc thành lập Hội đồng tư vấn đánh giá nghiệm thu kết quả nhiệm vụ KHCN “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp đầu tư, quản lý, khai thác không gian ngầm phục vụ công cộng đô thị thích ứng với điều kiện Việt Nam”

Bộ Xây dựng trao Quyết định bổ nhiệm Phó Vụ trưởng Vụ Khoa học công nghệ và môi trường

Thứ trưởng Lê Quang Hùng chủ trì cuộc họp Hội đồng Tư vấn hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật xây dựng

Quyết định thành lập Hội đồng tư vấn đánh giá nghiệm thu kết quả thực hiện nhiệm vụ “Nghiên cứu thay thế sợi amiăng bằng các loại sợi khác trong sản xuất tấm lợp amiăng xi măng ”, mã số RD 106-18

Le Doan Hop

Tổ chức các hoạt động của Tháng hành động vì môi trường hưởng ứng Ngày Môi trường Thế giới và Ngày Quốc tế Đa dạng sinh học năm 2021

Thông báo đề xuất các nhiệm vụ, dự án bảo vệ môi trường từ nguồn sự nghiệp môi trường năm 2022 và giai đoạn 03 năm (2022-2024)

Bổ sung giải pháp theo QCVN 06:2010/BXD đối với công trình Khu phức hợp B3-CC1 khu trung tâm khu đô thị Tây Hồ Tây

Giải đáp vướng mắc trong việc áp dụng QCVN 06:2010/BXD tại dự án Tòa nhà hỗn hợp thương mại dịch vụ và căn hộ chung cư Alacarte Hạ Long

Luận chứng kỹ thuật bổ sung giải pháp thiết kế đảm bảo PCCC cho công trình Tháp A dự án Sunbay Park Hotel & Resort

Giải đáp vướng mắc trong việc áp dụng QCVN 13:2018/BXD

Luận chứng kỹ thuật bổ sung giải pháp thiết kế đảm bảo PCCC cho công trình Văn phòng làm việc, xây dựng tại số 65 đường Hải Phòng, phường Thạch Thang, quận Hải Châu, TP. Đà Nẵng

Luận chứng kỹ thuật bổ sung giải pháp thiết kế đảm bảo PCCC cho công trình Khu chung cư cao tầng, văn phòng thương mại và nhà ở Tuyên Sơn

® MOC giữ bản quyền nội dung trên website này.
THÔNG TIN LIÊN HỆ.