Nhóm các nhà khoa học Nga đã tìm ra giải pháp cho vấn đề khi nghiên cứu thành công tổ hợp các công nghệ mới cho phép xây dựng các công trình lớn ngầm dưới đất một cách an toàn trong điều kiện mật độ xây dựng dày đặc.

Dự án quy mô lớn đã được tiến hành tại Moskva và St. Peterburg trong hơn một thập kỷ, bao gồm hơn 60 công trình có cấu trúc ngầm và nền móng phức tạp. Các tác giả dự án đã được trao Giải thưởng của Chính phủ Liên bang Nga năm 2022 trong lĩnh vực khoa học và công nghệ.

Nhà hát Marinsky 2 bên kênh đào Obvodny, trong trung tâm lịch sử St. Peterburg

TS. Rashid Mangushev - Trưởng khoa Địa kỹ thuật Đại học Kiến trúc và Xây dựng St. Peterburg, viện sĩ danh dự Viện Kiến trúc & Khoa học xây dựng Nga, thành viên chính của dự án chia sẻ với cổng thông tin sience.rf về những thành tựu quan trọng của siêu dự án này.

Cơ sở của dự án là các tính toán và phương pháp xây dựng không gian ngầm được ứng dụng vào thực tiễn tại hai thành phố lớn nhất của Nga (Moskva và St.Peterburg). Các phương pháp này từng được vận dụng thành công ở nước ngoài, song lần đầu tiên được áp dụng tại Nga, có sự cải tiến và thích ứng với các đặc điểm địa chất địa phương.

Thiết kế phần ngầm Nhà hát Marinsky 2 

Thông thường đối với các tòa nhà tương lai tại những khu vực đô thị có mật độ xây dựng cao, hố móng sâu được tạo ra bằng phương pháp mở (khác với phương pháp kín được sử dụng trong xây dựng tàu điện ngầm). Để xây vách đất cho các hố móng cần các cọc khoan nhồi kết cấu bê tông cốt thép. Để xây hố móng thường sẽ khoan giếng trong lòng đất và đổ bê tông. Tuy nhiên, các chuyên gia xác định đất ở Moskva và St. Peterburg là đất yếu và có thể thay đổi đặc tính. Do đó, áp dụng mô hình của nước ngoài sẽ dẫn đến việc hủy hoại các công trình lân cận. Một điểm nữa cần tính đến là việc ngầm hóa các tiện ích công nghệ truyền thông, mạng kỹ thuật và hệ thống tàu điện ngầm. Theo TS. Rashid Mangushev, công nghệ nói trên khả thi với một số thành phố của Đức như Hamburg hoặc Munich, nhưng không phù hợp với tính chất đất của 2 thành phố Nga. Việc xây dựng được tiến hành trên một lớp đắp rất dày của nền đất thiếu ổn định, vì thế công nghệ đã được cải tiến để phù hợp với điều kiện sẵn có. Các chuyên gia đã bơm bổ sung vữa xi măng vào giữa các cọc để tường vách bằng các cọc này không thấm nước.

Four Seasons Hotel trên Quảng trường Manezhnaya (Moskva), trong trung tâm lịch sử dày đặc các công trình lịch sử

Thành phố St. Peterburg có các điều kiện địa chất phi chuẩn, rất khác biệt. Đất yếu và no nước, mực nước ngầm cao, gây khó khăn cho việc xây dựng ở trung tâm thành phố. Trong lịch sử, thành phố được xây dựng trên vùng đầm lầy, chính xác hơn, đây không phải khu vực đầm lầy mà là đất yếu. Thiết lập các không gian ngầm trong điều kiện như vậy, tính đến việc bảo tồn các di tích lịch sử có mật độ dày đặc ở khu vực trung tâm là một vấn đề rất phức tạp. Việc thiết kế bài bản và xây dựng có chú trọng đến tất cả các đặc điểm vừa nêu sẽ giúp phát triển quy hoạch của thành phố.

Thi công xây dựng trung tâm thương mại ngầm Okhotny Ryad bên dưới Quảng trường Manheznaya

Trong số hơn 60 công trình của dự án, Nhà hát Marinsky 2 độc đáo hơn cả. Bên dưới tòa nhà Nhà hát ở ngay trung tâm thành phố hiện nay, một hố móng kích thước 150 x 90 m và độ sâu 12,5 m được hình thành. Đặc điểm khu vực: kênh đào Obvodny bên cạnh và cách địa điểm xây dựng chỉ khoảng 15m có công trình di tích lịch sử cần được bảo tồn. Để giải quyết tất cả những vấn đề này, các giải pháp sáng tạo đã được áp dụng trong quá trình xây dựng phần ngầm Nhà hát; đặc biệt, công nghệ cải tiến “top - down” được vận dụng lần đầu tiên ở Nga. Công nghệ được hiểu là một công trình được xây dựng từ phần trên xuống phần dưới - đất được phát triển phía dưới các tầng đã có (là các kết cấu cố định của công trình tương lai) và được loại bỏ thông qua các cửa sổ công nghệ. Phương pháp này cho phép xây dựng các tòa nhà ở những khu vực nhỏ hẹp có mật độ xây dựng cao.

Ở ngay trung tâm Thủ đô nước Nga, trên Quảng trường Manezhnaya là Four Seasons Hotel được tái thiết từ khách sạn Moskva nổi tiếng trước đây. Được xây dựng từ năm 1935, trong nhiều thập kỷ khách sạn Moskva là một trong những tòa nhà lớn nhất Thủ đô. Tuy nhiên, đã đến lúc cần tái thiết, và công việc được tiến hành trong những điều kiện không hề đơn giản.

Tổ hợp gồm 2 khối nhà: khối nhà 10 tầng hướng ra Quảng trường Cách mạng (đối diện Bảo tàng Lênin) và khối nhà 6 tầng hướng ra Quảng trường Nhà hát Lớn. Phần ngầm của khách sạn có 2- 4 tầng. Bên trong, phía dưới một phần của công trình, một không gian với hố móng sâu tối đa hơn 14m được hình thành. Vấn để ở chỗ: trong vùng ảnh hưởng của hố móng sâu hiện hữu nhiều công trình ngầm kế cận như bãi đỗ xe ba mức, bảo tàng khảo cổ học, trung tâm thương mại Okhotny Ryad và bến xe ngầm bốn mức. Một trong những phương pháp mới được áp dụng khi xây dựng phần ngầm của Four Seasons Hotel là “tường trong đất” - kết cấu bao quanh đặc biệt được hình thành cho hố móng, bảo vệ kháng lại áp lực ngang của đất và đóng vai trò vách ngăn nhân tạo đối với dòng nước trong lòng đất. Kết quả, việc tái thiết thành công mà không ảnh hưởng tới hoạt động của các công trình ngầm khác.

Các giải pháp khoa học công nghệ và việc ứng dụng các giải pháp vào xây dựng ngầm đã được đưa vào các sách giáo khoa chuyên ngành và thiết bị giảng dạy trực quan cho sinh viên Đại học Xây dựng St. Peterburg. Một số trong đó đã được đưa vào bộ ấn phẩm được trao Giải thưởng của Chính quyền St. Peterburg và Giải thưởng của Chính phủ Liên bang Nga trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo.

Lối vào trung tâm thương mại Okhotny Ryad từ Quảng trường Manezhnaya hiện nay

Hiện nay, các nhà khoa học Nga đang tiếp tục tạo các mô hình tính toán kết cấu ngầm, phát triển phần mềm thiết kế trong nước trong khuôn khổ chương trình thay thế nhập khẩu. Kinh nghiệm có được từ siêu dự án trên sẽ giúp tối ưu hóa hệ thống giao thông của các siêu đô thị. TS. Rashid Mangushev nhận định, nhờ những giải pháp mới, việc xây dựng bãi đỗ xe ngầm dưới đại lộ Champs de Mars (chạy ngang qua trung tâm lịch sử) với công suất chứa 800 ô tô là hoàn toàn khả thi, giúp giảm áp lực cho trung tâm lịch sử St. Peterburg mà không phá vỡ cảnh quan đang có.

Các tác giả của dự án nhấn mạnh, một trong những mục tiêu chính trong lĩnh vực xây dựng ngầm là xây dựng những cấu trúc ngầm an toàn tại trung tâm các thành phố mà không hủy hoại các quần thể kiến ​​trúc. Điều này cho phép phát triển hạ tầng hiện đại và thiết lập môi trường tiện nghi cho mọi người.

 https://sience.rf,tháng 3/2023

ND: Lệ Minh