Vài nét về công nghệ khoan kích ống ngầm – Giải pháp hữu hiệu cho xây dựng hạ tầng ngầm đô thị tại Việt Nam

Hiện nay, tại một số đô thị lớn ở Việt Nam như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh…đang có mật độ dân cư và giao thông đông đúc. Vì vậy, nhu cầu các công trình hạ tầng ngầm như đường ống điện, viễn thông đặc biệt hệ thống cấp thoát nước trở nên vô cùng bức thiết. Việc xây dựng các công trình này từ trước đến này vẫn áp dụng công nghệ đào hở, công nghệ này tuy đơn giản, yêu cầu về máy móc thiết bị hay nhân công không phức tạp nhưng có những nhược điểm lớn như: phải có mặt bằng thi công lớn nên thường hay bị chậm tiến độ do khó giải phóng mặt bằng; đường ống kỹ thuật hiện hữu chằng chịt (ống cấp thoát nước, điện, viễn thông…); gây tắc nghẽn giao thông, tiếng ồn, ô nhiễm không khí, tổn thất kinh tế; không thi công được những công trình có yêu cầu lắp đặt ở vị trí sâu; phá hủy bề mặt đường, tốn kém chi phí cho công tác tái lập mặt đường…

Công nghệ khoan kích ống ngầm (Pipe Jacking) là công nghệ lắp đặt kỹ thuật ngầm trong lòng đất, thiết bị kích thủy lực được sử dụng để kích các đốt cống nối tiếp nhau theo đầu mũi khoan từ một giếng kích đến một giếng nhận để tạo nên một đường ống dài và thông suốt. Công nghệ này được ứng dụng trong các công trình xây dựng hệ thống cấp thoát nước, điện, viễn thông, …những công trình đi qua đường có mật độ giao thông cao, không thể thi công đào hở từ trên xuống vì có nhiều chướng ngại vật trong tầng đất bề mặt, các đoạn băng qua sông, đường sắt hoặc trong các trường hợp phải lắp đặt ống ở những vị trí sâu. Công nghệ khoan kích ống ngầm có những “Ưu điểm” vượt trội như giảm khối lượng đào do đó giảm chi phí vận chuyển và khối lượng mặt đường phải tái lập, hạn chế kẹt xe, ít gây ô nhiễm môi trường hay ảnh hưởng đến đời sống người dân, bên cạnh đó còn giảm thiểu ảnh hưởng đến các công trình hạ tầng kỹ thuật khác, ít rủi ro về sụt lún tại khu vực thi công và thời gian thi công nhanh. Chính vì những ưu điểm đó nên việc áp dụng công nghệ khoan kích ống ngầm vào thi công các công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm là rất cần thiết và phù hợp, đặc biệt đối với các đô thị lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh….

Công nghệ khoan kích ống ngầm đã xuất hiện từ khoảng 40 năm nay trên thế giới, nhưng mới được ứng dụng vào thi công một số công trình tại Việt Nam như Dự án cải thiện môi trường nước TP. Hồ Chí Minh gói thầu C (năm 2008), đường kính 1.200mm, dài 100m; Dự án vệ sinh môi trường TP. Hồ Chí Minh (Lưu vực Nhiêu Lộc – Thị Nghè) – gói thầu 7B: Kích đoạn cống bao còn lại băng sông Sài Gòn (năm 2010), đường kính 3.000mm, dài 227m; Dự án đường Tân Sơn Nhất – Bình Lợi – Vành đai ngoài: Khoan kích ống ngầm đường kính D1500 băng đường sắt (năm 2013); Lắp đặt đường cống D1500 băng ngang Quốc lộ 1A – TP. Hồ Chí Minh (năm 2013) đường kính 1.500mm, dài 131m và dự kiến sẽ triển khai áp dụng trong Dự án đầu tư xây dựng hệ thống Nhà máy xử lý nước thải Yên Xá – Thành phố Hà Nội.

Quy trình thi công công trình sử dụng công nghệ khoan kích ống ngầm bao gồm các bước cơ bản sau :
– Thi công giếng kích và giếng nhận;
– Lắp đặt tường chịu lực (tường kích), các bộ phận khung kích, hệ thống ray đỡ và kích thủy lực, điều chỉnh kích thủy lực cho đúng với tim tuyến và độ dốc tuyến như thiết kế;
– Lắp đặt hệ thống dẫn hướng để xác định các điểm được chỉ định theo thiết kế, trong suốt quá trình thi công cần liên tục kiểm tra sự chính xác của tim tuyến đào thực tế và tất cả các sai lệch cần được điều chỉnh ngay lập tức;
– Lắp đặt thiết bị đào: thiết bị đào được hạ xuống giếng kích, lắp vào vị trí quy định trên hệ thống ray đỡ và điều chỉnh cho phù hợp với các yêu cầu thiết kế;
– Liên kết vòng đệm kích với thiết bị đào;
– Đẩy thiết bị đào qua cửa hầm đã chuẩn bị trước tại giếng kích, bắt đầu quá trình đào, vận chuyển đất đào về phía giếng kích để đưa lên mặt đất;
– Co các đầu kích lại, tạo ra một khoảng trống để lắp đặt các đốt ống cống;
– Lắp đặt đốt ống cống vào rãnh kích đẩy;
– Liên kết bản kích đẩy với đốt ống cống và đốt ống cống với thiết bị đào (đốt ống cống được lắp đặt trực tiếp sau thiết bị đào);
– Đẩy đốt ống cống về phía trước, đào, vận chuyển đất ra giếng kích và đưa lên mặt đất;
– Thực hiện tương tự với các đốt cống tiếp theo cho đến khi đạt được độ dài đường ống như thiết kế. Trong quá trình thi công, vữa bôi trơn sẽ được bơm vào để giảm ma sát giữa bề mặt ngoài của ống với lỗ đào và bùn sẽ được hút ra ngoài qua hệ thống bơm hút bùn;
– Tại giếng nhận thu hồi lại thiết bị đào, tại giếng kích thu hồi lại thiết bị kích, rãnh kích, các trạm kích trung gian…;
– Dọn dẹp mặt bằng thi công.
Trong quá trình thi công công trình sử dụng công nghệ khoan kích ống ngầm cần lưu ý đến một số vấn đề sau:
– Điều kiện và tình trạng đất nền: Việc khảo sát địa kỹ thuật phải được tiến hành chi tiết, đầy đủ về đặc điểm địa hình, cấu trúc địa tầng, đặc biệt là các chỉ tiêu, thông số về đất nền và mực nước ngầm. Công nghệ này có thể áp dụng trong những điều kiện đất nền không ổn định nhưng phải có những biện pháp xử lý đặc biệt. Trong thực tế xây dựng, các điều kiện của đất nền có thể rất khác so với những thông số địa kỹ thuật nhận được trong giai đoạn khảo sát địa chất dẫn đến các tai biến địa kỹ thuật trong quá trình thi công như sụt lún bề mặt. Bên cạnh đó những chướng ngại vật ngầm bị vùi lấp có thể gây rủi ro cho các trang thiết bị thi công đặc biệt là thiết bị đào và mất nhiều thời gian để xử lý chúng.
– Những sai sót trong lựa chọn kích thước và thiết kế giếng kích, giếng nhận;  bố trí mặt bằng xây dựng và các thiết bị phụ trợ thi công không phù hợp:

Giếng kích là khu vực bố trí thiết bị kích, đưa ống xuống và vận chuyển đất đào lên mặt đất, là đối tải để truyền lực kích đẩy một cách đồng đều cho các ống, giếng nhận là khu vực thu hồi thiết bị đào. Giếng kích và giếng nhận phải đảm bảo kín nước cho khu vực tác nghiệp khi thi công ở vị trí thấp hơn mực nước ngầm, là nơi đặt thiết bị quan trắc và dùng làm các bộ phận kiểm tra, buồng tác nghiệp công trình sau khi hoàn tất công việc lắp đặt công trình. Việc xác định kích cỡ và sơ đồ bố trí giếng phụ thuộc vào kích thước và cấu hình của thiết bị kích; độ dài và kích thước của đốt ống; các điều kiện về đất và nước ngầm; kiểu hệ thống chống đỡ được sử dụng, nếu có sai sót trong quá trình này có thể khiến nước hoặc bùn đất tràn vào, đáy giếng và tường kích không ổn định…một số trường hợp có thể gây sập đổ giếng.
Mặt bằng xây dựng được tổ chức ở khu vực xung quanh miệng giếng kích đẩy, là nơi để bố trí một số thiết bị và dịch vụ phụ trợ, bao gồm: thiết bị xử lý, tập kết và đổ bỏ đất đào; thiết bị trộn, hệ thống bơm hút bùn, vận chuyển và hạ ống…Việc bố trí không phù hợp có thể gây khó khăn đến quá trình vận chuyển các đốt ống cống và đất lên xuống hoặc ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

– Những sai sót trong lựa chọn phương pháp đào, lắp đặt thiết bị đào và chống đỡ nền trong điều kiện đất nền không ổn định: Việc lựa chọn phương pháp đào và các giải pháp chống đỡ nền để ổn định gương đào trong điều kiện này là rất quan trọng. Việc lựa chọn sai phương pháp đào có thể dẫn tới không kiểm soát được độ ổn định của gương đào, dẫn tới sập đổ gương và gây mất ổn định công trình. Thông thường đối với điều kiện đất nền không ổn định, phải sử dụng các phương pháp đào đặc biệt kết hợp với các giải pháp chống đỡ nền như hạ thấp mực nước ngầm, xử lý nền bằng kỹ thuật phun vữa xi măng, vữa hóa học, chống đỡ trước gương đào… và đóng băng nền trong một số trường hợp đặc biệt. Khi lắp đặt thiết bị đào, nếu có sai sót sẽ gây lực ma sát và ứng suất tại mối nối tăng cao ảnh hưởng đến suốt quá trình thi công. Không kiểm soát được lực kích đẩy trong thi công có thể gây ra sự cố cho giếng kích, phá hoại ống, gây hư hỏng cho thiết bị khoan đào. Bên cạnh đó, việc bố trí trạm kích trung gian và tính toán bôi trơn không phù hợp có thể dẫn tới hư hỏng kích, gây vượt tải và nguy hiểm cho tường kích hoặc gây vượt tải cho ống trong quá trình kích.

– Thiết kế ống, vật liệu mối nối, vật liệu chống thấm, chống ăn mòn không hợp lý: Loại ống sử dụng phải có khả năng chịu tải, truyền được lực kích đẩy, đảm bảo về độ thấm nước, độ dãn dọc (bán kính uốn hoặc độ lệch góc) hay cường độ nén, những loại vật liệu thường được sử dụng là ống thép, ống bê tông cốt thép, ống chất dẻo cốt sợi hay ống bê tông polyme. Việc sử dụng ống và các loại vật liệu không đáp ứng được tiêu chuẩn kỹ thuật có thể gây ra tổn hại cho ống do vượt tải khi kích đẩy, gây áp lực nền lớn, hư hỏng kích hay thấm nước vào đường ống đã xây xong.

– Thiếu kiểm soát chặt chẽ trong quá trình thi công: Nếu thiếu kiểm soát chặt chẽ trong thi công khoan kích ống ngầm, đặc biệt là hướng tuyến hay cao độ tuyến sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Khi vượt quá dung sai cho phép có thể gây ra phá hoại liên kết mối nối do biến dạng quá lớn.

Công nghệ khoan kích ống ngầm có rất nhiều ưu điểm vượt trội, phù hợp với việc thi công các công trình hạ tầng ngầm tại các đô thị lớn ở Việt Nam. Tuy nhiên khi ứng dụng công nghệ này chúng ta vẫn gặp phải rất nhiều khó khăn do tính phức tạp của công nghệ, đòi hỏi cần có sự nghiên cứu và tìm hiểu kỹ lưỡng các vấn đề từ khảo sát địa kỹ thuật, lựa chọn phương pháp đào và các giải pháp chống đỡ nền, kết cấu vật liệu ống, mối nối, chống thấm, máy móc, trang thiết bị thi công cho đến đội ngũ chuyên gia kỹ thuật, nhân công vận hành phải có trình độ cao, am hiểu công nghệ. Không những thế, khả năng tiếp cận về công nghệ, trang thiết bị còn nhiều hạn chế do phần lớn các công trình áp dụng công nghệ này đều do nguồn vốn ODA tài trợ, nhà thầu thi công và các chuyên gia đều là của nước ngoài, thiết bị khoan kích ống ngầm chưa được sản xuất tại Việt Nam nên chi phí đầu tư ban đầu để mua thiết bị cho từng loại kích thước đường ống khác nhau là rất lớn dẫn đến đơn giá thi công cao, chi phí bảo dưỡng thiết bị phải được đầu tư thường xuyên với giá trị lớn dẫn đến giá thành ca máy cao trong khi số lượng công trình ứng dụng công nghệ này ở nước ta còn ít. Bên cạnh đó, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn, quy trình cho thiết kế, thi công, nghiệm thu các hạng mục khoan kích ống ngầm dẫn đến khó khăn khi thực hiện. Đối với các công trình đã thi công sử dụng công nghệ này vẫn đang áp dụng các hệ thống tiêu chuẩn định mức, đơn giá của nước ngoài, gây nhiều khó khăn trong việc xác định giá trị dự toán xây dựng cho các công trình sử dụng nguồn vốn ngân sách Nhà nước. Từ yêu cầu cần thiết đó cùng với chức năng nhiệm vụ cũng như bề dày kinh nghiệm nghiên cứu của mình, Bộ Xây dựng đã giao cho Viện Kinh tế xây dựng phối hợp cùng các cơ quan chức năng và các đối tác liên quan từ Nhật Bản chủ trì nghiên cứu định mức dự toán lắp đặt đường ống ngầm bằng công nghệ khoan kích ống ngầm áp dụng tại các đô thị Việt Nam, nhằm xây dựng một hệ thống định mức làm cơ sở xác định chi phí xây dựng công trình cho phù hợp với các quy định về quản lý chi phí đầu tư xây dựng công trình của Nhà nước, từng bước áp dụng rộng rãi công nghệ này trong các dự án hạ tầng kỹ thuật ngầm.