Đường hầm dưới nước được xây dựng như thế nào?

[Khánh Phạm]

Hàng ngàn người đi tàu điện ngầm từ phía bắc đến phía nam London, hoặc đi qua eo biển Manche qua Đường hầm eo biển Manche mỗi ngày, nhưng họ chỉ có thể làm như vậy nhờ một đặc điểm khá quan trọng – đường hầm dưới nước. Một kỳ công kỹ thuật ấn tượng như vậy được xây dựng như thế nào?

Lá chắn đường hầm​

Đường hầm dưới nước khiến mọi người bối rối cho đến khi kỹ sư người Pháp-Anh Marc Isambard Brunel lấy cảm hứng từ thiên nhiên vào năm 1818. Sau khi quan sát cách các tấm vỏ của giun tàu cho phép chúng đục xuyên qua gỗ, Brunel đã áp dụng nguyên lý đó và mở rộng thành tấm chắn đường hầm.

Trong trường hợp này, đó là một vỏ gang hình chữ nhật khổng lồ có các lỗ chớp trên tường, được mở từng cái một để thợ mỏ có thể đào đất mềm bên ngoài. Sau đó, tấm chắn được đẩy về phía trước bằng kích vít và quá trình này được lặp lại, với "vỏ" bảo vệ của đường hầm được xây dựng bằng gạch ở khu vực mới được đục đẽo phía sau.

Điều này dẫn đến việc đường hầm dưới nước đầu tiên được xây dựng dưới sông Thames ở London, hoàn thành vào năm 1842. Các đường hầm dưới sông Thames sau này đã cải tiến phương pháp này bằng cách tạo áp suất cho không khí phía trước tấm chắn để cố gắng ngăn chặn lũ lụt trong quá trình xây dựng.

Tấm chắn đường hầm vẫn được sử dụng ngày nay, nhưng thay vào đó là hình trụ và có xu hướng được làm bằng thép, cũng được sử dụng để làm vòng đỡ của đường hầm. Các biến thể hiện đại cũng sử dụng kích thủy lực để đẩy tấm chắn về phía trước, nhưng khi nó không di chuyển, khu vực phía trước tấm chắn có thể được tiếp cận thông qua một cánh cửa. Để bảo vệ những người ra ngoài làm việc ở đó, tấm chắn cũng có mũ trùm bảo vệ.

Máy đào hầm​

Tất nhiên, đào qua đất mềm là một chuyện – khoan qua đá ngầm là một chuyện hoàn toàn khác. Đó là nơi công nghệ hiện đại đã thay đổi trò chơi, dưới dạng máy đào hầm (TBM), được sử dụng trong quá trình xây dựng Đường hầm Eo biển Manche.

TMB có chức năng tương tự như tấm chắn đào hầm, nhưng trong trường hợp này, đầu cắt quay cơ học, thay vì dùng sức người, được sử dụng để đào xuyên qua tảng đá ở phía trước. Nó thực hiện điều này bằng cách tác dụng lực lên tảng đá, khiến nó bị nứt. Và thay vì mọi người phải kéo các mảnh vỡ ra khỏi đường đi, tảng đá bị nứt sẽ được đưa trở lại trên băng chuyền.

Tổng cộng có 11 TMB được sử dụng để đào ba đường hầm dài 56,3 km (vâng, thực ra còn nhiều hơn một đường hầm), ở độ sâu 45 mét dưới đáy biển.

Đường hầm ống chìm​

Với các phương pháp trước đây, các bức tường đường hầm được xây dựng khi đào, nhưng đó không phải là cách duy nhất để thực hiện. Ngoài ra còn có phương pháp đào hầm ống chìm, một kỹ thuật do kỹ sư người Mỹ WJ Wilgus phát triển.

Phương pháp này bao gồm việc đào đường hầm ở nơi khác trước, tạo ra nhiều đoạn đúc sẵn, trong khi một rãnh được nạo vét từ sông hoặc đáy biển nơi đường hầm được định sẵn. Sau đó, các đoạn được thả nổi đến khu vực đó và chìm xuống, nước được đổ ra khỏi chúng và vật liệu đào được đặt trên đường hầm để chôn nó và khôi phục lại nền.
Hy vọng giải đáp được thắc mắc cho bạn.