Hầm đường bộ Kim Liên

Hầm đường bộ Kim Liên là hầm cơ giới đầu tiên của Hà Nội được thông xe vào sáng ngày 16/6/2009.

Hầm xe cơ giới Kim Liên được khởi công từ tháng 7/2006, với tổng vốn đầu tư hơn 467 tỷ đồng. Hầm dài 140m, đường dẫn dài 100m, chiều rộng hầm 18,5m, chiều cao 6,25m, chiều cao thông xe trong hầm 4,75m. Ngoài đường hầm dành cho xe cơ giới còn có hầm dành cho người đi bộ gồm hai nhánh cắt qua đường Lê Duẩn và Giải Phóng, cùng hệ thống thoát nước, chiếu sáng, tuy nen kỹ thuật...

Ngoài phần đường hầm chính Dự án xây dựng và cải tạo nút giao thông Kim Liên còn có 4 hạng mục: hai hầm bộ hành cắt ngang qua đường Giải Phóng và Lê Duẩn, trạm bơm, hệ thống thoát nước và hầm kỹ thuật. Theo đó, đường hầm phía đường Lê Duẩn sẽ dài 30m, đường phía đường Giải Phóng dài 60m, với mặt cắt ngang cao 3,5m và rộng 4,8m.[2]

Dự kiến toàn bộ dự án nút giao thông Kim Liên sẽ được hoàn thành vào dịp kỷ niệm giải phóng Thủ đô 10/10/2009.[3]

Mục lục

Hệ thống thoát nước

Độ sâu của hầm đang sâu hơn mực nước của hồ Bảy Mẫu. Nhưng trong thiết kế đã giải quyết các vấn đề liên quan đến các hệ thống thoát nước khác nằm ở mức cao hơn so với hầm. Đây là một công trình vĩnh cửu nên tất cả yếu tố ảnh hưởng đều phải đảm bảo từ quá trình thiết kế cũng như thi công.

Thiết kế hệ thống thoát nước của hầm do Viện Thiết kế cầu hầm và kết cấu Nhật Bản (JBSI) thực hiện. Cơ sở của thiết kế này là dựa trên số thống kê cường độ mưa lớn nhất trong mười phút suốt 25 năm (1974-1999) tại Hà Nội. Từ đó, họ đưa ra công suất thiết kế của hệ thống bơm tiêu nước đảm bảo cho cường độ mưa 175mm/giờ. Trong khi đó, dự án thoát nước giai đoạn 1 của Hà Nội là tiêu thoát 172mm/hai ngày và 310mm/hai ngày ở giai đoạn 2.

Hầm được bố trí ba máy bơm thường trực và một máy dự phòng. Hệ thống thu nước từ các đường gom hai bên sẽ đưa nước xuống hầm bơm và dẫn tới trạm bơm đặt trong công viên Thống Nhất cạnh đó. Trạm bơm hoạt động hoàn toàn tự động và bơm nước ra sông Sét theo cống Nam Khang. Toàn hệ thống có ba máy bơm thường trực, một máy bơm dự phòng (mỗi máy bơm có công suất 10m3/ phút). Các máy bơm hoạt động lần lượt tùy theo mực nước ngập trong hầm. Khi trong hầm hết nước thì máy bơm ngừng hoạt động.

Trên mặt bằng hầm còn có hệ thống thu nước và được thi công để nước bề mặt không tràn vào miệng hầm. Trường hợp nước ngập xung quanh cao quá 0,8m thì nước mới tràn vào hầm. Trận mưa lụt tại Hà Nội năm 2008 có cường độ 400mm nhưng khu vực ngập sâu nhất ở nút giao thông Kim Liên cũng chỉ đến 300mm. Có thể nói hệ thống thoát nước của hầm đã được thiết kế với những yếu tố khắt khe nhất và lường tới cả những yếu tố bất thường của các trận mưa lớn trong tương lai.

Để dự phòng cho hệ thống bơm sẽ bố trí máy phát điện 350kVA, đảm bảo chạy được cả bốn máy bơm. Với 2.000 lít dầu dự trữ sẽ đảm bảo cho máy phát điện và máy bơm hoạt động liên tục trong tám giờ.[4]

Sự cố ngập nước

Sau khi đưa vào vận hành, hầm đã nhiều lần bị ngập sau các cơn mưa lớn:

Trưa 16/6 năm 2009, sau 2 giờ sau thông xe hầm Kim Liên đã bị mưa lớn nhấn chìm. Sau đó một tuần, Hà Nội lại xuất hiện mưa lớn và hầm Kim Liên tiếp tục ngập.

Một giờ sau cơn mưa sáng 13/7/2010, hầm cơ giới Kim Liên có đoạn ngập sâu 1m. Xe máy qua hầm ngập tới yên, ô tô con chết máy, xe khách 24 chỗ ngồi cũng sặc nước. Giao thông qua hầm đình trệ, sở Giao thông vận tải phải đóng cửa hầm trong 1 giờ để bơm thoát nước.

Nguyên nhân

Hệ thống bơm với công suất đó hoàn toàn thừa khả năng tiêu thoát nước với một số cơn mưa lớn vừa qua nếu như tính toán với công suất và lượng mưa về mặt lý thuyết, tuy nhiên nếu xung quanh bị ngập thì chắc chắn hầm không đủ khả năng bơm nước ra ngoài vì lưu lượng nước vào hầm sẽ lớn hơn nhiều so với lưu lượng mưa được tính toán.

Theo giải thích của một số nhà chức năng, nguyên nhân các sự cố ngập nước của hầm

Vào ngày 16/6 năm 2009 do hệ thống bơm chính chưa đưa vào hoạt động chính thức, vẫn phải đang dùng hệ thống bơm phụ phục vụ thi công. :[5]

Vào ngày 13/7/2010 do cửa thu nước được làm quá nhỏ, khiến nước vào bể chứa không kịp, không đủ nước cho hệ thống bơm vận hành. Thực tế, hệ thống bơm chỉ chạy khoảng 1/8 công suất”[6]

Thông gió

Theo thiết kế hiện nay (hình dưới), đây là đường hầm 2 làn đường xe chạy độc lập, có bầu không khí không độc lập, vì chỉ được phân cách bởi 1 hàng cột thưa; nhưng lại muốn thông gió cưỡng bức cho mỗi làn đường xe bằng 1 cặp quạt treo dưới trần mặt cắt ngang thấp nhất, để thổi gió theo chiều xe chạy. Về mặt thông gió, đây là thiết kế kém hiệu quả do nhiều yếu tố chủ quan khác nhau:

- Quạt 2 phía luôn gây trở lực cho nhau, gây quẩn gió; khó điều tiết hoạt động theo chiều luồng gió tự nhiên ; đặc biệt ít có điều kiện thực hiện phương án ngừng chạy quạt ở làn đường hầm chạy xe cùng chiều với luồng gió tự nhiên trong thực tế.

- Quạt treo dưới trần mặt cắt ngang thấp nhất, cho nên khó theo dõi động thái của quạt; khó sửa chữa, thay thế khi cần thiết và thường gây cản trở luồng khói nóng bốc lên cao.

- Khi quạt hoạt động, làm tăng áp cho luồng gió, gây cản trở khói bụi và khí nóng bốc lên; có thể gây quẩn khói có hơi xăng dầu xuống gầm xe, làm nguy cơ cháy nổ xe tăng lên.

Nền móng

Hầm Kim Liên được các chuyên gia Nhật Bản thiết kế trên nguyên tắc đẩy nổi.

Hầm được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía đuờng Đào Duy Anh, chính vì vậy nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1.5-6m. Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi khi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng không phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi không. Việc gia cố ít nhiều có ảnh hưởng đến độ lún của các đốt hầm. 

Trong quá trình bơm vữa làm cột đỡ cho hệ thống đường tạm (bearing piles) gặp địa chất rất yếu (cát chảy) dưới độ sâu khoảng 20m. Trong giai đoạn này công tác thi công thì đảm bảo yêu cấu thiết kế

Kết cấu

Bề dày tường bê tông cốt thép hầm chính dày 1m. Chiều dày đất đắp từ mặt đường xuống đỉnh hầm từ 1,8 đến 3m. Phần tường chắn dạng chữ U dài 350m trong đó phía đường Đại Cồ Việt dài 173m, bên phía đường Đào Duy Anh dài 177m. Mỗi đốt tường chắn dạng chữ U dài 20m, chiều cao thay đổi theo độ dốc dọc cửa hầm, chiều rộng lòng trong của tường chắn là 19m. Phần kết cấu hầm chính được thiết kế bao gồm 2 làn đường, mỗi làn rộng 7,5m. 

Biện pháp thi công

Đường hầm chính được thi công bằng phương pháp đào hở, vị trí đào sâu nhất là 13m, cọc cừ bằng cừ ván thép dài 16m. Trước khi đào nền đất, hố móng được gia cố bằng vữa xi măng dày từ 1,5 đến 3m để đảm bảo không có nước ngầm chảy vào.

Các đốt hầm với chiều dài 20m được thi công độc lập với nhau. Việc đổ bê tông không liên tục cũng đã được xử lý bằng các băng can nước(bên cạnh có hồ bảy mẫu)

Nhà thầu đã phải mất rất nhiều thời gian để hoàn thành công tác cải tạo đất dưới đáy hầm và làm hệ thống cọc ván thép, hệ thống hỗ trợ công tác đào đất, công tác vận chuyển đất phế thải không được phép hoạt động trong giờ hành chính, nên công việc này chỉ thực hiện được từ 10h đêm hôm trước đến 6h sáng ngày hôm sau nên tiến độ thi công hạng mục chính của dự án bị chậm lại so với kế hoạch đã đề ra. 

Chất lượng của hầm theo đánh giá chủ quan là đảm bảo.

Biện pháp chống thấm

Tại các vị trí nối đặt cốt thép bình thừong có thêm các thanh thép nối (joint bars) liên kết ngàm giữa các đốt hầm. Giữa các liên kết thi công có các tấm ngăn nước (water stop) được đặt giữa các khối bê tông. Vật liệuchống thấm mối nối là Sika Flex, toàn bộ mặt hầm được chống thấmnhư chống thấm mặt cầu.[10]. Một số vị trí do thi công tấm tấm ngăn nước có bi sai lệch vị trí và sau đó nhà thàu phải đục bê tông va đặt lại bơm vữa sika rất tốn kém, tuy nhiên vế quá trình thi công nhà thàu và tư ván rất nghiêm túc vì vậy không đáng ngại.

Mẫu băng chặn nước chuyên dụng cho khe co dãn

Sự cố rò rỉ nước

Trên tường tại vị trí cột số 8-9 xuất hiện những vết nước đen rỉ ra ở giữa tường chảy thành vết dài xuống mặt đường. Vệt đen dài khoảng 2m, rộng 10cm, nhìn xa giống như bị bôi bẩn, tuy nhiên khi lại gần trên tường có vết nứt nhỏ và nước chảy ra từ đây. Cũng tại vị trí này trên trần hầm xuất hiện 3 vệt nước nhỏ dài hơn 1m. Đặc biệt, tại điểm mấu giữa trụ số 8-9 nước chảy thành giọt lớn liên tục xuống dải phân cách giữa đường hầm, bắn vào người đi đường.[11]Tại điểm nối giữa đốt hầm 8-9, nước tiếp tục thấm mang theo màu của phụ gia vàng sẫm, pha nhựa đen tràn ra ở khe co giãn phía tường hầm (theo hướng Đại Cồ Việt - Đào Duy Anh) tạo thành những vệt màu ố dài trên 2m.

Điểm rò rỉ ở mối khe nối đốt hầm 8-9 [3]

Vết dò rỉ ngang ở hầm Kim Liên[12]

Cách đó không xa, đi từ phía làn Đào Duy Anh sang Đại Cồ Việt, vừa đi hết phần hầm hở, vào hầm kín chừng 5m cũng dễ dàng bắt gặp những vệt ố vàng ở một khe nối khác.[3]

Ảnh hưởng

Nhiều người cho rằng rò rỉ nước ở hầm Kim Liên nằm trong mức độ cho phép. Hầm Kim lên là hầm trên cạn nên không cần thiết phải có kết cấuchống thấm tuyệt đối. Một số kỹ sư nói rằng ở Nhật Bản cũng có hiện tượng này còn nhiều hơn ở tại hầm Kim Liên, và cho tới nay công trình của họ vẫn tồn tại.

Nguyên nhân

Theo ý kiến ban đầu của đơn vị tư vấn, nguyên nhân gây thấm có thể bắt nguồn từ các lý do: lún cục bộ tại mối nối (kết quả quan trắc lún từ tháng 4/2009 đến tháng 7/2009 cho thấy có độ lún nhỏ từ 1-2mm) hoặc lỗi trong quá trình thi công đã làm hỏng màng ngăn nước tại khe giãn. Tuy nhiên, tư vấn khẳng định công trình vẫn an toàn về kết cấu, không có những ảnh hưởng đến việc lưu thông trong hầm.[13]

Có thể do một hay tổ hợp các nguyên nhân sau:

Có nhiều nguyên nhân gây ra thấm được giả định như sau:

- Chất lượng màng chống thấm.

- Chất lượng thi công màng chống thấm

- Chất lượng nền móngcông trình

- Chất lượng thi côngkết cấu hầm

- Phạm vi chống thấm được thíêt kế và thi công.

- Đối với việc rạn nứt bê tông (nếu có) thì cũng có nhiều nguyên nhân như chất lưọng vật liệu, khả năng chịu lực của kết cấu, chất lưọngj thi công... đặc biệt với kết cấu bê tông khối lớn như vậy thì vấn đề bảo dưỡng cũng như các biện pháp hỗ trợ tránh hiện tưọng nứt vì nhiệt cần được coi trọng.

- Có thể xảy ra chuyển vị nhỏ của tường chắn, dẫn đến khe co giãn không phát huy tác dụng 100% - Mực nước ngầm tại đây khá cao, sẽ tạo áp lực nhất định lên các vị trí chắn nước xung yếu.Việc thi công tường chắn ở đây khá cẩn thận, tuy nhiên không thể khẳng định 100% các khe co giãn kín tuyệt đối. [14]

- Nước mặt (do mưa) có thể cũng là nhân tố quan trọng trong hiện tượng rò rỉ này, hiện nay phần mặt đường phía trên hầm cả hai bên đều chưa hoàn thiện.

Nguyên nhân gây thấm ở khe co giãn

Căn cứ vào kết cấu của khe co dãn ta có thể thấy vài nguyên nhân cơ bản làm cho nước chảy như sau[15]:

1 – Do khi thi công người ta đặt sợi không chuẩn, không có biện pháp làm kín chuyên nghiệp nhằm tránh mất nước xi măng ở cả 2 vị trí tiếp xúc bên trên và bên dưới, giữa băng cản nước chuyên dụng loại O PVC và bê tông đốt hầm, điều này đã tạo ra những vệt bọng rỗ bê tông chạy dài theo khe co dãn, làm mất tác dụng của băng cản nước PVC, theo lẽ tự nhiên nước chảy qua các vị trí bọng rỗ đó mà ra ngoài. Hình minh họa nguyên nhân:

2 – Khi sửa chữa khe co dãn, người có trách nhiệm của hầm đã chọn phương án xử lý không phù hợp (đến mức khó hiểu). Người ta đã cho dùng bitum nhét vào khe, trám lại bằng vữa...tạo ra một khe giả che sự rò rỉ nước ở bên trong, nên khi đưa hầm vào khai thác, lớp vữa tạo khe bên ngoài đã không chịu nổi tải trọng rung nên bị nứt, các vị trí liên kết giữa bê tông cũ và vữa trám bị bung, nước chảy ra và cái mầu đen ngòm của nước chảy ra từ khe co dãn là minh chứng rất rõ cho phương án kỳ lạ đó.

Đây là hình ảnh chứng minh rất rõ nước chảy đen (màu bitum) chảy ra ở đường tiếp giáp giữa vữa tạo khe mới và bê tông hầm do bị bung.

Biện pháp xử lý

Theo quan trắc[16] thì có hiện tượng lún không đều giữa 2 đốt hầm, do đó cần phải có biện pháp đúng đắn xử lý trước khi đưa ra giải pháp chống thấm. Do đó, tại hầm Kim Liên, đơn vị thi công đã tiến hành bơm vữa áp lực với vật liệu Polygrout không thuộc gốc xi măng, vì nếu sử dụng loại vật liệu gốc xi măng đối với kết cấu có chuyển vị sẽ không triệt để. Một số vị trí sau khi được bơm vật liệu Polygrout thì thấy không còn hiện tượng thấm dột. Các vị trí khác còn thấm dột là do chưa được xử lý.[17]

Nhà thầu Taisei (Nhật Bản) sẽ thực hiện biện pháp xử lý chống thấm (đã được tư vấn JBSI-Viện kết cấu và cầu Nhật Bản phê duyệt) kể từ ngày 10/8. Hiện tượng trên sẽ được giải quyết xong trước khi công trình hoàn thành vào tháng 9/2009. Về công tác phòng chống úng ngập trong mùa bão lũ, MPMU cho biết, nhà thầu vẫn đang gấp rút thi công để hoàn thiện những hạng mục còn lại của hầm đường bộ Kim Liên và có kế hoạch phân luồng, đảm bảo an toàn giao thông khi hầm bị úng ngập.[13]