Bài học từ vụ sập trần hầm đường ô tô Sasago ở Nhật BảnĐỗ Thụy Đằng & Đỗ Ngọc Anh

1. Mở đầuVừa qua, báo chí nhiều nước đã đăng tải liên tiếp thông tin về vụ tai nạn nghiêm

trọng trong hầm đường ô tô Sasago Nhật bản. Vào khoảng 8h sáng chủ nhật 2/12/2012 (giờ địa phương); trong khi đường hầm đang hoạt động bình thường, chừng 50 - 60m trần, gồm 270 tấm bê tông cốt thép lắp ghép, dày 20cm, mỗi tấm nặng tới 1,4 tấn; ngăn cách khoang vận chuyển phía dưới, với các khoang thông gió phía trên; đã bất ngờ sập xuống (hình 1); đè bẹp và gây cháy nổ một số xe ô tô, đồng thời làm thương vong nhiều người, trong đó đã xác định được có 9 người chết tại chỗ [1] & [2]. Hầm đường ô tô Sasago dài 4,3km, nằm trên tuyến đường cao tốc Chuo ở tỉnh Yamanashi, nối hai thành phố Otsuki và Koshu. Đường hầm chạy xuyên qua các ngọn đồi gần núi Phú Sỹ, cách tây Tokyo chừng 80km. Đây là một trong những đường hầm dài nhất Nhật Bản. Đường hầm bắt đầu được sử dụng từ năm 1977 và trần hầm đã vượt qua được cuộc kiểm tra định kỳ 5 năm một lần vào tháng 9 năm nay (2012) [1] & [2]. Sơ đồ mặt cắt ngang điển hình và kết cấu treo trần của khoang vận chuyển trong đường hầm có dạng như trên hình 2 và hình 3. Từ vụ sập trần này, sơ bộ chúng ta có thể rút ra một số bài học cơ bản, để góp phần khắc phục những sai sót trong thiết kế, thi công và quản lý khai thác hầm; một mặt nhằm đề ra những phương án gia cường đạt hiệu quả cao, cho các kết cấu trần tương tự đang phải tiếp tục làm việc (kể cả các đoạn còn lại của hầm Sasago); mặt khác nhằm xây dựng được những phương án thiết kế cho những hầm đường ô tô mới, cần có trần ngăn cách khoang vận chuyển phía dưới với các khoang khác phía trên, đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao, thân thiện với môi trường, loại bỏ được những nguy cơ sập trần tương tự và luôn có đủ khả năng làm việc ổn định lâu dài.

2. Về kết cấu công trình2.1. Đặc tính của trần và các liên kết Từ ảnh chụp bên trong đoạn hầm đường ô tô Sasago đã bị sập (hình 1) và sơ đồ mặt cắt ngang điển hình (hình 2), chúng ta thấy rằng: - Kết cấu vỏ chịu lực chính của hầm có dạng vòm móng ngựa hơn nửa đường tròn. - Kết cấu trần ngăn cách khoang vận chuyển phía dưới, với các khoang thông gió phía trên là kết cấu lắp ghép 2 tấm trần bê tông cốt thép đúc sẵn. Trong mặt cắt ngang đường hầm, toàn trần nằm cùng một độ cao, phía trên tâm vỏ hầm. Mỗi tấm trần đều liên kết mép bên với một bên vai vỏ hầm; còn mép giữa, tựa trên dầm dọc treo và dầm này được treo lên đỉnh vỏ hầm bằng dãy thanh treo. - Loại liên kết các mép bên của mỗi tấm trần với vỏ chống hầm, có thể coi là loại liên kết tựa đơn giản; kể cả khi được gắn trám và lấp đầy bằng chất dính kết nào đó. Chúng rất dễ nhận chuyển vị xoay xuống phía dưới, nhất là khi phản lực ở gối tựa còn lại ở khoảng giữa hầm không đủ giữ thế cân bằng cho toàn hệ thống trần. - Thanh treo (thanh truyền lực đứng) liên kết với phần vỏ chống đỉnh hầm bằng bu lông neo và định vị các dầm dọc treo đỡ các tấm trần cũng bằng bu lông neo. Tải trọng chủ yếu của thanh treo và các bu lông neo phía trên là tải trọng động thẳng đứng vừa gây kéo chúng đi xuống, vừa gây lỏng và gây tuột các mối liên kết đơn thuần; trong đó tải trọng thường xuyên là từ trọng lượng bản thân và thành phần thẳng đứng của lực gối tựa giữa hầm, do tự trọng của các tấm trần, cùng các rung động từ hoạt động của

Hình 1: Quang cảnh đoạn trần hầm đường ô tô Sasago đã bị sập [3]

1

các xe cộ; còn tải trọng động lớn đột xuất là từ các trận động đất. Cho nên cường độ lực liên kết cả 2 đầu các bu lông neo trên đỉnh thanh treo đều rất cần phải được thiết kế, thi công và duy tu đạt chất lượng cao với các yêu cầu cần thiết nhất là: + Với đầu khóa neo nằm trong phần vỏ chống đỉnh hầm, phải đảm bảo: vừa có tính bám dính hoặc là luôn ổn định hoặc là tăng dần theo thời gian (thí dụ khi bố trí neo trong phần vỏ chống hầm có thành phần nội lực mô men luôn gây ra tác dụng nén thớ trong); vừa luôn được bảo vệ tốt, để giảm thiểu khả năng bị ăn mòn. + Với đầu ren bắt đai ốc giữ bản truyền lực trên đỉnh thanh treo, phải đảm bảo cả chất lượng mối ghép ren và lực vặn đai ốc đủ chịu lực căng từ thanh treo truyền lên. Tiện nhất là các mối ghép này được chống nới lỏng ngay khi cần thiết. + Mọi biến dạng và chuyển vị thẳng đứng, cũng như xoay của thanh treo đều làm tổn hại đến sự ổn định của các tấm trần; cho nên phải cố gắng duy trì khoảng cách từ bản truyền lực trên đỉnh thanh treo với dầm dọc đỡ các tấm trần. Theo thiết kế, yêu cầu này có thể thỏa mãn nhờ việc vặn xiết các đai ốc liên kết các đầu thanh treo trong quá trình kiểm tra và sửa chữa duy tu thường xuyên cho toàn hệ thống. Tuy nhiên, tiện nhất chúng cũng nên được chống nới lỏng ngay khi cần thiết. 2.2. Vài yếu tố chính gây mất ổn định và sập đổ kết cấu trần treo trong hầm Sasago: Từ đặc tính của các mối liên kết các tấm trần, chúng ta có thể nêu ra một số nhận định về sự ổn định của toàn hệ thống trần do thiết kế và sửa chữa duy tu công trình, có liên quan đến sơ đồ cấu tạo, sơ đồ bố trí các mối liên kết định vị chúng:2.2.1. Từ kết quả điều tra sau vụ sập đổ sáng ngày 02/12/2012; đã cho thấy nguyên nhân chính quan trọng nhất dẫn đến vụ sập là: có một số đai ốc của các mối liên kết ren định vị các thanh treo đã tuột mất và một số khác đã bi lỏng [6]. Do đó, chúng ta có thể suy ra: thiết kế khả năng mang tải của hệ thống các mối liên kết ren định vị các thanh treo trần ở đây còn phụ thuộc quá nhiều vào công tác kiểm định và sửa chữa duy tu chúng; chưa có dự trữ khả năng mang tải và biện pháp kết cấu, vừa để giảm sự phụ thuộc vào công tác này; vừa để giảm khó khăn và chi phí cho công tác đó. Nói chung, trong hầm đường giao thông cơ giới, các mối liên kết đều phải làm việc với tải trọng động và môi trường có tính ăn mòn đáng kể. Hơn nữa, các mối liên kết trần ngăn ở đây, đều cách bức với người tham gia giao thông trong hầm và chúng chỉ được tiếp cận xem xét bởi đội ngũ quản lý khai thác, kiểm định và sửa chữa duy tu đường hầm theo định kỳ hoạt động chuyên môn của họ. Vì thế, khi ngẫu nhiên có số lượng lớn các mối liên kết ren có khả năng tự lỏng bất thường cùng bị mất khả năng làm việc; chắc chắn trần sẽ bị sập. Cho nên, để ngăn chặn loại sự cố bất thường đó; đảm bảo cho các đường hầm này có thể làm việc lâu dài với độ ổn định cao, ít phụ thuộc vào sự giảm sút chất lượng của các mối liên kết; đồng thời có thể kéo dài thời gian chu kỳ kiểm định và duy tu chúng; chúng ta cần áp dụng thêm những biện pháp có hiệu quả phù hợp. Tốt nhất, ở đây cần sử dụng phổ biến các kết cấu siêu tĩnh, bằng các loại vật liệu khó bị

Hình 2: Sơ đồ mặt cắt ngang điển hìnhhầm đường ô tô Sasago [4]

Hình 3: Hệ thống thanh treo tấm trần đường hầm ô tô Sasago [5]

2

ăn mòn (hoặc đã được bảo vệ chắc chắn bởi vật liệu chống ăn mòn lâu dài), với các mối liên kết cố định. Đặc biệt, khi ở đây cần sử dụng các mối liên kết ren để tiện thi công lắp ráp; nhất thiết phải bổ sung biện pháp chống (chứ không phải hạn chế) khả năng tự lỏng ren; hoặc biện pháp hóa cứng chúng. 2.2.2. Với những đường hầm có vỏ chống dạng cong tròn, chịu tải gần như đối xứng qua trục đứng giữa hầm; nói chung, tại phần kết cấu trên đỉnh của vỏ chống (đỉnh vòm), đều xuất hiện mô men nội lực gây căng thớ trong; chỉ khi vỏ chống hầm chịu tải trọng không đối xứng rõ rệt (thí dụ khi đường hầm chịu xung động lệch, hoặc khi đường hầm đào theo các tầng đất đá phân lớp dốc nghiêng…); tại đây mới dễ có khả năng xuất hiện mô men nội lực gây nén thớ trong. Cho nên, hầu như mọi liên kết bu lông neo giữ thanh treo lên đỉnh vỏ chống hầm, tương tự như ở hầm Sasago, các lỗ đặt khóa neo đều bị kéo tách rộng dần ra theo thời gian, làm cho hầu như các lực liên kết bu lông neo ở đây cũng đều tương ứng bị giảm dần theo thời gian. Và khi các lực liên kết này không còn đủ khả năng định vị bu lông neo nào, thì bu lông neo đó sẽ mất khả năng làm việc, gây ra 2 trạng thái nguy hiểm sau: + Khi lực tác dụng của hai phần trần ở hai phía thanh treo chênh lệch nhau; thanh treo bị xô nghiêng, tạo cơ hội cho trần ngăn tụt xuống từng phần. + Dồn tải trọng cho các bu lông neo lân cận; thậm chí gây quá tải cho các bu lông neo lân cận đó; dẫn đến sự cố sập đổ các tấm trần liên quan.

Cũng theo thời gian, chất lượng của các bu lông neo ở đây đều bị giảm xuống, không những do tính từ biến của vật liệu, tác dụng điện hóa của môi trường; mà còn do các xung động (đặc biệt là các chấn động bất thường) vừa gây kéo trượt các đầu khóa neo; vừa gây giãn dài các thân neo; vừa gây lỏng, thậm chí gây rơi một số đai ốc giữ bản truyền lực đỉnh thanh treo. Thêm nữa, chính sự cộng tác dụng của các yếu tố này, đã nhanh chóng dẫn đến các biến dạng không đàn hồi và các nết nứt mỏi cho lớp bảo vệ chúng (kể cả keo dán và bê tông); mở ra điều kiện thuận lợi gia tăng khả năng ăn mòn bu lông neo và giảm độ bền, cùng với tuổi thọ của gối tựa giữa trần. - Nói chung thông số độ bền còn lại, cùng với tuổi thọ còn lại của gối tựa giữa trần này là thông số khó xác định, nhất là khi giám định bằng mắt thường kết hợp với các biện pháp gõ rung đơn giản. Hơn nữa, do các bu lông neo đều được làm bằng các hợp kim có độ bền kéo cao, cho nên độ giãn dài khi kéo đứt chúng là rất nhỏ và cũng rất khó phân biệt được bằng mắt thường. - Tuy các gối tựa đầu tấm trần lên thành hầm đều có cùng bậc tự do, nhưng mỗi gối tựa trong đó lại làm việc với một loại kết cấu riêng; theo một đặc tính cấu tạo riêng, trong một tư thế riêng và có một đặc tính chuyển vị riêng. Cho nên, mỗi gối tựa lại có một đặc tính biến dạng và chuyển vị riêng; làm cho khoảng cách giữa chúng dễ bị tăng thêm. Và sự tăng thêm này lại có thể dẫn đến diện tích bề mặt truyền lực của gối tựa không còn đủ lớn để chịu lực chèn dập hoặc lực cắt bởi tải trọng thẳng đứng tổng hợp (trong đó chủ yếu là thành phần xung động thẳng đứng và tự trọng của tấm trần). - Có thể nói, khi tấm trần có các gối tựa mang các đặc tính bất lợi như thế, mà thanh treo lại liên kết neo với vỏ chống hầm ở vị trí mô men nội lực gây căng thớ trong vỏ hầm, sẽ rất dễ xảy ra sự cố tuột neo, cùng với sự nới lỏng, thậm chí tuột rơi một số mối ghép ren nào đó, rồi sập trần. - Liên hệ với loại kết cấu trần như ở đường hầm Sasago, hiện tượng tăng khoảng cách giữa các gối tựa của mỗi tấm trần rất dễ xảy ra: trong khi gối tựa phía vai vỏ hầm gần như không bị hạ thấp xuống; nhưng lại dễ xuất hiện một hay cả hai yếu tố sau đây: + Khi thanh treo mất khả năng làm gối tựa cho tấm trần, cũng như khi cụm kết cấu, gồm các bu lông neo liên kết và thanh treo bị giãn dài ra. + Khi đặc tính của tải trọng, kết hợp với bán kính của vỏ hầm dạng vòm móng ngựa quá nửa đường tròn, dẫn đến phần vai vỏ hầm, nơi chứa gối tựa dầm trần, xuất hiện nội lực mô men gây nén mạnh thớ trong, làm tăng đáng kể chiều dài dây cung chứa các tấm trần, hình thành nguy cơ tiềm ẩn gây giảm diện tích các gối tựa của các tấm trần và gây trượt rơi chúng.

- Như vậy, trong điều kiện thông thường, 2 nguy cơ tiềm ẩn quan trọng nhất dẫn tới khả năng sập đổ trần bất ngờ đều liên quan đến các bu lông neo trên đỉnh tấm treo. Tuy nhiên, do việc kiểm tu không nghiêm ngặt, chính sự lỏng và tuột mất một số đai ốc

3

giữ các bản truyền lực đỉnh các thanh treo trần đã trở thành nguyên nhân chính trực tiếp dẫn tới vụ sập đổ bất ngờ các tấm trần trong đường hầm Sasago, Nhật bản ngày 02/12/2012; cũng như vụ sập trần đường hầm Fort Point Channel tunnel tại Boston (Mỹ) năm 2006 (Hình 4) [7] & [8]. - Do việc thay thế và căn chỉnh lại các mối ghép ren giữ các bản truyền lực đỉnh các thanh treo trần nói riêng, cũng như toàn hệ thống trần nói chung, thuộc phạm vi công tác kiểm định và sửa chữa duy tu thường xuyên, cho nên chúng ta tạm không bàn thêm ở đây. Trong phạm vi bài này, chúng ta tập trung tìm và xử lý các nguyên nhân dẫn tới vụ sập đổ trần khoang vận chuyển của đường hầm, trên cơ sở xem xét kiểu loại, tư thế và vị trí của các liên kết định vị trần của khoang vận chuyển với vỏ chống cố định trong đường hầm. - Có thể nói hình thức kết cấu hệ thống trần này chỉ có ưu điểm là dễ chế tạo và thi công; trong khi lại có khá nhiều nhược điểm, dẫn tới khả năng làm việc dễ suy giảm tuổi thọ không cao, nhất là khi đỉnh vòm hầm chịu uốn bởi mô men nội lực gây căng thớ trong với cường độ lớn; cũng như khi hầm phải đón nhận các chấn động địa chất mạnh và liên tiếp. - Khi xây dựng đường hầm trong đất đá rắn, tương tác giữa đất đá xung quanh với vỏ chống hầm phụ thuộc vào rất nhiều thông số; trong đó, đáng chú ý nhất là điều kiện địa chất, thủy văn, tư thế của đường hầm, đặc tính của vỏ chống cùng với vật liệu chèn lấp các không gian hở liên quan, đặc điểm thi công, chế độ duy tu, tọa độ nghiên cứu và tuổi của công trình ở thời điểm xem xét so với tuổi thọ dự kiến của công trình. Vì thế, ở đây chúng ta chỉ bàn đến những định hướng để xác suất xảy ra những điều kiện có lợi nhiều hơn và khống chế được nhiều nguyên nhân gây sập đổ chúng.2.2.3. Để tăng khả năng phòng tránh những vụ sập trần nói trên, về kết cấu công trình, có thể cải tạo (gia cường) và thiết kế mới các hầm đường ô tô có các khoang dẫn gió phía trên, tương ứng theo nhiều hình thức khác nhau; trong đó, cần chú ý hình thức các kết cấu đơn giản nhưng hiệu quả cao.2.3. Một số định hướng gia cường các kết cấu trần ngăn cũ như ở hầm Sasago Để các trần ngăn cũ như ở hầm Sasago, có thể làm việc lâu dài; về mặt sơ đồ kết cấu, cùng với các biện pháp đảm bảo cố định hóa các mối liên kết liên quan đến sự bền vững ổn định của loại trần ngăn này, chúng ta có nhiều nhóm phương án kết cấu khác nhau để gia cường chúng; dưới đây là một số phương án dễ áp dụng đạt hiệu quả cao:2.3.1. Nhóm 1: Cố định hóa các liên kết hiện có, kết hợp bổ sung các kết cấu giằng giữ trần; vừa để giảm tải cho kết cấu treo sẵn có, vừa để toàn hệ thống mang tính siêu tĩnh bền chắc ổn định. A - Khi xác định được các phần vai vỏ hầm làm việc với nội lực mô men gây nén thớ trong, có thể gia cường cho hệ thống trần bằng các kết cấu giằng treo xiên độc lập (hình 5A), với các điều kiện tối thiểu là: + Góc kẹp giữa mỗi cấu kiện giằng treo xiên và phương ngang: =300÷450. + Điểm liên kết giữa mỗi kết cấu giằng treo xiên này với tấm trần nằm ở vị trí cách gối tựa bên vai vỏ chống hầm khoảng a=(0,33÷0,35) B, với B là chiều rộng của toàn hệ thống trần (hình 5A). B - Khi không tìm được các phần vai vỏ hầm làm việc với nội lực mô men gây nén thớ trong (xấu nhất là: khi phải bố trí kết cấu giằng treo xiên làm việc tại các phần vai vỏ chống hầm dự kiến có nội lực mô men gây kéo thớ trong), có thể gia cường cho toàn hệ

Hình 4: Liên kết bu lông của bản truyền lực với trần hầm

bị lỏng bởi mỏi [7] & [8].

Hình 5: Một số phương án bổ sung kết cấu treo tấm trần.

A/ Các kết cấu giằng treo xiên độc lập.B/ Tổ hợp các kết cấu giằng treo xiên và văng ngang

4

thống trần bằng tổ hợp các kết cấu giằng treo xiên và văng ngang (hình 5B). Khi đó văng ngang có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho cả các phần vai vỏ hầm và các kết cấu giằng treo xiên. Thêm nữa, vì trong hầm đã có các thanh treo đứng ở khoảng giữa hầm; cho nên, vừa để dễ chế tạo và thi công, vừa để giảm nhịp tự do, văng ngang ở đây thường gồm 2 phần liên kết với cùng một vị trí của thanh treo đứng (hình 5B). Trong thực tế, khi vỏ chống hầm chịu tải trọng ổn định, việc tìm ra các phần vai vỏ hầm làm việc với nội lực mô men gây nén thớ trong để bố trí các liên kết này đã rất khó; hơn nữa, mọi vỏ chống hầm đều có thể chịu những tải trọng bất thường, cho nên việc tìm những vị trí mô men gây nén thới trong là vô cùng khó. Vì thế, nói chung cần hạn chế áp dụng phương án gia cường các tấm trần chỉ dùng các kết cấu giằng treo xiên độc lập (hình 5A). Cho nên, trong số các phương án gia cường các kết cấu trần cũ thuộc nhóm 1; phương án sử dụng tổ hợp các kết cấu giằng treo xiên và văng ngang (hình 5B) thường được áp dụng nhiều hơn. Nói chung, nhóm 1 là nhóm các phương án dễ áp dụng, nhưng tuổi thọ vẫn phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chống ăn mòn cho các kết cấu treo. Tuy nhiên do số gối tựa cho tấm trần tăng lên, tải trọng thực tế cho mỗi gối tựa treo đều không cao; vì thế, khi vỏ chống hầm ổn định; ngay khi các liên kết ở đây chưa được cố định hóa; độ ổn định và tuổi thọ của hệ thống trần vẫn được tăng lên đáng kể. 2.3.2. Nhóm 2: Cố định hóa các liên kết hiện có, kết hợp bổ sung hệ thống dầm dọc và cột đỡ (hình 6). Thông thường, khi chọn hệ thống kết cấu bổ sung này, nên đảm bảo cột đỡ và thanh treo đã có, cùng nằm theo một trục. Còn khi không đảm bảo được điều đó, nhất thiết phải có thêm kết cấu gia cường mối liên kết giữa tấm treo với toàn trần và hệ thống dầm dọc mới. Đây là phương án đảm bảo hệ thống trần ổn định rất cao; nhưng trong đường hầm lại hình thành giải phân cách cứng; xe cộ chỉ có thể qua lại giữa 2 làn đường thông qua các cửa liên lạc. Vì thế, phương án này rất khó áp dụng khi lưu lượng giao thông qua hầm cao không đều, mà chiều rộng hầm hạn chế, không cho phép tồn tại giải phân cách cứng dọc đường hầm.2.4. Một số định hướng thiết kế các trần ngăn mới có khả năng ổn định cao:

Để tránh những vụ sập trần nói trên, khi thiết kế kết cấu các đường hầm giao thông cơ giới có các khoang dẫn gió phía trên; chúng ta phải chú ý cố định hóa các mối liên kết và chú ý áp dụng các sơ đồ trần dễ đạt hiệu quả cao sau đây (hình 6 và hình 7): 2.4.1. Trần có dạng cong vồng (các hình 7A và 7A’); hoặc dạng mái nhọn (các hình 7B và 7B’), với 2 hàng kết cấu treo, tương ứng với các điều kiện tối thiểu sau: - Có thể treo trần bằng cặp kết cấu treo thẳng đứng, đối xứng qua trục đường hầm, cách nhau khoảng a=(0,250.33)B, với B là bề ngang toàn trần; khi xác định được nơi neo giữ các cấu kiện treo đó là các phần vai vỏ hầm làm việc với nội lực mô men gây nén thớ trong (các hình 7A và 7B). - Có thể treo trần bằng tổ hợp cặp kết cấu giằng treo xiên và văng ngang, đối xứng nhau qua trục đường hầm; sao cho các điểm liên kết các giằng treo xiên với trần, cách nhau khoảng a=(0,250.33)B, với B là bề ngang toàn trần, góc kẹp giữa mỗi cấu kiện giằng treo xiên và phương ngang =300÷450; khi xác định được nơi neo giữ các cấu kiện treo đó là các phần vai vỏ hầm làm việc với nội lực mô men không gây nén thớ trong (các hình 7A’ và 7B’).

Hình 6: Phương án bổ sung hệ thống dầm dọc và cột đỡ.

Hình 7: Sơ đồ một số kiểu trần hầm đặc biệt có khả năng ổn định cao.

5

Ưu điểm chính của các phương án trần này là: + Trần có độ ổn định cao nhờ nội lực xô ngang ở các chân. Mô men uốn võng trần được khắc phục bởi các cấu kiện treo. Thời gian chu kỳ kiểm tu tăng lên. + Dễ thu khói bụi của khoang vận chuyển phía dưới lên khoang gió bẩn phía trên và dễ thu gom bụi trong khoang gió bẩn xuống các hộc bên tường hầm. Nhược điểm chính của 2 phương án trần này là khó thi công và chi phí ban đầu cao.2.4.2. Trần phẳng, được treo bởi tối thiểu 2 hàng kết cấu treo (các hình 8A và 8B) có các đặc tính tương ứng như các kết cấu treo nêu trong mục 2.4.1. - Trần phẳng, có gối tựa chịu nén ở khoảng giữa từ hệ thống dầm dọc và trụ đỡ như trong hình 8C. Đây là phương án cũng có những ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng tương tự như đã nêu trong mục 2.4.1; nhưng do cấu tạo đơn giản, nên tiết kiệm và dễ thi công hơn. 2.4.3. Các kiểu trần mới này tuy có kết cấu định vị phức tạp, nhưng lại đảm bảo tính ổn định cao cho toàn hệ thống, đảm bảo cho đường hầm có thể phục vụ lâu dài.

3. Về sơ đồ thông gió Hầm Sasago được thông gió ngang, với luồng gió sạch được cung cấp từ các cửa gió bên tường hầm, còn gió bẩn được thu hút lên các khoang dẫn gió trên nóc hầm; cho nên các xe cộ cháy nổ trong hầm không gây tai họa dây chuyền cho xe cộ và người ở các vị trí khác theo dọc trục hầm; thậm chí người trong vùng cháy nổ, nhưng còn sức khỏe vẫn đủ dưỡng khí để sống trong quá trình tự lần đường đến nơi an toàn. Đây là bài học quý nên áp dụng rộng trong các hầm đường xe cơ giới dài [9].

Thông thường, những hầm đường ô tô dài từ 1,5 km đến 4,5 km có thể thông gió nửa ngang, nhưng tốt nhất vẫn là thông gió ngang; còn những hầm đường ô tô dài trên 4,5 km nhất thiết cần thông gió ngang (hình 9).

Hình 8: Sơ đồ một số kiểu trần hầm phẳng có khả năng ổn định cao.

A/ B/ C/

Hình 9: Sơ đồ mặt cắt ngang một số đường hầm có luồng ô tô chạy được thông gió ngang.

A/ Đường hầm dạng vòm, nóc thừa ít. Khoang gió sạch ở dưới nền, khoang gió bẩn ở trên trần. Trần được gia cường bằng các thanh giằng bố trí cách quãng. B/ Đường hầm dạng vòm, nóc thừa nhiều. Khoang gió sạch và các khoang gió bẩn đều ở trên trần. Trần được gia cường bằng các vách ngăn cứng. C/ Đường hầm dạng tròn, nền thừa nhiều. Khoang gió sạch và khoang gió bẩn đều ở dưới nền

1 - Khoang gió sạch. 2 - Máng gió sạch. 3 - Cửa cấp gió sạch.4 - Cửa thu gió bẩn. 5 - Khoang gió bẩn. 6 - Máng gió bẩn

6

Thực tiễn khai thác các đường hầm dài trên các đường ô tô cho thấy chi phí ban đầu và chi phí vận hành hệ thống thông gió ngang là rất lớn; nhưng lại cho phép tăng mật độ xe cộ lưu thông trong hầm; và nếu không áp dụng sơ đồ thông gió này, có thể dẫn tới những tai họa khôn lường từ những vụ cháy nổ xe cộ trong hầm; đến nỗi chi phí khắc phục hậu quả về vật chất, cộng với chi phí lấy lại niềm tin của người sử dụng đường hầm lại thường vượt lên đáng kể. Vì thế khi xây dựng các đường hầm này không nên áp dụng chiến thuật: “bóc ngắn cắn dài”.

4. Về công tác quản lý khai thác hầm đường ô tô Mặc dù hầm Sasago nằm trên đường cao tốc, nhưng cả tốc độ và khoảng cách các xe cộ trong hầm đã được khống chế hợp lý; cho nên ngay khi giao thông trong hầm bị tắc nghẽn đột ngột, vẫn không xảy ra khả năng xe cộ húc nhau gây tai nạn trầm trọng. Tuy nhiên, khi khai thác đường hầm, việc kiểm định chất lượng công trình mới chỉ thực hiện bằng mắt thường [10], nên không lường trước được khả năng xảy ra sự cố nguy hiểm và tai họa. Như vậy việc kiểm định phải được thực hiện theo định kỳ, tương ứng với từng loại kết cấu và liên kết, trên cơ sở những quan trắc định lượng cụ thể, bằng những dụng cụ đo chuyên dùng, tương ứng với từng phổ cho phép của từng thông số liên quan.

5. Kết luận chung Để phòng chống các vụ sập trần phân cách khoang vận chuyển phía dưới với các khoang thông gió phía trên như trong hầm đường ô tô Sasago; có thể kết hợp khắc phục khả năng lơi lỏng và tuột mất một số đai ốc liên kết thanh treo trần; với khắc phục những nguyên nhân quan trọng khác có thể gây sự cố tương tự; trên thực tế cần thực hiện các phương án sau:5.1. Cần áp dụng phương án chống đỡ trần bằng hệ thống dầm dọc và các cột đỡ. Khi đó, tốt nhất là toàn trần và các gối tựa đều được đúc liền khối với kết cấu vỏ chống của hầm; để cho trần làm việc như một kết cấu siêu tĩnh với các gối tựa mang tính ngàm cố định (mọi nhánh của một nút liên kết gần như không biến dạng và chuyển vị tương đối với nhau). Tuy nhiên để dễ thi công, nhưng chấp nhận tăng chi phí vật liệu, vẫn có thể thiết kế trần gồm hai tấm với các mép ngoài liên kết với các vai vỏ chống hầm, còn các mép trong đều tựa chung trên hệ thống dầm dọc và các cột đỡ. 5.2. Nếu phải sử dụng kiểu trần treo, cần thiết kế để trần làm việc như một kết cấu siêu tĩnh, với các liên kết định vị đều mang tính ngàm cố định, tương ứng với đặc tính của vỏ chống hầm, điều kiện thi công và mức đầu tư cho phép: - Các vị trí liên kết thanh treo trần với vỏ chống hầm nên đặt tại nơi vỏ hầm không chịu kéo thớ trong; nếu vị trí liên kết thanh treo trần không đảm bảo được yêu cầu đó, cần gia cường chúng bằng văng ngang. - Nếu phải thi công định vị các thanh treo bằng các mối liên kết ren, nhất định phải trám lấp chúng bằng các vật liệu bền vững để cố định hóa các mối liên kết đó.5.3. Những hầm đường ô tô dài từ 1,5 km đến 4,5 km có thể thông gió nửa ngang, nhưng tốt nhất vẫn là thông gió ngang; còn những hầm đường ô tô dài trên 4,5 km nhất thiết cần thông gió ngang.5.4. Mọi chi tiết kết cấu, cũng như trang thiết bị trong hầm đều phải kiểm tra và sửa chữa duy tu một cách bài bản, nhằm khắc phục tất cả hư hỏng từ nhỏ đến lớn có thể xảy ra với chúng.5.5. Công tác tổ chức giao thông phải theo sát yêu cầu để kiểm tra và điều chỉnh cho phù hợp với từng điều kiện thực tế; một mặt, đảm bảo hạn chế tối đa khả năng xảy ra sự cố; mặt khác, đảm bảo hạn chế tối đa mức thiệt hại khi xảy ra sự cố bất thường.

Đỗ Thụy Đằng & Đỗ Ngọc Anh Đại Học Mỏ Địa Chất Hà Nội.

Tài liệu tham khảo:

7

[1] - Thanh Tùng - Nhật: Sập hầm đường bộ, nhiều người và xe bị vùi lấp http://dantri.com.vn/the-gioi/nhat-sap-ham-duong-bo-nhieu-nguoi-va-xe-bi-vui-lap-669212.htm [2] - Trọng Giáp - Việt Linh - Cảnh tượng sập hầm đường bộ ở Nhật - http://vnexpress.net/gl/the-gioi/2012/12/canh-tuong-sap-ham-duong-bo-o-nhat/ [3] - http://www.houseofjapan.com/local/tunnel-operator-aging-parts-the-cause[4] - http://mainichi.jp/graph/2012/12/02/ 201212202k0000e040116000c/013.html[5] - http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20121203-00000001-mai-soci.view-000[6] - Hoài Linh - Hé mở nguyên nhân vụ sập hầm ở Nhật –http://vietnamnet.vn/vn/quoc-te/99541/he-mo-nguyen-nhan-vu-sap-ham-o-nhat.html [7] - National transportation safety board - Ceiling Collapse in the Interstate 90 Connector Tunnel Boston, Massachusetts July 10, 2006 - Accident Report - 10/2007.[8] - National Aeronautics and Space Administration - Tunnel of Terror - System failure, Case studies - Vol 2(5), 1-4.[9] – Đỗ Thụy Đằng - Đường hầm Hải vân thông gió chưa tốt , vì sao ? – T/C Người xây dựng – Hà Nội - 10/2005. [10] - Vũ Quý - Nhật "báo động" một loạt đường hầm sau vụ sập làm 9 người chết - http://dantri.com.vn/the-gioi/nhat-bao-dong-mot-loat-duong-ham-sau-vu-sap-lam-9-nguoi-chet-669630.htm

Tóm tắt nội dung:Bài học từ vụ sập trần hầm đường ô tô Sasago ở Nhật BảnĐỗ Thụy Đằng & Đỗ Ngọc Anh Sau khi nêu nhận định về nguyên nhân chủ yếu dẫn đến vụ sập trần khoang vận chuyển ngăn cách

với khoang thông gió của hầm đường ô tô Sasago ở Nhật Bản là: - Đặc tính kiến trúc của trần cùng các kết cấu định vị đều chưa hợp lý. - Dầm treo trần đã làm việc vài chục năm và chịu nhiều trận động đất khác nhau nên đã mỏi. Bài viết đã kết hợp vừa đưa ra một số phương án kết cấu trần có tính ổn định cao, tương ứng phù hợp

cho từng trường hợp củng cố hầm cũ và thiết kế hầm mới; vừa đưa ra một số nhận định về sơ đồ thông gió và phương án tổ chức khai thác hầm đường ô tô có thể chọn cho các đường hầm có quy mô và đặc tính làm việc tương tự như hầm Sasago.

Lesson from the collapse of the concrete ceiling in the Sasago tunnel in JapanDO Thuy Dang and DO Ngoc Anh

Abstract:Based on the conclusions about the main causes of the ceiling collapse occurred in the Sasago tunnel

in Japan as followed:- Both the architectural characteristics of the ceiling and the support structures which help to suspend

the ceiling were not appropriately designed;- Ceiling beams have been working for several decades and subjected many different earthquakes

leading to the fatigue behaviour.The paper introduces different solutions of ceiling structures with high stability which can be applied

for both the old tunnels and the new tunnels. Furthermore, the paper also estimates the applicability of ventilation systems and operational plan which can be efficiently used in transportation tunnels that have similar characteristics as the Sasago tunnel.

8

CÔNG TÁC QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NHÀ Ở TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

9