Huy động hơn 118.000 tỷ đồng xây siêu đường hầm dài 13,6 km, rút ngắn thời gian di chuyển từ 1,5 giờ xuống còn 4 phút

Đường hầm Marmaray được xem là một trong những dự án hạ tầng tham vọng nhất thế kỷ 21. Công trình này kết nối châu Âu và châu Á bên dưới eo biển Bosphorus tại Istanbul, Thổ Nhĩ Kỳ.

Với quy mô đặc biệt lớn và nằm trong khu vực thường xuyên xảy ra động đất, Marmaray đòi hỏi những tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe chưa từng có về khả năng chống địa chấn và an toàn vận hành.

Công ty Acrefine Engineering được Tập đoàn Taisei của Nhật Bản thuê trực tiếp để thiết kế hệ thống chống rung và chống động đất cho toàn bộ hệ thống cơ điện, cấp thoát nước trong đường hầm.

Công việc của Acrefine bao gồm thiết kế kỹ thuật, cung cấp vật liệu và giám sát thi công cho các hệ thống đường ống, ống gió, máng cáp điện, thiết bị thông gió và toàn bộ giải pháp neo giữ chống động đất.

Marmaray là tuyến đường sắt ngầm dưới biển dài 13,6 km, nối hai phần châu Âu và châu Á của Istanbul. Đường hầm gồm 11 đoạn hầm chìm, mỗi đoạn dài khoảng 130 mét và nặng tới 18.000 tấn. Các đoạn hầm được đặt ở độ sâu lên tới 55 mét dưới mực nước biển, khiến Marmaray trở thành đường hầm chìm dưới biển sâu nhất thế giới.

Dự án được thiết kế để phục vụ khoảng 1,5 triệu lượt hành khách mỗi ngày. Chính vì vậy, các yêu cầu về an toàn và vận hành được đặt ở mức cực kỳ nghiêm ngặt.

Đường hầm không chỉ phải chịu được áp lực vận tải lớn mà còn phải đảm bảo hoạt động trong các tình huống khẩn cấp nghiêm trọng, chẳng hạn như cháy tàu hàng dài hơn một km.

Trong những tình huống như vậy, toàn bộ hệ thống cơ điện trở thành yếu tố sống còn đối với hành khách và khả năng vận hành của đường hầm. Đặc biệt, Istanbul nằm trong vùng có nguy cơ động đất cao, nên tất cả hệ thống cơ khí, điện và cấp thoát nước đều phải được thiết kế để vẫn hoạt động trong và sau động đất.

Acrefine chịu trách nhiệm tính toán tải trọng địa chấn và thiết kế hệ thống neo giữ cho toàn bộ hạ tầng cơ điện trong công trình. Các thiết kế này được thực hiện theo tiêu chuẩn chống động đất của Thổ Nhĩ Kỳ cũng như hướng dẫn FEMA của Mỹ dành cho các cấu kiện phi kết cấu.

Ngoài việc thiết kế, Acrefine còn cung cấp toàn bộ thiết bị chống rung và chống động đất cho dự án, bao gồm các bộ giảm chấn địa chấn hạng nặng, hệ thống giằng chống động đất, bộ cách ly lò xo và các thiết bị neo giữ chuyên dụng được chế tạo riêng cho điều kiện vận hành khắc nghiệt dưới biển.

Một trong những hạng mục quan trọng nhất của Marmaray là hệ thống thông gió khẩn cấp. Acrefine phối hợp với FlaktWoods UK - đơn vị cung cấp các quạt hướng trục đường kính lên tới 2,8 mét - để thiết kế giải pháp chống động đất cho hệ thống thông gió tại tám trục thông gió của đường hầm.

Để cố định các quạt thông gió khổng lồ và những thiết bị trọng yếu khác, Acrefine đã triển khai các bộ giảm chấn địa chấn cỡ lớn có khả năng chịu tải động đất cực mạnh. Công ty cũng thiết kế hệ thống giằng chống động đất cho đường ống chữa cháy, hệ thống thoát nước, máng cáp điện và hệ thống ống gió HVAC nhằm đảm bảo tất cả vẫn hoạt động ổn định trong trường hợp xảy ra địa chấn lớn.

Mỗi thiết bị trong đường hầm đều được phân tích riêng dựa trên trọng lượng, đặc tính vận hành, vị trí lắp đặt và cấu trúc tổng thể của đường hầm. Nhờ đó, toàn bộ hệ thống cơ điện có thể tiếp tục vận hành ngay cả khi xảy ra động đất mạnh.

Quá trình triển khai dự án đối mặt với hàng loạt thách thức kỹ thuật. Toàn bộ thiết bị hoạt động trong môi trường có độ ẩm cao, ăn mòn mạnh và nằm sâu 55 mét dưới mực nước biển. Vì vậy, tất cả vật liệu đều phải chống ăn mòn và có thể chịu được biến động nhiệt độ trong thời gian dài.

Bên cạnh đó, nhiều hệ thống trong Marmaray được xếp vào nhóm “an toàn sinh mạng”, tức là không được phép hỏng trong các tình huống khẩn cấp. Điều này buộc các kỹ sư phải áp dụng hệ số an toàn cao hơn và quy trình kiểm tra nghiêm ngặt hơn so với thông thường.

Một thách thức khác nằm ở việc phối hợp giữa các hệ thống. Các hạng mục cơ điện trong đường hầm dưới biển có mức độ liên kết rất cao. Vì vậy, việc thiết kế chống động đất phải đảm bảo chuyển động của một hệ thống không gây hỏng hóc dây chuyền cho các hệ thống khác.

Ngoài ra, các điểm neo giữ thiết bị cũng phải được tính toán phù hợp với cấu trúc của hầm chìm. Đội ngũ kỹ sư phải phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tải trọng được phân bổ hợp lý mà vẫn duy trì khả năng chống thấm tuyệt đối của đường hầm.

Theo Acrefine, trong những công trình hạ tầng trọng yếu như Marmaray, hệ thống chống động đất không phải là yếu tố phụ mà là nền tảng cốt lõi của an toàn công cộng. Nếu một trận động đất khiến hệ thống chữa cháy, thông gió hoặc điện khẩn cấp ngừng hoạt động, hậu quả có thể trở thành thảm họa nghiêm trọng.

Do đó, công ty không chỉ thiết kế để đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu mà còn hướng tới khả năng vận hành bền vững sau động đất. Điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường dưới biển, nơi việc sơ tán hành khách và triển khai cứu hộ luôn khó khăn hơn rất nhiều.

Dự án Marmaray phải đáp ứng đồng thời nhiều tiêu chuẩn quốc tế, bao gồm tiêu chuẩn chống động đất của Thổ Nhĩ Kỳ, hướng dẫn FEMA của Mỹ, tiêu chuẩn thiết bị an toàn sinh mạng và Bộ quy chuẩn xây dựng quốc tế IBC.

Các tính toán kỹ thuật của dự án được thực hiện dựa trên dữ liệu địa chấn tại khu vực, điều kiện địa chất, độ sâu đường hầm và đặc điểm vận hành của từng thiết bị nhằm đảm bảo toàn bộ hệ thống đạt hoặc vượt các tiêu chuẩn an toàn khắt khe nhất.

Theo Acrefine, Marmaray là một trong nhiều dự án hạ tầng quy mô lớn mà công ty tham gia trên toàn cầu. Từ đường hầm dưới biển, bệnh viện, căn cứ quân sự cho tới các nhà máy công nghiệp, công ty này đã triển khai dự án tại hơn 40 quốc gia.

Đường hầm Marmaray hiện được xem là minh chứng tiêu biểu cho khả năng kết hợp giữa kỹ thuật chống động đất, công nghệ cơ điện, sản xuất thiết bị chuyên biệt và giám sát thi công trong những công trình mà sai sót gần như không được phép xảy ra.

Dự án có tổng vốn đầu tư vào khoảng 4,5 tỷ USD (tương đương 118.000 tỷ đồng). Đáng chú ý, đường hầm cũng giúp rút ngắn thời gian vượt eo biển Bosphorus giữa phần châu Á và châu Âu của Istanbul từ 1,5 giờ xuống còn khoảng 4 phút bằng tàu.