Phát hiện Trung Quốc đưa 'quái vật thép' nặng hơn 4.300 tấn, dài gấp 1,3 lần sân bóng đá xuống đáy biển để xây công trình chưa từng có

Mỗi ngày, điện thoại thông minh của ông Dong Bing, kỹ sư cơ khí trưởng dự án đường sắt Yongzhou, liên tục nhận được tin nhắn từ một cỗ máy đang hoạt động sâu dưới đáy biển.

Những thông báo theo thời gian thực này theo dõi gần như mọi hoạt động của Yongzhou, cỗ máy đào hầm khiên đào đường kính siêu lớn dài 135m do Trung Quốc tự sản xuất. Với kích thước này, cỗ máy gấp khoảng 1,3 lần chiều dài của một sân bóng đá tiêu chuẩn.

Từ những bất thường về mô-men xoắn của đầu cắt, hiện tượng các đốt vỏ hầm bị nổi, cho đến việc áp suất dầu của bộ truyền động chính và áp suất tại các bộ phận làm kín có nằm trong giới hạn an toàn hay không, tất cả đều quyết định khả năng tiến về phía trước một cách an toàn của "gã khổng lồ thép" nặng hàng nghìn tấn dưới đáy biển.

"Hệ thống thông minh của cỗ máy đào hầm (TBM) này nhạy bén hơn con người", ông Dong chia sẻ với Global Times trên đường đến vị trí thi công mới nhất của cỗ máy.

"Có những vấn đề mà con người không thể phát hiện bằng cách kiểm tra trực tiếp. Bạn đi ngang qua và thấy mọi thứ vẫn bình thường, nhưng chỉ một giây sau, sự cố có thể xuất hiện. Hệ thống còn có thể tổng hợp dữ liệu, xác định các điều kiện liên quan và phân tích nguyên nhân có thể xảy ra. Điều này hỗ trợ rất lớn cho công tác bảo đảm an toàn", ông giải thích.

Sâu dưới đáy biển, Yongzhou - nặng 4.350 tấn - đang tiến gần đến một trong những giai đoạn khó khăn nhất của hành trình.

Sau khi đào được hơn 4.000m từ phía Ninh Ba, cỗ máy đã hoàn thành khoảng 83% khối lượng đào theo kế hoạch và đang hướng tới đoạn hầm sâu nhất, nằm cách đáy biển khoảng 93m.

Sau khi vượt qua vị trí này, Yongzhou sẽ tiến đến điểm kết nối được xác định trước dưới đáy biển để gặp Dinghai, một cỗ máy đào hầm khổng lồ khác đang thi công từ hướng ngược lại, phía Chu Sơn.

Hai cỗ máy cuối cùng sẽ gặp nhau với độ chính xác cao dưới đáy biển, trước khi được tháo dỡ ngay bên trong đường hầm đã hoàn thành.

Đây là một phần của đường hầm xuyên biển Jintang, hạng mục trọng điểm thuộc tuyến đường sắt Yongzhou, kết nối hai thành phố Ninh Ba và Chu Sơn ở tỉnh Chiết Giang, miền Đông Trung Quốc.

Với tổng chiều dài 16,18km, trong đó đoạn thi công bằng công nghệ khiên đào dài 11,21km, đây là đường hầm đường sắt cao tốc xuyên biển dài nhất thế giới.

Nó dự kiến đi vào hoạt động năm 2028, hứa hẹn sẽ rút ngắn thời gian di chuyển bằng tàu cao tốc giữa Ninh Ba và Chu Sơn xuống còn 26 phút.

Bên cạnh đó, dự án cũng đã thiết lập nhiều kỷ lục thế giới: Đường hầm đường sắt cao tốc xuyên biển thi công bằng công nghệ khiên đào chịu áp lực nước và đất lớn nhất, có điều kiện địa chất phức tạp nhất và mức độ khó khăn trong thi công cao nhất.

Tuy nhiên, ý nghĩa của kỳ tích kỹ thuật này không chỉ giới hạn ở bản thân đường hầm.

Từng phụ thuộc nhiều vào máy đào hầm nhập khẩu, Trung Quốc hiện đã trở thành thị trường tiêu thụ và quốc gia sản xuất loại thiết bị này lớn nhất thế giới.

Chuyến thăm thực tế cỗ máy Yongzhou cho thấy bức tranh rộng lớn hơn về sự chuyển mình của ngành chế tạo thiết bị công nghệ cao Trung Quốc: Từ "phụ thuộc vào nhập khẩu" sang "tự chế tạo", rồi "chế tạo thông minh".

Đó cũng là quá trình chuyển đổi từ những đột phá công nghệ riêng lẻ trong nước sang năng lực đổi mới sáng tạo tích hợp, kết hợp giữa thiết kế độc lập, sản xuất các bộ phận cốt lõi, thi công thông minh và cung cấp dịch vụ kỹ thuật công trình trên toàn cầu.

Xuyên qua những "dải xương sườn" dưới đáy biển

Tại khu vực gần vị trí thi công mới nhất của cỗ máy, phóng viên Global Times đã tận mắt chứng kiến những dao cắt vừa được tháo ra.

Một số dao cắt xuất hiện những rãnh sâu và phần mép bị mài phẳng. Những chiếc khác bị sứt mẻ từng mảng trên vành cắt, thậm chí có những chiếc bị mài mòn đến mức gần như không còn nhận ra hình dạng ban đầu.

Đến nay, khoảng 4.000 dao cắt đã được thay thế. Theo ông Dong, cỗ máy dự kiến sẽ tiến đến đoạn hầm sâu nhất vào cuối năm nay. Càng tiến gần vị trí này, điều kiện địa chất càng trở nên phức tạp, khiến công tác đào hầm ngày càng khó khăn.

Trước đây, trung bình cỗ máy cần thay một dao cắt sau mỗi mét đào hầm. Nhưng hiện nay, theo ông Dong, có những dao cắt phải thay mới chỉ sau khi cỗ máy tiến được vài chục centimet.

"Nếu đào qua lớp đất thông thường giống như ăn một chiếc bánh bao nhân thịt, thì thi công ở đây chẳng khác nào ăn chiếc bánh bao nhân sườn. Bạn không chỉ phải xử lý phần 'thịt' bên trong mà còn phải gặm từng chút một qua những khúc 'xương' cứng", ông Dong ví von.

Trên tuyến đào từ phía Ninh Ba, cỗ máy phải đi qua 8 đoạn địa chất toàn đá cứng, 12 đoạn địa tầng hỗn hợp với lớp đất mềm phía trên và đá cứng phía dưới, cùng 4 đoạn địa chất toàn đất mềm.

Gần 70% chiều dài tuyến đào có điều kiện địa chất bất lợi, trong đó cường độ chịu nén của đá có thể lên tới 240 megapascal (MPa), cao gấp hơn 8 lần bê tông thông thường.

Ở một số đoạn, đầu cắt phải đồng thời xử lý cả đất mềm và đá cực cứng, tạo thêm thách thức lớn cho quá trình thi công.

Trước điều kiện đó, Tập đoàn Cục 14 Đường sắt Trung Quốc đã thiết kế riêng cỗ máy Yongzhou để phù hợp với đặc điểm địa chất của dự án.

Cỗ máy có đường kính đào 14,57m, được trang bị 308 dao cắt trên đầu cắt và chính thức đi vào vận hành từ tháng 5/2024.

Khi cỗ máy đào hầm ngày càng "thông minh"

Những đổi mới công nghệ được ứng dụng trên Yongzhou, từ "trạm không gian dưới đáy biển" đến hệ thống điều khiển từ xa và các mô hình trí tuệ nhân tạo (AI), đều cho thấy hướng phát triển mới của công nghệ máy đào hầm Trung Quốc.

Mục tiêu không chỉ là chế tạo những cỗ máy lớn hơn, mạnh hơn mà còn phải thông minh và hiệu quả hơn.

Khi phóng viên Global Times đến thăm Yongzhou vào tuần trước, cỗ máy đang trải qua một đợt thay thế dao cắt với cường độ cao.

Khác với phương pháp đưa công nhân vào môi trường áp suất cao thông thường, vốn có thể giới hạn thời gian làm việc thực tế xuống chỉ còn 40 phút mỗi ngày, hệ thống "Trạm không gian biển sâu" cho phép các kỹ thuật viên làm việc trong thời gian dài hơn.

Đây là hệ thống can thiệp trong điều kiện áp suất bão hòa đầu tiên do Trung Quốc tự nghiên cứu, phát triển dành cho hoạt động đào hầm bằng công nghệ khiên đào.

Hệ thống cho phép các kỹ thuật viên sinh hoạt trong buồng điều áp và luân phiên làm việc trong thời gian lên tới 28 ngày.

Ông Dong vẫn nhớ rõ lần đầu tiên hệ thống này được đưa vào sử dụng hồi tháng 2. Khi đó, 9 thợ lặn chuyên nghiệp làm việc trong điều kiện áp suất bão hòa được chia thành 3 nhóm, thực hiện nhiệm vụ kéo dài 22 ngày ở độ sâu khoảng 75m dưới đáy biển, thay thế tổng cộng 46 dao cắt.

"Tôi chịu áp lực vô cùng lớn, nhưng đồng thời cũng rất phấn khích vì chúng tôi đang thúc đẩy một đổi mới mang tính cách mạng", ông Dong chia sẻ.

"Nếu thành công, công nghệ do Trung Quốc tự phát triển này sẽ lấp đầy khoảng trống kỹ thuật trong nước, giúp giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của hoạt động đào hầm sâu dưới đáy biển. Đồng thời, công nghệ cũng giúp tích lũy kinh nghiệm quý báu và nền tảng kỹ thuật cho các dự án đường hầm dài, thi công trong điều kiện áp lực nước cao trong tương lai", ông nói thêm.

Thiết bị có khả năng hoạt động ở độ sâu tối đa 200m. Đến nay, hệ thống đã lần lượt hoàn thành các nhiệm vụ thay thế dao cắt tại độ sâu 75m và 80m dưới đáy biển.

Một hướng phát triển công nghệ thông minh khác mà nhóm của ông Dong đang tiên phong triển khai là nền tảng điều khiển từ xa, cũng là ứng dụng đầu tiên thuộc loại này dành cho máy đào hầm đường kính lớn.

"Với đội ngũ nhân sự trực tiếp giám sát bên trong cỗ máy, người vận hành hiện có thể ngồi tại trung tâm điều khiển trên mặt đất, cách vị trí đào hầm khoảng 4km, để điều khiển cỗ máy tiến về phía trước dưới lòng đất", bà Cheng Jie, trợ lý vận hành máy đào hầm, cho biết.

Theo bà, đây là sự thay đổi lớn so với phương thức thi công truyền thống, khi người vận hành buộc phải làm việc bên trong cỗ máy nằm sâu dưới lòng đất.

Công nghệ điều khiển từ xa được hiện thực hóa nhờ hệ thống kỹ thuật số thông minh và tinh vi, đóng vai trò như "tai mắt" của cỗ máy ở sâu dưới đáy biển.

Thông qua hệ thống camera và cảm biến, nền tảng này liên tục theo dõi tình trạng hoạt động của đầu cắt, mức độ hao mòn của dao cắt và các thông số đào hầm quan trọng, đồng thời phân tích dữ liệu để phát hiện những bất thường tiềm ẩn.

Khi xuất hiện dấu hiệu bất thường, hệ thống có thể lập tức gửi cảnh báo đến điện thoại của các kỹ sư chủ chốt, trong đó có ông Dong, giúp họ nhận diện rủi ro và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu.

Theo bà Cheng, bước tiếp theo là hướng tới khả năng vận hành thông minh. "Trong tương lai, người vận hành có thể chỉ cần đưa ra lệnh khởi động, cỗ máy sẽ tự động kích hoạt hệ thống đẩy theo các thông số đã được thiết lập sẵn", bà nói.

Bà nhấn mạnh công nghệ này sẽ là bước chuẩn bị quan trọng cho hoạt động thi công trong môi trường nguy hiểm và các tình huống khẩn cấp.

"Thế hệ máy đào hầm tiếp theo của Trung Quốc sẽ phát triển theo hướng tinh vi hơn, thông minh hơn và thân thiện với môi trường hơn", ông Hao Weiqi, Phó Chánh văn phòng Viện Nghiên cứu Công nghệ Công nghiệp Thiết bị cao cấp thuộc Tập đoàn Xây dựng Đường sắt Trung Quốc, nhận định.

Viện nghiên cứu này đang tập trung phát triển công nghệ đào hầm thông minh, bản sao số và hệ thống giám sát từ xa, nhằm triển khai hoạt động xây dựng công trình ngầm với ít nhân công hơn, thậm chí tiến tới vận hành hoàn toàn không cần người trực tiếp tại hiện trường.

Bên cạnh đó, bằng cách tích hợp AI, công nghệ mô phỏng và bản sao số, các doanh nghiệp Trung Quốc đang chuyển từ việc chỉ cung cấp những cỗ máy đào hầm riêng lẻ sang cung cấp các giải pháp tổng thể cho công trình ngầm.