Theo thời gian, các kỹ sư đã phát triển nhiều phương pháp xây dựng đường hầm giúp quá trình xây dựng tiết kiệm nhân lực và an toàn hơn.

Đường hầm Old Elbe bên dưới sông Elbe ở thành phố Đức Hamburg. Ảnh: Wellknownwoody

Đường hầm Old Elbe bên dưới sông Elbe ở thành phố Đức Hamburg. Ảnh: Wellknownwoody

Khiên đào đường hầm

Đường hầm dưới nước vẫn là một thách thức cho tới năm 1818 kỹ sư người Anh – Pháp Marc Isambard Brunel sau khi theo dõi lớp vỏ ngoài của con hà cho phép nó đục xuyên qua lớp gỗ, Brunel áp dụng quy tắc và tăng kích thước thành khiên đào đường hầm.

Trong trường hợp này, đây là một khoang đúc bằng gang hình chữ nhật khổng lồ với mặt khiên tỳ lên thành đất và mở ra đều đặn để công nhân có thể đào lớp đất mềm bên ngoài. Mặt khiên sau đó sẽ đẩy về phía trước bằng kích vít và quá trình lặp lại. Lớp vỏ bảo vệ của đường hầm được xây bằng gạch ở khoảng trống mới đục đẽo phía sau. Phương pháp này dẫn tới sự ra đời của đường hầm dưới nước đầu tiên xây dưới sông Thames ở London, hoàn thành năm 1842. Những đường hầm sau đó dưới sông Thames cải tiến phương pháp thông qua điều áp không khí ở mặt trước khiên để ngăn ngập lụt trong lúc xây dựng.

Ngày nay, khiên đào hầm vẫn được sử dụng, nhưng thay có hình trụ và thường sản xuất từ thép. Thép cũng được dùng để tạo những vòng đỡ cho đường hầm. Những biến thể hiện đại cũng tận dụng kích thủy lực để đẩy mặt khiên về phía trước. Nhưng khi cỗ máy không di chuyển, có thể tiếp cận khu vực ở mặt trước khiên thông qua một cánh cửa. Nhằm bảo vệ công nhân làm việc bên trong, mặt khiên cũng có nắp che chắn.

Máy đào hầm

Đào xuyên qua lớp đá dưới nước là thách thức hoàn toàn khác. Đó là khi công nghệ hiện đại cách mạng hóa xây dựng dưới dạng máy đào hầm (TBM), cỗ máy giúp xây đường hầm eo biển Manche. TMB có chức năng tương tự khiên đào hầm nhưng trong trường hợp này, thay vì sức người, một đầu cắt xoay tròn được sử dụng để đào qua lớp đá phía trước. Cỗ máy làm vậy bằng cách gây áp lực lên lớp đá, khiến nó nứt ra. Thay vì cần con người di chuyển mảnh vụn khỏi đường đi, đá nứt vỡ được chuyển đi bằng băng chuyền. Tổng cộng 11 cỗ máy TMB được dùng để đào 3 đường hầm dài 56,3 km tại độ sâu 45 m bên dưới đáy biển.

Đường hầm dạng ống chìm

Với những phương pháp trước, thành đường hầm được xây trong quá trình đào. Tuy nhiên, kỹ sư người Mỹ W.J. Wilgus đã phát triển kỹ thuật xây đường hầm ống chìm. Phương pháp này bao gồm tạo ra đường hầm từ nhiều đoạn ống đúc sẵn ở nơi khác, sau đó nạo vét đường rãnh ở lòng sông hoặc đáy biển để đặt đường hầm. Các đoạn ống được thả nổi và nhấn chìm vào vị trí, sau đó rút hết nước trong ống. Vật liệu đã đào được phủ lên đường hầm để chôn vùi công trình và khôi phục lại đáy biển.

An Khang (Theo IFL Science)