Đào hầm Khe Nét giữa địa chất yếu và nước ngầm phức tạp

Hầm đường sắt Khe Nét (Quảng Trị) xuyên vùng đá vôi phong hóa thành đất, nhiều đới đứt gãy và mạch nước ngầm, khiến thi công phải chia nhỏ mặt gương, gia cố dày và quan trắc liên tục.

Tuyến đường sắt Bắc - Nam, đoạn qua đèo Khe Nét từng được xem là "điểm tử thần" do địa hình hiểm trở. Đèo dài hơn 10 km, cao trên 700 m so với mực nước biển, dốc lớn và nhiều khúc cua gấp. Tàu qua đây chỉ được phép chạy 20-25 km/h. Với tàu hàng, nhiều chuyến phải bố trí thêm đầu máy phụ phía sau để đẩy vượt dốc, khiến thời gian hành trình kéo dài và chi phí vận hành tăng cao.

Nhằm gỡ điểm nghẽn này, Bộ Xây dựng triển khai dự án cải tạo đường sắt khu vực đèo Khe Nét, khởi công ngày 22/3/2024. Dự án gồm 2 gói thầu. Gói thầu 1 xây dựng 2 hầm đường sắt xuyên núi, hầm số 1 dài 580 m và hầm số 2 dài 355 m, do liên danh Công ty Xây dựng Ilsung, Hàn Quốc và Tập đoàn Đèo Cả thực hiện. Gói thầu 2 thi công cầu, đường sắt, hệ thống thông tin tín hiệu do liên danh Ilsung (Hàn Quốc) và Tổng công ty Công trình đường sắt (RCC) đảm nhiệm.

Địa chất phức tạp, đất - đá vôi phong hóa mạnh

Hầm đèo Khe Nét vốn đi xuyên qua vùng đồi núi, nơi cấu trúc địa chất không đồng nhất, đá gốc bị phong hóa mạnh, xen kẽ các lớp đất yếu và nhiều khe nứt. Khu vực này còn nằm giữa hai đới địa chất nên chịu ảnh hưởng của đới đứt gãy địa chất và mực nước ngầm cao, biến động mạnh theo mùa mưa.

Qua nhiều giai đoạn kiểm tra, các kỹ sư khảo sát xác định hầm tồn tại song song nhiều dạng địa chất phức tạp, gồm đất - đá vôi phong hóa mạnh, đá vôi xen lẫn đá granit, đá nứt nẻ phân lớp. Các lớp đá vôi phong hóa hoàn toàn thành đất, sét bão hòa nước, đá phong hóa rời rạc, xuất hiện nhiều hang karst và nhiều mạch nước ngầm chảy thành dòng.

s3Công trường thi công hầm đường sắt Khe Nét. Ảnh: Anh Duy

Từng tham gia nhiều dự án hầm đường bộ của Tập đoàn Đèo Cả, ông Nguyễn Duy Sông, Giám đốc điều hành gói thầu số 1 cho biết ông đã từng có 12 năm thi công nhiều hầm đường bộ như Cù Mông, Đèo Cả, Tuy An... nhưng chưa có hầm nào địa chất yếu và khâu xử lý khó khăn như hầm Khe Nét. Địa chất trong hầm khác nhiều so với báo cáo của công tác khảo sát thiết kế trước đó.

"Là hầm xuyên núi song địa chất đá phong hóa hoàn toàn thành đất, thấm nước lâu năm khiến trạng thái địa chất thay đổi liên tục, rất dễ bị sạt lở", ông Sông chia sẻ.

Tập đoàn Đèo Cả áp dụng phương pháp đào hầm NATM (New Austrian Tunnelling Method - phương pháp đào hầm mới của Áo) cho dự án hầm đường sắt Khe Nét. Việc xử lý địa chất yếu được triển khai theo hướng kết hợp: đào từng bước 0,5-1,5 m tùy điều kiện địa chất bằng nổ mìn hoặc cơ giới, sau đó chống đỡ tạm thời ngay bằng neo đá, lưới thép, vòm thép nếu cần và phun bêtông để giữ ổn định khối đất đá xung quanh. Quá trình thi công được quan trắc thường xuyên để theo dõi biến dạng. Khi địa chất ổn định mới lắp lớp chống thấm, đổ bêtông vỏ hầm và hoàn thiện bề mặt trong hầm.

Theo ông Sông, khi thi công trong hầm, kỹ sư và công nhân thường đối mặt nguy cơ sạt lở, bong tróc, rơi đá từ vòm, thấm nước kéo dài gây xâm thực kết cấu, lún và biến dạng cục bộ nền, thân hầm. Vì vậy, các giải pháp xử lý không thể áp dụng cứng nhắc mà phải điều chỉnh linh hoạt theo diễn biến thực tế từng đoạn hầm.

Xử lý chuyển dịch, sạt trượt trong hầm Khe Nét

Ngay khi mở cửa hầm số 1 phía Bắc, mái cơ đã xuất hiện chuyển vị do địa chất yếu, buộc nhà thầu phải bổ sung giải pháp gia cố so với thiết kế ban đầu mới có thể tiếp tục đào an toàn. Ở phía Nam hầm số 1, địa chất phong hóa hoàn toàn, đất đá rời rạc, mạch nước ngầm chảy thành dòng theo hệ neo làm tăng nguy cơ mất ổn định mặt gương trong quá trình thi công.

Với hầm đường bộ có địa chất ổn định, công nhân thường đào 1,2-1,5 m rồi dừng lại gia cố, phun bêtông, lắp lưới thép, neo. Riêng hầm Khe Nét, lực lượng thi công chỉ đào 0,8 m đã phải gia cố để đảm bảo an toàn. Mặt gương cũng được chia nhỏ thành 1/4 diện tích để đào và gia cố cuốn chiếu, thay vì đào toàn bộ cùng lúc như nhiều hầm khác, đồng thời kết hợp quan trắc thường xuyên.

Ông Nguyễn Duy Sông cho biết tại các hầm đường bộ thuộc dự án cao tốc Quảng Ngãi - Hoài Nhơn, mỗi ngày có thể đào 3-4 m, trong khi ở hầm Khe Nét chỉ đạt 0,4-0,8 m do phải thi công thận trọng. Để tăng liên kết các khối đá rời rạc thành một khối ổn định, công nhân sử dụng neo cắm vào bề mặt hầm. Tại đây, số lượng neo được tăng lên, khoảng cách chỉ 0,3 m thay vì 0,5 m như các hầm khác nhằm giữ ổn định kết cấu.

Một trong những thách thức lớn nhất là nước ngầm. Hầm Khe Nét xuất hiện nhiều mạch nước, có thời điểm chảy mạnh như thác, làm suy yếu kết cấu và kích hoạt sạt lở. Nước làm giảm lực ma sát giữa các khối đất đá, đặc biệt nguy hiểm trong điều kiện đá phong hóa mạnh. Đơn vị thi công phải khoan dẫn dòng, lắp ống tạm thu nước để giảm áp lực phía sau kết cấu hầm. Tại các vị trí khe nước, giải pháp phụt vữa xi măng kèm phụ gia đông kết nhanh được áp dụng để tăng độ ổn định.

"Chúng tôi ăn ngủ tại công trường để họp bàn các giải pháp xử lý. Với đội ngũ kỹ sư có kinh nghiệm thi công nhiều hầm đường bộ xuyên núi, chúng tôi đã lường trước được các sự cố có thể xảy ra để có giải pháp hiệu quả", ông Nguyễn Duy Sông nói.

Ông Sông cho biết hầm số 1 đã xảy ra 5 lần sạt lở cục bộ tại một số vị trí, có đoạn sạt vài mét, buộc đơn vị thi công phải gia cố nhiều lần. Khó khăn nhất là sau khi gia cố, hầm vẫn xuất hiện hiện tượng chuyển vị do các khối đất đá tiếp tục dịch chuyển, một số khe nứt đẩy bêtông bật ra. Đây là tình huống nguy hiểm vì vỏ hầm có nguy cơ mất khả năng chịu lực, tiềm ẩn rủi ro sập. Có thời điểm nền hầm còn xuất hiện lún cục bộ.

Mỗi khi xảy ra chuyển vị, đơn vị phải dừng thi công để quan trắc biến dạng liên tục. Sau đó áp dụng đồng thời nhiều giải pháp kỹ thuật như tăng cường thanh neo để liên kết khối đất đá, hạn chế rơi đá và biến dạng; dựng vòm thép, phụt vữa gia cố nhằm ổn định vòm hầm. Cán bộ quan trắc theo dõi và cập nhật số liệu chuyển vị theo từng giờ để kịp thời điều chỉnh biện pháp thi công.

Việc phải đào và gia cố lại nhiều lần khiến tiến độ có thời điểm bị chậm so với kế hoạch. Tuy nhiên, sau khi vượt qua giai đoạn địa chất phức tạp, nhà thầu tăng cường nhân lực, điều chỉnh tổ chức thi công để bù tiến độ. Tháng 10/2024, hầm số 2 dài 355 m đã được đào thông, sớm 2 tháng so với kế hoạch. Hầm số 1 dài 580 m được đào thông vào tháng 6/2025, sau hơn 16 tháng thi công trong điều kiện địa chất phức tạp.

Sau khi đào thông, liên danh nhà thầu huy động hơn 250 kỹ sư, công nhân cùng 30 thiết bị chuyên dụng, tổ chức thi công theo chế độ 3 ca, 4 kíp liên tục, qua đó giữ vững tiến độ và bảo đảm các mốc kỹ thuật của dự án.

Nhà thầu đã áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật để đảm bảo tiến độ . Ảnh: Anh Duy

Tuyến hầm đường sắt Khe Nét thuộc gói thầu số 1 đã hoàn thành cuối năm 2025 theo kế hoạch và bàn giao cho chủ đầu tư. Gói thầu số 2 gồm cầu và đường dẫn ngoài hầm đang được tiếp tục thi công.

Khi dự án cải tạo đường sắt khu vực đèo Khe Nét hoàn thành, thời gian tàu xuyên đèo sẽ rút xuống còn khoảng 10 phút thay vì hơn một giờ như trước. Công trình góp phần nâng cao năng lực vận hành, rút ngắn hành trình và tăng cường an toàn trên tuyến đường sắt Hà Nội - TP HCM.

PGS. TS Trần Chủng, nguyên Cục trưởng Cục Giám định nhà nước về chất lượng công trình xây dựng, Bộ Xây dựng, cho biết thi công hầm xuyên núi luôn tiềm ẩn rủi ro như đá phong hóa, cát chảy, khe nứt, túi nước lớn mà khảo sát trước đó khó phát hiện hết. Hầm đèo Khe Nét xuất hiện đầy đủ các yếu tố này, đòi hỏi nhà thầu có năng lực xử lý sự cố, giải pháp thi công phù hợp và đội ngũ công nhân sẵn sàng làm việc trong điều kiện nguy hiểm.

Theo ông, hầm đường sắt Khe Nét không chỉ là một dự án xây dựng mà còn là phép thử về năng lực tổ chức, khả năng làm chủ kỹ thuật thi công hầm xuyên núi và sự linh hoạt trước điều kiện địa chất phức tạp. Qua dự án, đội ngũ thi công tích lũy thêm kinh nghiệm xây dựng hầm đường sắt tiết diện nhỏ, bên cạnh các hầm đường bộ quy mô lớn ở miền Trung, nơi điều kiện tự nhiên khắc nghiệt luôn đặt ra nhiều thách thức.

Đoàn Loan