Kỷ lục dưới đáy biển
Tháng 4 năm 2026, một máy đào hầm khổng lồ của Trung Quốc hoạt động bên dưới một trong những tuyến đường thủy nhộn nhịp nhất miền nam nước này đã đạt cột mốc chưa dự án tương tự nào từng chinh phục. Shenjiang-1, cỗ máy đào hầm do Trung Quốc tự phát triển, đã đưa đường hầm qua cửa sông Châu Giang xuống độ sâu 113 mét dưới đáy biển, lập kỷ lục thế giới mới về đường hầm đường sắt cao tốc dưới biển sâu nhất từng được xây dựng. Thành tựu này đánh dấu bước tiến quan trọng của tuyến đường sắt cao tốc Thâm Quyến - Giang Môn dài 116 km, dự án được thiết kế để kết nối bờ đông và bờ tây của Vùng Vịnh Lớn Quảng Đông - Hồng Kông - Ma Cao, khu vực có ý nghĩa kinh tế thiết yếu. Khi hoàn thành, tuyến đường sắt sẽ rút thời gian đi lại giữa Thâm Quyến và Giang Môn xuống còn chưa đầy một giờ; chặng giữa Tiền Hải ở Thâm Quyến và Nam Sa ở Quảng Châu sẽ mất khoảng 30 phút.
Nội dung
Đường hầm dài 13,69 km bên dưới cửa sông, nối Đông Hoản với Quảng Châu; khoảng 11,05 km chạy trực tiếp dưới lòng sông. Các kỹ sư dự kiến công trình sẽ đạt độ sâu tối đa lớn hơn, tới 116 mét, trước khi đường hầm bắt đầu đi lên về phía bờ đối diện. Ở độ sâu này, dự án phải đối mặt với áp lực thủy tĩnh gần 11 bar, tương đương lực ép mà thợ lặn chịu ở những vùng biển cực sâu. Trong điều kiện đó, công nhân không thể tiếp cận an toàn mặt đào, nên toàn bộ hoạt động đào phải được thực hiện bằng điều khiển từ xa và các hệ thống tự động. Môi trường này không cho phép bất kỳ sai sót nào: chỉ cần áp suất mất ổn định cũng có thể khiến nước bất ngờ tràn vào, đất mất ổn định và kết cấu hư hại nghiêm trọng.
Rồng thép vận hành
Trung tâm của kỳ tích kỹ thuật này là Shenjiang-1, máy đào hầm khiên bùn do Cục 14 thuộc Tập đoàn Đường sắt Trung Quốc chế tạo. Máy dài khoảng 130 mét, nặng 3.800 tấn, có đầu đào đường kính khoảng 13,42 mét, thuộc nhóm máy đào hầm đường kính lớn nhất hiện đang hoạt động trong các dự án đường sắt dưới biển trên thế giới. Trên đầu đào là họa tiết sư tử múa trang trí, gợi nhắc di sản văn hóa tỉnh Quảng Đông, dù chức năng của máy hoàn toàn mang tính công nghiệp. Máy được thiết kế và chế tạo hoàn toàn tại Trung Quốc, với quyền sở hữu trí tuệ trong nước đầy đủ. Áp suất thiết kế tối đa 12 bar giúp máy vận hành trước áp lực thủy tĩnh cực lớn, vốn tăng theo từng mét độ sâu.
Kể từ khi bắt đầu hành trình vào tháng 12 năm 2021, Shenjiang-1 đã hoạt động liên tục hơn bốn năm, tiến hơn bốn kilômét qua một số điều kiện địa chất khắc nghiệt nhất mà máy đào hầm từng gặp. Tốc độ tiến trung bình chỉ hai mét mỗi ngày có thể khiến người ngoài nhìn nhận là chậm, nhưng đó là hệ quả của địa hình cực kỳ khó khăn, chứ không phải do máy thiếu công suất. Máy phải liên tục điều chỉnh tốc độ quay, áp lực bùn và tốc độ tiến khi đi qua các loại vật liệu, từ đất sét biển mềm đến đá granite nguyên khối có cường độ chịu nén vượt 124 megapascal. Mỗi mét đào đòi hỏi hiệu chỉnh cẩn thận, bởi các lớp địa chất có thể chuyển đột ngột từ trầm tích mềm sang đá tinh thể cứng.
Vì sao độ sâu làm thay đổi mọi thứ
Cửa sông Châu Giang có cấu trúc địa chất thuộc hàng phức tạp nhất miền nam Trung Quốc. Tuyến hầm đi qua 13 tầng địa chất riêng biệt, năm loại đá hỗn hợp và sáu đới đứt gãy hình thành qua hàng triệu năm. Mỗi lớp phản ứng khác nhau khi bị cỗ máy nặng 3.800 tấn tác động. Đất sét biển mềm có thể chảy và dịch chuyển khi đầu đào xuyên qua, trong khi cát mịn có nguy cơ hóa lỏng dưới rung động kéo dài. Đá nứt gãy có thể bất ngờ sụp thành từng khối, còn đá granite cứng nhanh chóng làm mòn các dụng cụ cắt phải xuyên qua lớp đá có cường độ chịu nén vượt 124 megapascal. Một đoạn đới đứt gãy dài 490 mét, với các lớp đá không đồng đều và áp lực nước đặc biệt cao, đã gây ra rủi ro nghiêm trọng trong những giai đoạn đầu thi công. Đội ngũ phải liên tục điều chỉnh để giữ ổn định mặt đào và ngăn sụt lún mặt đất phía trên tuyến hầm.
Áp lực thủy tĩnh tăng khoảng một bar sau mỗi mười mét độ sâu. Ở độ sâu kỷ lục hiện tại là 113 mét, nước và đất xung quanh tạo áp lực gần 11 bar lên kết cấu đường hầm. Khi hầm đạt độ sâu tối đa 116 mét, áp suất sẽ lên tới 1,06 megapascal. Để dễ hình dung, lực này dồn lên một diện tích bằng móng tay tương đương sức nặng hơn 10 kg. Mức áp suất đó đòi hỏi mọi cấu kiện phải chịu được lực lớn hơn nhiều so với đường hầm đường sắt thông thường. Trước khi dự án bắt đầu, trong nước chưa có kinh nghiệm kỹ thuật hay tiêu chuẩn thiết kế tương đương, buộc các đội thi công phải xây dựng quy trình mới trong quá trình triển khai. Sự kết hợp giữa áp lực cao và địa chất khó đoán giải thích vì sao đôi lúc Shenjiang-1 chỉ tiến được hai mét trong cả ngày hoạt động liên tục: người vận hành phải kiểm tra độ ổn định ở từng giai đoạn trước khi tiếp tục.
Bùn, bê tông và độ chính xác đến từng milimét
Để duy trì ổn định trong điều kiện này, các đội thi công sử dụng phương pháp đào bằng khiên bùn, kỹ thuật thiết yếu khi xây dựng đường hầm sâu dưới nước trong nền đất bão hòa. Quy trình này dùng bentonite, một loại đất sét có khả năng hấp thụ, trộn thành hỗn hợp sệt để chống đỡ mặt đào và ngăn nước, đất tràn vào đường hầm. Shenjiang-1 vận hành hai mạch bùn liên kết, hoạt động như hệ tuần hoàn của máy. Mạch thứ nhất đưa bùn bentonite mới trực tiếp vào khoang điều áp phía sau đầu đào, tạo thành lớp chắn bảo vệ với áp suất được điều chỉnh chính xác để cân bằng áp lực nước và đất bên ngoài. Nếu áp suất giảm quá thấp, mặt trước sẽ mất ổn định, có nguy cơ sụp đổ hoặc ngập nước đột ngột. Nếu áp suất tăng quá cao, đất xung quanh có thể biến dạng, đe dọa an toàn của toàn bộ hoạt động.
Mạch thứ hai vận chuyển hỗn hợp bùn lẫn đất đá đào lên mặt đất qua hệ thống đường ống. Tại nhà máy phân tách, công nhân lọc đá và đất sét đào lên, sau đó xử lý và tái chế bentonite để dùng lại trong đường hầm. Lượng vật liệu được đưa ra tương đương khoảng một xe bồn đầy mỗi giờ vận hành liên tục. Trong khi đó, phía sau khoang đào, một thiết bị lắp dựng robot đặt các đoạn vỏ hầm bê tông đúc sẵn với độ chính xác đến từng milimét. Mỗi vòng hầm gồm chín đoạn cong, mỗi đoạn rộng khoảng hai mét. Các đoạn này phải khớp hoàn hảo để tạo thành kết cấu kín nước, có tuổi thọ thiết kế 100 năm và đỡ đường ray dành cho tàu cao tốc chạy 250 km/giờ. Chỉ cần sai lệch nhỏ tích tụ dọc toàn bộ 13,69 km cũng có thể làm biến dạng hình học đường ray, gây rung lắc và đe dọa cả sự thoải mái của hành khách lẫn an toàn vận hành lâu dài.
Thiết bị tự sửa chữa
Sự kết hợp đặc biệt giữa độ sâu, áp lực và địa chất phức tạp buộc các kỹ sư Trung Quốc phát triển những giải pháp vượt xa thiết bị đào hầm thông thường. Đột phá đầu tiên cho phép Shenjiang-1 thay dụng cụ cắt bị mòn trong điều kiện áp suất cực cao mà không cần đưa công nhân vào khoang máy. Với các máy truyền thống, công việc bảo trì này thường cần thợ lặn chuyên trách và quy trình giảm áp kéo dài, khiến tiến độ phải dừng nhiều ngày. Đột phá thứ hai là hệ thống tháo rời tại chỗ, cho phép các đội tháo máy trong không gian chật hẹp bên dưới đáy biển, bởi không phải vị trí nào dọc cửa sông cũng có giếng tiếp nhận phù hợp để đưa máy ra theo cách thông thường. Khả năng này rất quan trọng vì điều kiện địa chất thay đổi mạnh dọc tuyến, khiến máy có thể cần được đưa ra hoặc cải tiến tại những nơi không thể xây giếng theo cách thông thường, hoặc chi phí quá cao.
Các cải tiến khác gồm kiểm soát sụt lún tức thời trong nền đất không ổn định, giám sát liên tục thông số đào bằng cảm biến tích hợp, hệ thống quản lý nhiệt cho khoang điều áp, mạng liên lạc dự phòng hoạt động ở độ sâu cực lớn và quy trình ứng phó khẩn cấp khi xảy ra biến động địa chất đột ngột như nước tràn vào bất ngờ hoặc áp suất tăng vọt. Tập đoàn Xây dựng Đường sắt Trung Quốc đã ghi nhận các công nghệ này thành những hệ thống có thể nhân rộng cho các dự án dưới nước trong tương lai. Thay vì xem đường hầm qua sông Châu Giang là thành tựu riêng lẻ, các nhà hoạch định Trung Quốc coi đây là phòng thí nghiệm công nghiệp cho thế hệ công trình vượt biển mới, có thể phục vụ các hành lang đường sắt, đường bộ và hậu cần tại những cửa sông phức tạp khác trên thế giới. Kinh nghiệm duy trì cân bằng áp suất ở độ sâu 113 mét sẽ định hướng cách các máy móc tương lai xử lý những đoạn ngầm dưới biển sâu hơn hoặc dài hơn.
Khi trí tuệ nhân tạo gặp đá nền
Trong khi Shenjiang-1 cung cấp sức mạnh, một loạt hệ thống số đảm nhiệm phần điều khiển. Tập đoàn Đường hầm Đường sắt Trung Quốc triển khai bộ tám hệ thống thông minh mà đơn vị này cho biết được dùng để quản lý việc xây dựng đường hầm đường sắt sâu nhất và chịu áp lực nước cao nhất Trung Quốc. Các hệ thống này bao gồm đào hầm thông minh, lắp dựng đoạn vỏ hầm, điều phối, chẩn đoán, giám sát, sản xuất cấu kiện, quản lý vật liệu và thông gió. Nền tảng quản lý thông minh tích hợp giám sát thời gian thực, quản lý phối hợp, hỗ trợ hướng dẫn đào hầm và phân tích dữ liệu lớn thành một bức tranh vận hành thống nhất. Tại Đại hội Đường hầm Thế giới năm 2024 ở Thâm Quyến, các chuyên gia quốc tế đã đến hiện trường để quan sát hoạt động của những hệ thống này trong điều kiện thực tế cực đoan.
Hệ thống đào hầm thông minh sử dụng mạng nơ-ron, học máy và thuật toán dự báo để dự đoán đặc tính địa chất trước khi đầu đào chạm tới. Cơ chế điều khiển phản hồi biên cho phép máy tự động điều chỉnh thông số trong tích tắc, còn hệ thống ngắt khẩn cấp có thể lập tức dừng hoạt động nếu cảm biến phát hiện áp suất hoặc nhiệt độ tăng bất thường. Hồng Khải Vinh, kỹ sư trưởng của Tập đoàn Đường hầm Đường sắt Trung Quốc, giải thích mục tiêu rộng hơn của dự án:
Khi thúc đẩy nghiên cứu và phát triển xây dựng đường hầm thông minh, chúng tôi cam kết thu hẹp khoảng cách dữ liệu giữa thi công và vận hành, qua đó thiết lập những tiêu chuẩn mới trong lĩnh vực này.
Gần đây hơn, dự án đã trở thành nơi thử nghiệm mô hình lớn chuyên ngành đầu tiên của Trung Quốc, được phát triển riêng cho lĩnh vực đường hầm và không gian ngầm. Do Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về máy đào hầm công bố, hệ thống trí tuệ nhân tạo này sử dụng dữ liệu từ 773 dự án kỹ thuật và 120 tỷ hồ sơ xây dựng để giúp việc thi công đường hầm an toàn, hiệu quả hơn. Mô hình đã được ứng dụng tại đường hầm qua cửa sông Châu Giang, đánh dấu bước tiến hướng tới hoạt động đào hầm hoàn toàn số hóa.
Thu hẹp khoảng cách trong Vùng Vịnh Lớn
Tuyến đường sắt Thâm Quyến - Giang Môn không chỉ là một bài toán kỹ thuật. Đây là dự án ưu tiên trong chiến lược quốc gia của Trung Quốc nhằm hội nhập Vùng Vịnh Lớn, khu vực có khoảng 86 triệu dân và tổng sản phẩm quốc nội gần 2.000 tỷ USD. Cửa sông Châu Giang hiện là rào cản địa lý ở trung tâm khu vực, khiến hành khách đi giữa bờ đông, nơi có Thâm Quyến và Hồng Kông, với bờ tây, nơi có Quảng Châu, Giang Môn và Trung Sơn, phải đi phà hoặc di chuyển đường bộ hơn hai giờ. Tuyến đường sắt mới sẽ rút thời gian đi lại giữa Thâm Quyến và Giang Môn xuống dưới một giờ; chặng giữa ga phía đông sân bay Thâm Quyến và Nam Sa sẽ mất khoảng nửa giờ.
Tuyến sẽ kết nối bảy nhà ga: Tây Lệ, phía đông sân bay Thâm Quyến, Vịnh Tân Hải, Nam Sa, Bắc Trung Sơn, Hoành Lan và Giang Môn. Hai ga Tây Lệ và phía đông sân bay Thâm Quyến sẽ nằm dưới lòng đất. Ga phía đông sân bay Thâm Quyến có diện tích xây dựng 487.500 mét vuông, cho phép hành khách chuyển giữa đường sắt cao tốc, tàu điện ngầm và máy bay trong vòng năm phút. Bốn ga sẽ được xây trên cao, còn ga Giang Môn nằm trên mặt đất. Tuyến này tạo thành mắt xích còn thiếu quan trọng trong đoạn ven biển phía đông của mạng lưới đường sắt cao tốc quốc gia “Tám dọc, Tám ngang” của Trung Quốc, hệ thống được thiết kế để kết nối các trung tâm dân cư lớn trên khắp quốc gia đông dân nhất thế giới.
Dự kiến việc rút ngắn thời gian đi lại sẽ làm thay đổi địa lý kinh tế của khu vực. Người lao động sống ở Giang Môn hoặc Trung Sơn sẽ thuận tiện hơn khi tiếp cận các trung tâm việc làm tại Thâm Quyến, còn các nhà sản xuất sẽ dễ dàng kết nối chuỗi sản xuất và khu thương mại tự do ở hai bên cửa sông. Mỗi phút tiết kiệm được trong giao thông tại một khu vực đông đúc như vậy sẽ trực tiếp đem lại năng suất cao hơn và mở rộng thị trường lao động. Đường hầm sẽ tác động đến quyết định đặt nhà máy của doanh nghiệp, nơi các gia đình mua nhà và cách một trong những vùng sản xuất năng động nhất Trung Quốc phân bổ tăng trưởng giữa các thành phố trong những thập kỷ tới.
Nước rút cuối cùng hướng tới năm 2028
Việc xây dựng tuyến đường sắt Thâm Quyến - Giang Môn được đẩy mạnh từ năm 2024, với thời điểm hoàn thành dự kiến vào năm 2028. Đường hầm qua cửa sông Châu Giang là hạng mục đơn lẻ đòi hỏi kỹ thuật cao nhất trong toàn tuyến; tiến độ của công trình về cơ bản quyết định thời gian hoàn thành cả tuyến. Shenjiang-1 đã vượt mốc 113 mét, nhưng điểm sâu nhất ở độ sâu 116 mét vẫn còn ở phía trước, trước khi máy bắt đầu đi lên về phía bờ tây. Sau hơn bốn năm hoạt động liên tục, máy đào hầm đã chứng minh thiết bị do Trung Quốc thiết kế có thể vận hành ổn định trong những điều kiện mà chưa đường hầm đường sắt nào từng trải qua.
Dự án đã tạo ra lượng tài sản trí tuệ đáng kể, vượt ra ngoài bản thân đường hầm. Đội ngũ dự án đã nộp năm đơn đăng ký bằng sáng chế phát minh và bảy bằng sáng chế giải pháp hữu ích, đồng thời công bố 17 bài báo kỹ thuật hướng dẫn các dự án tương lai trong điều kiện địa chất tương tự. Những đóng góp này trải rộng từ cải tiến cơ khí đến công nghệ xây dựng thông minh, bao gồm các công cụ dự báo địa chất tiên tiến và robot hàn tự động duy trì chất lượng trong môi trường ngầm khắc nghiệt. Tài liệu và dữ liệu thu thập ở độ sâu 113 mét dưới đáy biển sẽ làm tư liệu tham khảo cho các nhà quy hoạch nghiên cứu công trình vượt biển tại những cửa sông phức tạp khác, ở Trung Quốc và có thể cả nước ngoài.
Khi đi vào hoạt động, tuyến đường sắt sẽ bổ sung vào mạng lưới đường sắt cao tốc dài hơn 45.000 km hiện có của Trung Quốc, lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, ngay cả trong mạng lưới rộng lớn đó, đường hầm qua cửa sông Châu Giang vẫn nổi bật. Công trình đẩy giới hạn kỹ thuật đào hầm dưới áp suất cao và khẳng định khả năng của thế hệ máy móc, công cụ trí tuệ nhân tạo và phương pháp xây dựng mới do Trung Quốc phát triển. Với hàng triệu cư dân Vùng Vịnh Lớn, đường hầm đồng nghĩa với thời gian đi lại ngắn hơn và liên kết kinh tế chặt chẽ hơn. Với cộng đồng kỹ thuật toàn cầu, công trình thiết lập chuẩn mực mới cho những gì xây dựng đường sắt dưới nước có thể đạt được.
Điểm chính
- Đường hầm qua cửa sông Châu Giang lập kỷ lục thế giới vào tháng 4 năm 2026 khi xuống sâu 113 mét dưới đáy biển, trở thành đường hầm đường sắt cao tốc dưới biển sâu nhất từng được xây dựng.
- Máy đào hầm Shenjiang-1 do Trung Quốc tự phát triển đã đào hơn 4 km trong bốn năm, xuyên qua 13 tầng địa chất, năm loại đá và sáu đới đứt gãy.
- Áp lực thủy tĩnh ở độ sâu tối đa sẽ đạt 1,06 megapascal, đòi hỏi công nghệ khiên bùn điều khiển từ xa và lớp vỏ bê tông đúc sẵn được thiết kế có tuổi thọ 100 năm.
- Tám hệ thống thông minh sử dụng học máy và mạng nơ-ron hướng dẫn quá trình đào, cùng với mô hình lớn chuyên ngành đầu tiên của Trung Quốc dành cho xây dựng đường hầm.
- Tuyến đường sắt Thâm Quyến - Giang Môn dài 116 km sẽ rút thời gian đi lại giữa hai thành phố xuống dưới một giờ khi khai trương vào năm 2028, góp phần thúc đẩy kinh tế Vùng Vịnh Lớn Quảng Đông - Hồng Kông - Ma Cao.
