Sân bay quốc tế Kansai: Kỳ quan kỹ thuật hiện đại đang chìm dần

Tầm nhìn đầy tham vọng đằng sau sân bay quốc tế Kansai

Sân bay quốc tế Kansai (KIX), nằm trên hai hòn đảo nhân tạo ở vịnh Osaka, Nhật Bản, là một trong những dự án kỹ thuật dân dụng tham vọng và tốn kém nhất vào cuối thế kỷ 20. Khai trương năm 1994, sân bay được xây dựng để giảm ùn tắc tại sân bay Itami nằm sâu trong đất liền của Osaka và hạn chế ô nhiễm tiếng ồn đối với cư dân thành phố. Vị trí ngoài khơi, thiết kế sáng tạo và công nghệ tiên tiến đã giúp sân bay nhận được nhiều lời khen ngợi quốc tế về hiệu quả hoạt động, kiến trúc và xử lý hành lý. Tuy nhiên, đằng sau diện mạo được ca ngợi ấy, Kansai đang đối mặt với một thách thức dai dẳng và có nguy cơ đe dọa sự tồn tại: sân bay đang từ từ chìm xuống biển.

Vì sao xây sân bay trên biển?

Đến thập niên 1960, đô thị Osaka phát triển nhanh chóng, khiến thành phố gần như không còn chỗ để mở rộng sân bay. Bị bao quanh bởi núi non và khu dân cư đông đúc, giải pháp khả thi duy nhất là xây dựng ngoài khơi. Sau hai thập kỷ quy hoạch, công trình khởi công năm 1987. Dự án đòi hỏi xây dựng hai hòn đảo khổng lồ, được bảo vệ bằng đê chắn sóng dài 11 km và nối với đất liền bằng cây cầu trị giá một tỷ USD. Tổng chi phí khi đó lên tới 14 tỷ USD; sau các đợt mở rộng và lạm phát, con số này tương đương gần 40 tỷ USD ngày nay.

Vị trí ngoài khơi của sân bay đem lại một số lợi thế:

• Không cần di dời cư dân hay bồi thường vì ô nhiễm tiếng ồn.
• Cho phép sân bay hoạt động 24 giờ mà không làm phiền thành phố.
• Tạo điều kiện thuận lợi để áp dụng các giải pháp kỹ thuật và thiết kế sáng tạo.

Tuy nhiên, việc xây dựng trên vùng đất lấn biển ở vịnh có đáy là lớp đất sét phù sa mềm đã kéo theo những rủi ro đặc thù và dai dẳng.

Biến điều tưởng như không thể thành hiện thực: Kansai được xây dựng như thế nào

Đáy biển bên dưới Kansai gồm đất sét và bùn phù sa rời rạc, những vật liệu khi chịu áp lực sẽ có tính chất như miếng bọt biển ngậm nước. Để tạo nền móng vững chắc, các kỹ sư đã:

• Rải lớp cát dày 5 feet lên đáy biển phủ đất sét.
• Lắp đặt 2,2 triệu ống cát thẳng đứng (ống thoát nước bằng cát), mỗi ống có đường kính gần 16 inch, nhằm đẩy nhanh quá trình thoát nước và cố kết đất.
• Đắp hơn 200 triệu mét khối vật liệu, gồm đất nạo vét từ vịnh, đá khai thác từ mỏ và đất chở từ nơi khác đến.
• Xây đê chắn sóng bằng 48.000 khối bê tông và đá vụn, neo vào các khoang thép nặng hàng trăm tấn.

Sau mỗi giai đoạn đắp đất, công trình tạm dừng để các lớp mới lún và nén chặt. Mục tiêu là bảo đảm các đảo ổn định ở độ cao ít nhất 13 feet so với mực nước biển, mức tối thiểu cần thiết để tránh ngập nếu đê chắn sóng bị vỡ.

Để ứng phó với tình trạng lún đất khó tránh khỏi, kiến trúc sư Renzo Piano thiết kế nhà ga đặt trên 900 kích thủy lực. Các kích này có thể được điều chỉnh để bù lại tình trạng lún không đồng đều, còn đường băng được trải nhựa mềm dẻo để hấp thụ biến dạng mà không nứt vỡ.

Vấn đề sụt lún: Nhanh và sâu hơn dự kiến

Dù đã lên kế hoạch tỉ mỉ, tốc độ và mức độ sụt lún đều vượt xa các dự tính ban đầu. Các kỹ sư dự báo các đảo sẽ lún khoảng 8 mét (26 feet) trong 50 năm. Trên thực tế, đảo đầu tiên đã lún 27 feet vào năm 1990, trước cả khi sân bay khai trương. Từ năm 1994, Kansai đã lún tổng cộng khoảng 38 feet (11,5 mét); một số khu vực trên đảo thứ hai lún hơn 57 feet (17,5 mét) kể từ khi bắt đầu đắp đất.

Dữ liệu gần đây cho thấy tốc độ sụt lún đang chậm lại, hiện trung bình dưới 10 cm (4 inch) mỗi năm. Tuy nhiên, mặt đất không lún đồng đều. Một số khu vực lún nhanh hơn những nơi khác, gây đau đầu cho các kỹ sư và đòi hỏi phải theo dõi, điều chỉnh liên tục. Chẳng hạn, khu vực trung tâm nhà ga được cho là đang lún nhanh hơn các rìa bên ngoài.

Vì sao Kansai đang chìm?

Nguyên nhân chính là thành phần của đáy biển. Lớp đất sét phù sa bên dưới sân bay rất dễ bị nén và giữ nước. Khi khối lượng khổng lồ của các đảo nhân tạo được đắp lên, nước bị ép ra khỏi lớp đất sét, khiến đất nén chặt và bề mặt lún xuống. Dù các ống thoát nước bằng cát được lắp đặt để đẩy nhanh quá trình này, đất sét vẫn chưa cố kết hoàn toàn khi công trình bắt đầu, dẫn đến tình trạng lún tiếp diễn và không đồng đều.

Các yếu tố góp phần khác gồm:

• Khối lượng và trọng lượng khổng lồ của vật liệu đắp, lớn hơn nhiều so với trọng lượng các tòa nhà sân bay hay máy bay.
• Các mô hình kỹ thuật ban đầu đánh giá thấp tốc độ lún.
• Đáy biển tiếp tục nén chặt tự nhiên, quá trình có thể kéo dài hàng chục, thậm chí hàng thế kỷ.

Giải pháp kỹ thuật và công tác bảo trì liên tục

Để duy trì hoạt động của Kansai, các kỹ sư đã triển khai nhiều biện pháp giảm thiểu:

• Kích thủy lực bên dưới nhà ga được điều chỉnh định kỳ để giữ sàn nhà bằng phẳng.
• Đường băng nhựa mềm dẻo có thể được trải lại và san phẳng khi cần.
• Hơn 150 triệu USD đã được chi để nâng cao và gia cố đê chắn sóng nhằm phòng chống ngập lụt.
• Theo dõi liên tục tốc độ sụt lún tại hàng chục điểm trên cả hai hòn đảo.

Dù đã có những nỗ lực này, việc duy trì sân bay vẫn tốn kém và phức tạp. Cứ hai năm một lần, các kích thủy lực được kiểm tra và điều chỉnh. Đê chắn sóng đã được nâng thêm 2,7 mét sau những trận ngập lụt nghiêm trọng. Tuy nhiên, một số kỹ sư dự đoán đến năm 2056, một số khu vực của sân bay có thể ngang mực nước biển, nhất là nếu xu hướng hiện nay tiếp diễn và không có biện pháp can thiệp bổ sung.

Thiên tai: Bão và động đất

Vị trí của Kansai trong vịnh Osaka khiến sân bay phải đối mặt với thời tiết cực đoan và rủi ro địa chấn. Năm 1995, sân bay gần như không bị hư hại trong trận động đất Kobe tàn khốc, cho thấy thiết kế vững chắc của công trình. Tuy nhiên, vào tháng 9/2018, bão Jebi, cơn bão mạnh nhất đổ bộ vào Nhật Bản trong 25 năm, đã vượt qua đê chắn sóng và làm ngập đường băng, khiến 5.000 người mắc kẹt và buộc sân bay đóng cửa trong hai tuần. Thảm họa phơi bày một thiếu sót nghiêm trọng trong thiết kế: các hạ tầng thiết yếu, bao gồm trung tâm ứng phó thảm họa và trạm biến áp, được đặt dưới tầng hầm và nhanh chóng bị ngập.

Sau sự kiện này, chính quyền tiếp tục đầu tư nâng cao đê chắn sóng và cải thiện công tác chuẩn bị ứng phó khẩn cấp, trong đó có các buổi diễn tập động đất và sóng thần định kỳ cho nhân viên. Dù vậy, sân bay vẫn dễ bị tổn thương trước những cơn bão trong tương lai và tình trạng mực nước biển dâng do biến đổi khí hậu.

Tầm quan trọng về kinh tế và chiến lược

Bất chấp những thách thức, sân bay quốc tế Kansai là đầu mối thiết yếu đối với nền kinh tế và kết nối toàn cầu của Nhật Bản. Đây là căn cứ của các hãng hàng không lớn như All Nippon Airways, Japan Airlines và Nippon Cargo Airlines, kết nối Osaka với 91 thành phố tại 25 quốc gia. Năm 2024, sân bay phục vụ hơn 30 triệu lượt hành khách và dự kiến đóng vai trò quan trọng trong Triển lãm Osaka 2025 sắp tới, sự kiện sẽ thu hút thêm hàng triệu lượt khách đến khu vực.

Việc sân bay tiếp tục hoạt động có ý nghĩa thiết yếu đối với du lịch, kinh doanh và logistics ở miền tây Nhật Bản. Thành công của dự án cũng truyền cảm hứng cho các công trình tương tự trên thế giới, trong đó có các sân bay ở Hong Kong, Singapore và Dubai, đều được xây dựng trên đất lấn biển.

Bài học cho các siêu dự án trong tương lai

Kinh nghiệm của Kansai đem lại những bài học quan trọng cho các dự án cơ sở hạ tầng trong tương lai, đặc biệt là các dự án lấn biển:

• Dành thêm thời gian để đất lún ổn định trước khi xây dựng có thể giảm tình trạng sụt lún về lâu dài.
• Mô hình hóa tiên tiến và giám sát là yếu tố thiết yếu để dự đoán và kiểm soát tình trạng lún không đồng đều.
• Cần tính đến biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng trong các kế hoạch thiết kế và bảo trì.
• Nên đặt hạ tầng khẩn cấp trên mặt đất để tránh nguy cơ ngập lụt.

Hiroo Ichikawa, giáo sư danh dự ngành quy hoạch và chính sách đô thị tại Đại học Meiji, nhìn lại di sản của dự án:

Khi tính chuyện xây sân bay thứ hai cho Osaka, có rất ít phương án khả thi. Đất liền có rất ít không gian dành cho một dự án xây dựng quy mô lớn, còn cư dân ở khu vực lân cận sẽ bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn và các chuyến bay đêm muộn, nên phương án xây dựng ngoài khơi đã được lựa chọn.

Ông nói thêm rằng dù dự án mắc một số sai lầm, công trình đã đem lại những bài học quý giá cho các dự án tương tự, chẳng hạn như sân bay Chubu Centrair gần Nagoya, nơi ít gặp vấn đề sụt lún hơn nhờ các kỹ thuật xây dựng được cải tiến.

Kansai có thể được cứu không?

Các kỹ sư và cơ quan quản lý sân bay vẫn lạc quan một cách thận trọng. Tốc độ sụt lún đã chậm lại, còn các khoản đầu tư liên tục cho công tác bảo trì và nâng cấp hạ tầng giúp sân bay tiếp tục hoạt động an toàn. Các kế hoạch trong tương lai gồm:

• Tiếp tục gia cố đê chắn sóng và móng công trình.
• Nâng cấp các hệ thống ổn định bằng thủy lực.
• Khảo sát các kỹ thuật gia cố đáy biển.
• Cân nhắc mở rộng hoặc nâng cấp các sân bay lân cận làm phương án dự phòng.

Tuy nhiên, tất cả các giải pháp này đều đi kèm những thách thức đáng kể về tài chính và hậu cần. Chi phí giữ cho Kansai không bị ngập cuối cùng có thể vượt quá lợi ích mà sân bay đem lại, nhất là khi biến đổi khí hậu làm tăng nguy cơ thời tiết cực đoan và mực nước biển dâng.

Ý nghĩa rộng hơn: Lời cảnh báo cho hạ tầng toàn cầu

Câu chuyện của sân bay quốc tế Kansai không phải cá biệt. Khi các thành phố trên khắp thế giới ngày càng dựa vào việc lấn biển để giải quyết tình trạng thiếu đất, rủi ro xây dựng trên nền đất không ổn định cũng lộ rõ hơn. Các sân bay ở Hong Kong, Singapore và Maldives đối mặt với những thách thức tương tự; bài học từ Kansai ngày càng có ý nghĩa khi biến đổi khí hậu tăng tốc.

Đối với hành khách và hãng hàng không, tình hình này cho thấy tầm quan trọng của việc lập kế hoạch dự phòng và bảo đảm khả năng chống chịu của hạ tầng. Với các kỹ sư và nhà hoạch định chính sách, đây là lời nhắc về sự cần thiết của thiết kế bền vững, có tầm nhìn dài hạn và tính đến cả rủi ro tự nhiên lẫn rủi ro do con người gây ra.

Tóm lại

• Sân bay quốc tế Kansai là kỳ tích kỹ thuật được biết đến trên toàn cầu, xây dựng trên hai hòn đảo nhân tạo ở vịnh Osaka.
• Kể từ khi khai trương năm 1994, sân bay đã lún khoảng 38 feet, vượt xa các dự báo ban đầu.
• Sụt lún bắt nguồn từ sự nén chặt của lớp đất sét phù sa mềm bên dưới các hòn đảo, cộng thêm sức nặng khổng lồ của vật liệu đắp.
• Các kỹ sư đã triển khai kích thủy lực, đường băng mềm dẻo và đê chắn sóng được nâng cao để kiểm soát tình trạng sụt lún, nhưng công tác bảo trì rất tốn kém và phức tạp.
• Các thảm họa thiên nhiên như bão Jebi năm 2018 đã phơi bày những điểm yếu trong thiết kế và vị trí của sân bay.
• Bất chấp các thách thức này, Kansai vẫn là đầu mối thiết yếu đối với nền kinh tế và hoạt động đi lại quốc tế của Nhật Bản.
• Kinh nghiệm của sân bay đem lại những bài học quan trọng cho các dự án hạ tầng trong tương lai, đặc biệt là các dự án lấn biển và thích ứng với khí hậu.
• Cần tiếp tục giám sát, đổi mới kỹ thuật và đầu tư đáng kể để duy trì hoạt động của Kansai trong nhiều thập kỷ tới.