Cắm 197 cột bê tông khổng lồ xuống biển để xây siêu công trình cầu - hầm kết hợp: Vốn đầu tư hơn 230.000 tỷ đồng, rút ngắn thời gian di chuyển còn 15 phút

Năm 1997, Chính phủ Nhật Bản chính thức đưa vào vận hành một trong những công trình kỹ thuật phức tạp nhất từng được xây dựng tại quốc gia này: Tokyo Bay Aqua-Line.

Đây là tuyến giao thông đặc biệt băng qua Vịnh Tokyo bằng sự kết hợp giữa đường hầm dưới đáy biển, cầu vượt trên mặt nước và một hòn đảo nhân tạo nằm giữa tuyến.

Dự án được phát triển bởi East Nippon Expressway Company (NEXCO East Japan) cùng các cơ quan hạ tầng của Nhật Bản, với mục tiêu rút ngắn đáng kể thời gian di chuyển giữa thành phố Kawasaki thuộc tỉnh Kanagawa và thành phố Kisarazu thuộc tỉnh Chiba.

Theo thông tin chính thức từ khu phức hợp Umihotaru và các dữ liệu kỹ thuật được các cơ quan Nhật Bản công bố rộng rãi, toàn bộ công trình có chiều dài khoảng 15,1 km, trong đó gần 9,6 km là đường hầm ngầm dưới đáy vịnh và khoảng 4,4 km là cầu vượt trên mặt nước.

Sự kết hợp này tạo nên một tuyến giao thông độc đáo, nơi các phương tiện dường như “đi vào lòng biển”, di chuyển nhiều kilomet dưới mặt nước trước khi xuất hiện trở lại trên cây cầu vượt biển.

Tác động thực tế của công trình là rất rõ rệt. Hành trình vốn mất tới 90 phút hoặc lâu hơn khi phải đi vòng quanh vịnh nay chỉ còn khoảng 15 phút, tùy thuộc vào tình hình giao thông.

Được biết, trước khi Aqua-Line được xây dựng, việc di chuyển giữa bờ Tây và bờ Đông của vịnh đòi hỏi phải đi đường vòng rất xa qua các tuyến đường bộ thường xuyên ùn tắc. Điều này làm gia tăng chi phí logistics, kéo dài thời gian vận chuyển và gây thêm áp lực môi trường.

Giải pháp được lựa chọn là xây dựng một tuyến kết nối trực tiếp băng qua vịnh. Tuy nhiên, do khu vực này có mật độ giao thông hàng hải rất lớn nên việc xây dựng một cây cầu liên tục là không khả thi.

Nhiều tàu biển cỡ lớn thường xuyên đi qua khu vực này, buộc các kỹ sư phải tìm ra một phương án kết hợp.

Chính yêu cầu đó đã dẫn đến sự ra đời của mô hình kết hợp giữa đường hầm dưới biển và cầu vượt, tạo nên một trong những công trình sáng tạo nhất của ngành kỹ thuật hiện đại.

Phần ấn tượng nhất của Tokyo Bay Aqua-Line chính là đường hầm ngầm dài khoảng 9,6 km nằm bên dưới đáy vịnh. Khác với những đường hầm được đào xuyên qua núi đá, đoạn hầm này được xây dựng bằng các công nghệ tiên tiến phù hợp với điều kiện địa chất và môi trường biển đặc thù của khu vực.

Quá trình thi công sử dụng các máy đào hầm khổng lồ (TBM), có khả năng khoan xuyên lòng đất dưới đáy biển với độ chính xác gần như tuyệt đối. Việc đào hầm đòi hỏi phải kiểm soát áp suất nghiêm ngặt nhằm ngăn nước biển xâm nhập và bảo đảm độ ổn định cho toàn bộ kết cấu.

Công trình bao gồm hệ thống 197 cột trụ được chôn sâu dưới bề mặt nước. Bên cạnh đó, đường hầm còn được trang bị hệ thống thông gió hiệu suất cao nhằm loại bỏ khí thải từ phương tiện giao thông và duy trì môi trường lưu thông an toàn.

Một thành phần quan trọng khác là hệ thống thoát nước và giám sát kỹ thuật. Các cảm biến được lắp đặt dọc theo công trình liên tục theo dõi áp suất, nhiệt độ, hiện tượng thấm nước cũng như tình trạng kết cấu. Nhờ sự kết hợp của các công nghệ này, hàng nghìn phương tiện có thể lưu thông mỗi ngày trong một môi trường hoàn toàn tách biệt với vùng biển phía trên.

Chưa hết, một trong những biểu tượng nổi bật nhất của Aqua-Line là đảo nhân tạo Umihotaru, nằm tại điểm chuyển tiếp giữa đường hầm và cây cầu. Được xây dựng trên nền bê tông và thép quy mô lớn, công trình này vừa đóng vai trò là khu nghỉ chân, bãi đỗ xe, trung tâm mua sắm, vừa là điểm tham quan nổi tiếng.

Umihotaru không chỉ được thiết kế như một công trình kỹ thuật hỗ trợ vận hành mà còn là không gian công cộng dành cho người dân và du khách. Tại đây có nhà hàng, cửa hàng mua sắm, khu vực quan sát cảnh quan cùng hệ thống hạ tầng phục vụ khách tham quan.

Về mặt kỹ thuật, Umihotaru còn đảm nhiệm nhiều chức năng thiết yếu như thông gió cho đường hầm, hỗ trợ công tác bảo trì và đóng vai trò là điểm ứng cứu khẩn cấp. Ý tưởng xây dựng một “hòn đảo chức năng” giữa đại dương trên tuyến cao tốc ngầm là một trong những yếu tố khiến công trình này trở nên độc nhất vô nhị trên thế giới.

Sau khi rời khỏi đường hầm tại Umihotaru, các phương tiện tiếp tục di chuyển trên cây cầu dài khoảng 4,4 km, nối hòn đảo với thành phố Kisarazu. Cây cầu được thiết kế để chịu đựng những điều kiện khắc nghiệt của môi trường biển như gió mạnh, độ mặn cao và hoạt động địa chấn thường xuyên.

Việc lựa chọn xây cầu ở đoạn này là một quyết định mang tính chiến lược. Bằng cách đưa tuyến đường nổi lên mặt nước trước khu vực có mật độ tàu thuyền lớn, công trình tránh được việc cản trở hoạt động hàng hải của các tàu cỡ lớn.

Sự kết hợp giữa đường hầm và cầu vượt giúp tối ưu hóa chi phí xây dựng, giảm thiểu rủi ro kỹ thuật và vẫn bảo đảm Vịnh Tokyo tiếp tục hoạt động hiệu quả như một tuyến vận tải biển quan trọng.

Nhật Bản nằm trong một trong những khu vực có hoạt động địa chấn mạnh nhất thế giới, vì vậy mọi công trình hạ tầng quy mô lớn đều phải tuân thủ những tiêu chuẩn kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt.

Tokyo Bay Aqua-Line được thiết kế để chịu được các trận động đất có cường độ lớn. Công trình sử dụng vật liệu linh hoạt, các khớp nối kết cấu đặc biệt và hệ thống hấp thụ năng lượng địa chấn.

Ngoài ra, toàn bộ tuyến đường luôn được giám sát bởi mạng lưới cảm biến hiện đại, cho phép đánh giá tình trạng công trình theo thời gian thực. Những dữ liệu này đóng vai trò quan trọng trong công tác bảo trì phòng ngừa cũng như phản ứng nhanh khi xảy ra các hiện tượng địa chất cực đoan. Khả năng vận hành an toàn trong môi trường có nguy cơ động đất cao được xem là một trong những thách thức lớn nhất mà dự án đã vượt qua.

Việc rút ngắn thời gian di chuyển giữa Kanagawa và Chiba đã tạo ra những tác động tích cực đáng kể đối với nền kinh tế khu vực. Các doanh nghiệp có thể vận hành chuỗi logistics hiệu quả hơn, giảm chi phí vận chuyển và nâng cao năng suất hoạt động.

Bên cạnh đó, Aqua-Line còn thúc đẩy sự phát triển của nhiều khu vực trước đây khó tiếp cận, từ đó thu hút đầu tư và mở rộng đô thị. Ngành du lịch cũng được hưởng lợi rõ rệt, đặc biệt khi Umihotaru trở thành điểm đến hấp dẫn đối với du khách trong và ngoài nước.

Dự án Tokyo Bay Aqua-Line mất khoảng 30 năm từ giai đoạn lập kế hoạch đến khi hoàn thành. Ý tưởng đầu tiên xuất hiện từ những năm 1960 và công trình chính thức được đưa vào khai thác năm 1997. Tổng vốn đầu tư của dự án lên tới 1,44 nghìn tỷ yên, tương đương hơn 230.000 tỷ đồng.

Trong quá trình triển khai, các kỹ sư phải đối mặt với nhiều thách thức lớn như điều kiện địa chất phức tạp dưới đáy biển, yêu cầu duy trì hoạt động hàng hải liên tục trong suốt thời gian thi công và nguy cơ động đất thường trực. Ngoài ra, dự án còn đòi hỏi sự phối hợp giữa nhiều doanh nghiệp, cơ quan nhà nước và các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau.