Vì sao các thành phố ngừng đào đường để xây tàu điện ngầm?
29/09/26
Gần một thế kỷ, cách rẻ nhất để xây tàu điện ngầm rất đơn giản: đào tung đường phố, xây hầm bên dưới rồi lấp lại. Tuy nhiên, phương pháp “đào mở” ngày càng biến mất khỏi những đô thị lớn, nhường chỗ cho các máy khoan hầm đắt đỏ hơn nhưng ít gây xáo trộn trên mặt đất. Sự thay đổi này không chỉ phản ánh tiến bộ kỹ thuật mà còn cho thấy cách các thành phố ngày càng định giá cao hơn những chi phí vô hình của hạ tầng: ùn tắc, doanh thu bán lẻ mất đi, phản đối của cư dân và rủi ro chính trị.
Khi đường phố từng bị đào tung
Đường hầm là một trong những công nghệ nền tảng của đô thị hiện đại. Chúng rút ngắn hành trình, đưa đường sắt xuống dưới đất và tạo thêm không gian hạ tầng mà không phải phá bỏ toàn bộ khu phố phía trên. Trước khi Holland Tunnel được xây dưới sông Hudson ở New York, người dân muốn qua sông phải đi phà, đôi khi mất hàng giờ nếu ùn tắc.
Trong phần lớn lịch sử tàu điện ngầm, phương pháp phổ biến nhất là đào mở rồi lấp lại. Nguyên lý rất trực tiếp: đào một rãnh lớn từ mặt đường, xây đường hầm bên dưới rồi phủ đất và khôi phục đường phố phía trên. Thập niên 1860, tuyến tàu điện ngầm đầu tiên của London sử dụng phương pháp. Năm 1900, New York cũng dùng nó cho tuyến đầu tiên xây. Đến tận thập niên 1970, phần lớn đường hầm tàu điện ngầm ở Mỹ vẫn được thi công theo cách đó.
Lợi thế lớn nhất là giá. Khi New York xây hệ thống tàu điện ngầm đầu tiên, chi phí đào mở được ước tính chỉ bằng khoảng 1/8 so với khoan hầm. Với dự án kéo dài hàng km, chênh lệch này đủ quyết định dự án có khả thi hay không. Nhưng cái giá rẻ dưới lòng đất lại tạo ra hóa đơn khổng lồ trên mặt đất.
Công trường nằm ngay giữa thành phố
Đào mở đồng nghĩa với biến đường phố thành công trường. Đất, bụi, tiếng ồn, máy móc và hàng rào xuất hiện trong nhiều năm. Giao thông bị chuyển hướng. Lối vào cửa hàng bị chặn. Bãi đỗ xe biến mất. Các đường ống và cáp ngầm phải di dời. Việc đào đất còn có thể gây lún và làm hư hại các tòa nhà xung quanh.
Vấn đề trở nên đặc biệt nghiêm trọng bởi tàu điện ngầm thường được xây chính tại những nơi đông đúc nhất thành phố.
Trong quá trình xây Metro Washington, khu U Street phải chịu nhiều năm gián đoạn. Ben’s Chili Bowl, một nhà hàng hoạt động từ năm 1958, từng chứng kiến khách phải đi vòng qua các ngõ nhỏ để vào quán. Khi công nhân vô tình làm vỡ đường ống khí, thực khách phải sơ tán; nước bẩn nhiều lần tràn vào sàn nhà. Sau năm năm xây dựng, cư dân miêu tả mục tiêu lúc ấy đơn giản chỉ là “sống sót”. Đây là loại chi phí khó xuất hiện đầy đủ trong bảng dự toán xây dựng.
Một phương án có thể rẻ hơn về bê tông, thép và nhân công nhưng lại gây thiệt hại lớn cho cửa hàng, người đi làm và giá trị bất động sản xung quanh. Khi những chi phí này được tính đến, lợi thế của đào mở bắt đầu nhỏ lại.
Máy khoan hầm trở thành nhà máy di động
Cùng lúc, công nghệ khác ngày càng tốt hơn: máy khoan hầm, hay TBM. Khác với đào mở từ trên xuống, TBM khoan theo phương ngang dưới lòng đất. Phía trước là đầu cắt quay khổng lồ; phía sau là băng tải đưa đất đá ra ngoài, kích thủy lực đẩy máy tiến lên và hệ thống lắp các tấm vỏ hầm.
TBM hiện đại gần giống nhà máy di động: ăn dần vào lòng đất và để lại phía sau đường hầm gần như hoàn chỉnh.
Nguồn gốc của công nghệ này có từ đầu thế kỷ 19. Năm 1806, Marc Brunel phát minh khiên đào hầm để phục vụ dự án dưới sông Neva ở Nga; năm 1825, công nghệ tương tự được sử dụng dưới sông Thames.
Phiên bản đầu cực kỳ chậm. Khiên Brunel chỉ tiến khoảng 2,4 m/tuần.
Đến đầu thế kỷ 20, các khiên đào cơ giới đã đạt gần 61m/tuần. Sang thập niên 1970, TBM có thể đạt khoảng 427m/tuần trong đất mềm và gần 580m/tuần trong đá. Vì thế, khoảng cách kinh tế giữa hai phương pháp thu hẹp nhanh.
Khi công nghệ đắt hơn trở thành lựa chọn rẻ hơn
Thập niên 1960, trong dự án BART tại vùng Vịnh San Francisco, chi phí những đoạn sử dụng TBM trung bình chỉ cao hơn khoảng 40% so với đào mở, khác xa mức chênh tới tám lần của New York đầu thế kỷ.
Nghiên cứu năm 1994 về hơn 145 km đường hầm tàu điện ngầm tại Pháp thậm chí cho thấy khoan hầm chỉ đắt hơn đào mở trong những điều kiện địa chất khó nhất.
TBM có chi phí cố định cao: phải mua máy, vận chuyển, lắp ráp và xây hệ thống hỗ trợ. Nhưng khi vận hành, chi phí cho mỗi m đào thêm khá thấp. Điều này khiến chúng đặc biệt hấp dẫn với những dự án lớn.
Madrid là ví dụ nổi bật. Cuối thập niên 1990 và đầu 2000, khi mở rộng mạng lưới metro, thành phố xây khoảng 97 km đường hầm với chi phí chỉ khoảng 42 triệu euro/km, tương đương khoảng 73 triệu USD/km theo giá năm 2023.
Trong một số trường hợp, TBM còn trở thành phương án rẻ hơn nếu tính toàn bộ tác động đô thị.
Năm 1980, nghiên cứu tại Los Angeles ước tính đào mở có thể đắt hơn vì phải thu hồi đất và phá nhà dọc tuyến. Với dự án thay thế Alaskan Way Viaduct ở Seattle, chi phí xây hầm khoan được dự báo tương đương đào mở, nhưng tác động của phương án đào mở lên thành phố có thể gây thêm thiệt hại hàng tỷ USD.
Canada cho thấy đào mở chưa chết
Điều này không có nghĩa đào mở luôn là lựa chọn sai.
Từ năm 2005-2009, trong quá trình xây Canada Line ở Vancouver, chuyển một số đoạn từ khoan hầm sang đào mở giúp tiết kiệm hơn 400 triệu USD, tương đương khoảng 16% tổng chi phí dự án. Ở những nơi nhân công rẻ, không gian phía trên ít bị sử dụng hoặc dự án nằm trên đất chưa phát triển, đào mở vẫn có thể đặc biệt hiệu quả.
Phương pháp này vẫn phổ biến khi xây các ga tàu điện ngầm, bởi ga có kích thước lớn và thường khó thi công hoàn toàn bằng TBM. Vấn đề không phải đào mở đã lỗi thời về kỹ thuật, mà là điều kiện kinh tế và xã hội xung quanh nó đã thay đổi.
Thành phố càng già, đào mở càng đắt
Dưới những thành phố lớn ngày nay không chỉ có đất.
Cáp điện, đường nước, cống, viễn thông, đường khí và nhiều lớp hạ tầng khác đã tích tụ qua hàng chục, thậm chí hàng trăm năm. Mỗi khi đào một rãnh lớn, rất nhiều hệ thống phải được di dời. Một thành phố càng lâu đời, chi phí này càng lớn. Trong khi đó, TBM có thể đi sâu bên dưới phần lớn mạng lưới hạ tầng sẵn có. Chính sự phát triển của thành phố vô tình làm giảm lợi thế của phương pháp từng rẻ nhất. Nhưng còn một yếu tố quan trọng hơn: người dân ngày càng có nhiều công cụ để phản đối.
Các luật đánh giá môi trường, quy trình tham vấn và quyền khiếu kiện giúp cộng đồng chịu ảnh hưởng có khả năng thách thức dự án. Canada Line từng bị kiện bởi những người phản đối phương án đào mở với lập luận rằng quy trình đánh giá tác động chưa được thực hiện đầy đủ.
Vậy nên, chi phí chính trị của công trường ngày càng khó bỏ qua.
Công nghệ không chỉ cạnh tranh bằng giá
Lịch sử giao thông đô thị từng chứng kiến sự chuyển đổi tương tự. Trước tàu điện ngầm, nhiều thành phố Mỹ sử dụng đường sắt trên cao. Chúng rẻ hơn rất nhiều. Tuy nhiên, kết cấu thép làm đường phố tối hơn, tàu hơi nước gây tiếng ồn và giá trị bất động sản xung quanh suy giảm.
Các thành phố cuối cùng chấp nhận xây tàu điện ngầm dù chi phí cao gấp 2-4 lần đường sắt trên cao. Đây cũng là câu chuyện của đào mở.
Trong một phép tính thuần túy về vật liệu và nhân công, nó đôi khi vẫn thắng. Nhưng quyết định hạ tầng hiếm khi chỉ dựa trên chi phí xây dựng trực tiếp. Thành phố còn phải tính đến doanh nghiệp bị mất khách, cư dân bị ảnh hưởng, giao thông bị gián đoạn, nguy cơ kiện tụng và khả năng một dự án mất sự ủng hộ chính trị.
Bởi vậy, TBM không đơn thuần thay thế công nghệ cũ bằng công nghệ mới tốt hơn mà cho phép thành phố mua sự yên tĩnh trên mặt đất bằng công nghệ dưới lòng đất. Đây cũng là lý do phương án đắt hơn trên bảng dự toán đôi khi lại trở thành lựa chọn rẻ hơn cho cả thành phố.
shared via worksinprogress,
