Chương 2 trình bày các yêu cầu hình học chung phục vụ quy hoạch và thiết kế hầm đường bộ. Các nội dung bao gồm: bình đồ và trắc dọc tuyến; khổ giới hạn thông xe; và các thành phần mặt cắt ngang. Các yêu cầu hình học đối với đường dẫn vào hầm và cửa hầm cũng được trình bày.
Ngoài các yêu cầu nêu trong chương này, hình học tuyến hầm còn chịu sự chi phối bởi chức năng và vị trí của hầm (xem Chương 1 – Quy hoạch), điều kiện dưới mặt đất (xem Chương 3 – Khảo sát địa kỹ thuật) và phương pháp thi công, ví dụ: đào hở (Chương 5), đào ngầm và khoan đào (Chương 6–10), hầm dìm (Chương 11), v.v.
Thường cần thực hiện nhiều vòng lặp giữa công tác quy hoạch, nghiên cứu môi trường, bố trí tuyến, khảo sát sơ bộ và thiết kế để cuối cùng xác định được phương án tối ưu về hướng tuyến và bố trí mặt cắt ngang.
2.1 GIỚI THIỆU
Theo định nghĩa của Ủy ban Kỹ thuật về Hầm (T-20) thuộc American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), hầm đường bộ được định nghĩa là các đường xe chạy có kết cấu bao kín, trong đó việc xe cộ tiếp cận bị giới hạn tại các cửa hầm, bất kể loại kết cấu hay phương pháp thi công. Theo định nghĩa này, hầm đường bộ không bao gồm các đoạn đường xe chạy có bao che được tạo bởi các kết cấu che phía trên như cầu đường bộ, cầu đường sắt hoặc các loại cầu khác. Hình 2-1 minh họa các hầm Tetsuo Harano xuyên qua sườn đồi ở Hawaii như một phần của hệ thống đường cao tốc H3. Các hầm này được tiếp cận thông qua các cửa hầm và được nối với các cầu cạn đường cao tốc dẫn vào chính.
Ngoài các yêu cầu chung đối với đường xe chạy, hầm đường bộ còn đòi hỏi các xem xét đặc biệt, bao gồm chiếu sáng, thông gió, hệ thống phòng cháy, và khả năng thoát hiểm khẩn cấp. Các xem xét này thường làm phát sinh thêm các yêu cầu hình học, như sẽ được trình bày trong các mục sau.
2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế
Các hầm đường bộ được đề cập trong Sổ tay này bao quát mọi loại đường, bao gồm đường cao tốc kiểm soát ra vào, đường động mạch, đường gom, và đường địa phương cùng đường phố ở cả khu vực đô thị và nông thôn, theo phân loại chức năng trong ấn phẩm của FHWA Highway Functional Classification: Concepts, Criteria, and Procedures. “Green Book” của AASHTO — A Policy on Geometric Design of Highways and Streets — được các cơ quan liên bang, các bang, và phần lớn các cơ quan quản lý đường bộ địa phương áp dụng, cung cấp các cơ sở xem xét thiết kế chung dùng cho hầm đường bộ xét trên quan điểm mức độ phục vụ, đồng thời khuyến nghị rằng các yêu cầu đối với hầm đường bộ về cơ bản không nên khác đáng kể so với các yêu cầu áp dụng cho các công trình giao cắt khác mức. Green Book (AASHTO, 2004) cũng cung cấp các thông tin chung và các khuyến nghị về các yếu tố mặt cắt ngang cùng những yêu cầu khác áp dụng riêng cho hầm đường bộ.
Ngoài Green Book (AASHTO, 2004), các tiêu chuẩn được sử dụng cho thiết kế cấu hình hình học của hầm đường bộ nói chung cần tuân thủ các tài liệu sau đây, có bổ sung thêm các khuyến nghị được nêu trong Sổ tay này. Các tiêu chí bổ sung có thể bao gồm:
- AASHTO A Policy on Design Standards – Interstate System
- Các tiêu chuẩn do bang hoặc các bang nơi có hầm ban hành
- Các tiêu chuẩn của chính quyền địa phương, khi áp dụng
- Các tiêu chuẩn quốc gia và địa phương của quốc gia nơi đặt hầm vượt biên giới quốc tế
Mặc dù các yêu cầu hình học về tuyến đường, trắc dọc, và tĩnh không theo phương đứng và phương ngang trong các tiêu chuẩn trên nhìn chung áp dụng cho hầm đường bộ, nhưng do chi phí xây dựng hầm cao và quỹ đất hạn chế, trong quy hoạch và thiết kế hầm đường bộ thường áp dụng các yêu cầu tối thiểu nhằm giảm quy mô tổng thể của hầm nhưng vẫn duy trì được vận hành an toàn xuyên suốt hầm. Để bảo đảm an toàn giao thông đường bộ, thiết kế hình học phải đánh giá tốc độ thiết kế, bề rộng làn xe và lề đường, bề rộng hầm, tuyến bình đồ và trắc dọc, độ dốc dọc, cự ly dừng xe, độ dốc ngang mặt đường, siêu cao, và tĩnh không theo phương ngang và phương đứng, trên cơ sở xem xét từng trường hợp cụ thể.
Ngoài các tiêu chuẩn thiết kế đường bộ nêu trên, thiết kế hình học của hầm đường bộ còn phải xem xét các hệ thống trong hầm như các yếu tố an toàn cháy, thông gió, chiếu sáng, điều khiển giao thông, phát hiện cháy và bảo vệ, thông tin liên lạc, v.v. Vì vậy, quy hoạch và thiết kế tuyến và mặt cắt ngang của hầm đường bộ cũng phải tuân thủ National Fire Protection Association (NFPA) 502 – Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways.
Các khuyến nghị trong Sổ tay này được đưa ra như một hướng dẫn để kỹ sư vận dụng phán đoán chuyên môn phù hợp khi áp dụng các tiêu chuẩn vào thiết kế hình học hầm đường bộ, và nhìn chung dựa trên ấn bản 5 của Green Book cùng ấn bản NFPA 502 năm 2008. Các tiêu chuẩn thiết kế dùng cho hầm đường bộ phải tối thiểu bằng hoặc vượt quá các giá trị tối thiểu nêu trong Sổ tay này trong phạm vi khả thi tối đa, đồng thời có xét đến chi phí, lưu lượng giao thông, yêu cầu an toàn, quỹ đất, và các tác động kinh tế – xã hội cũng như môi trường, nhưng không được làm ảnh hưởng đến các yêu cầu về an toàn. Người đọc luôn cần kiểm tra các yêu cầu mới nhất trong các tài liệu viện dẫn ở trên.
2.2 BÌNH ĐỒ VÀ TRẮC DỌC
Quy hoạch và thiết kế tuyến hầm đường bộ phải xem xét các điều kiện địa chất, địa kỹ thuật và điều kiện nước ngầm tại vị trí xây dựng, cũng như các ràng buộc về môi trường như đã trình bày trong Chương 1 – Planning. Độ dốc lớn nhất, đường cong nằm và đường cong đứng, cùng các yêu cầu/ràng buộc khác đối với tuyến bình đồ và trắc dọc của hầm đường bộ được trình bày trong mục này.
2.2.1 Độ dốc lớn nhất
Độ dốc của hầm đường bộ cần được đánh giá trên cơ sở sự thoải mái của người lái xe, đồng thời cố gắng đạt được điểm cân bằng kinh tế giữa chi phí xây dựng và chi phí vận hành, bảo trì.
Độ dốc hữu hiệu lớn nhất trong các hầm đường bộ chính tốt nhất không nên vượt quá 4%; tuy nhiên, khi cần thiết đã có trường hợp sử dụng độ dốc tới 6%. Độ dốc dài hoặc dốc lớn có thể dẫn đến nhu cầu bố trí làn leo dốc cho xe tải nặng. Tuy nhiên, vì lý do kinh tế và thông gió, nên tránh bố trí làn leo dốc trong hầm; ngoài ra, việc bổ sung một làn leo dốc ở giữa chiều dài hầm cũng có thể làm thi công phức tạp đáng kể, đặc biệt đối với hầm khoan bằng máy đào hầm.
2.2.2 Đường cong nằm và đường cong đứng
Đường cong nằm và đường cong đứng phải đáp ứng các yêu cầu hình học trong Green Book. Tuyến bình đồ của hầm đường bộ cần càng ngắn càng tốt một cách hợp lý và duy trì càng nhiều càng tốt chiều dài hầm theo đoạn thẳng, nhờ đó hạn chế số lượng đường cong, giảm chiều dài hầm và nâng cao hiệu quả khai thác. Tuy nhiên, có thể cần các đường cong nhỏ để bố trí vị trí các giếng thông gió/cửa lấy gió, vị trí cửa hầm, khu vực bố trí thi công, và các công trình phụ trợ khác như đã trình bày trong Chương 1 – Planning. Một đường cong nằm nhẹ tại lối ra của hầm cũng có thể cần thiết để người lái xe thích nghi dần với độ sáng bên ngoài hầm.
Khi cần bố trí đường cong nằm, bán kính đường cong nằm chấp nhận nhỏ nhất phải xem xét đến tốc độ xe chạy, cự ly nhìn thấy và siêu cao. Nói chung, phục vụ cho mục đích quy hoạch, bán kính đường cong nên càng lớn càng tốt và không nhỏ hơn khoảng từ 850 ft đến 1000 ft (259 m đến 305 m). Ở giai đoạn thiết kế chi tiết, có thể xem xét đường cong hẹp hơn tùy theo phương pháp thi công hầm được lựa chọn.
Tỷ lệ siêu cao, tức là độ chênh cao của bề mặt phần xe chạy từ mép trong đến mép ngoài của mặt đường, tốt nhất nên nằm trong khoảng từ 1% đến 6%.
Khi dùng phương pháp thi công theo các đoạn dây cung cho tường hầm tại những vị trí tuyến cong, chiều dài dây cung không nên vượt quá 25 ft (7.6 m) đối với bán kính nhỏ hơn 2,500 ft (762 m), và 50 ft (15 m) đối với các trường hợp còn lại.
2.2.3 Yêu cầu về cự ly nhìn thấy và cự ly hãm xe
Các yêu cầu về cự ly nhìn thấy và cự ly hãm xe không được nới lỏng trong hầm. Trên các đường cong nằm và đường cong đứng, có thể cần mở rộng cục bộ hầm để đáp ứng các yêu cầu này bằng cách bố trí một “gờ tăng tầm nhìn”. Khi thiết kế hầm có đường cong đứng cực đại, cần xem xét cẩn thận cự ly nhìn thấy, nếu không có thể dẫn đến cự ly dừng xe bị hạn chế.
2.2.4 Các xem xét khác
Các hầm đường bộ có nhiều hơn một ống hầm giao thông cần được thiết kế sao cho trong trường hợp một ống hầm phải đóng, giao thông vẫn có thể được duy trì trong ống hầm còn lại. Vì lý do an toàn, không khuyến nghị các hầm được xây dựng cho giao thông hai chiều; tuy nhiên, chúng cần có khả năng xử lý giao thông hai chiều trong thời gian bảo trì, và việc này nên được thực hiện vào thời điểm lưu lượng thấp như ban đêm hoặc cuối tuần. Khi khai thác một ống hầm với giao thông hai chiều, phải bố trí hệ thống biển báo phù hợp. Ngoài ra, cần có các khu vực chuyển làn/chuyển hướng phù hợp, thường được bố trí bên ngoài cửa hầm, và hệ thống thông gió cùng hệ thống biển báo phải được thiết kế để xử lý giao thông hai chiều.
Đối với hầm khoan bằng máy đào hầm và hầm đào theo phương pháp truyền thống, nhiều khả năng sẽ xây dựng các hầm riêng biệt cho giao thông theo từng chiều. Đối với hầm đào hở, hộp kích đẩy, và hầm dìm, tốt hơn nên bố trí các ống hầm cho hai chiều giao thông trong cùng một kết cấu để có thể dễ dàng bố trí lối thoát hiểm khẩn cấp cho người ngồi trên xe sang ống hầm giao thông lân cận. Lưu ý rằng NFPA 502-2008 yêu cầu hai ống hầm phải được ngăn cách bằng kết cấu có giới hạn chịu lửa tối thiểu 2 giờ thì mới được xem các lối thông ngang giữa hai hầm là phương án thay thế cho lối thoát hiểm khẩn cấp.
Ngoài các yêu cầu về kết cấu, phải ngăn ngừa tình trạng hầm bị ngập do lũ, nước dâng, thủy triều và sóng, hoặc do tổ hợp của các yếu tố này phát sinh từ bão. Chiều cao và hình dạng của các tường bao quanh cửa hầm, cao độ của mặt đường dẫn vào hầm và mọi cửa vào, lối tiếp cận và lỗ mở phải được thiết kế sao cho ngăn nước xâm nhập. Khuyến nghị sử dụng mực nước thiết kế tương ứng với xác suất bị vượt quá không lớn hơn 0.005 lần trong một năm bất kỳ (mực nước lũ 500 năm).
2.3 TĨNH KHÔNG GIAO THÔNG
Cần thiết lập biểu đồ tĩnh không cho mọi loại xe có khả năng lưu thông qua hầm bằng cách sử dụng bao xe động, trong đó không chỉ xét bao tĩnh lớn nhất cho phép mà còn xét cả các yếu tố động khác như dao động nảy, hỏng hệ thống treo, độ văng đầu/đuôi xe trên đường cong (overhang on curves), chuyển động lắc ngang, và việc phủ lại mặt đường.
Biểu đồ tĩnh không cần xét đến khả năng chiều cao xe tăng trong tương lai, trường hợp xe leo lên bó vỉa, dung sai thi công, và mọi khả năng lún của nền đất cũng như của kết cấu. Các thiết bị thông gió, chiếu sáng, biển dẫn hướng, và các thiết bị khác không được lấn vào biểu đồ tĩnh không.
Tĩnh không theo phương đứng cần được lựa chọn sao cho kinh tế nhất có thể nhưng vẫn phù hợp với kích thước xe cộ (xem Chương 1). Ấn bản thứ 5 của AASHTO Green Book (2004) khuyến nghị tĩnh không đứng tối thiểu là 16 ft (4.9 m) đối với đường cao tốc và 14 ft (4.3 m) đối với các loại đường, phố khác. Lưu ý rằng chiều cao tĩnh không tối thiểu không được nhỏ hơn chiều cao lớn nhất của hàng hóa được phép lưu hành hợp pháp tại một bang cụ thể.
Hình 2-2 minh họa các biểu đồ tĩnh không tối thiểu và tĩnh không mong muốn đối với hầm hai làn xe theo khuyến nghị của Ấn bản thứ 5 của Green Book (AASHTO, 2004).
Hình 2-2(a) minh họa biểu đồ tĩnh không tối thiểu cho một hầm hai làn xe, trong đó quy định bề rộng tĩnh không ngang tối thiểu từ bó vỉa đến bó vỉa và từ tường đến tường lần lượt không được nhỏ hơn 24 ft (7.2 m) và 30 ft (9.1 m). Bề rộng thông xe từ bó vỉa đến bó vỉa (kể cả lề) cũng được yêu cầu phải lớn hơn bề rộng làn xe của phần đường dẫn vào hầm là 2 ft (0.6 m). Vì vậy, đối với công trình đường dẫn có hai làn xe tiêu chuẩn 12 ft, bề rộng tĩnh không ngang tối thiểu từ bó vỉa đến bó vỉa của hầm hai làn kết nối không được nhỏ hơn 26 ft (7.8 m).
Hình 2-2(b) minh họa bề rộng tĩnh không mong muốn từ bó vỉa đến bó vỉa và từ tường đến tường đối với một hầm hai làn xe, lần lượt là 39 ft (11.7 m) và 44 ft (13.2 m).
Tĩnh không theo phương đứng cũng phải xét đến khả năng phủ lại mặt đường trong tương lai. Mặc dù khuyến nghị chỉ phủ lại mặt đường trong hầm sau khi lớp mặt đường cũ đã được bóc bỏ, vẫn nên dự trù một khoảng cho phép hạn chế để phủ lại một lần mà không phải bóc lớp mặt đường cũ. Cũng cần xem xét khả năng xe tải leo lên dải phân cách trong hầm hoặc lên vỉa hè thấp, và cần áp dụng các biện pháp để ngăn tình trạng leo lên này gây hư hại cho trần hầm hoặc cho các bộ phận của hầm được lắp trên trần hoặc tường. Người thiết kế phải tuân theo ấn bản mới nhất của Green Book.
tối thiểu (a) và mong muốn (b) (theo AASHTO, 2004)
Các ống dẫn gió thông gió của hầm, nếu cần, có thể được bố trí phía trên, phía dưới, hoặc ở hai bên các làn xe. Ở những vị trí mà tĩnh không bên ngoài hầm cho phép, nếu việc chuyển hệ thống thông gió từ phía trên xuống hai bên có thể làm giảm độ dốc của hầm hoặc rút ngắn chiều dài hầm, thì cần xem xét phương án này.
Các biển báo cảnh báo xe quá chiều cao và các tuyến chuyển hướng phải được bố trí trước khi dòng xe đến cửa hầm. Tĩnh không giao thông quy định phải được bảo đảm trên toàn bộ các đoạn đường dẫn vào hầm.
2.4 CÁC YẾU TỐ MẶT CẮT NGANG
2.4.1 Các yếu tố mặt cắt ngang điển hình
Mặc dù nhiều hầm đường bộ khi nhìn từ bên trong có dạng hình chữ nhật được giới hạn bởi tường, trần và mặt đường (Hình 2-3), hình dạng thực tế của hầm có thể không phải là hình chữ nhật. Như đã trình bày trong Chương 1, nhìn chung có ba dạng hầm điển hình: tròn, chữ nhật, và móng ngựa/cong tuyến. Hình dạng của mặt cắt hầm chủ yếu được quyết định bởi điều kiện nền đất và phương pháp thi công, như đã trình bày trong Chương 1.
Mặt cắt ngang của hầm đường bộ phải có khả năng đáp ứng tĩnh không giao thông theo phương ngang và phương đứng (Mục 2.3), cũng như các yếu tố yêu cầu khác. Các yếu tố mặt cắt ngang điển hình (Hình 2-4) bao gồm:
- Các làn xe chạy
- Lề đường
- Vỉa hè/bó vỉa
- Hệ thống thoát nước hầm
- Hệ thống thông gió hầm
- Hệ thống chiếu sáng hầm
- Hệ thống tiện ích kỹ thuật và cấp điện cho hầm
- Đường ống cấp nước phục vụ chữa cháy
- Tủ đặt cuộn vòi chữa cháy và bình chữa cháy
- Đèn tín hiệu và biển báo phía trên làn xe chạy
- Camera giám sát CCTV
- Điện thoại khẩn cấp
- Ăng-ten/thiết bị thông tin liên lạc
- Thiết bị giám sát khí độc hại và tầm nhìn
- Biển báo phát sáng thoát hiểm khẩn cấp bố trí ở cao độ thấp (để vẫn nhìn thấy trong trường hợp cháy hoặc có khói)
Có thể cần bổ sung thêm các yếu tố trong một số yêu cầu thiết kế nhất định, và các yếu tố này cần được xem xét khi xây dựng cấu hình hình học của hầm. Các yêu cầu đối với bề rộng làn xe và lề đường, vỉa đi bộ/lối thoát hiểm khẩn cấp, thoát nước, thông gió, chiếu sáng, và điều khiển giao thông được trình bày trong các mục tiếp theo. Các yếu tố khác được nêu ở trên là bắt buộc đối với công tác phòng cháy và bảo đảm an toàn cho các hầm dài hơn 1000 ft (300 m), hoặc dài hơn 800 ft (240 m) nếu khoảng cách lớn nhất từ bất kỳ điểm nào trong hầm đến một điểm an toàn vượt quá 400 ft (120 m) (theo NFPA hiện hành). Các yêu cầu về phòng cháy và an toàn không thuộc phạm vi của sổ tay này. Xem Phụ lục A và tiêu chuẩn NFPA 502 mới nhất để biết các yêu cầu đối với các yếu tố phòng cháy và an toàn.
2.4.2 Làn xe và lề đường
Như đã trình bày trước đó, đối với mục đích quy hoạch và thiết kế, bề rộng mỗi làn xe trong hầm đường bộ không được nhỏ hơn 12 ft (3.6 m), theo khuyến nghị trong Ấn bản thứ 5 của Green Book (AASHTO, 2004).
Mặc dù Green Book nêu rằng nên duy trì đầy đủ bề rộng lề trái và lề phải của tuyến đường dẫn cao tốc xuyên qua hầm, tài liệu này cũng thừa nhận rằng chi phí để bố trí đầy đủ bề rộng lề có thể là quá lớn. Việc giảm bề rộng lề trong hầm đường bộ là khá phổ biến. Trong một số trường hợp, lề hẹp được bố trí ở một hoặc cả hai bên. Đôi khi lề bị loại bỏ hoàn toàn và được thay bằng dải chắn. Theo một nghiên cứu do Hiệp hội Đường bộ Thế giới (PIARC) thực hiện và công bố trong báo cáo Cross Section Geometry in Unidirectional Road Tunnels năm 2001, bề rộng lề thay đổi tùy theo từng quốc gia và nằm trong khoảng từ 0 đến 2.75 m (9 ft). Nhìn chung, bề rộng này nằm trong khoảng từ 1 m đến 3.3 ft. Đối với hầm đường bộ một chiều, tài liệu khuyến nghị lề phải nên rộng 4 ft (1 – 2 m) và lề trái ít nhất 2 ft (0.6 m).
Hình 2-2(A) không đưa ra yêu cầu tối thiểu đối với lề trong hầm, ngoại trừ yêu cầu phải cộng thêm tối thiểu 2 ft (0.6 m) vào bề rộng làn xe của kết cấu đường dẫn. Green Book cũng khuyến nghị rằng việc xác định bề rộng lề cần được thiết lập trên cơ sở phân tích sâu tất cả các khía cạnh liên quan. Khi việc bố trí lề trong hầm là không thực tế (vì lý do kinh tế hoặc khả năng thi công), có thể xảy ra chậm trễ giao thông khi xe cộ bị hỏng trong thời kỳ lưu lượng lớn. Trong các hầm dài, đôi khi có bố trí các hốc dừng khẩn cấp để tiếp nhận các xe bị sự cố.
Để ngăn các xe chạy chệch hướng va vào tường hầm, thường sử dụng dải chắn bê tông chuyển hướng có mặt nghiêng hoặc nghiêng một phần. Chiều cao của dải chắn không được lớn đến mức người lái xe con cảm thấy như bề rộng hữu dụng của tường bị thu hẹp, cũng không được thấp đến mức cho phép xe leo lên trên. Dải chắn cao 3.3 ft (1 m) là khá phổ biến. Bề rộng lề giảm, đo từ phần xe chạy đến mặt dải chắn liền kề, trong khoảng từ 2 đến 4 ft (0.6 đến 1.2 m), được xem là chấp nhận được.
Hình 2-5 minh họa một ví dụ về mặt cắt phần xe chạy điển hình của hầm, bao gồm hai làn xe tiêu chuẩn rộng 12 ft và hai lề giảm bề rộng. Xem Mục 2.4.3 để biết các yêu cầu đối với dải chắn khi chúng được sử dụng như vỉa đi bộ nâng cao hoặc lối đi thoát hiểm khẩn cấp.
2.4.3 Vỉa đi bộ/Lối đi thoát hiểm khẩn cấp
Mặc dù người đi bộ thông thường không được phép vào hầm đường bộ, vỉa đi bộ vẫn là hạng mục bắt buộc trong hầm đường bộ để phục vụ thoát hiểm khẩn cấp và tạo lối tiếp cận cho nhân viên bảo trì. Ấn bản thứ 5 của Green Book khuyến nghị rằng vỉa đi bộ hoặc bó vỉa nâng cao có bề rộng 2.5 ft (0.7 m) hoặc lớn hơn, bố trí ngoài phạm vi lề đường, là phương án phù hợp để sử dụng làm lối thoát hiểm khẩn cấp; đồng thời cần bố trí dải chắn nâng cao để ngăn phần thân xe nhô ra va chạm vào lớp hoàn thiện tường hoặc các bộ đèn chiếu sáng trong hầm.
Ngoài ra, NFPA 502 yêu cầu lối đi thoát hiểm khẩn cấp trong các lối thông ngang phải có bề rộng thông thủy tối thiểu là 3.6 ft (1.12 m).
2.4.4 Yêu cầu về thoát nước hầm
Hầm đường bộ phải được trang bị một hệ thống thoát nước gồm các đường ống, rãnh, hố thu/hố bơm, thiết bị tách dầu/nước, và các hệ thống điều khiển để thu gom, lưu chứa, tách và thải bỏ một cách an toàn, tin cậy các chất lỏng/nước thải trong hầm mà nếu không sẽ tích tụ lại. Trong hầm phải có hệ thống thoát nước để xử lý cả nước mặt lẫn nước rò rỉ. Tuy nhiên, các tuyến ống thoát nước và hố bơm phải được tính toán kích thước để tiếp nhận nước xâm nhập và/hoặc đáp ứng yêu cầu chữa cháy. Chúng phải được thiết kế sao cho đám cháy không lan qua hệ thống thoát nước sang các ống hầm liền kề bằng cách cô lập chúng. Vì lý do an toàn, không được sử dụng PVC, ống sợi thủy tinh, hoặc các vật liệu dễ cháy khác.
Các hố thu phải được bố trí bẫy để thu gom và loại bỏ chất rắn. Cũng cần bố trí bẫy cát, cũng như thiết bị tách dầu và nhiên liệu. Khi tính toán kích thước hố bơm, có thể giả định rằng cháy và bão không xảy ra đồng thời. Hố thu và bơm phải được bố trí tại các điểm thấp của hầm và tại các cửa hầm để xử lý lượng nước mà nếu không sẽ chảy vào hầm. Hố thu phải được tính toán kích thước phù hợp với chu kỳ làm việc của bơm xả sao cho lưu lượng nước vào không làm vượt quá dung tích của hố thu. Hố thu phải được thiết kế để có thể được vệ sinh định kỳ.
2.4.5 Yêu cầu về thông gió
Hệ thống thông gió của hầm hoạt động nhằm duy trì chất lượng không khí ở mức chấp nhận được đối với mức phơi nhiễm ngắn hạn bên trong hầm. Thiết kế có thể được chi phối bởi các yêu cầu về cháy/an toàn hoặc bởi chất lượng không khí; yếu tố nào chi phối sẽ phụ thuộc vào nhiều nhân tố, bao gồm lưu lượng giao thông, kích thước và chiều dài hầm, cùng bất kỳ đặc điểm đặc biệt nào như nút giao ngầm.
Các yêu cầu về thông gió trong hầm đường bộ được xác định dựa trên hai tiêu chí chính: xử lý các khí thải độc hại từ xe lưu thông trong hầm và xử lý khói khi xảy ra cháy. Phân tích động lực học chất lưu tính toán (CFD) thường được sử dụng để thiết lập thiết kế phù hợp cho hệ thống thông gió trong điều kiện cháy. Cũng cần thực hiện phân tích chất lượng không khí để xác định liệu chất lượng không khí có phải là yếu tố chi phối thiết kế hay không. Cần bố trí các điểm quan trắc chất lượng không khí trong hầm, và hệ thống thông gió phải được điều chỉnh theo lưu lượng giao thông để đáp ứng chất lượng không khí yêu cầu.
Các tác động môi trường và chất lượng không khí có thể ảnh hưởng đến vị trí của các công trình/nhà thông gió, giếng thông gió và cửa hầm. Các phân tích cần xem xét sự phát triển hiện tại và tương lai, cao độ mặt đất, chiều cao và khoảng cách đến các đối tượng nhạy cảm ở gần các vị trí đó, cũng như vị trí các cửa sổ có thể mở và sân hiên của các công trình lân cận nhằm giảm thiểu tác động. Các nhà thông gió cũng đã được bố trí dưới mặt đất và các ống xả đứng được giấu bên trong các kết cấu khác.
Hai phương án hệ thống thông gió chính được sử dụng cho hầm là thông gió dọc và thông gió ngang. Hệ thống thông gió dọc đưa không khí vào hoặc rút không khí ra khỏi hầm đường bộ tại một số lượng điểm hạn chế, chẳng hạn như giếng thông gió hoặc cửa hầm, theo phương dọc của dòng xe chạy. Hệ thống này có thể được phân thành hệ thống dùng quạt phản lực hoặc hệ thống quạt trung tâm với vòi phun vận tốc cao (vòi phun Saccardo). Việc sử dụng hệ thống thông gió dọc bằng quạt phản lực đã được FHWA chấp thuận vào năm 1995 dựa trên kết quả của Chương trình thử nghiệm thông gió cháy Hầm Memorial (NCHRP, 2006). Nhìn chung, hệ thống này bao gồm một dãy quạt hướng trục vận tốc cao lắp ở cao độ trần của hầm đường bộ để tạo ra dòng không khí dọc theo chiều dài hầm, như minh họa ở Hình 2-6.
Hệ thống thông gió ngang có thể là loại ngang hoàn toàn hoặc ngang bán phần. Với thông gió ngang hoàn toàn, các ống dẫn cấp gió được bố trí phía trên, phía dưới, hoặc bên cạnh ống hầm giao thông và cấp không khí tươi vào hầm theo các khoảng cách đều nhau. Các ống dẫn khí thải được bố trí phía trên hoặc bên cạnh ống hầm giao thông và hút không khí cùng các chất ô nhiễm ra ngoài. Với thông gió ngang bán phần, ống dẫn cấp gió bị loại bỏ và chức năng của nó được thay bằng “nhiệm vụ” do phần không gian giao thông đảm nhận. Khi sử dụng các ống dẫn cấp hoặc hút gió, dòng khí thường được tạo ra bởi các quạt được bố trí theo nhóm trong các nhà thông gió. Các tiêu chuẩn địa phương về tiếng ồn nhìn chung sẽ yêu cầu lắp thiết bị giảm âm tại các quạt hoặc vòi phun.
Việc lựa chọn hệ thống thông gió phù hợp rõ ràng có ảnh hưởng rất lớn đến tuyến hầm, bố trí mặt bằng, và thiết kế mặt cắt ngang. Việc thảo luận chi tiết về thiết kế thông gió hầm không nằm trong phạm vi của sổ tay này.
2.4.6 Yêu cầu về chiếu sáng
Chiếu sáng trong hầm giúp người lái xe nhận biết các mối nguy hiểm hoặc các xe bị sự cố trong hầm ở khoảng cách đủ để phản ứng an toàn hoặc dừng xe. Mức chiếu sáng cao (vùng chiếu sáng cửa hầm) thường được yêu cầu tại đoạn đầu hầm vào ban ngày để bù cho “hiệu ứng lỗ đen” phát sinh do kết cấu hầm che bóng lên phần xe chạy, như minh họa ở Hình 2-7. Các mức chiếu sáng cao này chỉ được sử dụng vào ban ngày. Các bộ đèn trong hầm thường được bố trí trên trần hoặc gắn trên tường gần trần. Các phương pháp và hướng dẫn chiếu sáng hầm không nằm trong phạm vi của sổ tay này. Tuy nhiên, vị trí, kích thước, chủng loại và số lượng bộ đèn có ảnh hưởng đến các yêu cầu hình học của hầm và cần được xem xét.
Các tài liệu về chiếu sáng hầm do IESNA ban hành (ANSI/IESNA RP-22 Recommended Practice for Tunnel Lighting) và do CIE ban hành (CIE-88 Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses) đưa ra cách tiếp cận toàn diện đối với chiếu sáng hầm. AASHTO Roadway Lighting Design Guide cũng cung cấp một số khuyến nghị cho hầm đường bộ.
Để tăng cường an toàn khi xảy ra cháy, khuyến nghị bố trí đèn chớp để nhận biết các tuyến thoát ra. Nếu sử dụng, các đèn này nên được đặt quanh các cửa thoát, đặc biệt ở cao độ thấp, nơi có thể nằm dưới lớp khói. Đèn chớp chỉ được kích hoạt khi xảy ra cháy trong hầm. Chiếu sáng khẩn cấp trong hầm, bao gồm phương pháp đi dây và các yêu cầu khác, được nêu trong NFPA 502 Standard for Road Tunnels, Bridges and Other Limited Access Highways, PIARC Fire and Smoke Control in Road Tunnels, và trong các kết quả của chuyến khảo sát châu Âu FHWA/AASHTO năm 2005 (Phụ lục A).
2.4.7 Yêu cầu về điều khiển giao thông
Tiêu chuẩn NFPA 502 mới nhất quy định rằng các hầm có chiều dài từ 300 ft (90 m) trở lên phải được trang bị phương tiện để dừng dòng xe đang tiếp cận cửa hầm (ở bên ngoài hầm). Ngoài ra, NFPA 502 cũng quy định rằng đối với các hầm có chiều dài từ 800 ft (240 m) trở lên phải có các phương tiện điều khiển giao thông bên trong hầm. Các phương tiện này cần bao gồm đèn tín hiệu điều khiển làn xe, biển báo cảnh báo xe quá chiều cao, biển báo thông tin thay đổi được (CMS), v.v. Việc điều khiển giao thông có thể cần thiết để đóng và mở làn xe phục vụ công tác bảo trì và xử lý tai nạn, cũng như để giám sát các xe chở vật liệu bị cấm. Cần lắp đặt các hệ thống điều khiển sự cố liên kết với camera CCTV. Khuyến nghị rằng CCTV phải bao phủ 100% chiều dài hầm. Cần tham khảo NFPA 502 phiên bản mới nhất để biết các yêu cầu chi tiết hơn. Các yêu cầu về điều khiển giao thông cần được xem xét khi xây dựng hình học mặt cắt ngang.
2.4.8 Cửa hầm và đường dẫn vào hầm
Cửa hầm có thể đòi hỏi những xem xét thiết kế đặc biệt. Vị trí cửa hầm cần được đặt trên nền đất ổn định và có đủ không gian. Nếu có thể, hướng cửa hầm nên tránh quay thẳng về phía Đông hoặc phía Tây để tránh ánh nắng chói gây lóa cho người lái. Cần áp dụng các biện pháp giảm thiểu ở những nơi mà người lái có thể bị lóa do mặt trời mọc hoặc lặn. Đôi khi, các dầm ngang ngắt quãng được bố trí bắc qua kết cấu đường dẫn phía trên các làn xe như một biện pháp giảm thiểu. Đôi khi, dải phân cách trung tâm cũng được kéo dài ra một khoảng từ cửa hầm để ngăn hiện tượng tuần hoàn lại của không khí ô nhiễm, tức là ngăn không cho không khí ô nhiễm đã được thải ra từ một ống giao thông đi vào ống liền kề như không khí “sạch”.
Những hầm có lưu lượng giao thông lớn và các hầm dài cần được trang bị xe ứng cứu ở mỗi đầu hầm để có thể tiếp cận tất cả các ống giao thông. Xe cứu hộ phải có khả năng đẩy xe bị sự cố, bên cạnh phương pháp kéo xe truyền thống. Tốt nhất, các xe này nên được trang bị một số thiết bị chữa cháy, với mức độ trang bị phụ thuộc vào khoảng cách đến đơn vị chữa cháy gần nhất. Tối thiểu, chúng phải mang theo các bình chữa cháy hóa chất khô.
Nếu hầm nằm ở khu vực nông thôn hẻo lánh, nơi lực lượng chữa cháy và đội ứng cứu khẩn cấp lân cận không thể có mặt kịp thời, thì có thể cần một kết cấu cửa hầm lớn hơn như minh họa ở Hình 2-8 để bố trí trung tâm điều hành khai thác, cũng như nhân sự, thiết bị và phương tiện chữa cháy và ứng cứu khẩn cấp.
Khi xác định vị trí cửa hầm và vị trí kết thúc kết cấu đường dẫn cùng các tường chắn, cần có biện pháp bảo vệ chống ngập do mực nước cao tại các thủy thể và các dòng nước nhánh, hoặc do dòng chảy mặt từ mưa bão. Cao độ tường đầu cửa hầm và các tường chắn của đường dẫn phải được bố trí ở mức cao hơn ít nhất 2 ft (0.6 m) so với mực nước lũ thiết kế. Ngoài ra cũng có thể bố trí cửa chắn lũ. Cần có giải pháp đầy đủ để thoát nhanh và hiệu quả lượng nước từ mưa, hệ thống thoát nước, nước ngầm thấm, hoặc bất kỳ nguồn nào khác. Cần bố trí rãnh thoát nước ngang tại cửa hầm và hố thu/hố bơm.
Hỗ trợ duy trì trang:
Tôi xây dựng trang này để chia sẻ các tài liệu kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế hạ tầng giao thông.
Nếu bạn thấy nội dung hữu ích và muốn góp phần duy trì trang hoạt động bền vững, tôi rất trân trọng mọi sự ủng hộ.