Vấn đề quy hoạch không gian ngầm thành phố

Bài viết tổng hợp và giới thiệu các loại công trình ngầm thành phố đã và đang được sử dụng trên thế giới; tổng hợp các kinh nghiệm và xu thế phát triển trên thế giới nhằm đưa ra một vài kiến nghị liên quan với vấn đề quy hoạch và thiết kế công trình ngầm thành phố ở nước ta, vì sự phát triển bền vững lâu dài.

Quy hoạch không gian ngầm thành phố thường phục vụ mục tiêu chính là phát triển các công trình ngầm thành phố. Tuy nhiên, không gian ngầm theo ý nghĩa tổng quát là không gian địa chất với các đặc điểm địa chất, hóa – lý đa dạng và phức tạp.

Quy hoạch không gian ngầm vì thế cần chú ý các khả năng sử dụng không gian ngầm một cách khái quát hơn để tránh các xung đột trước mắt và lâu dài, đảm bảo sự phát triển bền vững, tận dụng mọi tiềm năng trong lòng đất.

Bài viết tổng hợp và giới thiệu các loại công trình ngầm thành phố đã và đang được sử dụng trên thế giới; tổng hợp các kinh nghiệm và xu thế phát triển trên thế giới nhằm đưa ra một vài kiến nghị liên quan với vấn đề quy hoạch và thiết kế công trình ngầm thành phố ở nước ta, vì sự phát triển bền vững lâu dài.

1. Đặt vấn đề

Trong điều kiện kinh tế phát triển, quỹ đất trên mặt đất ngày càng thu hẹp, với xu thế phát triển các thành phố xanh, sạch, đẹp và phát triển bền vững, những năm gần đây nước ta đã và đang quan tâm nhiều hơn đến việc tận dụng không gian ngầm thành phố.

TP Hà Nội đã phê duyệt Quy hoạch không gian ngầm thành phố; TP.HCM đã lên phương án Quy hoạch không gian ngầm cho tương lai. Trong bối cảnh Luật Đất đai đang được xây dựng và hoàn thiện, trong điều kiện các thông tin về không gian ngầm ở nước ta còn hạn chế, việc quy hoạch khó tránh khỏi các vướng mắc trước mắt và lâu dài.

Trên thế giới, các nước phát triển đã sử dụng không gian ngầm từ rất lâu và ít nhiều đã có kinh nghiệm trong việc giải quyết các xung đột khi sử dụng không gian ngầm, chú ý đến xu thế sử dụng lâu dài, không gây phương hại cho nhu cầu sử dụng trong tương lai.

Tổng hợp và phân tích để các bài học kinh nghiệm phục vụ việc quy hoạch ở nước ta là cần thiết. Bài viết tổng hợp và giới thiệu một số thông tin điển hình, hữu ích cho công tác quy hoạch ở nước ta.

2. Công trình ngầm thành phố và không gian địa chất

Để tận dụng không gian ngầm cho các mục tiêu phát triển kinh tế – xã hội, đến nay trên thế giới đã và đang triển khai xây dựng nhiều loại công trình ngầm (CTN) khác nhau trong khu vực thành phố. Có nhiều cách khác nhau để phân loại các công trình ngầm.

Hiện tại nước ta đang quan tâm nhiều đến các công trình ngầm giao thông và hạ tầng kỹ thuật ngầm, do vậy ở đây tổng hợp sơ bộ theo các nhóm như trên Hình 1, với 3 nhóm chính là CTN giao thông, CTN cơ sở hạ tầng kỹ thuật và CTN khác/đặc biệt.

CTN hạ tầng kỹ thuật thuộc nhóm được phát triển sớm nhất, vì chúng gắn liền với các hoạt động sinh hoạt thông thường của thành phố và nông thôn hiện đại. Các CTN giao thông và các CTN khác/đặc biệt thường được phát triển dần trong quá trình phát triển thành phố, tùy theo nhu cầu và khả năng về kinh tế và tính cấp thiết ở mỗi thành phố, do vậy cũng thường được bổ sung đa dạng về thể loại theo thời gian.

Đến nay, ở nước ta, các CTN hạ tầng kỹ thuật cũng luôn được quy hoạch và thiết kế cùng với các công trình xây dựng trên mặt đất; các CTN giao thông như: đường hầm chui, CTN của các tuyến tàu điện trong thành phố đã và đang được thi công ngày càng nhiều hơn; các CTN khác như các tầng hầm nhà cao tầng, công trình ngầm thương mại cũng được chú ý phát triển, tùy theo nhu cầu và khả năng của chủ đầu tư hay người sử dụng.

Tuy nhiên thực tế cho thấy, đã nảy sinh một số vấn đề liên quan với quyến sử dụng, với ảnh hưởng lâu dài của các CTN này, cần được quan tâm, chú ý hơn nữa. Với xu thế phát triển kinh tế – xã hội hiện nay, chắc chắn trong tương lai không xa, các loại công trình ngầm thành phố khác cũng sẽ được chú ý quy hoạc và xây dựng ở nước ta.

Nhìn rộng hơn nữa, không gian ngầm hay lòng đất là nguồn tài nguyên rất lớn, đã và đang cung cấp cho xã hội các “vật liệu gốc” phục vụ phát triển kinh tế; cùng là không gian để lưu trữ dự phòng các lọa nguyên vật liệu, sản phẩm cấn thiết và đồng thời cũng đã và đang được sử dụng để chôn lấp các vật chất, chất thải độc hại.

Hình 2 minh họa các dạng sử dụng không gian ngầm phổ biến hiện nay trên thế giới, diễn ra ở các độ sâu khác nhau, tùy thuộc vào sự xuất hiện hay có măt của các loại “tài nguyên” và vị trí thích hợp cho việc xây dựng và sử dụng lòng đất cho nhu cầu cụ thể.

Quy hoạch sử dụng không gian ngầm thành phố, do vậy cũng cần thiết quan tâm đến không gian địa chất và các dạng sử dụng khác nhau đó, cho tương lai trước mắt và lâu dài.

3. Các vấn đề liên quan với quy hoạch không gian ngầm thành phố, từ kinh nghiệm trên thế giới

Xây dựng các CTN ở nước ta cho đến nay còn ở quy mô nhỏ, nên các vấn đề nảy sinh liên quan với quyến sử dụng đất, việc xâm hại đến các nguồn tài nguyên khoáng sản còn ít được quan tâm. Nhưng trên đã xảy ra không ít các vấn đề và nhiều biện pháp đã được đề xuất để giải quyết.

Các loại xung đột, cạnh tranh liên quan sử dụng không gian trên mặt đất và dưới mặt đất thường bao gồm:

• Xung đột và cạnh tranh giữa các yêu cầu sử dụng kế tiếp, nếu việc sử dụng cho mục tiêu nào đó tiếp theo là không thể được.

• Xung đột và cạnh tranh sử dụng theo độ sâu (cạnh tranh ở từng địa phương) và sử dụng theo phân tầng.

• Cạnh tranh giữa các giải pháp nhằm đạt mục tiêu bảo vệ khí hậu, khi có các đề xuất sử dụng các công cụ khác nhau (ví dụ: chôn lấp khí CO2 và việc lưu trữ năng lượng địa nhiệt, khí nén và/hoặc lưu trữ khí tự nhiên).

• Xung đột và cạnh tranh giữa các hoạt động sử dụng không gian gần mặt đất liên quan với các công trình trên mặt đất.

• Cạnh tranh giữa các mục đích được sử dụng để đạt được mục tiêu bảo vệ cảnh quan, môi trường, bảo tồn thiên nhiên, di tích (ví dụ: mục tiêu bảo vệ môi trường và bảo tồn thiên nhiên với khai thác nguyên liệu thô).

Để khắc phục và hạn chế các xung đột, các dạng cạnh tranh có thể xảy ra, đã có nhiều đề xuất và giải pháp được nghiên cứu, giải quyết (Fritsche 2016, Loretta von der Tann et al 2020, Peter Stone &Tan Yoong Heng 2016, Sebastian Bartel 2016, Yingxin Zhou, Jian Zhao 2016)

Khi xây dựng các công trình trên mặt đất, tùy thuộc khả năng và nhu cầu công trình có thể có các tầng hầm hoặc nhà nhiều tầng. Khi đó, phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình phần nền – móng cần thiết được sử dụng sẽ rất khác nhau. Trong quy hoạch (và sau này là cấp phép quyền sử dụng) cần thiết chú ý đến vấn đề này. Hình 3 là tập hợp một vài ví dụ điển hình từ kinh nghiệm ở các thành phố London. Helsinki, Tokyo/Osaka và Singapore (Peter Stone,Tan Yoong Heng, 2016).

Không gian ngầm được sử dụng thường phân theo các độ sâu khác nhau, có thể phân chia theo từng lớp hay tầng. Tuy nhiên, các quy định trong quy hoạch bố trí các kết cấu không gian và các sơ đồ liên quan cần phải chú ý đến các tài liệu tham khảo về độ sâu của các cấu trúc địa chất, theo tiêu chuẩn hay quy định.

Tương tự như khi quy hoạch theo lưu vực trong quy hoạch tài nguyên nước, việc phân định theo không gian tự nhiên như đặc điểm địa chất cần được áp dụng cho một số trường hợp nhất định trong quy hoạch không gian ngầm. Ví dụ, để cho phép sử dụng không gian ngầm ở các độ sâu cụ thể khác nhau, cần thiết làm rõ mối liên hệ giữa quy hoạch không gian ngầm và quy định về công tác khai thác khoáng sản cũng như các nguồn tài nguyên khác trong lòng đất. Hình 4 là ví dụ cho thấy các thông tin cần thiết phục vụ quy hoạch không gian ngầm tại khu vực Nam Hessen ở các độ sâu khác nhau (Fritsche, 2016).

Trên Hình 5 là ví dụ các thông tin khá đầy đủ về quy hoạch không gian ngầm với sơ đồ về phân bố của các lớp đất đá, các phương án khai thác tài nguyên, khoáng sản, vị trí được lựa chọn để lưu trữ vật liệu, nguyên liệu, năng lượng, chôn lấp các chất thải độc hại.

Nói chung, bất kỳ việc sử dụng không gian ngầm nào, chẳng hạn như để chôn lấp chất thải, lưu trữ tài nguyên, năng lương, xây dựng các công trình ngầm, đều sẽ gây ra một số tác động đến môi trường trong lòng đất bao gồm biến đổi các hiệu ứng địa vật lý – hóa học, địa cơ học, địa thủy lực và địa nhiệt cũng như các mối tương tác giữa các tác động này với nhau (Nguyễn Quang Phích, 2007). Vì vậy, việc đánh giá tác động đến môi trường mang tính chiến lược.

Khai thác không gian ngầm là một vấn đề rất quan trọng cần được chú ý ngay từ đầu, để có thể đưa ra các giải pháp phòng tránh và xử lý thích hợp. Trước khi các hoạt động sử dụng không gian ngầm có thể được tăng cường cần đặc biệt liên quan đến các tác động có tính tích lũy từ các tác động có thể có của việc sử dụng không gian ngầm trong các thời điểm khác nhau.

Chẳng hạn, nếu có tiến hành khai thác nước ngầm phục vụ sinh hoạt trong khu vực thành phố, thì chắc chắn phải có các giải pháp bảo vệ nguồn nước ngầm, liên quan với việc quy hoạch các khu vực chôn lấp chất thải, lựa chọn vật liệu, kỹ thuật và công nghệ thi công xây dựng các CTN. Các tiêu chí, giải pháp cụ thể để tránh gây ô nhiễm nguồn nước ngầm cần được đề xuất ngay trong công tác quy hoạch vị trí chôn lấp chất thải, trong thiết kế lựa chon vật liệu và quy trình thi công xây dựng CTN.

Như vậy, bài toán quy hoạch không gian ngầm nói chung và quy hoạch không gian ngầm thành phố nói riêng, thực chất là một bài toán “động”, trong ý nghĩa thay đổi theo thời gian (Hình 6), xuất phát từ nhu cầu sử dụng và khả năng kinh tế của mỗi địa phương, thành phố. Tiến hành quy hoạch cần thiết đươc triển khai theo các bước:

1) Phân tích nhu cầu, khả năng kinh tế từ đó có thể đánh giá và điều chỉnh hợp lý;

2) Mô tả hiện trạng, với các thông tinh về kinh tế, xã hội và các điều kiện tự nhiên, thực trạng đang và sẽ sử dụng lòng đất;

3) Phát triển và đề xuất mô hình quy hoạch, phù hợp với khả năng kinh tế và mục tiêu đề ra, có chú ý đến các hoạt động đang có trong lòng đất và dự báo trong tương lai;

4) Kiểm tra, đánh giá mô hình đã đề xuất thông qua các phương pháp mô phỏng, ví dụ trò chơi kinh doanh (Business game);

5) Xác định các thánh thức nảy sinh và đề xuất các giải pháp xử lý thích hợp;

6) Thay đổi và điều chỉnh hoàn thiện mô hình đã đề xuất.

4. Nhận xét và kiến nghị

Không gian ngầm thành phố là một hệ thống quan trọng của thành phố, được coi là giải pháp bổ sung có hiệu quả trong việc giải quyết các vấn đề cấp bách ở các đô thị. Tuy nhiên, sử dụng không gian ngầm thành phố cũng tiềm ẩn những tác động tiêu cực (biến dạng, dịch chuyển, sụt lún…) tới sự phát triển đô thị.

Cần khẳng định rằng, không gian ngầm (hay lòng đất) là không gian địa chất với các đặc điểm địa chất, trạng thái vật lý, hóa học đa dạng và phức tạp. Tùy thuộc vào mức độ phát triển ở từng thành phố, trong lòng đất có thể đã, đang và sẽ triển khai các hoạt động khai thác tài nguyên ở các mức độ khác nhau.

Trong xu thế phát triển xã hội và các nhu cầu về bảo vệ thiên nhiên, môi trường ngày càng được quan tâm hơn, không gian ngầm cũng được sử dụng vào mục tiêu lưu giũ, dự trữ vật liệu, vật chất và chôn lấp các chất thải độc hại. Vị trí, địa tầng phù hợp cần được khảo sát và quy hoạch sớm.

Để có thể quy hoạch sử dụng không gian ngầm thành phố cho hiện tại và tương lai xa, cần thiết:

• Phải quy tập và bổ sung được các thông tin về các hoạt động đã và đang có, các thông tin về điều kiện địa chất, hóa học – vật lý và khả năng tận dụng trong tương lai của các mảng hoạt động khác nhau (khai thác, xây dựng, lưu trữ, chôn lấp….).

• Phối hợp tốt hơn giữa các lĩnh vực chuyên môn đa ngành liên quan, để có thể chú ý được đều khắp các yếu tố tác động đến không gian ngầm, tác động qua lại với nhau, góp phân phát triển đô thi xanh, sạch, đẹp văn minh và bền vững.

• Nhà nước cần đầu tư thỏa đáng để có thể tiến hành khảo sát, đánh giá đầy đủ đến mức cần thiết về không gian địa chất.

GS.TS Nguyễn Quang Phích* 
PGS.TS Đào Viết Đoàn** 
TS Nguyễn Quang Minh*** 
*Khoa Xây dựng, Trường Đại học Văn Lang
**Khoa Xây dựng, Trường Đại học Mỏ – Địa chất Hà Nội 
***Khoa Môi trường, Trường Đại học Mỏ – Địa chất Hà Nội 

Tài liệu tham khảo:

– Fritsche,J.-G. (2016): Darstellung der geologischen Situation und der Nutzungs-konflikte im Untergrund in Südhessen mit Schwerpunkt auf dem Oberrheingraben, Vortrag am 13.07.2016 in Darmstadt.

– Loretta von der Tann, Raymond Sterling, Yingxin Zhou, Nicole Metje.(2020): Systems approaches to urban underground space planning and management – A review. Underground Space 5 (2020) 144-166.

– Nguyễn Quang Phích. (2007) Cơ học đá. NXB Xây dựng. Hà Nội 2007.

– Peter Stone,Tan Yoong Heng. Underground space development key planning factors 15th International scientific conference “Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development”. Procedia Engineering 165 ( 2016 ).P. 343-354.

– Sebastian Bartel, Gerold Janssen Raumplanung im Untergrund unter besonderer Berücksichtigung des Umweltschutzes.

– Yingxin Zhou a , Jian Zhao. (2016). Assessment and planning of underground space use in Singapore. Tunnelling and Underground Space Technology. Volume 55, May 2016, Pages 249-256.