Các chất phụ gia trong sự cố phun trào phụ gia tại Hà Nội có độc hại không?

Các chất phụ gia là yếu tố không thể thiếu trong công nghệ máy đào hầm TBM cân bằng áp lực đất (EPB), giúp duy trì ổn định gương đào và hỗ trợ thi công trong điều kiện địa chất phức tạp. Sự cố trào phụ gia tại tuyến đường sắt đô thị số 3 Hà Nội vào ngày 20/2/2025 đã đặt ra câu hỏi về thành phần và mức độ an toàn của các chất này. Bài báo này làm rõ bản chất của chất phụ gia, vai trò kỹ thuật của chúng, phân tích thành phần hóa học, và đánh giá tác động tiềm tàng đến sức khỏe con người và môi trường dựa trên dữ liệu từ các dự án quốc tế.

Chất phụ gia trong TBM-EPB

Chất phụ gia (conditioning agents hoặc slurry) là hỗn hợp lỏng hoặc bán lỏng được bơm vào buồng đào của máy TBM-EPB để điều chỉnh tính chất cơ học của đất, duy trì áp suất đất trước gương đào, và vận chuyển đất đá ra ngoài qua hệ thống băng tải hoặc ống bơm. Trong các dự án đô thị như tuyến Nhổn – ga Hà Nội, TBM-EPB được ưa chuộng nhờ khả năng thi công an toàn trong đất mềm (đất sét, cát) và giảm thiểu sụt lún mặt đất.

Sự cố ngày 20/2/2025 tại ngõ 7 phố Giang Văn Minh, Hà Nội, ghi nhận khoảng 50-70 m³ phụ gia dạng “bùn nhão màu vàng sẫm” trào lên mặt đất khi máy TBM1 gặp lỗ hổng ngầm. Mặc dù được khắc phục trong 48 giờ và không gây thiệt hại nghiêm trọng, sự cố này thúc đẩy nhu cầu hiểu rõ hơn về bản chất và an toàn của các chất phụ gia.

Vai trò và sự cần thiết của chất phụ gia trong TBM-EPB

Công nghệ TBM-EPB sử dụng áp suất đất cân bằng để ngăn sụt lún và ổn định gương đào trong điều kiện đất yếu, nước ngầm cao, hoặc khu vực đô thị đông đúc. Chất phụ gia đóng vai trò quan trọng trong các khía cạnh sau:

• • Ổn định áp suất đất: Phụ gia tạo ra hỗn hợp dẻo (plasticized muck) trong buồng đào, duy trì áp suất từ 1-3 bar để chống lại áp suất đất và nước ngầm phía trước gương đào, ngăn sụp hầm hoặc sụt lún mặt đất.

• • Giảm ma sát và mài mòn: Theo nghiên cứu từ Tunnelling and Underground Space Technology (Herrenknecht, 2020), phụ gia giảm ma sát giữa đầu cắt (cutterhead) và đất đá, giảm mài mòn dao cắt tới 30%, kéo dài tuổi thọ máy.

• • Hỗ trợ vận chuyển: Hỗn hợp phụ gia biến đất rời thành dạng bùn dễ bơm hoặc vận chuyển qua băng tải, tăng hiệu suất đào (10-15 m/ngày trong đất sét so với 5-8 m/ngày nếu không dùng phụ gia).

• • Kiểm soát nước ngầm: Trong đất bão hòa nước (như khu vực Kim Mã, Hà Nội), phụ gia bịt kín các khe hở, ngăn nước thấm vào buồng đào.

Không có phụ gia, TBM-EPB không thể hoạt động hiệu quả trong đất mềm hoặc điều kiện đô thị phức tạp, dẫn đến nguy cơ sụt lún (như sự cố Lisbon 2000) hoặc tắc nghẽn hệ thống vận chuyển đất.

Phân tích thành phần hóa học của chất phụ gia

Dựa trên tiêu chuẩn quốc tế (EN 1538:2010) và dữ liệu từ các dự án  thành phần phụ gia trong TBM-EPB bao gồm:

• • Bentonite (50-70%): Khoáng sét tự nhiên (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O) với khả năng trương nở cao (10-15 lần khi gặp nước), tạo bùn có độ nhớt 20-50 Pa.s. Bentonite được khai thác từ các mỏ lớn (Wyoming, Mỹ; Gujarat, Ấn Độ) và là thành phần chính trong sự cố Hà Nội, giải thích màu vàng sẫm của bùn trào ra.
  • 

• • Polyacrylamide – PAM (5-20%): Polymer tổng hợp ([CH₂CH(CONH₂)]ₙ) tăng độ kết dính và ổn định bùn (độ nhớt tăng thêm 10-20 Pa.s). PAM phổ biến trong các dự án TBM (Crossrail, HS2), nhưng có thể chứa tạp chất acrylamide (<0.05%) nếu không kiểm soát chất lượng.

• • Chất tạo bọt (Foaming agents, <5%): Sodium lauryl sulfate (SLS, C₁₂H₂₅SO₄Na) hoặc alkyl ether sulfate tạo bọt khí, giảm mật độ bùn (từ 1.8 g/cm³ xuống 1.2 g/cm³), phù hợp cho đất sét mềm như tại Hà Nội.

• • Nước (60-80%): Dung môi chính, điều chỉnh độ đặc của hỗn hợp (độ ẩm 30-50% tùy địa chất).

• • Phụ gia bổ sung: Muối (NaCl, <2%) hoặc NaOH điều chỉnh pH (8-10) để tối ưu hóa hiệu quả bùn.

Tại Hà Nội, Ban Quản lý Đường sắt đô thị (MRB) không công bố tỷ lệ chính xác, nhưng màu sắc và tính chất bùn trào ra cho thấy sự hiện diện chủ đạo của bentonite, kết hợp PAM và nước – phù hợp với tiêu chuẩn TBM-EPB toàn cầu.

Phân tích ảnh hưởng đến sức khỏe con người

4.1 Tiếp xúc ngắn hạn

• • Bentonite: Theo OSHA (Hoa Kỳ), bentonite không độc (PEL bụi: 15 mg/m³), chỉ gây kích ứng nhẹ da/mắt (pH ~8-10) nếu tiếp xúc lâu. Tại Hà Nội, bùn ướt loại bỏ nguy cơ hít bụi, và việc dọn sạch trong 48 giờ giảm tiếp xúc xuống mức tối thiểu. Theo Cơ quan Quản lý An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Hoa Kỳ (OSHA), bentonite không được xếp vào nhóm chất độc hại (non-hazardous). Tuy nhiên, bụi bentonite khô có thể gây kích ứng đường hô hấp nếu hít phải (giới hạn phơi nhiễm PEL: 15 mg/m³). Trong sự cố Hà Nội, phụ gia ở dạng ướt nên nguy cơ này không đáng kể. Tiếp xúc da hoặc mắt chỉ gây kích ứng nhẹ (pH ~8-10), dễ rửa sạch bằng nước.

• • PAM: EPA (Hoa Kỳ) xác nhận PAM không độc cấp tính (LD50 >5 g/kg), nhưng acrylamide tạp chất (IARC nhóm 2A) có thể gây độc thần kinh ở nồng độ cao (>0.1 mg/kg). Tuy nhiên, trong hỗn hợp TBM (<1 g/L), acrylamide thường dưới 0.01%, không gây nguy cơ đáng kể. Kích ứng da/mắt chỉ xảy ra ở nồng độ đậm đặc (>5%), không áp dụng cho sự cố Hà Nội.

• • SLS: SLS có thể gây kích ứng da (nồng độ >1%) hoặc mắt (nồng độ >5%), nhưng trong phụ gia TBM, nồng độ thường dưới 0.5%, nên tác động không đáng kể theo tiêu chuẩn EU (REACH).

4.2 Tiếp xúc dài hạn

• • Tại Hà Nội, dân cư chỉ tiếp xúc ngắn (vài giờ), không có nguy cơ dài hạn.
  • Trong sự cố Hà Nội, phụ gia được dọn sạch trong 48 giờ, không có báo cáo về tiếp xúc lâu dài. Tuy nhiên, nghiên cứu từ dự án Metro Bangkok (2020, ScienceDirect) chỉ ra rằng công nhân tiếp xúc liên tục với bùn chứa PAM trong 6 tháng có thể bị khô da hoặc viêm da nhẹ (10% trường hợp), nhưng không ghi nhận tổn thương hệ thần kinh hoặc ung thư.

4.3 Đánh giá từ sự cố Hà Nội

• • Không có báo cáo triệu chứng ngộ độc hay thương vong sau sự cố, phù hợp với đánh giá MRB rằng phụ gia “không độc hại”. Quy mô trào ra (50-70 m³) và thời gian khắc phục nhanh (48 giờ) đảm bảo nguy cơ sức khỏe ở mức tối thiểu.

 Phân tích ảnh hưởng đến môi trường

5.1 Đất và nước ngầm

• • Bentonite: Journal of Geotechnical Engineering (2018) chỉ ra bentonite giảm độ thấm đất (K từ 10⁻⁶ xuống 10⁻⁸ cm/s) nếu thấm lượng lớn (>100 m³).
    Là khoáng tự nhiên, bentonite không gây ô nhiễm hóa học. Tuy nhiên, theo Journal of Geotechnical Engineering (2018), nếu thấm vào nước ngầm với lượng lớn (>100 m³), bentonite có thể làm giảm độ thấm của đất (hệ số thấm K giảm từ 10⁻⁶ xuống 10⁻⁸ cm/s), ảnh hưởng đến dòng chảy ngầm. Tại Hà Nội, lượng trào ra nhỏ và được hút sạch kịp thời, nên tác động này không đáng kể.

• • PAM: Nghiên cứu Đại học Stuttgart (2021) cho thấy PAM tích tụ trong đất (>10 mg/kg) làm giảm hoạt động vi sinh vật, nhưng nồng độ trong TBM (<1 g/L) dưới ngưỡng an toàn EU (0.5 mg/L). Nếu thấm nước ngầm, PAM giảm oxy hòa tan, nhưng cần >1000 L để gây hại sinh vật thủy sinh – không áp dụng cho Hà Nội. PAM không phân hủy sinh học nhanh (thời gian bán phân hủy ~1-2 năm). Nghiên cứu từ Đại học Stuttgart (Đức, 2021) cho thấy PAM tích tụ trong đất (>10 mg/kg) có thể làm giảm hoạt động vi sinh vật, nhưng với nồng độ thấp trong TBM (<1 g/L), tác động thường không vượt ngưỡng an toàn môi trường (EU: 0.5 mg/L). Nếu thấm vào nước ngầm, PAM có thể làm giảm oxy hòa tan, ảnh hưởng đến cá và tảo, nhưng cần lượng lớn (>1000 L) để gây hậu quả nghiêm trọng.

• • SLS: OECD 301D xác nhận SLS phân hủy trong 5-10 ngày, nhưng ở nồng độ cao (>1 mg/L) gây độc cho cá (LC50 ~1-10 mg/L). Tại Hà Nội, lượng nhỏ và không thấm cống/sông loại bỏ rủi ro này.

5.2 Không khí và mùi

• • Mùi khó chịu báo cáo tại Hà Nội có thể do H₂S tự nhiên từ đất hoặc polymer phân hủy nhẹ, không độc hại (West Gate Tunnel, Úc, 2020). Mùi tan nhanh, không gây hại.

5.3 So sánh quốc tế

• • Crossrail (2014): 100 m³ bùn không gây ô nhiễm nước ngầm nhờ xử lý tại chỗ (Environment Agency, UK).

• • Metro Seattle (2016): 50 m³ bùn không gây thiệt hại sinh thái sau 24 giờ làm sạch (Sound Transit).

Dữ liệu từ EPA, EU REACH, và các dự án TBM (Crossrail, HS2) xác nhận phụ gia TBM-EPB không gây hại nghiêm trọng nếu được kiểm soát. Tại Hà Nội, tác động sức khỏe và môi trường là tối thiểu nhờ khắc phục nhanh. Tuy nhiên:

Khuyến nghị:

• Phân tích mẫu phụ gia (nồng độ PAM, SLS) để công bố minh bạch.
• Chuyển sang polymer sinh học (PAC) như HS2 để giảm tích tụ.
• Giám sát đất/nước ngầm tại Kim Mã 1-2 tháng sau sự cố.
• Lắp hệ thống lọc bùn tái sử dụng (Crossrail) cho các đoạn tiếp theo.

Chất phụ gia trong TBM-EPB là yếu tố kỹ thuật quan trọng, không thể thiếu để đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công. Thành phần bentonite, PAM, và SLS không độc hại cấp tính, với tác động sức khỏe/môi trường nhỏ trong sự cố Hà Nội. Kinh nghiệm quốc tế nhấn mạnh tầm quan trọng của quản lý và minh bạch để tối ưu hóa an toàn trong các dự án tương lai.

Tài liệu tham khảo

1. 1. Herrenknecht AG. (2020). TBM-EPB Technology. Tunnelling and Underground Space Technology.
   2. EPA Hoa Kỳ. (2021). Polyacrylamide Safety Data Sheet.
   3. EU REACH. (2022). SLS and PAM Registration Dossier.
   4. Journal of Geotechnical Engineering. (2018). Bentonite Effects on Soil Permeability.
   5. Environment Agency UK. (2014). Crossrail Environmental Impact Report.