Phương pháp khoan định hướng ngang đặt ống ngầm vượt sông

Ngày đăng: 12/03/2021

2296 Lượt xem

0 Đánh giá

Phương pháp khoan định hướng ngang (khoan định hướng) đặt ống ngầm vượt sông này rút ngắn thời gian xây dựng đoạn băng qua sông, đặc biệt là trong trường hợp băng qua sông, vì công việc có thể được thực hiện quanh năm, chúng không liên quan đến bất kỳ thời gian đóng băng, băng trôi, sụt giảm hoặc dâng cao. trong mực nước.

khoan ngầm HDD – phương pháp khoan định hướng ngang đặt ống vượt sông, phân tích kỹ thuật, lợi thế, cơ chế thi công và lý do vì sao HDD trở thành giải pháp tối ưu cho các công trình băng qua sông, nơi điều kiện thủy văn luôn phức tạp và biến động quanh năm. Bài viết dùng văn phong khoa học – kỹ thuật – hành chính, phù hợp đăng website, tạp chí xây dựng hoặc sử dụng trong hồ sơ thuyết minh.

Trong số các công nghệ thi công đặt đường ống ngầm hiện đại, phương pháp khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD) được xem là một trong những bước tiến lớn nhất của kỹ thuật thi công không đào mở. Đặc biệt trong bối cảnh các công trình tuyến ống cấp nước, dẫn khí, tuyến cáp điện lực hoặc viễn thông có nhu cầu vượt sông, vượt kênh rạch, vượt vùng đất ngập nước hay các khu vực có địa hình phức tạp, HDD trở thành giải pháp gần như không thể thay thế. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng thi công quanh năm, không phụ thuộc vào mùa mưa – mùa khô, không bị ảnh hưởng bởi đóng băng, băng trôi, thủy triều tăng giảm hay các biến động thủy văn bất thường. HDD tạo điều kiện cho tuyến ống băng qua sông nhanh chóng, an toàn, chính xác mà không cần phải dựng đê quây, không phải làm đường dẫn tạm, không cần huy động các biện pháp thi công thủy công phức tạp và đặc biệt không cản trở giao thông thủy trên sông.

Phương pháp khoan định hướng ngang vận hành dựa trên nguyên lý khoan dẫn hướng bằng mũi khoan có khả năng điều chỉnh quỹ đạo theo không gian 3 chiều. Hệ thống điều khiển gồm đầu dò từ tính nằm trong mũi khoan và máy định vị nằm trên mặt đất để liên tục giám sát vị trí, độ sâu và hướng của đường khoan. Công nghệ khảo sát này có độ chính xác rất cao, giúp hướng tuyến khoan đi đúng theo thiết kế, tránh được các chướng ngại như đá tảng, lớp đất cứng, mạch ngầm hoặc các công trình ngầm hiện hữu. Khi vượt qua sông, tuyến khoan thường được thiết kế đi sâu dưới đáy sông từ 8–25 mét, tùy theo điều kiện địa chất, mực nước và yêu cầu an toàn. Độ sâu này đảm bảo khoan không làm xáo trộn dòng chảy, không gây lún bờ, không ảnh hưởng đến hệ sinh thái và hoàn toàn không tác động đến giao thông thủy bên trên.

Ưu điểm lớn nhất của HDD trong thi công vượt sông là khả năng hoạt động hoàn toàn độc lập với mực nước, dòng chảy và điều kiện thời tiết. Ở những khu vực như miền Bắc vào mùa đông, các dòng sông có thể đóng băng hoặc tạo lớp băng mỏng gây cản trở cho các phương pháp thi công truyền thống. HDD không đòi hỏi tiếp xúc mặt nước, mọi hoạt động diễn ra từ hai bên bờ với vị trí khoan được đặt cách mép nước một khoảng an toàn. Nhờ vậy, các biến động như băng tan, băng trôi, thủy triều lên xuống, lũ quét, dâng mực nước mùa mưa, sạt lở bờ, đều không ảnh hưởng đến tiến độ thi công. Các yếu tố này vốn là nguyên nhân gây trì hoãn rất lớn cho các phương pháp đào mở, dựng đê quai hay thi công bằng tàu nổi.

Kỹ thuật khoan định hướng ngang khi vượt sông gồm ba giai đoạn chính: khoan dẫn hướng, mở rộng lỗ khoan và kéo ống. Khoan dẫn hướng sử dụng mũi khoan nhỏ để xuyên qua lòng đất theo tuyến đã thiết kế. Khi khoan dưới sông, cần duy trì một góc dẫn thích hợp để mũi khoan đi xuống dưới đáy sông với độ sâu đủ lớn, tránh tương tác với lớp trầm tích mềm trên bề mặt đáy sông. Giai đoạn mở rộng lỗ khoan là quá trình sử dụng các reamer (đầu mở rộng) để tăng kích thước lỗ khoan đến đường kính phù hợp với tuyến ống. Giai đoạn này được thực hiện theo từng cấp để tránh gây sập vách khoan hoặc tăng áp lực bùn quá mức. Khi lỗ khoan đã ổn định, tuyến ống – thường là ống HDPE, ống thép, ống bọc chống ăn mòn hoặc ống dẫn khí dầu – được kéo vào lỗ khoan từ phía đối diện.

Một yếu tố quan trọng khi sử dụng HDD là bentonite, loại bùn khoan được bơm vào lỗ khoan để ổn định thành vách, bôi trơn mũi khoan và hỗ trợ vận chuyển đất khoan ra ngoài. Dưới đáy sông, nơi đất nền thường có độ bão hòa nước cao, bentonite còn có tác dụng hình thành một lớp màng bảo vệ thành khoan, ngăn nước thấm vào, tránh hiện tượng washout (rửa trôi đất ở thành vách) và hạn chế sụt lở. Nhờ vậy, kỹ thuật HDD đặc biệt hiệu quả trong các điều kiện thủy văn phức tạp, nơi lớp đất bùn, bùn cát, đất pha sét hoặc trầm tích mềm chiếm tỷ lệ lớn.

Phương pháp khoan định hướng ngang vượt sông cũng mang lại lợi ích đáng kể trong việc bảo vệ môi trường và hệ sinh thái thủy sinh. Trong các phương pháp truyền thống như đào mở, đê quây hoặc tạo hố thi công dưới lòng sông, việc xáo trộn bùn, thay đổi dòng chảy hoặc làm đục nước là điều khó tránh khỏi, gây ảnh hưởng đến cá, thực vật thủy sinh và chất lượng nước. Với HDD, quá trình khoan diễn ra hoàn toàn trong lòng đất, không làm khuấy động trầm tích sông, không ảnh hưởng đến hệ thống rễ cây ven bờ và không làm thay đổi cấu trúc địa hình đáy sông. Đây là lý do tại sao HDD được ưu tiên sử dụng trong các khu vực có yêu cầu bảo vệ môi trường cao, các dòng sông quan trọng hoặc những nơi có hệ sinh thái nhạy cảm.

Thêm vào đó, HDD vượt sông giúp giảm thiểu đáng kể chi phí gián tiếp nhờ loại bỏ nhu cầu đóng luồng giao thông thủy. Đối với những con sông có mật độ phương tiện vận tải thủy lớn, việc tạm ngừng giao thông để thi công sẽ gây thiệt hại kinh tế không nhỏ và cần rất nhiều thủ tục xin phép phức tạp. Bằng cách đặt tuyến khoan dưới đáy sông ở độ sâu an toàn, công trình gần như không ảnh hưởng đến vận tải thủy hoặc hoạt động sinh hoạt của người dân địa phương.

Kỹ thuật HDD vượt sông cũng cho phép thi công các tuyến dài lên đến hàng trăm mét hoặc thậm chí trên 1 km tùy công suất máy khoan. Điều này đặc biệt quan trọng với các khu vực sông rộng hoặc nơi cần bố trí tuyến ống sâu hơn để đạt độ an toàn yêu cầu. Tuyến khoan dài dưới sông giúp tiết kiệm chi phí xây dựng cầu tạm, giảm số lượng hố thi công và tối ưu hóa mặt bằng.

Một điểm mạnh khác của HDD trong thi công vượt sông là khả năng điều chỉnh tuyến tránh chướng ngại vật ngầm. Nhiều con sông có đáy không bằng phẳng, chứa vật liệu địa chất không đồng nhất hoặc các kết cấu bị chìm như cọc gỗ, khối đá, vật liệu xây dựng cũ. Khoan định hướng ngang cho phép lập bản đồ tuyến khoan bằng radar xuyên đất (GPR) hoặc khảo sát địa vật lý đáy sông, sau đó điều chỉnh quỹ đạo khoan để tránh những khu vực nguy hiểm. Trong trường hợp khoan gặp dị vật, kỹ thuật viên có thể điều chỉnh góc nghiêng của mũi khoan để thay đổi hướng mà không phải dừng thi công hoặc đào bổ sung.

Không chỉ vượt sông, HDD còn cho phép tuyến ống đi cong theo địa hình tự nhiên, điều này gần như không thể thực hiện bằng phương pháp đào mở. Sự linh hoạt này làm giảm chiều dài tuyến ống, tối ưu hóa thiết kế và tiết kiệm chi phí đầu tư. Bán kính cong của tuyến khoan được tính toán dựa trên độ cứng của ống, lực kéo cho phép và khả năng chịu biến dạng của vật liệu.

Bên cạnh những ưu điểm về kỹ thuật và môi trường, HDD vượt sông còn mang lại hiệu quả kinh tế lâu dài. Tuy chi phí đầu tư thiết bị và nhân lực ban đầu cao hơn so với phương pháp đào truyền thống, nhưng tổng chi phí vòng đời công trình lại thấp hơn nhờ không phải duy tu mặt đường, không phải gia cố bờ sông sau thi công và không cần di dời các hệ thống hạ tầng khác. Đối với các dự án dầu khí hoặc cấp nước, việc đặt tuyến ống sâu trong lòng đất đảm bảo an toàn cao hơn, giảm nguy cơ vỡ ống hoặc rò rỉ khi xảy ra thiên tai như lũ quét, sạt lở hoặc va chạm từ giao thông thủy.

Nhìn tổng thể, phương pháp khoan ngầm định hướng ngang vượt sông không chỉ rút ngắn thời gian thi công mà còn tạo ra một chuẩn mực mới cho ngành xây dựng hạ tầng kỹ thuật hiện đại. Sự kết hợp giữa độ chính xác, khả năng thi công quanh năm và tính an toàn cao làm cho HDD trở thành giải pháp được ưu tiên trên toàn thế giới. Ở Việt Nam, phương pháp này ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các dự án cấp nước liên tỉnh, đường ống dầu khí, tuyến cáp điện ngầm, tuyến cáp quang liên huyện và các hệ thống kỹ thuật khác cần băng qua sông, kênh rạch hoặc vùng ngập nước.

Đặt đường ống ngầm qua chướng ngại vật nước và đất

Hiện nay, ngày càng có nhiều nhu cầu để tạo ra các giao cắt ngầm an toàn cho các đường ống chính. Điều này cũng áp dụng cho các khu vực trên bộ, nơi cần đặt đường ống dưới đường ô tô và đường sắt, và hơn nữa, không dừng giao thông và tất cả các loại thông tin liên lạc kỹ thuật.

Một nhiệm vụ riêng biệt là băng qua dưới nước, chủ yếu dưới sông, là các vật thể tự nhiên năng động có thể thay đổi đủ nhanh, có thể dẫn đến tai nạn nghiêm trọng do con người gây ra. Để giải quyết những vấn đề này với hiệu quả tối đa, các công ty khoan ngầm như Minh Phương Corp rất chú trọng đến việc đưa ra các phương pháp khoan đặt ống ngầm vượt sông tiến bộ để khắc phục những trở ngại ngầm như vậy.

Cách hiệu quả nhất và thân thiện với môi trường để đặt đường ống dưới các chướng ngại vật khác nhau, cả nước và đất, là phương pháp khoan ngầm, là việc tạo ra một kênh hình trụ trong lòng đất, nó có thể được gọi là giếng hoặc đường hầm nhỏ, trong mà một dòng của đường ống chính được đặt ...

Phương pháp khoan đặt ống ngầm vượt sông có một số ưu điểm chính. Trước hết, đường ống nằm trong khối đất dưới mức có thể bị đào sâu của lòng sông hoặc một số loại công trình kỹ thuật gần bề mặt. Điều này giúp loại bỏ các vấn đề về việc phá hủy chính đường ống, điều này có tầm quan trọng lớn đối với cả môi trường và người vận hành đường ống này. Một đường ống được chôn lấp tốt không cần phải thường xuyên lấp đất và bảo vệ bờ.

Phương pháp khoan đặt ống ngầm vượt sông này rút ngắn thời gian xây dựng đoạn băng qua sông, đặc biệt là trong trường hợp băng qua sông, vì công việc có thể được thực hiện quanh năm, chúng không liên quan đến bất kỳ thời gian đóng băng, băng trôi, sụt giảm hoặc dâng cao. trong mực nước.

Hiện nay, các phương pháp sau của phương pháp khoan ngầm đang được phát triển: mở rộng giếng; Khoan định hướng; đường hầm siêu nhỏ. Phương pháp đơn giản nhất nhưng có hạn chế đáng kể là phương pháp mở rộng giếng nhỏ bằng mũi doa đặc biệt, giúp tăng đường kính giếng, đồng thời kéo dây ống dẫn. Kỹ thuật khoan đặt ống ngầm vượt sông này chỉ có thể thực hiện được ở những loại đất đầm chặt và không cho phép kéo đường ống có đường kính lớn hơn 400 mm.

Phương pháp khoan định hướng ngang (khoan định hướng) thể hiện những khả năng tuyệt vời. Ứng dụng của phương pháp khoan ngầm này có thể tạo ra các giếng nghiêng nằm ngang với đường kính lên đến 2 mét và chiều dài lên đến 2000 mét. Việc chuyển tiếp được thực hiện bằng phương pháp khoan định hướng trong 3 giai đoạn chính: khoan giếng dẫn, khoan mở rộng và thực kéo qua dây ống dẫn. Phương pháp khoan đặt ống ngầm vượt sông này có những hạn chế riêng về đặc tính của đất nơi giếng được khoan, tuy nhiên, nó đã được sử dụng rộng rãi ở Nga trong việc xây dựng các đường giao nhau giữa đất và nước.

Cơ hội lớn nhất được cung cấp bởi phương pháp microtunneling, đó là việc xây dựng một đường hầm mà không có sự tham gia của con người trong công việc dưới lòng đất. Về mặt công nghệ, điều này là lái xe trong đá bằng cách sử dụng một tấm chắn tự động và một hệ thống để lắp đặt các dây buộc từ các phần bê tông cốt thép mạnh mẽ. Phương pháp khoan đặt ống ngầm này yêu cầu sử dụng các thiết bị đặc biệt, rất đắt tiền. Đường kính của các đường hầm có thể bắt đầu từ 60 cm đến 12 mét, trong khi chiều dài của chúng có thể được đo bằng km và thậm chí hàng chục km. Phương pháp này có ít hạn chế nhất và cho phép bạn tạo một quá trình chuyển đổi phức tạp cho các giao tiếp khác nhau, với khả năng kiểm tra thường xuyên.

Tất cả các phương pháp khoan đặt ống ngầm vượt sông đang được cải tiến liên tục để đảm bảo rằng các đường ống được lắp đặt hiệu quả nhất có thể trong khi giảm thiểu tác động đến môi trường.

Các phương pháp xây dựng đường ống ngầm giao nhau dưới sông

Các vấn đề

Khi đặt đường ống chính đi qua các chướng ngại nước của đất liền, đặc biệt là sông, phải đảm bảo lớp nền an toàn của đường ống, cả ở phía dưới và lối ra trên bờ. Sự nhô ra của đường ống liên quan đến sự thay đổi địa hình của đáy biển và bờ biển kéo theo nhiều mối nguy hiểm - đây là biến dạng quan trọng liên quan đến sự võng của đường ống, gia tăng ăn mòn bên ngoài, các tác động bên ngoài, đặc biệt, trong quá trình trôi băng hoặc do kết quả của các hoạt động của các phương tiện nổi. Về vấn đề này, cần tính toán nhiều phương án đặt đường ống để giảm thiểu rủi ro có thể xảy ra.

Các giải pháp

Có ba phương pháp khả thi để khoan đặt ống ngầm vượt sông, đặt đường ống qua chướng ngại nước. Kỳ lạ nhất là vị trí đặt đường ống trực tiếp trong cột nước, trên các giá đỡ đặc biệt hoặc trên các phao nổi. Tùy chọn này có ý nghĩa trong trường hợp đặt một đường ống tạm thời, hoặc một đường ống trên một khoảng cách dài, được tính bằng km. Một hệ thống như vậy rất khó sử dụng để vượt sông có dòng chảy liên tục và đôi khi rất nhanh.

Trong thực tế, sự lựa chọn được thực hiện giữa hai phương pháp buộc các vật cản nước khác – mở và khoan ngầm. Phương pháp mở bao gồm việc đặt đường ống trong rãnh được đào trực tiếp xuống đất, trong vỏ bảo vệ, trong một kênh đặc biệt, được bao phủ bởi các tấm bảo vệ bằng bê tông. Đây là cách truyền thống nhất để tổ chức một lối đi dưới nước.

Phương pháp khoan ngầm có thời gian ứng dụng rất lâu đời, có nhiều phát triển về mặt thực tiễn và phương pháp công nghệ. Đồng thời, có những nhược điểm cơ bản của phương pháp này. Từ quan điểm về hoạt động an toàn của đường ống, nó không đủ sâu để loại trừ hoàn toàn sự xói mòn của nó. Từ quan điểm xây dựng, thiệt hại đáng kể đối với môi trường và trước hết là đối với hệ móng, vì khối lượng đất bị xói mòn, một lượng đáng kể độ đục và đôi khi ô nhiễm hóa học, chẳng hạn như các sản phẩm dầu, được ném vào nước.

Sau khi hoàn thành việc xây dựng theo phương pháp đào hào, phải tiến hành một loạt công việc cải tạo vùng ven biển trên một diện tích rộng, khôi phục mặt bằng bờ và cải tạo lãnh thổ.

Các phương pháp xây dựng giao cắt khoan ngầm không có những nhược điểm và hạn chế này. Nguyên tắc chính là tạo ra một đường hầm thu nhỏ xuyên qua lòng sông (hoặc chướng ngại vật khác), trong đó đường ống sẽ được đặt. Đường hầm mini này có thể được tạo ra theo nhiều cách khác nhau: đục lỗ hoặc khoan định hướng, có hoặc không doa.

Phương pháp khoan ngầm cho phép vẽ tuyến ở độ sâu (tính từ bề mặt đáy) hoàn toàn loại trừ khả năng xói mòn đất xung quanh đường ống. Trên bờ, có thể làm việc ở những khu vực khá hạn chế. Do không có công trình nào ở vùng sông nước nên việc xây dựng các đường ngang không gây trở ngại cho việc vận chuyển, đánh bắt cá và không gây tổn hại đến môi trường. Đồng thời, có những hạn chế địa chất nhất định đối với việc áp dụng phương pháp khoan đặt ống ngầm vượt sông và về chiều dài giới hạn của quá trình chuyển đổi. Phương pháp khoan ngầm này cũng yêu cầu sử dụng các thiết bị đặc biệt, đắt tiền, tuy nhiên, về tổng thể, nó mang lại nhiều lợi nhuận hơn so với các phương pháp mở truyền thống.

>>> XEM THÊM: Ưu điểm của việc sữ dụng ống HPDE lắp đặt đường ống cáp ngầm dưới lòng đất, Phương án khoan ngầm lắp đặt cáp viễn thông băng qua đường