Tìm hiểu về kỹ thuật khoan kích ngầm lắp đặt ống ngầm hiện nay

Ngày đăng: 03/06/2021

1959 Lượt xem

0 Đánh giá

Kỹ thuật khoan kích ngầm lắp đặt ống ngầm hay phương pháp khoan ép (với hệ thống khoan và ép thủy lực) (còn được gọi là khoan ép hoặc khoan doa) thường được sử dụng khi các đường cung cấp (trong xây dựng kín) phải được thực hiện dưới các kết cấu đường bộ, tòa nhà, kết cấu đường ray (đường sắt) ) hoặc hàng rào.

KỸ THUẬT KHOAN KÍCH NGẦM (PIPE JACKING / ICROTUNNELING)
LẮP ĐẶT ỐNG NGẦM DƯỚI ĐƯỜNG BỘ, ĐƯỜNG SẮT VÀ CÔNG TRÌNH

Kỹ thuật khoan kích ngầm, hay còn gọi là pipe jacking hoặc microtunneling, là công nghệ thi công ngầm không đào mở (trenchless) tiên tiến nhất hiện nay để lắp đặt các tuyến ống kỹ thuật dưới đường bộ, đường sắt, nền móng công trình và các khu vực hạn chế. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi cho các hệ thống cấp thoát nước, cáp điện lực – viễn thông, ống bảo vệ đường ống áp lực, ống dẫn khí, các tuyến hạ tầng kỹ thuật đô thị và công nghiệp.

Cốt lõi của công nghệ khoan kích ngầm là sự kết hợp giữa lực kích thủy lực, đầu đào cơ giới và hệ thống dẫn hướng laser nhằm tạo ra đường hầm có đường kính chính xác để lắp đặt ống. Công nghệ này giúp thi công xuyên qua các công trình quan trọng mà không phải đào phá mặt đường, không ảnh hưởng kết cấu hạ tầng hiện hữu và giảm thiểu tối đa tác động đến môi trường, giao thông và khu dân cư lân cận. Đây là lý do khoan kích ngầm trở thành công nghệ chủ đạo trong xây dựng ngầm hiện đại.

Khoan kích ngầm sử dụng máy kích thủy lực đặt trong hố kích. Lực kích sẽ đẩy từng đoạn ống tiến vào đất, đồng thời đầu đào phía trước (có thể là dạng open-face, mixed-face hoặc máy đào vi sai microtunneling) sẽ phá đất theo đúng đường tim thiết kế. Đất được vận chuyển trở lại bằng vít tải (auger) hoặc bằng hệ thống bơm bùn áp lực, tùy theo cấu hình thiết bị. Với công nghệ microtunneling điều khiển từ xa, đầu đào có thể phá đất ở độ sâu lớn, áp lực nước ngầm cao hoặc nền đất phức tạp mà không cần công nhân trực tiếp trong buồng đào.

Công nghệ khoan kích ngầm được đánh giá cao ở độ chính xác rất lớn, với sai số thường nhỏ hơn ±20 mm. Đối với các dự án vượt đường sắt, quốc lộ, cao tốc hoặc các công trình trọng yếu, đây là yêu cầu bắt buộc nhằm đảm bảo an toàn cho nền đường và công trình phía trên.

Để thi công khoan kích ngầm hiệu quả, công tác khảo sát địa hình – địa chất có vai trò quyết định. Khảo sát phải thể hiện được cường độ nền đất, thành phần hạt, mức độ phong hóa, mực nước ngầm, hệ số ma sát, khả năng sụt lún và vị trí các công trình ngầm hiện hữu. Những dữ liệu này là cơ sở để thiết kế lực kích, lựa chọn loại đầu đào, cấu tạo mũi khoan, cấu trúc ống bảo vệ và phương pháp bơm dung dịch bentonite để hỗ trợ giảm ma sát.

Hố kích và hố nhận được xem là "trạm thi công trung tâm" của phương pháp này. Hố kích phải được gia cố bằng cừ Larsen, tường cừ thép hoặc tường vây bê tông cốt thép, đảm bảo chịu được tải trọng của hệ thống xilanh kích và không gây biến dạng ảnh hưởng đến tuyến kích. Chiều dài hố kích phải đủ để lắp đặt đoạn ống đầu tiên, hệ thống ray dẫn hướng, máy kích và khu vực thao tác. Trong khi đó, hố nhận giúp tháo đầu khoan, thu hồi thiết bị, đồng thời kiểm tra hướng và cao độ sau khi tuyến kích hoàn thành.

Hệ thống kích thủy lực là trái tim của công nghệ. Lực kích có thể từ 200 tấn, 400 tấn đến 800–1.200 tấn tùy đường kính và điều kiện địa chất. Lực kích phải đủ để thắng lực kháng của đất và ma sát dọc theo toàn bộ chiều dài tuyến ống, đặc biệt với đường kính lớn (DN800–DN2000). Để hạn chế ma sát, dung dịch bentonite được bơm vào khoảng trống giữa thành ống và thành đất, giúp giảm lực kích, ổn định đường hầm và giảm rủi ro kẹt ống. Đây là yếu tố kỹ thuật cực kỳ quan trọng trong pipe jacking.

Đầu đào trong công nghệ khoan kích ngầm được thiết kế chuyên dụng tùy địa chất. Với đất sét, bùn sét, cát pha hoặc đất mềm, đầu đào open-face hoặc head cutter thông thường là phù hợp. Với đất lẫn cuội sỏi hoặc đá phong hóa, đầu đào hỗn hợp (mixed ground cutter head) được sử dụng. Trong trường hợp nền đất chứa đá cứng, đầu đào vi sai có gắn mũi cắt carbide được áp dụng. Đối với microtunneling hiện đại, đầu đào được điều khiển từ xa bằng hệ thống cảm biến áp lực và camera, cho phép vận hành chính xác mà không cần công nhân vào trong buồng đào.

Hệ thống dẫn hướng laser được sử dụng liên tục trong suốt quá trình kích ống. Máy laser đặt ở cuối hố kích, hướng tia laser theo tim tuyến. Đầu đào được gắn cảm biến thu nhận tín hiệu laser giúp điều chỉnh hướng đi theo đúng thiết kế. Đây là ưu điểm vượt trội khiến khoan kích ngầm đạt độ chính xác rất cao, đặc biệt đối với các tuyến có độ dốc nhỏ (như tuyến thoát nước).

Các rủi ro kỹ thuật trong khoan kích ngầm bao gồm: lệch hướng do nền đất yếu, sụt lún mặt đường do thất thoát đất, kẹt ống do không đủ dung dịch bentonite, lực kích vượt giới hạn gây nứt gãy ống, hoặc nước ngầm tràn vào khi đào. Để ngăn ngừa, hệ thống quan trắc lún dọc theo tuyến được lắp đặt với mốc đo cao độ, đo nghiêng và đo rung nhằm theo dõi biến dạng nền đường theo thời gian thực. Nếu oxy đất thu hồi bất thường (ít hơn hoặc nhiều hơn so với tính toán), kỹ sư phải dừng thi công để kiểm tra ngay.

Ống lắp đặt trong công nghệ khoan kích ngầm thường là ống thép, ống bê tông cốt thép, ống bê tông dự ứng lực hoặc ống composite. Đối với đường kính lớn (DN1000 trở lên), ống bê tông cốt thép đúc sẵn, có gờ chịu lực, được ưa chuộng vì độ bền cao và chịu được lực kích lớn. Mối nối giữa các ống sử dụng gioăng cao su đảm bảo kín nước, kín khí. Đây là nút giao tiếp quan trọng quyết định độ bền của toàn tuyến.

Sau khi kích xong, kiểm tra hoàn công bao gồm đo đạc vị trí, cao độ, kiểm tra độ dốc, nội soi camera, thử kín nước và thử áp nếu cần. Chỉ sau khi toàn bộ thông số đạt yêu cầu, hố đào mới được hoàn trả và tuyến ống được nghiệm thu kỹ thuật.

Phương pháp khoan kích ngầm mang lại nhiều lợi ích vượt trội: không làm gián đoạn giao thông đường bộ hoặc đường sắt; không ảnh hưởng móng công trình hiện hữu; giảm thiểu tiếng ồn, bụi; thi công chính xác trong không gian hẹp; phù hợp thi công trong khu dân cư, khu vực có mật độ hạ tầng dày; và đặc biệt an toàn khi thi công ở khu vực có mực nước ngầm cao. Đây là lý do tại sao các dự án hạ tầng lớn tại Việt Nam như các tuyến metro, đường vành đai, đường cao tốc và hệ thống hạ tầng kỹ thuật đô thị đều áp dụng công nghệ khoan kích ngầm.

Sự phát triển của công nghệ microtunneling giúp quá trình thi công ngày càng tự động hóa. Các robot đào dưới mặt đất có thể đo áp lực, tự điều chỉnh hướng, kiểm soát tốc độ dao cắt và truyền dữ liệu về trung tâm điều khiển. Điều này nâng cao an toàn, giảm lao động thủ công và tăng độ chính xác ngay cả trong địa chất phức tạp.

Tóm lại, kỹ thuật khoan kích ngầm là giải pháp thi công ngầm hiện đại, mang lại nhiều ưu điểm kỹ thuật – kinh tế – môi trường vượt trội. Công nghệ này đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững của hạ tầng đô thị và công nghiệp, đảm bảo an toàn cho các công trình trọng điểm và tạo ra hệ thống ống ngầm bền vững, chính xác và hiệu quả trong vận hành lâu dài.

Áp lực khoan

Kỹ thuật khoan lắp đặt ống ngầm hay phương pháp khoan ép (với hệ thống khoan và ép thủy lực) (còn được gọi là khoan ép hoặc khoan doa) thường được sử dụng khi các đường cung cấp (trong xây dựng kín) phải được thực hiện dưới các kết cấu đường bộ, tòa nhà, kết cấu đường ray (đường sắt) ) hoặc hàng rào.

Cách làm việc

Kỹ thuật khoan lắp đặt ống ngầm thường được gọi là lỗ khoan ống thép bảo vệ không được kiểm soát hoặc được kiểm soát (bằng thanh thí điểm đơn hoặc thành đôi, vít điều khiển, công nghệ điều khiển nắp). Trong khoan ép, một ống thép được ép xuyên qua mặt đất. Ở đầu của nó, đất được loại bỏ mà không bị dịch chuyển bởi một đầu khoan và vận chuyển đến phía sau bên trong đường ống. Các ống thép có thể được như vậy được ép qua các cơ quan theo dõi để sau đó kéo bất kỳ đường ống phương tiện truyền thông hoặc đường dây cung cấp và viễn thông (khí đốt, điện, nước, truyền hình cáp, điện thoại) qua đó.

Lưu ý khi sử dụng kỹ thuật khoan lắp đặt ống ngầm

Trong quá trình khoan và ép, điều cực kỳ quan trọng là phải kiểm tra độ cao (trên mực nước biển) của mặt đường hoặc đường ray hiện có bằng cách san lấp mặt bằng tại một số điểm đã xác định trước đó. Trong trường hợp xấu nhất, lún của đất xung quanh có thể xảy ra, dẫn đến lệch và nứt trên kết cấu thượng tầng của đường bị ràng buộc (hoặc đường ray).

Một số hình ảnh thi công lắp đặt đường ống ngầm:

Thi công khoan định hướng ngang tại Cái Mép

Khoan ngầm kéo ống

Phương pháp chuyển dịch đất

Quá trình dịch chuyển đất là một quá trình đặt các đường ống dưới lòng đất với chiều dài đến 70 m. Búa dời đất còn được gọi là búa dời đất vì có hình dạng giống tên lửa.

Thủ tục

Để khởi động tên lửa, một hố bắt đầu và một mục tiêu phải được đào. Que thăm dò trong hố mục tiêu được quan sát bằng quang học DF. Sau đó, tên lửa di chuyển trái đất được điều chỉnh độ cao và bên trong giá treo. Búa chuyển đất được đẩy bằng khí nén từ máy nén công trường xây dựng. Một hốc ngầm được khai quật. Điều kiện tiên quyết cho việc này là đất có thể bị dịch chuyển.

Ống ngắn hoặc dài không tay có thể kéo đến DN 160 bằng nhựa hoặc kim loại có thể được kéo trực tiếp hoặc sau khi khoan.

Búa dịch chuyển đất đạt tốc độ trước (tùy thuộc vào đất) lên đến 15 m / h. Chúng được trang bị một số lùi và có thể được định vị và điều khiển.

Sự chính xác

Tính chất quan trọng nhất của búa chuyển đất là độ chính xác của nó. Đó là lý do tại sao chúng ta phân biệt giữa hai hệ thống tên lửa trên cạn:

Pít tông chạm vào vỏ và do đó đẩy toàn bộ tên lửa về phía trước trong một lần đẩy (hệ thống cứng).

Đầu tiên, piston chạm vào đầu đục di động và sau đó chạm vào vỏ. Tên lửa được di chuyển về phía trước trong hai bước. Quy trình này được gọi là quy trình 2 bước và được coi là đặc biệt chính xác.

Phạm vi ứng dụng kỹ thuật khoan lắp đặt ống ngầm

Với phương pháp này, các tuyến đường giao thông có thể được cắt ngang và thiết lập kết nối nhà mà không cần đào liên tục. Nó được sử dụng cho khí đốt, sưởi ấm khu vực, nước, nước thải, FTTH và viễn thông.

Khu vực áp dụng đặc biệt:

làm ram để kích ống thép,

như một cỗ máy nổ để làm mới đường ống,

cho neo đậu và

để loại bỏ các ống thép cũ.

Có thể bạn muốn biết Thi công khoan ngầm HDD dự án ngầm hóa đường ống khí tại KCN Cái Mép