Phương pháp đặt đường ống ngầm, khoan ngầm HDD kéo ống, khoan định hướng ngang kéo ống qua đường.

phương pháp đặt đường ống ngầm như khoan ngầm robot kéo ống, khoan định hướng, khoan định hướng ngang và dẫn động bằng tấm chắn (shield tunneling / pipe jacking).

Việc đặt đường ống ngầm trong xây dựng hạ tầng kỹ thuật hiện đại là một hoạt động quan trọng, đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ, kinh nghiệm thi công và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Trong điều kiện đô thị hóa nhanh, mật độ công trình ngầm dày đặc, cùng với yêu cầu hạn chế tối đa đào phá mặt đường, các công nghệ thi công không đào mở (trenchless technology) ngày càng đóng vai trò chủ đạo. Bốn nhóm công nghệ phổ biến nhất hiện nay gồm khoan ngầm kéo ống, khoan định hướng, khoan định hướng ngang và dẫn động bằng tấm chắn, mỗi phương pháp có nguyên lý, đặc điểm kỹ thuật, phạm vi ứng dụng và lợi thế riêng.

Khoan ngầm robot kéo ống thường được sử dụng để lắp đặt các tuyến ống đường kính vừa và nhỏ trong đất mềm hoặc đất pha cát. Phương pháp này dùng máy khoan phá đất theo tuyến đã định trước, đồng thời kéo ống vào cùng lúc hoặc sau khi lỗ khoan được hoàn thiện. Khoan ngầm kéo ống có ưu điểm về tốc độ thi công, ít gây xáo trộn địa hình và phù hợp tại khu vực có mặt bằng hạn chế. Quy trình thi công bao gồm khoan dẫn hướng, mở rộng lỗ khoan (nếu cần) và kéo ống nhựa HDPE, thép hoặc ống dẫn kỹ thuật vào vị trí. Công nghệ này đặc biệt hiệu quả trong các tuyến ống điện lực trung thế, ống cáp viễn thông, ống cấp nước nhỏ, ống thoát nước cục bộ hoặc tuyến ống PCCC xuyên qua đường nội bộ. Do không cần đào rãnh lớn, phương pháp này giảm thiểu nguy cơ sạt lở, không ảnh hưởng giao thông và đảm bảo môi trường thi công sạch sẽ.

Khoan định hướng (Directional Drilling) là phương pháp nâng cao của khoan ngầm kéo ống, với khả năng điều chỉnh hướng khoan ba chiều theo không gian. Hệ thống mũi khoan có gắn đầu dò và bộ định vị mặt đất giúp kiểm soát độ sâu, hướng tuyến và bán kính cong của lỗ khoan. Công nghệ này cho phép tránh các chướng ngại vật như công trình ngầm, móng cọc hoặc tuyến ống hiện hữu. Khi thi công, mũi khoan được điều chỉnh theo góc nghiêng nhất định, từ đó tạo nên một tuyến khoan cong linh hoạt, khác với đường thẳng truyền thống. Nhờ tính định hướng cao, khoan định hướng được ứng dụng rộng rãi trong các tuyến ống yêu cầu kỹ thuật cao như đường ống dẫn khí, ống dẫn dầu, ống nước sạch cấp đô thị, tuyến cáp điện ngầm áp lực cao hoặc tuyến cáp viễn thông dung lượng lớn. Công nghệ này đặc biệt phù hợp với khu vực có địa chất phức tạp hoặc có nhiều hệ thống hạ tầng ngầm đan xen.

Khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD) là một nhánh chuyên biệt thuộc công nghệ khoan định hướng, được tối ưu hóa để xuyên qua các trở ngại như đường quốc lộ, đường cao tốc, sông suối, kênh rạch, bãi bồi ven biển hoặc khu vực đông dân cư mà không cần phá vỡ bề mặt địa hình. HDD thường đi kèm ba giai đoạn cơ bản: khoan dẫn hướng để tạo lỗ khoan chính xác; mở rộng lỗ khoan bằng các loại reamer độ lớn khác nhau; và kéo ống đã hàn hoặc lắp ráp vào lỗ khoan hoàn thiện. Đây là công nghệ có độ chính xác cao, tốc độ thi công nhanh và chi phí tổng thể thấp hơn so với phương pháp đào mở, nhất là khi tuyến ống phải cắt ngang hạ tầng giao thông hoặc thủy lợi lớn. HDD cho phép thi công tuyến ống dài đến hàng trăm mét, với đường kính từ D32 đến D1600 tùy loại ống, vật liệu và điều kiện đất nền. Ứng dụng phổ biến nhất của HDD là lắp đặt tuyến ống cấp nước D110 – D400, tuyến ống phòng cháy chữa cháy, ống dẫn khí gas công nghiệp, ống cáp trung – cao thế, đường ống dầu nhẹ, ống viễn thông và tuyến ống kỹ thuật đa dịch vụ (multi-utility duct).

Phương pháp dẫn động bằng tấm chắn (Shield Tunneling hoặc Pipe Jacking) là công nghệ tiên tiến hơn, dùng cho các tuyến ống đường kính lớn, thường từ D600 đến D3000 hoặc hơn, phù hợp với hệ thống cống thoát nước mưa, cống thoát nước thải, cống hộp kỹ thuật hoặc đường ống áp lực cỡ lớn. Nguyên lý của công nghệ này là tạo lực đẩy bằng hệ thống kích thủy lực từ hố kích, đẩy từng đoạn ống nối tiếp vào lòng đất. Phía trước ống là tấm chắn hoặc đầu khoan có chức năng phá đất và bảo vệ đoạn khoan. Công nghệ dẫn động bằng tấm chắn giúp tuyến ống đi ổn định trong địa chất phức tạp, hạn chế tối đa biến dạng, lún sụt và đảm bảo độ chính xác tuyệt đối. Ngoài ra, phương pháp này không gây rung chấn – điều đặc biệt quan trọng khi thi công dưới nhà dân, công trình cao tầng, cầu vượt hoặc các cơ sở hạ tầng nhạy cảm như bệnh viện, trường học, nhà máy điện. Đây là phương pháp tối ưu cho các dự án cống thoát nước đô thị, đường ống cấp nước dung lượng lớn, cải tạo hệ thống thoát nước cũ hoặc xây dựng hầm kỹ thuật đô thị ngầm.

Sự lựa chọn giữa khoan ngầm kéo ống, khoan định hướng, khoan HDD hay dẫn động bằng tấm chắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như địa chất, yêu cầu kỹ thuật của tuyến ống, đường kính và chiều dài, điều kiện mặt bằng, khoảng cách với các công trình lân cận, mực nước ngầm, cũng như yêu cầu pháp lý của cơ quan quản lý. Trong các khu vực đô thị mới, nơi hạ tầng kỹ thuật được bố trí có tổ chức, khoan định hướng và HDD mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trong khi đó, ở khu vực trung tâm thành phố hoặc nơi có kết cấu giao thông, công trình ngầm phức tạp, phương pháp dẫn động bằng tấm chắn được ưu tiên nhờ độ an toàn và độ chính xác cao.

Một yếu tố không thể bỏ qua trong các phương pháp đặt đường ống ngầm là vấn đề kiểm soát chất lượng. Đối với khoan ngầm kéo ống và khoan định hướng, việc sử dụng hệ thống bentonite để ổn định vách khoan, hệ thống định vị để kiểm soát hướng tuyến và quá trình kiểm tra mối hàn (đối với ống HDPE, ống thép) đóng vai trò quyết định đến độ bền của tuyến ống. Với HDD, việc chọn đúng đường kính reamer, kiểm soát áp lực bơm bentonite và lực kéo ống là điều kiện tiên quyết để tránh hư hỏng tuyến ống trong quá trình thi công. Đối với dẫn động bằng tấm chắn, việc tính toán lực kích tối đa, kiểm soát độ lệch hướng, đo đạc dịch chuyển bề mặt và giám sát rung chấn là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn cho công trình lân cận.

Các công nghệ đặt đường ống ngầm ngày càng hiện đại hơn, sử dụng cảm biến đo lường, radar xuyên đất (GPR), công nghệ định vị GPS tăng cường, robot đào hầm, camera nội soi 360 độ và phần mềm mô phỏng thiết kế theo không gian 3D. Những tiến bộ kỹ thuật này không chỉ nâng cao năng suất thi công mà còn giúp đảm bảo sự chính xác của tuyến ống trong suốt vòng đời vận hành.

Nhìn chung, sự ra đời và phát triển của các phương pháp như khoan ngầm kéo ống, khoan định hướng, khoan định hướng ngang và dẫn động bằng tấm chắn đã tạo ra bước tiến quan trọng trong xây dựng hạ tầng kỹ thuật ngầm. Chúng giúp giảm thiểu chi phí tổng thể, tăng tính bền vững, đảm bảo an toàn cho công trình – con người – môi trường, đồng thời đáp ứng yêu cầu hiện đại hóa của các đô thị thông minh. Đây chính là nền tảng công nghệ sẽ tiếp tục được ứng dụng rộng rãi trong những năm tiếp theo, nhất là trong bối cảnh nhu cầu nâng cao chất lượng hạ tầng ngầm ngày càng cấp bách tại các đô thị lớn và khu công nghiệp trọng điểm.

Phương pháp đặt đường ống ngầm: khoan ngầm robot kéo ống, khoan định hướng

Các rào cản nhân tạo phổ biến nhất trong việc xây dựng mạng lưới cấp thoát nước bên ngoài là đường bộ và đường sắt.

Giao thông trên các tuyến đường chính đông đúc đến nỗi ngay cả ban đêm cũng khó chọn khoảng thời gian để xây dựng rãnh cắt ngang đường và đặt đường ống trong đó.

Trong những trường hợp như vậy, một miếng đệm ngầm được sử dụng.

Việc đặt đường ống ngầm được thực hiện theo một số cách: khoan ngầm kéo ống, khoan định hướng, khoan định hướng ngang và dẫn động bằng tấm chắn.

Sự lựa chọn của mỗi phương pháp đặt đường ống ngầm này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác nhau: điều kiện đất đai và thủy văn; bản chất của các cấu trúc phía trên đường giao nhau; yêu cầu cách nhiệt đường ống; chiều dài và độ chính xác của sự thâm nhập; đường kính của các đường ống sẽ được đặt và luận chứng kinh tế của phương pháp đề xuất.

Khoan định hướng ngang thường được sử dụng nhất để đặt đường ống trong đất sét và đất mùn với đường kính ống lên đến 600 mm. Chiều dài của việc đẻ theo cách này đạt 60 m.

Trong trường hợp này, đất không được phát triển mà được nén chặt theo hướng xuyên tâm xung quanh đường ống. Cần phải có một lực rất lớn để đâm thủng (từ 150 đến 3000 kN).

Để tạo ra chúng, người ta sử dụng tời, máy kéo và máy ủi, và thường là kích thủy lực.

Để giảm lực cản của đất và lực ma sát bên, một đầu nhọn được lắp ở cuối ống, đường kính cơ sở của nó lớn hơn đường kính ngoài của ống là 20 mm.

Với đường kính ống nhỏ, không lắp đầu côn mà dùng đất xuyên qua ống (có hình thành lõi bịt kín).

Trong trường hợp này, độ chính xác của vết đâm thủng cao hơn so với đầu hình nón được lắp đặt, vì khi bề mặt hình nón gặp bất kỳ vật cản nào trong lòng đất (đá tảng, đá cuội, v.v.), đầu nhọn sẽ di chuyển nhẹ so với trục và vết đâm sâu hơn xảy ra theo hình cung .

Trên bề mặt hố được lắp đặt một máy bơm cao áp để kết nối các kích.

Trong các đặc tính kỹ thuật của kích, ngoài độ lớn của lực tạo ra, còn chỉ ra lượng hành trình của các thanh kích hoặc khoảng cách mà tấm áp của kích có thể di chuyển, quay trở lại vị trí ban đầu của nó.

Một đường ống được đặt bằng một đầu, được trang bị một thiết bị đặc biệt (để truyền lực từ tấm chịu áp lực của kích sang đường ống được đặt), được gọi là một thanh đà, được hạ xuống hố với các kích đã được lắp đặt.

Bánh xe được làm từ một đường ống có đường kính nhỏ hơn hoặc lớn hơn đường kính của đường ống được đặt. Trong trường hợp đầu tiên, ramrod được đưa vào bên trong đường ống được đặt, trong trường hợp thứ hai, nó được đặt trên đó. Các lỗ được khoan ngang theo đường kính trên thanh khoan, khoảng cách giữa các lỗ này bằng hành trình của các thanh kích.

Chiều dài của liên kết đầu tiên của ống được đặt với một thanh ram được lấy là 6 đến 7 m.

Để thực hiện chu kỳ kéo ống đầu tiên, chỉ có thanh làm sạch được gắn vào tấm áp suất kích và phần cuối của đường ống được đặt vẫn còn tự do. Khi đường ống được ép vào, đất sẽ chèn vào đầu ống và tấm áp suất của kích, trở lại vị trí ban đầu, kéo thanh làm sạch ra.

Kết quả của hoạt động đã thực hiện, phía sau đầu tự do của ống, lỗ đầu tiên xuất hiện trên thanh làm sạch ở khoảng cách một hành trình của thanh kích từ tấm áp suất. Một thanh thép có đường kính 50 mm được đưa vào các lỗ của thanh làm sạch, và chu trình này được lặp lại.

Có những hệ thống lắp đặt có chốt di chuyển được siết chặt trong quá trình quay trở lại của các thanh kích (kích đi bộ). Trong trường hợp này, thanh làm sạch là không cần thiết; kích có tấm chịu áp lực và nút dừng di chuyển được di chuyển sau khi đường ống bị đâm thủng cho đến khi nó được nhúng hoàn toàn vào đất rồi trở lại vị trí ban đầu. Một liên kết mới được hàn vào đầu tự do của ống và chu trình lặp lại.

Một trong những loại phương pháp khoan ngầm kéo ống là phương pháp kéo ống bằng thủy lực, được sử dụng trên các loại đất dễ rửa trôi. Trong quá trình thấm nước, đất ở phía trước đường ống được rửa sạch bằng một vòi phun đặc biệt, và đường ống di chuyển vào xoang tạo thành. Nhược điểm của phương pháp khoan ngầm kéo ống này là có thể có sai lệch so với trục của ống được đặt, cũng như chi phí bổ sung cho việc tổ chức loại bỏ bột giấy.

Phương pháp khoan định hướng có hiệu quả đối với các loại đất thuộc nhóm I ... IV với đường kính của đường ống đẩy từ 600 đến 1720 mm và chiều dài của đường ống lên đến 100 m. Trong phương pháp này, đầu hở của ống được đẩy. xuống đất, đi vào đường ống, tạo thành một ổ cắm dày đặc. Đất bên trong đường ống được khai thác theo nhiều cách khác nhau và loại bỏ đáy.

Để tạo lực đẩy trong quá trình đột lỗ, người ta sử dụng các kích thủy lực, đặt đối xứng quanh chu vi của đường ống. Việc khoan định hướng được thực hiện theo trình tự sau.

Trong hố, được trang bị tường chặn chắc chắn và các kích thủy lực, liên kết đầu tiên của ống cưỡng bức được hạ xuống khung dẫn hướng và liên kết với tấm áp lực của kích, để đầu ống tự do.

Quan trọng

Khi được nhấn bằng giắc cắm, phần đầu hở của ống đi vào đất và một phích cắm đất hình thành bên trong ống. Tấm áp suất kích trở về vị trí ban đầu và một khoảng trống được hình thành giữa đầu ống và tấm, bằng với hành trình của thanh kích.

Trong giai đoạn đầu, đất bên trong được khai thác bằng xẻng có tay cầm dài (kẻ trộm), và sau đó - bằng xẻng có tay cầm ngắn và các thiết bị gõ khí nén.

Sau khi phát triển và loại bỏ đất khỏi đường ống, đường ống áp lực đầu tiên được lắp vào khoảng trống giữa tấm kích áp và mép của đường ống được buộc xuyên qua, chiều dài của nó bằng với bước của thanh kích. Có ba đường ống áp lực như vậy. Cái thứ hai dài gấp đôi cái thứ nhất, cái thứ ba - ba lần.

Khi một khe hở bằng bốn bước của thanh kích hình thành giữa tấm áp lực của kích và đầu tự do của đường ống, thì ống áp lực thứ nhất và thứ ba được lắp đặt, với khoảng cách là năm bước - thứ hai và thứ ba.

Nghiêm cấm lắp đặt nhiều hơn hai núm điều áp trong khoảng cách giữa tấm áp suất của kích và đầu ống tự do.

Với sự thâm nhập hoàn toàn vào đất, sự phát triển và loại bỏ đất khỏi khoang bên trong của một liên kết của ống, liên kết tiếp theo được hạ xuống hố và hàn vào đầu tự do và các chu kỳ tiếp tục. Sơ đồ khoan định hướng đường ống được thể hiện trong hình dưới đây:

Xem thêm Các loại ống HDPE cho cáp ngầm dưới lòng đất

CÔNG TY CP TƯ VẤN ĐẦU TƯ & THIẾT KẾ XÂY DỰNG MINH PHƯƠNG

Địa chỉ: Số 28B Mai Thị Lựu, Phường Đa Kao, Q.1, TPHCM

Hotline:  0903649782 - (028) 3514 6426

Email: nguyenthanhmp156@gmail.com