Công nghệ thi công khoan qua đường bằng Robot

Ngày đăng: 26/02/2021

2407 Lượt xem

0 Đánh giá

Công nghệ thi công khoan qua đường bằng Robot kéo đường ống ngầm nói chung được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn đầu là theo đường cong thiết kế có thể khoan chính xác lỗ thí điểm; giai đoạn thứ hai là doa lỗ thí điểm và kéo đường ống dẫn sản phẩm (thường là ống PE, ống bọc cáp quang, ống thép) trở lại lỗ thí điểm dọc theo lỗ thí điểm đã mở rộng để hoàn thành công việc khoan qua đường.

Công nghệ thi công khoan qua đường bằng Robot kéo đường ống ngầm đang trở thành một tiêu chuẩn mới trong xây dựng hạ tầng kỹ thuật hiện đại, đặc biệt tại các khu vực đô thị có mật độ giao thông cao, hệ thống công trình ngầm phức tạp và yêu cầu hạn chế đến mức thấp nhất việc đào phá mặt đường. Phương pháp này, thường được gọi là công nghệ Microtunneling hoặc Robotic Directional Boring, là sự kết hợp giữa kỹ thuật dẫn hướng chính xác, hệ thống điều khiển từ xa và thiết bị cắt đào tự động được đặt dưới lòng đất. Công nghệ được chia thành hai giai đoạn cốt lõi: giai đoạn khoan lỗ thí điểm theo đường cong thiết kế và giai đoạn doa lỗ thí điểm, sau đó kéo các tuyến ống sản phẩm như ống PE, ống thép hoặc ống bảo vệ cáp quang trở lại theo lỗ khoan mở rộng. Mỗi giai đoạn là một mắt xích quan trọng, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa thiết bị, nhân lực và quy trình kỹ thuật để đảm bảo độ chính xác cũng như an toàn cho toàn bộ tuyến công trình.

Nền tảng của giai đoạn thứ nhất, khoan lỗ thí điểm, là khả năng điều khiển mũi khoan robot theo đường cong đã thiết kế trước. Trong các công trình khoan qua đường, đường cong này không chỉ đơn thuần là một đoạn cong hình học mà còn phải tuân thủ nghiêm ngặt các giới hạn về bán kính cong tối thiểu, độ sâu chôn ống, khoảng cách an toàn với các hệ thống hạ tầng ngầm khác và các yếu tố địa chất. Mũi khoan robot được trang bị hệ thống cảm biến định vị, con quay hồi chuyển, đầu thu laser hoặc hệ thống dẫn hướng quang học, tùy thuộc vào điều kiện địa hình và loại thiết bị. Trong quá trình tiến sâu vào lòng đất, robot liên tục thu thập và truyền tải dữ liệu vị trí, góc nghiêng, độ sâu và phương vị về bộ điều khiển trên mặt đất. Nhờ vậy, kỹ sư vận hành có thể điều chỉnh đường đi của mũi khoan để bảo đảm nó tuân theo đúng quỹ đạo cong đã xác định từ trước.

Độ chính xác của lỗ thí điểm là yếu tố quyết định thành công của cả quá trình thi công. Bởi lẽ, lỗ khoan thí điểm chính là “xương sống” của tuyến ống sẽ được kéo về sau. Sai lệch nhỏ trong giai đoạn này có thể dẫn đến lệch tuyến ống, gây tăng lực kéo, biến dạng ống hoặc thậm chí thất bại hoàn toàn khi kéo ống trở lại. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vị trí khoan dưới đường giao thông lớn, nơi hệ thống cáp điện lực, cáp viễn thông hoặc đường ống cấp thoát nước nằm chen chúc trong một không gian chật hẹp, đòi hỏi đường đi của robot phải tuyệt đối chính xác.

Trong các điều kiện địa chất khác nhau, công nghệ khoan thí điểm bằng robot có thể yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay mũi khoan, áp lực bùn khoan hoặc lực đẩy từ hệ thống kích thủy lực. Với địa chất mềm như cát pha, đất bùn hoặc bùn sét, tốc độ khoan cần được giảm bớt để tránh hiện tượng xói thành vách. Trong khi đó, với địa chất cứng như đất sét compact, đất thịt tạp hoặc đá mềm, hệ thống mũi khoan robot phải dùng đầu cắt chuyên dụng để phá vật liệu có độ cứng cao mà không làm ảnh hưởng đến hướng tuyến. Sự kết hợp giữa thiết kế quỹ đạo cong, điều khiển robot và phân tích địa chất giúp lỗ thí điểm duy trì ổn định, an toàn và chính xác trước khi bước sang giai đoạn quyết định tiếp theo.

Giai đoạn thứ hai của công nghệ – doa lỗ thí điểm và kéo ống sản phẩm – là bước quan trọng để hoàn thiện công trình. Sau khi lỗ thí điểm đạt đúng hướng tuyến thiết kế, hệ thống mũi doa (reamer) sẽ được lắp vào để mở rộng lỗ khoan đến kích thước phù hợp với loại ống sẽ lắp đặt. Quá trình doa lỗ diễn ra theo từng cấp, tức là mỗi lần chỉ mở rộng một đường kính nhất định để đảm bảo thành vách khoan không bị phá hủy. Việc mở rộng lỗ khoan đòi hỏi sự kết hợp hoàn hảo giữa áp lực bùn khoan, tốc độ doa và lực đẩy của hệ thống robot. Nếu áp lực bùn khoan quá thấp, thành vách có thể bị sập hoặc gây thất thoát bùn. Nếu áp lực quá cao, bùn có thể chảy ngược lên mặt đường, gây nguy cơ phun bùn và ảnh hưởng đến ổn định nền đất. Tất cả các thông số này được theo dõi liên tục bằng hệ thống đồng hồ đo áp suất, cảm biến dòng chảy và hệ thống giám sát từ trạm điều khiển trên mặt đất.

Khi lỗ khoan được mở rộng đến đường kính cần thiết, tuyến ống sản phẩm sẽ được kéo về từ phía đối diện. Các loại tuyến ống phổ biến gồm ống PE (dùng cho cấp nước, bảo vệ cáp hoặc tuyến kỹ thuật nhẹ), ống bọc cáp quang (dùng trong viễn thông hoặc Internet tốc độ cao) và ống thép (dùng trong dẫn khí, dẫn dầu hoặc các tuyến hạ tầng chịu áp lực cao). Việc kéo ống trở lại lỗ khoan yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt lực kéo, bởi nếu lực kéo vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu ống, ống có thể bị giãn dài, biến dạng hoặc nứt vỡ tại các mối nối. Đặc biệt với ống thép, lực kéo phải được tính toán dựa trên chiều dài tuyến, bán kính cong và trọng lượng ống trong môi trường bão hòa nước.

Để giảm ma sát trong quá trình kéo ống, hệ thống bơm bentonite được duy trì liên tục. Lớp bùn này bôi trơn thành vách khoan, giảm lực kéo và giữ lỗ khoan ổn định. Việc kiểm soát độ nhớt, tỷ lệ nước – đất trong bùn và tốc độ bơm là yếu tố quyết định trong đảm bảo quá trình kéo ống diễn ra suôn sẻ. Hệ thống cảm biến lực kéo được tích hợp với bộ điều khiển trung tâm để cảnh báo khi lực kéo vượt ngưỡng cho phép, giúp kỹ sư vận hành điều chỉnh kịp thời.

Ngoài các yêu cầu về kỹ thuật, công nghệ khoan qua đường bằng robot còn mang lại những lợi ích vượt trội so với phương pháp đào mở truyền thống. Thứ nhất, công nghệ này cho phép thi công dưới mặt đường mà không ảnh hưởng đến giao thông phía trên. Điều này đặc biệt quan trọng trong các khu vực đô thị đông đúc hoặc đường quốc lộ, cao tốc nơi việc dừng giao thông gần như là không khả thi. Thứ hai, công nghệ không tạo ra rung chấn đáng kể nên không gây nguy hiểm cho các công trình lân cận như nhà dân, cầu vượt hoặc hệ thống hạ tầng ngầm. Thứ ba, robot làm việc hoàn toàn trong lòng đất, nên hiện tượng trượt lở, sụt hố hoặc phá hoại mặt đường được hạn chế đến mức thấp nhất.

Công nghệ khoan qua đường bằng robot cũng mang lại lợi ích về môi trường. Bằng việc giảm thiểu đào đất và hạn chế xáo trộn bề mặt, lượng chất thải rắn phát sinh trong thi công giảm đáng kể. Bên cạnh đó, công nghệ này không gây bụi, không gây tiếng ồn lớn và không tạo ra dòng chảy bùn loãng tràn lên bề mặt như một số phương pháp thi công thủy công. Điều này giúp bảo vệ môi trường sống của người dân, giảm thời gian phục hồi mặt bằng và nâng cao chất lượng tổng thể của dự án.

Tuy nhiên, để vận hành hiệu quả công nghệ khoan robot, yêu cầu về nhân lực và thiết bị là rất cao. Đội ngũ vận hành phải có chuyên môn sâu trong lĩnh vực cơ điện tử, địa chất, thủy lực và chỉ huy công trình ngầm. Họ cần hiểu rõ các quy luật chuyển động của mũi khoan trong lòng đất, các yếu tố ảnh hưởng đến áp lực bùn và cách đọc hiểu dữ liệu đo đạc từ robot. Đồng thời, nhà thầu phải trang bị đầy đủ hệ thống máy móc hiện đại như máy microtunneling, trạm kích thủy lực công suất lớn, trạm xử lý bùn khoan, hệ thống camera nội soi và các thiết bị đo áp lực thực tế. Chỉ với sự phối hợp chặt chẽ giữa con người và công nghệ, tuyến khoan mới đảm bảo độ chính xác, an toàn và hiệu quả đầu tư.

Về lâu dài, công nghệ thi công khoan qua đường bằng robot sẽ tiếp tục đóng vai trò trung tâm trong các dự án hạ tầng kỹ thuật ngầm. Với khả năng thi công theo đường cong, vượt qua chướng ngại, không phụ thuộc địa hình và hạn chế tối đa tác động lên bề mặt, công nghệ này mang đến giải pháp toàn diện cho bài toán phát triển đô thị bền vững. Sự chính xác trong giai đoạn khoan lỗ thí điểm và sự ổn định trong giai đoạn doa mở rộng – kéo ống là hai yếu tố cốt lõi tạo nên thành công của phương pháp này. Nhờ đó, nó trở thành lựa chọn hàng đầu trong việc lắp đặt các tuyến điện lực, viễn thông, cấp nước, dẫn dầu, dẫn khí và các hệ thống kỹ thuật quan trọng cần vượt đường, vượt sông hoặc hoạt động trong điều kiện không gian chật hẹp.

Công nghệ thi công khoan qua đường:

Việc sử dụng giàn khoan định hướng ngang để thi công khoan qua đường kéo đường ống ngầm nói chung được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn đầu là theo đường cong thiết kế có thể khoan chính xác lỗ thí điểm; giai đoạn thứ hai là doa lỗ thí điểm và kéo đường ống dẫn sản phẩm (thường là ống PE, ống bọc cáp quang, ống thép) trở lại lỗ thí điểm dọc theo lỗ thí điểm đã mở rộng để hoàn thành công việc khoan qua đường.

Khoan lỗ thí điểm:

Tùy theo điều kiện địa chất sẽ đi qua, mũi khoan thích hợp và tấm lái hoặc mô tơ bùn ngầm sẽ được chọn, và máy bơm bùn sẽ được kích hoạt để hướng đến điểm vào để khoan. Mũi khoan được dẫn động bởi mũi khoan quay dưới lực đẩy của mũi khoan (hoặc dùng bùn Động cơ truyền động cho mũi khoan quay) cắt đất và chuyển động tịnh tiến liên tục Mỗi khi khoan cần khoan, phải đo vị trí thực của mũi khoan để điều chỉnh hướng khoan của mũi khoan kịp thời để đảm bảo đường cong lỗ hoa tiêu hoàn thành đáp ứng yêu cầu thiết kế Lặp lại cho đến khi mũi khoan được khai quật tại vị trí đã xác định trước để hoàn thành thao tác khoan toàn bộ lỗ hoa tiêu.

Máy khoan robot được lắp bên hông điểm vào đất, bắt đầu từ điểm vào đất, dọc theo tuyến thiết kế, khoan một đường cong từ điểm vào đất đến điểm đào làm đường cong dẫn hướng cho đường ống mở rộng và rút trước.

Mở rộng trước và kéo đường ống:

Nói chung, khi sử dụng các giàn khoan nhỏ, nếu chiều dài thẳng lớn hơn 200 mm thì cần phải phóng to trước. Khi sử dụng các giàn khoan quy mô lớn, cần phóng to trước khi đường kính ống dẫn sản phẩm là lớn hơn Dn350mm, Đường kính và số lượng lỗ mở rộng trước phụ thuộc vào mô hình giàn khoan cụ thể và điều kiện địa chất.

Khi rút đường ống dẫn sản phẩm, trước tiên hãy kết nối dụng cụ doa và đường ống, sau đó bắt đầu thao tác kéo và bàn xoay của giàn khoan điều khiển cần khoan xoay và rút lui để doa. Đường ống sản phẩm không quay trong quá trình kéo. Kể từ lỗ mở rộng chứa đầy bùn, đường ống dẫn sản phẩm được treo trong lỗ mở rộng, chu vi của thành ống và giữa các lỗ được bôi trơn bằng bùn làm giảm lực cản và bảo vệ đường ống lớp chống ăn mòn. mở rộng trước bằng khoan, đường kính lỗ cuối cùng thường lớn hơn đường kính ống 200mm, do đó lớp chống ăn mòn sẽ không bị hỏng.

Trong giai đoạn khoan lỗ thí điểm, lỗ khoan thường nhỏ hơn đường kính của đường ống kéo, để đường kính lỗ khoan đạt từ 1,3 đến 1,5 lần đường kính của đường ống kéo thì cần dùng doa để di chuyển lỗ thử. từ điểm đào đến điểm nhập đất.

Mở rộng đến đường kính cần thiết.

Sau khi lỗ ngầm được mở rộng trước và đáp ứng các yêu cầu kéo, nối ống khoan, mũi doa, khớp nối rút và đường ống đã lắp đặt theo trình tự, bắt đầu từ điểm đào và kéo đường ống trở lại điểm vào đất trong khi doa. cho đến khi.

Đặc điểm của thi công robot khoan qua đường

Công trình khoan qua đường cắt ngang 1 hướng sẽ không cản trở giao thông, không phá hoại không gian xanh, thảm thực vật, không ảnh hưởng đến cuộc sống bình thường và trật tự làm việc của các cửa hàng, bệnh viện, trường học và dân cư, đồng thời giải quyết vấn đề truyền thống đào đất xây dựng cho cư dân. Làm xáo trộn cuộc sống, tàn phá và ảnh hưởng xấu đến giao thông, môi trường và nền móng của các công trình xung quanh.

2 Thiết bị robot khoan qua đường đi ngang hiện đại có độ chính xác cao, dễ dàng điều chỉnh hướng đặt và độ sâu chôn, khoảng cách đặt hình vòng cung của đường ống dài, có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thiết kế và độ sâu chôn, và có thể làm đường ống vượt chướng ngại vật ngầm.

3 Độ sâu chôn lấp của mạng lưới đường ống đô thị nói chung là dưới 3 mét, khi băng qua sông, độ sâu chôn dưới lòng sông nói chung là 9-18 mét. Do đó, máy khoan robot khoan qua đường được sử dụng để xuyên qua môi trường xung quanh. không phá hoại địa mạo và môi trường, phù hợp với bảo vệ môi trường.

4 Khi sử dụng giàn khoan định hướng ngang để thi công vượt biển, không có nước hoặc hoạt động dưới nước, không ảnh hưởng đến giao thông trên sông, không làm hư hỏng đập và công trình đáy sông hai bên sông, công trình được không bị hạn chế bởi các mùa. Thời gian xây dựng ngắn và tỷ lệ thành công cao. Việc xây dựng an toàn và đáng tin cậy.

5 So với các biện pháp thi công khác, robot khoan qua đường tốc độ ra vào công trường nhanh, mặt bằng thi công có thể điều chỉnh linh hoạt, đặc biệt trong thi công đô thị thể hiện hết tính ưu việt, diện tích xây dựng nhỏ, giá thành công trình thấp , và tốc độ xây dựng nhanh chóng.

6 Khi có sông lớn đi qua, do đường ống chôn dưới địa tầng 9-18mm nên bên trong địa tầng có ít ôxy và các chất ăn mòn khác nên có chức năng chống ăn mòn và giữ nhiệt tự nhiên, có thể đảm bảo an toàn cho đường ống. thời gian chạy lâu hơn.

Robot khoan qua đường

Giàn khoan định hướng ngang có nhiều thông số kỹ thuật bao gồm hệ thống giàn khoan, hệ thống điện, hệ thống điều khiển hướng, hệ thống bùn, dụng cụ khoan và thiết bị phụ trợ. Cấu tạo và chức năng của chúng được giới thiệu như sau:

1 Hệ thống giàn khoan: Được sử dụng để khoan xuyên qua thiết bị và Thân chính của hoạt động kéo, nó bao gồm thân chính của giàn khoan, bàn xoay, vv Thân chính của giàn khoan được đặt trên khung khoan để hoàn thành hoạt động khoan và hoạt động kéo. Bàn xoay được lắp đặt ở đầu phía trước của máy chính của máy khoan, kết nối với cần khoan, và bằng cách thay đổi vòng quay của bàn xoay và tốc độ đầu ra và mô-men xoắn, có thể đáp ứng các yêu cầu của các điều kiện hoạt động khác nhau.

2 Hệ thống điện: bao gồm nguồn thủy lực và máy phát, nguồn cung cấp dầu thủy lực cao áp cho hệ thống giàn khoan là nguồn điện của giàn khoan, máy phát điện cung cấp điện cho các thiết bị điện và chiếu sáng công trường.

3 Hệ thống điều khiển hướng: Hệ thống điều khiển hướng là một công cụ định hướng để dẫn hướng mũi khoan để khoan một cách chính xác thông qua máy tính để theo dõi và kiểm soát vị trí cụ thể và các thông số khác của mũi khoan trong lòng đất. Do sự điều khiển của hệ thống, mũi khoan có thể khoan theo đường cong thiết kế Có hai dạng hệ thống điều khiển hướng có dây và không dây cầm tay thường được sử dụng.

4 Hệ thống bùn: Hệ thống bùn bao gồm bể trộn bùn, máy bơm bùn và đường ống dẫn bùn để cung cấp cho hệ thống giàn khoan lượng bùn phù hợp với điều kiện khoan.

5 Dụng cụ khoan và dụng cụ phụ trợ: các dụng cụ khác nhau được sử dụng để khoan và doa trong quá trình khoan. Công cụ khoan chủ yếu bao gồm ống khoan, mũi khoan, động cơ bùn, doa, máy cắt và các công cụ khác phù hợp với các điều kiện địa chất khác nhau. Các công cụ phụ trợ bao gồm vòng chụp, khớp xoay và đầu kéo có đường kính ống khác nhau.

Bố trí trên toàn bộ công trường khoan qua đường

1. Đầu vào là vị trí chính để khoan định hướng, bên này bố trí giàn khoan nên diện tích xây dựng tương đối lớn, diện tích tối thiểu của giàn khoan DD330 là 30 × 30M, tất nhiên cũng có thể được điều chỉnh theo tình hình thực tế của địa điểm DD60, DD Dấu chân của -5 tương ứng nhỏ hơn nhiều.

2. Một mặt của bãi đào chủ yếu được sử dụng làm nơi hàn đường ống. Mặt bằng 20 × 20M tại vị trí đào nên được sử dụng để mở rộng trước, khoan nối ống và lắp đặt các thiết bị khác khi kéo lùi; sau vị trí đào, tại đó là chiều dài bằng chiều dài đi ngang đai thao tác hàn đường ống.