Công nghệ khoan ngầm và dịch vụ khoan ngầm robot

Ngày đăng: 04/03/2021

1370 Lượt xem

0 Đánh giá

Công nghệ khoan ngầm và dịch vụ khoan ngầm robot

THI CÔNG KHOAN KÍCH NGẦM – KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG (HDD)

LẮP ĐẶT TUYẾN ỐNG THOÁT NƯỚC THẢI ĐƯỜNG KÍCH LỚN D1000–D1500 mm

Trong bối cảnh phát triển đô thị và nhu cầu hiện đại hóa hạ tầng thoát nước, công nghệ thi công khoan kích ngầm (Pipe Jacking) và khoan định hướng ngang HDD được xem là hai giải pháp tối ưu để lắp đặt các tuyến ống kích thước lớn tại khu vực đô thị, nơi điều kiện mặt bằng hạn chế, giao thông đông đúc và mặt đất có nhiều công trình ngầm. Đối với hệ thống thoát nước thải đô thị đường kính D1000–D1500 mm, yêu cầu kỹ thuật, độ ổn định của tuyến, khả năng chống thấm và tuổi thọ sử dụng là các yếu tố trọng tâm cần nghiên cứu.

Công nghệ khoan kích ngầm và HDD được ứng dụng để giảm thiểu đào mở, hạn chế ảnh hưởng đến hoạt động xã hội, tăng độ an toàn và đảm bảo tính bền vững lâu dài của tuyến thoát nước. Đặc biệt, đối với các tuyến đi ngang qua đường quốc lộ, khu dân cư, khu thương mại, khu vực sông kênh hoặc gần hạ tầng thiết yếu, phương pháp đào hở gần như không khả thi. Do đó, việc nghiên cứu giải pháp kỹ thuật cho tuyến ống kích thước lớn D1000–D1500 mm bằng công nghệ khoan – kích ngầm là yêu cầu cấp thiết nhằm đảm bảo tiến độ, chất lượng và chi phí đầu tư.

Cơ sở công nghệ của thi công khoan kích ngầm và HDD

2.1 Phân biệt Pipe Jacking và HDD trong lắp đặt ống lớn

Pipe Jacking (kích ngầm): Ống bê tông, ống thép hoặc ống composite được kích đẩy từng đoạn từ giếng kích vào lòng đất, phía trước có đầu dao hoặc khiên đào (shield) và hệ thống vữa bentonite bơm chống sụt lún.
HDD (Horizontal Directional Drilling): Công nghệ khoan điều khiển hướng, thường dùng cho ống HDPE hoặc thép. Tuy nhiên, với đường kính lớn D1000–D1500 mm, HDD yêu cầu đầu khoan cỡ lớn, thiết bị công suất cao và quá trình mở rộng lỗ khoan nhiều cấp.

2.2 Yêu cầu đặc thù đối với ống thoát nước kích cỡ D1000–D1500 mm

Đảm bảo tính kín nước tuyệt đối theo tiêu chuẩn QCXDVN và TCVN.
Khả năng chịu tải trọng đất và tải trọng giao thông bên trên.
Yêu cầu tuyến đi ổn định, không lún, không biến dạng theo thời gian 20–50 năm.
Tuân thủ bán kính cong tối đa cho kích thước lớn (thường R ≥ 500–800 m).

2.3 Hệ thống thiết bị chủ đạo

Máy khoan kích ngầm hoặc máy HDD công suất lớn 200–500 tấn kéo.
Đầu khoan (cutter head) có gắn răng cắt, lưỡi gạt và hệ thống rửa bằng bentonite.
Máy trộn, bơm và tái sử dụng dung dịch khoan.
Giếng kích và giếng thu theo thiết kế.
Hệ thống định vị laser hoặc gyro để giữ đúng hướng tuyến.

Khảo sát và thiết kế kỹ thuật cho tuyến ống D1000–D1500

3.1 Khảo sát địa chất công trình

Khảo sát chi tiết là điều kiện then chốt để hạn chế rủi ro thi công. Dữ liệu khảo sát phải bao gồm:

Địa tầng: đất sét mềm, sét cứng, cát pha, cát rời, bùn hữu cơ, đá phong hóa.
Tính chất cơ lý: độ ẩm, chỉ số SPT, hệ số thấm, sức chịu tải.
Mực nước ngầm theo mùa.
Hiện trạng công trình ngầm: tuyến cáp điện, cấp nước, viễn thông.

3.2 Thiết kế tuyến và bán kính cong

Đối với ống thoát nước lớn:

Độ sâu chôn ống thường từ 4–15 m tùy khu vực.
Bán kính cong tối thiểu phải phù hợp với tính chất ống và khả năng của máy khoan.
Tuyến ưu tiên thẳng; cong dài và hạn chế đoạn cong liên tiếp.

3.3 Thiết kế giếng kích và giếng thu

Giếng kích phải có kích thước đủ lớn để đặt máy khoan và giá kích. Thông thường:

Giếng dạng hộp bê tông cốt thép.
Chiều sâu phụ thuộc cao độ ống và chiều dày lớp bảo vệ.
Tường giếng có thể sử dụng cọc ván thép, tường barrette hoặc cọc khoan nhồi.

3.4 Tính toán lực kích và ma sát đất – ống

Lực kích cho đường kính D1000–D1500 rất lớn, có thể đạt 400–800 tấn tùy địa chất. Tính toán lực kích phụ thuộc:

Ma sát giữa vỏ ống và đất.
Đặc tính bentonite hoặc vữa bôi trơn.
Độ dài tuyến và số đoạn ống.
Đường kính và độ trượt đường khoan.

Quy trình thi công khoan kích ngầm – HDD cho tuyến D1000–D1500 mm

4.1 Chuẩn bị mặt bằng

Thi công rào chắn, biển báo an toàn giao thông.
Lắp đặt hệ thống điện, nước, máy nén khí, kho bãi tập kết ống.
Chuẩn bị giếng kích và giếng thu theo đúng thiết kế.

4.2 Hạ máy và lắp đặt hệ thống dẫn hướng

Hạ thiết bị khoan xuống giếng kích bằng cẩu 50–200 tấn.
Căn chỉnh tuyến bằng hệ thống laser hoặc gyro.
Lắp đặt bộ kích thủy lực và giá đỡ.

4.3 Khoan và kích từng đoạn ống

Quy trình gồm các bước:

Đầu khoan phá đất, hỗ trợ bằng dung dịch bentonite để ổn định vách lỗ.
Hệ thống kích đẩy đoạn ống đầu tiên theo hướng dẫn thiết kế.
Đất được vận chuyển ra ngoài bằng vít tải hoặc bơm dung dịch bùn.
Gắn đoạn ống tiếp theo và tiếp tục kích đến khi đủ chiều dài.

4.4 Kiểm soát hướng và sai số

Sai số hướng tuyến được kiểm soát bằng:

Thiết bị đo laser tại giếng kích.
Đầu thu đặt bên trong ống dẫn.
Hệ thống gyro định vị trong môi trường không nhìn thấy ánh sáng.

Sai số yêu cầu:

Ngang: ≤ 1/3000 chiều dài tuyến.
Đứng: ≤ 1/2000 chiều dài tuyến.

4.5 Xử lý lún và sụt lỗ

Đối với đất yếu, cần:

Bơm vữa bentonite áp lực định mức để tạo lớp màng bôi trơn.
Theo dõi áp lực dung dịch để tránh mất dung dịch vào nền đất.
Gia cố cục bộ bằng xi măng – đất khi cần thiết.

4.6 Lắp đặt và xử lý các mối nối ống

Ống bê tông cốt thép thường sử dụng mối nối gioăng cao su.
Ống thép hàn mối nối bằng công nghệ hàn hồ quang hoặc hàn tự động.
Kiểm tra độ kín bằng áp lực nước theo tiêu chuẩn.

4.7 Hoàn thiện và hoàn trả mặt bằng

Sau khi kích xong:

Thu hồi máy và thiết bị.
Lấp lại giếng bằng bê tông hoặc đất đầm chặt.
Hoàn trả mặt đường – vỉa hè theo đúng quy chuẩn.

Dung dịch khoan và vai trò trong thi công ống kích thước lớn

Dung dịch khoan quyết định 60–70% thành công của dự án. Đối với tuyến D1000–D1500 mm:

Dung dịch bentonite phải có độ nhớt cao hơn bình thường.
Trọng lượng riêng 1,05–1,15 g/cm³.
Khả năng tạo màng bôi trơn tốt.
Không gây tắc nghẽn khi tái chế.

Trong điều kiện đất cát rời hoặc đá phong hóa, có thể bổ sung polymer hoặc phụ gia tăng độ kết dính để ổn định vách lỗ.

Thách thức kỹ thuật khi thi công ống kích thước lớn

6.1 Sai lệch tuyến gây hư hỏng ống

Đường kính lớn đồng nghĩa sai lệch nhỏ cũng tạo áp lực đáng kể lên thành ống, có thể gây nứt vỡ. Biện pháp:

Kiểm soát tuyến liên tục.
Điều chỉnh tốc độ kích và lực ép.

6.2 Nguy cơ sập lỗ hoặc lún mặt đất

Đất yếu, bùn hữu cơ, nước ngầm lớn là nguyên nhân chính gây sụt lún. Giải pháp:

Bơm vữa bentonite áp lực cao.
Ép xi măng – đất (Jet Grouting) tại các vị trí xung yếu.

6.3 Lực kích vượt giới hạn

Lực kích lớn có thể gây bó ống. Giải pháp:

Tăng chất lượng vữa bôi trơn.
Bổ sung điểm kích trung gian (intermediate jacking stations).
Chia nhỏ đoạn kích.

6.4 Xử lý giao cắt công trình ngầm hiện hữu

Các tuyến có giao cắt cáp điện lực, cấp nước, viễn thông… cần:

Khảo sát chính xác bằng radar xuyên đất (GPR).
Điều chỉnh tuyến và độ sâu phù hợp.

Điều kiện môi trường và yêu cầu an toàn

Hệ thống thu gom bùn thải cần tách nước – xử lý trước khi thải bỏ.
Không để bentonite chảy ra môi trường nước mặt.
Giếng kích, giếng thu phải được chống sạt lở bằng thép hoặc bê tông.
Công nhân trong giếng phải đeo thiết bị an toàn và theo dõi khí CO₂, CH₄.

So sánh thi công HDD và khoan kích đối với tuyến D1000–D1500

Tiêu chí	HDD	Khoan kích ngầm
Đường kính khả thi	≤ D1800	D800–D3000
Độ chính xác	Trung bình – cao	Rất cao
Yêu cầu giếng kích	Không bắt buộc	Bắt buộc
Loại ống	HDPE, thép	Bê tông, thép, GRP
Tính ổn định tuyến	Tốt	Rất tốt
Rủi ro sụt lún	Có	Thấp
Chiều dài tuyến	≤ 400–600 m	≤ 80–150 m/tuyến

Kinh nghiệm thi công thực tế với tuyến D1000–D1500

Sử dụng kết hợp bentonite và polymer đặc chủng để giảm ma sát.
Kiểm soát áp lực đầu khoan để tránh đẩy đất lên mặt đường.
Bổ sung trạm kích trung gian khi vượt quá 60–80 m trong đất sét cứng.
Thường xuyên kiểm tra mối nối gioăng để tránh thấm nước khi vận hành.
Sử dụng máy khoan đầu cắt răng hợp kim cứng đối với địa chất lẫn đá.

Thi công khoan kích ngầm và HDD trong lắp đặt đường ống thoát nước thải kích thước lớn D1000–D1500 mm là một giải pháp công nghệ tiên tiến, có khả năng đáp ứng yêu cầu phát triển đô thị hiện đại, giảm thiểu tác động môi trường và đảm bảo an toàn công trình. Với các ưu điểm về độ ổn định tuyến, độ chính xác, khả năng thi công trong không gian chật hẹp và giảm thiểu đào mở, công nghệ này đang dần thay thế phương pháp truyền thống.

Tuy nhiên, để đảm bảo thành công, yêu cầu kỹ sư và nhà thầu phải hiểu rõ đặc tính địa chất, thiết bị, dung dịch khoan, lực kích và các yếu tố kỹ thuật quan trọng khác. Việc lựa chọn đúng công nghệ, đúng loại ống và đúng biện pháp thi công sẽ quyết định tính bền vững của công trình thoát nước thải trong vòng đời dài hạn.

CÔNG NGHỆ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG (HDD) TRONG THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG VÀ HẠ TẦNG NGẦM

Khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD) là công nghệ thi công ngầm không đào hở, được sử dụng để lắp đặt các đường ống áp lực, ống cấp thoát nước, ống dẫn khí, tuyến cáp điện lực, cáp quang và các hệ thống hạ tầng kỹ thuật ngầm trong đô thị, khu công nghiệp hoặc khu vực có địa hình phức tạp. Công nghệ HDD sử dụng máy khoan điều khiển định hướng, cho phép tạo đường khoan cong theo thiết kế mà không cần phá vỡ bề mặt địa hình, từ đó hạn chế ảnh hưởng đến giao thông và môi trường.

Mặc dù không phải là công nghệ hoàn toàn mới trên thế giới, HDD ngày nay đã trở thành giải pháp ưu tiên trong những khu vực hạn chế đào mở, đặc biệt đối với vị trí vượt sông, vượt đường giao thông lớn, vượt công trình hiện hữu hoặc các khu đô thị đông đúc. Trong giai đoạn trước đây, việc thi công HDD thường có chi phí cao hơn so với đào hở truyền thống do yêu cầu kỹ thuật khắt khe và trang thiết bị chuyên dụng. Tuy nhiên, sự phát triển của máy khoan, thiết bị định vị, mũi khoan, dung dịch khoan và phương pháp thi công hiện đại đã làm giảm chi phí đáng kể, đồng thời nâng cao hiệu quả và độ an toàn trong quá trình lắp đặt.

Bài nghiên cứu này tập trung làm rõ bản chất kỹ thuật, quy trình triển khai, các thách thức và yêu cầu thiết kế theo quan điểm của kỹ sư chuyên ngành khoan ngầm định hướng, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện cho các nhà đầu tư, tư vấn thiết kế và đơn vị thi công.

Nguyên lý kỹ thuật của khoan định hướng ngang (HDD)

2.1 Cấu tạo hệ thống khoan HDD

Một hệ thống HDD hoàn chỉnh thường bao gồm các thành phần chính:

Máy khoan định hướng với lực kéo đẩy và mô-men xoắn phù hợp công suất.
Bộ phận đầu khoan và cần khoan có khả năng điều chỉnh góc nghiêng.
Thiết bị định vị (sonde) và máy thu để theo dõi vị trí mũi khoan theo thời gian thực.
Hệ thống trộn và bơm dung dịch khoan.
Trạm thu hồi và tái chế bentonite.
Ống công trình cần lắp đặt: HDPE, uPVC, thép, ống áp lực, cáp điện lực hoặc cáp quang.

2.2 Nguyên lý dẫn hướng

HDD vận hành trên nguyên lý điều chỉnh hướng khoan thông qua đầu khoan có mặt phẳng lái (steering plate). Khi đầu khoan quay liên tục, đường khoan tiến thẳng; khi máy dừng xoay và đẩy theo mặt phẳng lái, mũi khoan đổi hướng theo yêu cầu. Thiết bị định vị cung cấp tọa độ, cao độ, độ nghiêng và phương vị, cho phép kỹ sư điều khiển hướng chính xác để mũi khoan đi đúng tuyến.

2.3 Dung dịch khoan

Dung dịch khoan (thường là bentonite) đóng ba vai trò quan trọng:

Làm mát và bôi trơn đầu khoan.
Ổn định thành vách lỗ khoan, tránh sụt lún.
Mang đất cắt ra khỏi lỗ khoan về hố thu hồi.

Các thông số dung dịch khoan như độ nhớt, trọng lượng, tỷ trọng, độ gel phải được kiểm soát bằng thiết bị chuyên dụng nhằm giảm nguy cơ mất dung dịch, xì bùn hoặc phá vỡ địa tầng.

Quy trình thi công khoan định hướng ngang

3.1 Khảo sát và chuẩn bị

Trước khi thi công, nhà thầu phải tiến hành khảo sát địa chất công trình và hạ tầng kỹ thuật hiện hữu. Việc khảo sát này quyết định đến đường kính mũi khoan, loại cần khoan, tốc độ khoan và biện pháp bảo vệ môi trường. Các nội dung khảo sát gồm:

Địa chất: đất sét, cát, sỏi, đá phong hóa, mực nước ngầm.
Công trình ngầm: ống cấp thoát nước, cáp điện, cáp thông tin.
Vật cản địa hình: móng cầu, cọc nhồi, tường kè.
Mực nước sông, độ sâu vượt đường.

Báo cáo khảo sát phải cung cấp dữ liệu đầy đủ cho việc thiết kế biện pháp khoan.

3.2 Khoan dẫn hướng (Pilot Hole Drilling)

Khoan dẫn hướng là bước quan trọng nhất quyết định thành công của toàn bộ dự án. Kỹ sư sẽ điều khiển mũi khoan theo đường dẫn đã thiết kế, đảm bảo độ sâu chôn ống, bán kính cong tối thiểu phù hợp tiêu chuẩn của ống (thường R ≥ 40–60 lần đường kính ngoài của ống). Mũi khoan tiến liên tục và được định vị từng mét để kiểm soát sai số.

3.3 Mở rộng lỗ khoan (Reaming)

Sau khi khoan dẫn hướng xong, đường khoan được mở rộng bằng các đầu mở rộng (reamer) có đường kính tăng dần. Quy trình mở lỗ thực hiện từ nhỏ đến lớn (ví dụ: 12 inch → 18 inch → 24 inch tùy theo đường kính ống). Dung dịch khoan được bơm liên tục để ổn định vách lỗ và đưa vật liệu cắt ra ngoài.

3.4 Kéo ống (Pipe Pullback)

Ống được hàn thành đoạn hoàn chỉnh (HDPE nối bằng nhiệt, thép hàn mép liên tục), bố trí trên mặt bằng thi công và được kéo qua lỗ khoan bằng cần khoan với lực kéo tính toán. Lực kéo tối đa không được vượt quá ngưỡng chịu kéo của vật liệu ống. Hệ thống con lăn và chất bôi trơn được bố trí để giảm ma sát trong quá trình kéo.

Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ HDD

4.1 Ưu điểm

Không đào hở, giảm tối đa ảnh hưởng đến giao thông và công trình hiện hữu.
Thi công dưới sông, kênh, đường quốc lộ mà không cần phong tỏa.
Giảm khối lượng hoàn trả mặt bằng, chi phí giải phóng mặt bằng.
Đảm bảo mỹ quan đô thị và hạn chế ô nhiễm môi trường.
Tốc độ thi công nhanh và độ chính xác cao.
Khả năng đi cong linh hoạt, phù hợp đô thị hiện đại.

4.2 Nhược điểm

Yêu cầu thiết bị khoan chuyên dụng và đội ngũ kỹ sư có kinh nghiệm.
Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn đào hở truyền thống.
Phụ thuộc vào địa chất, nguy cơ mất dung dịch hoặc sập lỗ nếu không kiểm soát.
Cần diện tích thi công hai đầu mũi khoan và mặt bằng kéo ống.

Các thách thức kỹ thuật trong thi công HDD

5.1 Thách thức về địa chất

Những dạng địa chất đặc biệt như sỏi cuội lớn, đá cứng hoặc tầng cát bồi lấp có nước ngầm mạnh gây khó khăn cho việc giữ vách lỗ. Việc lựa chọn mũi khoan, áp lực dung dịch và tốc độ khoan phải được tối ưu hóa.

5.2 Mất dung dịch khoan

Xảy ra khi dung dịch thoát ra ngoài địa tầng qua các khe nứt, gây xói lở và mất kiểm soát. Hiện tượng này phải xử lý bằng cách điều chỉnh bentonite, giảm áp lực và bơm dung dịch đặc.

5.3 Sai lệch hướng khoan

Sai số quá lớn có thể khiến tuyến khoan đâm vào công trình ngầm. Kỹ sư định vị phải thường xuyên kiểm soát độ nghiêng, phương vị và điều chỉnh kịp thời.

5.4 Rủi ro khi kéo ống

Thường gặp ở các tuyến dài hoặc đường kính lớn, lực kéo vượt giới hạn có thể làm biến dạng ống HDPE hoặc nứt mối hàn. Biện pháp khắc phục gồm bôi trơn, thiết kế tuyến cong hợp lý, sử dụng con lăn và kiểm soát tốc độ kéo.

Các yêu cầu thiết kế quan trọng đối với kỹ sư HDD

6.1 Thiết kế tuyến khoan

Tuyến phải đảm bảo:

Bán kính cong tối thiểu không vượt quá tiêu chuẩn của ống.
Độ sâu chôn ống phù hợp nhằm tránh giao cắt hạ tầng ngầm.
Khoảng cách an toàn khi vượt công trình như móng cầu, kè, cọc nhồi.
Khả năng tiếp cận tại hai đầu tuyến.

6.2 Tính toán lực kéo và ma sát

Kỹ sư phải tính toán lực kéo tối đa dựa trên:

Loại vật liệu ống.
Chiều dài tuyến.
Dung dịch bôi trơn.
Địa chất bao quanh đường khoan.

6.3 Tính toán đường kính mở lỗ

Đường kính mở lỗ thường gấp 1,3 đến 1,5 lần đường kính ống để đảm bảo không ma sát quá mức.

Ứng dụng thực tế của công nghệ khoan HDD

7.1 Lắp đặt ống cấp nước, thoát nước và ống áp lực

Các tuyến ống cấp nước đi qua khu dân cư hoặc vượt đường giao thông lớn được thi công HDD để đảm bảo an toàn và tránh gián đoạn sinh hoạt.

7.2 Tuyến ống dẫn khí, dẫn dầu

HDD là giải pháp duy nhất khi cần vượt sông hoặc vùng đất ngập nước, đảm bảo độ sâu chôn ống và an toàn môi trường.

7.3 Cáp điện lực và cáp quang

Tại các đô thị lớn, HDD giúp đi ngầm cáp điện trung – cao thế hoặc cáp quang mà không cần đào hở, giảm nguy cơ ảnh hưởng giao thông.

7.4 Dự án khoan ngầm kéo ống HDPE

Đối với các dự án như khoan ngầm D225, D315, D450 hoặc ống lồng thép 16 inch, HDD luôn chứng minh hiệu quả vượt trội về tốc độ và chất lượng thi công.

Kinh nghiệm thực tế và bài học kỹ thuật từ các dự án HDD

8.1 Quản lý bentonite và tái chế dung dịch khoan

Các dự án thất bại phần lớn liên quan đến việc sử dụng bentonite sai tỷ lệ hoặc không kiểm soát được áp lực dung dịch. Hệ thống tái chế dung dịch giúp tiết kiệm chi phí và tăng độ ổn định.

8.2 Tối ưu hóa tuyến và minimize cong

Tuyến khoan càng thẳng càng giảm lực kéo ống và nguy cơ kẹt ống.

8.3 Giám sát liên tục bằng thiết bị định vị

Thiết bị định vị hiện đại cho phép giảm sai số còn 1–2% so với thiết kế, đảm bảo tuyến lắp đặt an toàn.

Khoan định hướng ngang (HDD) là công nghệ tiên tiến, hiệu quả cao và có khả năng đáp ứng nhu cầu phát triển hạ tầng ngầm hiện đại. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu lớn hơn đào hở truyền thống, HDD mang lại nhiều lợi ích lâu dài như giảm thiểu tác động môi trường, bảo vệ công trình hiện hữu, rút ngắn thời gian thi công và nâng cao an toàn vận hành.

Từ góc độ kỹ sư thiết kế và thi công, việc làm chủ công nghệ đòi hỏi hiểu rõ địa chất, thiết bị, dung dịch khoan và các yêu cầu kỹ thuật đặc thù. Khi được triển khai đúng quy trình, HDD không chỉ là giải pháp thay thế mà đã trở thành tiêu chuẩn thi công tối ưu cho các hệ thống ống ngầm trong thời đại phát triển đô thị và công nghiệp bền vững.

Khoan định hướng ngang (HDD) là công nghệ khoan ngầm robot không phải là một công nghệ mới khi nói đến việc lắp đặt hệ thống ống áp lực để phân phối nước hoặc vận chuyển nước thải, lắp đặt đường cáp quang, đường dây cáp điện ngầm. Cho đến gần đây, quá trình lắp đặt thường tốn kém hơn so với các phương pháp đào hở truyền thống cho cùng một chiều dài đường ống đã lắp đặt vì nó đòi hỏi thiết bị khoan chuyên dụng cao để hoàn thành việc lắp đặt.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phát triển sự hiểu biết cơ bản về kỹ thuật và khám phá một số thách thức và thành công từ quan điểm của kỹ sư thiết kế công nghệ khoan ngầm robot HDD.

Khoan ngầm robot HHD là gì: Khoan robot HDD là một phương pháp lắp đặt hệ thống đường ống và cáp ngầm dưới lòng đất dọc theo một con đường định trước. Trong hơn 30 năm qua, công nghệ khoan ngầm này đã phát triển từ nguồn gốc của nó như một phương pháp xây dựng đường ống ưa thích để băng qua các tuyến đường thủy chính đến một kỹ thuật có thể được sử dụng trong các hành lang tiện ích rất tắc nghẽn dọc theo các hệ thống đường cao tốc bận rộn cũng như trên các khoảng cách xa hơn nơi mở truyền thống -các phương pháp cắt sẽ yêu cầu hạn chế giờ làm việc và / hoặc tác động xấu đến các hoạt động dọc theo con đường.

Công nghệ khoan ngầm robot hiện tại giới hạn chiều dài một lỗ khoan trong khoảng 2.000 m tuyến tính và đường kính ống là 48 inch trở xuống. Nói chung, quy trình khoan ngầm HDD tuân theo ba giai đoạn cơ bản được mô tả dưới đây.

Giai đoạn đầu tiên của quá trình này bao gồm việc khoan lỗ thí điểm gọi là khoan ngầm định hướng. Trong giai đoạn này của quá trình, đường dẫn lỗ hoa tiêu được theo dõi và các số đọc định kỳ về độ nghiêng và phương vị của cạnh đầu của mũi khoan được thực hiện cùng với các phép đo khoảng cách đã khoan kể từ điểm khảo sát cuối cùng. Thông tin này được sử dụng để tính toán tọa độ ngang và dọc dọc theo lỗ hoa tiêu so với điểm vào ban đầu trên bề mặt. Sau đó, người vận hành có thể điều chỉnh độ nghiêng của mũi khoan khi cần thiết để lên khỏi mặt đất tại điểm thoát xác định trước.

Giai đoạn thứ hai của quy trình khoan ngầm bao gồm việc doa trước lỗ thí điểm để chuẩn bị lắp đặt đường ống áp lực, đường cáp ngầm. Mặc dù không bắt buộc nhưng nhiều nhà thầu có kinh nghiệm lặp lại bước trung gian này để giảm thiểu lực cần thiết để kéo đường ống dọc theo lỗ thí điểm ban đầu mà không làm quá tải thiết bị khoan. Dụng cụ doa thường bao gồm một loạt máy cắt và vòi phun dung dịch khoan hình tròn và thường được cấu hình tùy chỉnh cho kích thước lỗ khoan hoặc loại đất cụ thể.

Giai đoạn cuối cùng liên quan đến việc kéo đường ống áp suất qua lỗ thí điểm được mở rộng. Điều này được thực hiện bằng cách gắn bộ phận kéo đường ống đúc sẵn phía sau cụm doa tại điểm thoát và kéo cụm trở lại giàn khoan. Một khớp xoay được sử dụng giữa doa và đường ống áp lực đang được lắp đặt để giảm thiểu lực xoắn truyền tới đường ống áp lực khi nó đang được kéo qua lỗ thí điểm mở rộng vào vị trí cuối cùng của nó. Sau khi ống được kéo qua lỗ khoan, nó thường được phép “thả lỏng” trong một khoảng thời gian để tự điều chỉnh bất kỳ độ giãn dài nào có thể xảy ra trong quá trình lắp đặt.

Kỹ thuật và phương án khoan ngầm: Các nhà thiết kế đang xem xét khoan ngầm HHD như một lựa chọn lắp đặt cần phải lưu ý về các điều kiện địa chất dọc theo con đường đã định trước. Đất cát và lớp nền nông tạo ra những thách thức lắp đặt riêng biệt, khác nhau đối với quá trình xử lý ổ cứng. Một trong những nghiên cứu điển hình của công nghệ khoan ngầm liên quan đến việc mở rộng lực lượng cống thoát nước thông qua một sân gôn có lưu lượng truy cập cao và sân tập lái xe trên đất cát. Trong giai đoạn đầu tiên của quá trình khoan ngầm HDD, nhà thầu đã trải qua một số lần nổ máy do lỗ thí điểm ban đầu nằm quá gần bề mặt. Đất cát không kết dính trong khu vực bị đẩy lên trên, dẫn đến việc đầu khoan bị lệch khỏi đường đi đã định. Giải pháp là lùi lại và lặn sâu hơn một chút trong các khu vực đất cát để tránh bị thổi thêm. Việc khoan qua lớp đá gốc nông mang đến một loạt thách thức riêng biệt.

Hành lang tiện ích tắc nghẽn và / hoặc quyền ưu tiên tiện ích hạn chế (ROW) cũng là một thách thức đối với các phương pháp khoan robot HHD. Kỹ sư thiết kế được khuyến khích sử dụng các dịch vụ kỹ thuật tiện ích dưới bề mặt để thực hiện chỉ định Mức Chất lượng A của các tiện ích hiện có vượt qua con đường đã định trước. Minh phương corp gần đây đã hoàn thành một dự án yêu cầu mở rộng một trạm bơm bắt buộc thông qua Cơ quan Quản lý Đường cao tốc rất hẹp, vốn đã có một số đường dây thông tin liên lạc ưu tiên cao dưới lòng đất và đường dây khí đốt tự nhiên áp suất cao chính. Việc lập bản đồ thành công các tiện ích hiện có cho phép nhà thầu phụ khoan ngầm robot HDD nhanh chóng cài đặt tiện ích mở rộng và giảm thiểu gián đoạn giao thông đến đường cao tốc của bang đông đúc.

THÀNH CÔNG VÀ LỢI ÍCH BỔ SUNG

Cả hai dự án được mô tả ở trên đều sử dụng HDD chạy ngắn hơn (tức là khoảng cách ngắn hơn giữa các điểm vào và ra) do đất trong các khu vực dự án. Cách làm này đã mang lại cho nhà thầu cơ hội tốt nhất để đi theo tuyến đường đã thiết kế. Các kỹ thuật lắp đặt khoan robot HDD cũng có thể làm giảm tác động đến môi trường vì chúng thường yêu cầu ít nhiễu đất hơn, thường chỉ giới hạn ở khu vực xung quanh các vị trí ra vào. Cách tiếp cận này cũng có thể rút ngắn lịch trình lập kế hoạch, cho phép và lắp đặt. Cụ thể, ít xáo trộn đất hơn chỉ yêu cầu các biện pháp kiểm soát xói mòn và trầm tích cơ bản và giấy phép cơ bản ở cấp địa phương. Trong các trường hợp trên, thời gian xây dựng cũng được giảm xuống vì nhà thầu phụ có thể lắp đặt các đợt chạy trong ít giờ hơn với ít thiết bị hơn so với các công nghệ đào hở truyền thống.

KẾT LUẬN

Khoan định hướng dùng cho khoan ngầm kéo ống có thể là một giải pháp thay thế khả thi để xem xét lắp đặt đường ống áp lực ở những khu vực thường chỉ yêu cầu các kỹ thuật lắp đặt nắp cắt truyền thống. Ngoài việc đẩy nhanh tiến độ dự án, kỹ thuật xây dựng này cũng có thể giảm thiểu xáo trộn đất và tác động giao thông, có thể có lợi ích tích cực trong việc cấp phép dự án. Dịch vụ khoan ngầm HDD đang trở nên cạnh tranh hơn về chi phí so với các phương pháp truyền thống để phân phối nước và lắp đặt chính các đường ống ngầm.