Những lưu ý khi thực hiện khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm

Những lưu ý khi thực hiện khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm

Ngành công nghiệp khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm (HDD) đã trải qua tăng trưởng rất nhiều trong hai thập kỷ qua khiến khoan ngầm HDD đã trở thành phổ biến như một phương pháp cài đặt đường ống mới. Một nguồn đã báo cáo rằng số lượng đơn vị được sử dụng đã tăng hơn một trăm lần trong thập kỷ sau năm 1984. Sự tăng trưởng này đã được thúc đẩy bởi những lợi ích mang lại cho chủ sở hữu tiện ích (chẳng hạn như việc loại bỏ của gián đoạn giao thông và thiệt hại bề mặt tối thiểu) và bởi sự khéo léo của các nhà thầu trong việc phát triển công nghệ này. Đến nay, kỹ thuật khoan đặt ống ngầm HDD đã tập trung vào kỹ thuật cài đặt, và đúng như vậy. Trong nhiều trường hợp, đường ống hoạt động tối đa tải trong suốt thời gian hoạt động pullback.

Mục đích của bài viết này là để người đọc làm quen với một số những lưu ý quan trọng trong việc lựa chọn ống PE thích hợp. Lựa chọn đường ống thích hợp không chỉ liên quan đến việc lắp đặt các yếu tố thiết kế như giới hạn lực kéo và khả năng chống sụp đổ, mà còn về hiệu suất lâu dài của đường ống sau khi được lắp đặt vào lỗ khoan. Thông tin ở đây không phải là toàn bộ; Có thể có là các tham số không được thảo luận sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến kỹ thuật thích hợp của một ứng dụng và lựa chọn đường ống.

Đối với các dự án cụ thể, người đọc nên tham khảo ý kiến ​​của một kỹ sư đánh giá dự án và chuẩn bị một đặc điểm kỹ thuật bao gồm các khuyến nghị về thiết kế và lắp đặt và đường ống sự lựa chọn.

 

Khoan định hướng ngang

Một số ứng dụng sớm nhất của ống PE có đường kính lớn trong khoan định hướng là để khoan ngầm qua sông. Đây là những dự án kỹ thuật lớn đòi hỏi thiết kế chu đáo, cài đặt và xây dựng, đồng thời cung cấp cho chủ sở hữu sự an toàn của sông sâu khăn trải giường với mức độ hư hại hoặc tiếp xúc với môi trường tối thiểu, và không làm gián đoạn giao thông đường sông. Ống PE phù hợp cho những công trình lắp đặt này vì khả năng chịu xước của nó và hệ thống nối hợp nhất cung cấp mối nối tốc độ rò rỉ bằng không với độ bền kéo theo thiết kế công suất bằng của ống.

Đến nay, các máy khoan định hướng đã lắp đặt đường ống PE cho đường ống dẫn khí, nước và cống rãnh; ống thông tin liên lạc; ống luồn dây điện; và nhiều loại đường hóa học. Những dự án này không chỉ liên quan đến các tuyến vượt sông mà còn liên quan đến các tuyến đường cao tốc và ưu tiên thông qua các khu vực đã phát triển để không làm ảnh hưởng đến đường phố, đường lái xe và lối vào kinh doanh.

Ống PE để khoan định hướng ngang

Bài viết này cung cấp thông tin về quá trình lựa chọn và thiết kế đường ống. Không phải vậy nhằm mục đích làm lớp lót khi khoan định hướng.

Quy trình khoan định hướng ngang

Kiến thức về quy trình khoan định hướng của người đọc được giả định, nhưng một số đánh giá có thể có giá trị trong việc thiết lập thuật ngữ chung. Tóm lại, quá trình khoan ngầm bắt đầu bằng việc doa một lỗ nhỏ, nằm ngang (lỗ hoa tiêu) dưới đường ngang chướng ngại vật (ví dụ: đường cao tốc) với một chuỗi cần khoan thép liên tục. Khi khoan đầu và thanh nhô ra ở phía đối diện của đường giao nhau, một máy cắt đặc biệt, được gọi là mũi doa sau, được gắn và kéo lại qua lỗ thí điểm. Doa lỗ khoan ra khỏi lỗ thí điểm để ống có thể được kéo qua. Đường ống thường được kéo thông qua từ phía của băng qua đối diện với giàn khoan.

Điều tra địa kỹ thuật

Trước khi có bất kỳ suy nghĩ nghiêm túc nào về thiết kế hoặc lắp đặt đường ống, nhà thầu khoan ngầm sẽ tiến hành một nghiên cứu địa kỹ thuật toàn diện để xác định đất hình thành tại các vị trí lỗ khoan tiềm năng. Mục đích của cuộc điều tra không chỉ để xác định xem khoan định hướng có khả thi hay không, nhưng để thiết lập cách hiệu quả nhất để hoàn thành nó. Với thông tin này, con đường băng qua tốt nhất có thể được xác định, các công cụ và quy trình khoan được chọn, và đường ống được thiết kế. Mức độ của Việc khảo sát địa kỹ thuật thường phụ thuộc vào đường kính ống, chiều dài lỗ khoan và bản chất của cuộc vượt biên.

Trong quá trình khảo sát, tư vấn địa kỹ thuật sẽ xác định một số các mặt hàng bao gồm những thứ sau:

a. Xác định đất để xác định vị trí của đá, tạp chất trong đá, đất có nhiều sỏi, trầm tích rời, không liên tục và cứng.

b. Đặc điểm độ bền và độ ổn định của đất

c. Nước ngầm (Dữ liệu địa kỹ thuật bổ sung có thể được lấy từ các hồ sơ hiện có, ví dụ như các công trình xây dựng cầu gần đây, các điểm giao cắt đường ống / cáp khác trong khu vực.)

Đối với những đoạn đường dài, các vòng bo thường được thực hiện ở khoảng cách 700 ft. Đối với những đoạn đường giao cắt ngắn (1000 ft trở xuống), chỉ cần ba khúc cua là đủ. Các lỗ khoan phải gần đường khoan để cung cấp dữ liệu chính xác về đất, nhưng đủ xa lỗ khoan để tránh bùn có áp lực theo các vết nứt trên mặt đất tự nhiên và vỡ ra bề mặt đất qua lỗ khoan kiểm tra đất. Một quy tắc của quá trình khoan ngầm là sử dụng borings ít nhất 30 ft về hai phía của đường khoan. Mặc dù đây là những quy tắc chung tốt, số lượng, độ sâu và vị trí của các lỗ khoan được xác định bởi kỹ sư địa kỹ thuật tốt nhất.

Dữ liệu địa kỹ thuật cho giao cắt sông, các giao thông qua sông yêu cầu thông tin bổ sung như nghiên cứu để xác định lòng sông, độ sâu lòng sông, độ ổn định (bên cũng như rãnh) và chiều rộng sông. Thông thường, các đường ống được lắp đặt ở độ sâu ít nhất 20 ft dưới đáy sông dự kiến ​​trong tương lai, có tính đến việc sục rửa. Các mạch đất để điều tra địa kỹ thuật thường được tiến hành ở độ sâu 40 ft dưới đáy sông.

Tóm tắt Các dự án được tiến hành tốt nhất được xử lý theo phương pháp nhóm với sự tham gia của kỹ sư thiết kế, nhà thầu đấu thầu và kỹ sư địa kỹ thuật trước khi chuẩn bị các tài liệu hợp đồng. Điều tra địa kỹ thuật thường là bước đầu tiên trong dự án khoan ngầm. Sau khi điều tra địa kỹ thuật hoàn thành, có thể xác định xem công nghệ khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm HDD có thể được sử dụng hay không. Tại thời điểm đó, thiết kế của cả đường ống PE và quá trình lắp đặt có thể bắt đầu. Các đoạn trên trình bày hướng dẫn chung và những cân nhắc để lập kế hoạch và thiết kế một dự án đặt đường ống PE. Các chủ đề tổng thể này có thể rất chi tiết về bản chất. Các nhà thầu khoan ngầm HDD cá nhân và các công ty kỹ thuật tư vấn nên được liên hệ và sử dụng trong giai đoạn lập kế hoạch và thiết kế. Ý thức chung cùng với phân tích sâu hợp lý về tất cả các cân nhắc thích hợp nên được ưu tiên. Cần thận trọng trong việc đánh giá và lựa chọn nhà thầu khoan ngầm HDD dựa trên các dự án thành công, trình độ, kinh nghiệm và sự siêng năng. Có thể chỉ ra nỗ lực của nhóm, quan hệ đối tác chiến lược và chia sẻ rủi ro.

 

Lựa chọn ống PE

Sau khi hoàn thành khảo sát địa kỹ thuật và xác định rằng khoan ngầm là khả thi, nhà thiết kế chuyển sang chú ý đến việc lựa chọn đường ống phù hợp. Đường ống thích hợp phải đáp ứng tất cả các yêu cầu thủy lực của dây chuyền bao gồm công suất dòng chảy, định mức áp suất làm việc và khả năng tăng đột biến hoặc chân không. Những cân nhắc này phải được đáp ứng bất kể phương pháp cài đặt nào. Đối với các ứng dụng kỹ thuật khoan định hướng HDD, ngoài các yêu cầu thủy lực, ống phải có khả năng chịu tải trọng kéo trở lại bao gồm lực kéo căng, áp suất thủy tĩnh bên ngoài và uốn kéo. ứng suất, và tải trọng dịch vụ bên ngoài (tải trọng đất, nước ngầm và phụ tải sau khi lắp đặt xảy ra trong suốt tuổi thọ của đường ống). Thường thì tải trọng mà đường ống nhìn thấy trong quá trình lắp đặt như lực kéo kết hợp và áp suất bên ngoài sẽ là tải trọng lớn nhất mà đường ống phải chịu trong suốt tuổi thọ của nó. Phần còn lại của tài liệu này sẽ thảo luận về việc lựa chọn dựa trên các tải dịch vụ kéo về và bên ngoài. (Ống PE được phân loại theo DR. DR là "tỷ lệ kích thước" và bằng đường kính ngoài của ống chia cho độ dày thành tối thiểu.)

Trong khi chương này đưa ra các hướng dẫn để hỗ trợ người thiết kế, người thiết kế chịu mọi trách nhiệm xác định tính thích hợp và khả năng áp dụng của các phương trình và tham số được đưa ra trong chương này cho bất kỳ ứng dụng cụ thể nào. Khoan định hướng là một công nghệ đang phát triển và các giao thức thiết kế trong toàn ngành vẫn đang phát triển.

Thông thường, nhà thiết kế bắt đầu quá trình lựa chọn DR bằng cách xác định yêu cầu DR cho áp suất bên trong. Sau đó, nhà thiết kế sẽ xác định xem DR này có đủ để chịu tải đất, nước sinh hoạt và nước ngầm hay không. Nếu vậy, thì lực cài đặt (pullback) được xem xét. Cuối cùng, nhà thiết kế chọn một DR sẽ đáp ứng cả ba yêu cầu: áp suất, tải trọng dịch vụ và tải trọng kéo lùi.

Mặc dù có thể có một số ứng suất thành ống được tạo ra bởi sự kết hợp của áp suất bên trong và uốn thành hoặc chịu lực cục bộ, nhưng nói chung ứng suất tải trọng bên trong và ứng suất tải trọng dịch vụ bên ngoài được coi là độc lập. Điều này được cho phép chủ yếu vì PE là một vật liệu dễ uốn và sự hư hỏng thường do ứng suất trung bình thay vì cực đại cục bộ. Có hệ số an toàn cao được áp dụng áp suất bên trong, và điều áp bên trong làm giảm đáng kể ứng suất do tải trọng bên ngoài bằng cách làm tròn lại. (Một ngoại lệ cho điều này là chân không bên trong, phải được kết hợp với áp suất bên ngoài.)

Cân nhắc thiết kế cho tải trọng bên ngoài

Phần này và các phần sau sẽ thảo luận về tải trọng chôn bên ngoài xảy ra trên các đường ống được khoan định hướng. Một yếu tố quan trọng trong việc xác định tải trọng đến đường ống là tình trạng của lỗ khoan, tức là liệu nó có tròn và mở hay sập.

Điều này sẽ phụ thuộc phần lớn vào loại đất nền, kỹ thuật khoan ngầm và sự hiện diện của bùn (hỗn hợp bùn khoan và cắt). Nếu lỗ khoan không bị biến dạng (vẫn tròn) sau khi khoan, tải trọng đất được truyền quanh lỗ khoan và áp lực đất nhỏ được truyền đến đường ống. Áp lực tác động lên đường ống là áp suất thủy tĩnh do bùn hoặc bất kỳ nước ngầm nào có trong ống. Bản thân bùn có thể hoạt động để giữ cho lỗ khoan mở. Nếu lỗ khoan bị sập hoặc biến dạng đáng kể, áp lực đất sẽ được tác động lên đường ống. Áp suất kết quả có thể vượt quá áp suất bùn trừ khi xuất hiện vòm đường hầm đáng kể phía trên lỗ khoan. Ở những nơi không có vòm hầm xảy ra, áp suất bên ngoài được áp dụng bằng áp suất kết hợp của đất, nước ngầm và tải trọng. Đối với các cuộc vượt sông, ở lòng sông không cố kết đất, ít uốn cong được dự đoán. Áp suất tác dụng có khả năng tương đương với ứng suất địa tĩnh (đôi khi được gọi là tải trọng lăng kính). Trong đất cố kết, có thể xảy ra hiện tượng cong lên phía trên lỗ khoan, và áp lực tác dụng có thể sẽ nhỏ hơn ứng suất địa tĩnh, ngay cả sau khi hoàn toàn sập đỉnh lỗ khoan xuống đường ống. Nếu đất lắng đọng là đất sét cứng, kết dính hoặc một phần đá vôi, thì lỗ khoan có thể mở mà ít hoặc không có biến dạng. Trong trường hợp này, áp lực tác động có thể chỉ là đầu nén bùn hoặc đầu nguồn nước ngầm.

Ngoài các áp suất bên ngoài vượt quá như đầu bùn và nước ngầm, chân không bên trong đường ống dẫn đến sự gia tăng áp suất bên ngoài do loại bỏ áp suất khí quyển từ bên trong đường ống. Mặt khác, áp suất bên trong dương trong đường ống có thể làm trung gian của áp suất bên ngoài. Các phương trình sau đây có thể được sử dụng để thiết lập áp suất bên ngoài ròng hoặc, vì nó đôi khi được gọi là áp suất chênh lệch giữa bên trong và bên ngoài đường ống.

Các phương trình sau có thể được sử dụng để thiết lập áp suất thực bên ngoài hoặc, như đôi khi nó được gọi là áp suất chênh lệch giữa bên trong và bên ngoài đường ống.

 

Ngoài việc xác định tải trọng, cần phải xem xét cẩn thận thời gian của mỗi tải trọng. Ống PE là nhớt dẻo, có nghĩa là, các đặc tính hiệu quả của nó phụ thuộc vào thời gian tải. Ví dụ, một ống dẫn định hướng HDD chống lại nước ngầm và áp suất đất liên tục với độ cứng mô đun ứng dụng lâu dài của nó. Mặt khác, khoan ngầm định hướng HDD có thể bị hút chân không đột ngột do búa nước. Khi chân không xảy ra, áp suất bên ngoài thực bằng tổng của áp suất bên ngoài cộng với chân không. Vì sự tăng vọt là tức thời, nó được chống lại bởi mô-đun cách ly ngắn hạn của đường ống, có thể cao hơn bốn lần so với mô-đun biểu kiến ​​dài hạn.

Đối với đường dây áp lực, cần xem xét thời gian đường dây không bị áp suất sau khi thi công. Điều này có thể là vài tháng. Hầu hết các đường khoan định hướng có chứa chất lỏng sẽ có đầu tĩnh, đầu này sẽ nằm trong đường sau khi được lấp đầy. Đầu này có thể được trừ khỏi áp suất bên ngoài do tải trọng của đất / nước ngầm. Người thiết kế cần lưu ý rằng tải trọng bên ngoài cũng có thể thay đổi theo thời gian, ví dụ như ngập lụt.

Áp suất trái đất và nước ngầm

Tải trọng đất có thể đến đường ống khi lỗ khoan biến dạng và tiếp xúc với đường ống. Lượng đất tải trọng truyền lên đường ống sẽ phụ thuộc vào mức độ biến dạng và độ cứng tương đối giữa đường ống và đất. Tải trọng đất có thể không đồng đều. Do sự phức tạp này, không có một phương trình đơn giản nào để liên hệ tải trọng đất với chiều cao của lớp phủ. Việc tải nước ngầm sẽ xảy ra cho dù lỗ có biến dạng hay không; câu hỏi duy nhất là liệu đầu nén bùn có cao hơn hay không và do đó trên thực tế có thể kiểm soát thiết kế. Do đó, tải trọng nào đến ống sẽ phụ thuộc vào độ ổn định của lỗ khoan.

Người thiết kế có thể tham khảo ý kiến ​​của một kỹ sư địa kỹ thuật để được hỗ trợ xác định tải trọng đất và nước ngầm, vì tải trọng truyền đến đường ống phụ thuộc vào bản chất của đất.

Lỗ khoan ổn định - Chỉ áp lực nước ngầm

Một lỗ khoan được gọi là ổn định nếu nó vẫn tròn và ít biến dạng sau khi khoan. Ví dụ, khoan trên đá có thẩm quyền (đá có thể được khoan mà không bị nứt vỡ và sụp đổ) thường sẽ tạo ra một lỗ khoan ổn định. Các lỗ khoan ổn định có thể xảy ra ở một số loại đất nơi bùn tạo áp lực đủ để duy trì một lỗ khoan tròn và thoáng. Vì các biến dạng xung quanh lỗ nhỏ nên áp lực đất truyền lên ống là không đáng kể. Tải trọng bên ngoài tác dụng lên đường ống chỉ bao gồm áp suất thủy tĩnh do bùn hoặc nước ngầm, nếu có. Nước mặt đọng nên được bổ sung vào nước ngầm.

 

 

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