HDD là gì?

HDD hoặc Khoan định hướng ngang là một phương pháp doa không rãnh để lắp đặt cáp, đường ống và ống dẫn ngầm trong một đường cong nông dọc theo một đường khoan..

Ngày đăng: 10-11-2020

2,031 lượt xem

KHOAN NGẦM ĐỊNH HƯỚNG NGANG (HDD) LÀ GÌ?
KHÁI NIỆM – NGUYÊN LÝ – QUY TRÌNH – ỨNG DỤNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG THI CÔNG

Khoan định hướng ngang HDD là phương pháp thi công không rãnh tiên tiến dùng để lắp đặt đường ống, ống dẫn kỹ thuật hoặc cáp ngầm theo một quỹ đạo được định hướng sẵn dưới lòng đất mà không làm xáo trộn bề mặt địa hình. Công nghệ này sử dụng giàn khoan trên bề mặt để tạo lực xoay và lực đẩy cho hệ thống cần khoan đi xuyên qua đất, đồng thời cho phép điều chỉnh hướng khoan nhằm bảo đảm đường khoan đi đúng tuyến thiết kế. HDD được ứng dụng rộng rãi trong các đô thị, khu công nghiệp, tuyến giao thông quan trọng và các khu vực nhạy cảm về môi trường, nơi phương pháp đào rãnh truyền thống không phù hợp hoặc gây ra chi phí phục hồi lớn.

Với ưu điểm hạn chế tối đa ảnh hưởng đến giao thông, môi trường và các công trình lân cận, HDD đáp ứng tốt nhu cầu của các thành phố và chủ đầu tư hạ tầng kỹ thuật trong bối cảnh đô thị hóa ngày càng nhanh. So với các phương pháp đào và thi công truyền thống, HDD an toàn hơn, chi phí tổng thể thấp hơn (đặc biệt là chi phí phục hồi mặt đường và hạ tầng liên quan), đồng thời giảm thiểu rủi ro trong những khu vực có mật độ công trình ngầm cao. Đây là lý do HDD trở thành giải pháp chủ lực trong việc phát triển hạ tầng ngầm hiện đại.

Quy trình thi công HDD gồm ba giai đoạn chính: khoan thí điểm, doa mở rộng và kéo ngược ống sản phẩm. Quy trình này được thực hiện với sự hỗ trợ của hệ thống định vị điện tử, dung dịch khoan và các thiết bị phụ trợ, giúp bảo đảm tính chính xác và ổn định của tuyến ống được lắp đặt.

Khoan thí điểm là giai đoạn then chốt để xác lập quỹ đạo lỗ khoan. Tại giai đoạn này, mũi khoan được đưa vào đất với góc nghiêng phù hợp và được điều khiển theo quỹ đạo thiết kế. Mũi khoan được trang bị thiết bị sonde phát tín hiệu, trong khi thiết bị thu tín hiệu trên mặt đất liên tục cập nhật vị trí, độ sâu và góc khoan. Người vận hành giàn khoan sử dụng các tín hiệu này để điều chỉnh hướng khoan, bảo đảm lỗ thí điểm không va chạm với các công trình ngầm hiện hữu. Việc điều khiển hướng thực hiện bằng cách xoay mũi khoan có mặt cắt bất đối xứng, kết hợp với áp lực đẩy phù hợp để thay đổi quỹ đạo theo chiều ngang hoặc chiều đứng. Sự ổn định của lỗ khoan và độ chính xác của hướng khoan phụ thuộc nhiều vào chất lượng dung dịch khoan, tốc độ khoan và độ đồng nhất của địa chất.

Doa mở rộng là giai đoạn tiếp theo, nhằm tăng đường kính lỗ khoan để phù hợp với kích thước của ống sản phẩm. Mũi doa được kéo ngược lại theo hướng từ điểm ra về điểm vào. Trong nhiều trường hợp, đặc biệt khi cần lắp đặt ống có đường kính lớn hoặc trong địa chất phức tạp, quá trình doa được thực hiện nhiều lần với các kích thước tăng dần. Mỗi lần doa cần được kiểm soát chặt chẽ về tốc độ, áp lực dung dịch khoan và độ ổn định của lỗ khoan. Việc sử dụng dung dịch khoan có vai trò quan trọng trong duy trì thành lỗ, giảm ma sát và vận chuyển mùn khoan ra khỏi đường hầm.

Kéo ngược ống sản phẩm là giai đoạn cuối cùng trong quy trình HDD. Đường ống được nối dài theo yêu cầu thiết kế, kiểm tra mối nối, sau đó gắn vào bộ kéo và kéo qua lỗ khoan đã được doa mở rộng. Một khớp xoay được sử dụng để ngăn chặn việc truyền mô-men xoắn từ cần khoan lên ống, tránh gây biến dạng hoặc hư hỏng ống. Trong quá trình kéo, lực kéo được giám sát liên tục và phải nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu ống. Khi ống được kéo hoàn chỉnh đến điểm vào, quá trình lắp đặt hoàn tất và đội thi công bắt đầu thực hiện các kiểm tra nghiệm thu.

HDD được sử dụng phổ biến trong việc lắp đặt đường nước, đường cống, tuyến thoát nước mưa, ống bảo vệ cáp viễn thông, cáp điện, cáp quang và các loại tuyến ống áp lực khác. Do khả năng vượt qua các chướng ngại vật như sông, kênh, đường sắt, đường cao tốc và các khu vực có mật độ công trình lớn, HDD trở thành lựa chọn tối ưu cho các dự án yêu cầu hạn chế tối đa việc đào mở bề mặt.

Chi phí HDD phụ thuộc vào đường kính và chiều dài tuyến ống, điều kiện địa chất, rủi ro mặt bằng, yêu cầu kỹ thuật và mức độ phức tạp của tuyến khoan. Tuy nhiên, khi tính đến chi phí phục hồi mặt đường, ảnh hưởng giao thông, thiệt hại công trình và chi phí xã hội, HDD thường mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với phương pháp đào rãnh truyền thống. Đây là lý do HDD được các cơ quan quản lý đô thị, khu dân cư và khu công nghiệp ưu tiên lựa chọn.

HDD cũng được ứng dụng mạnh mẽ trong lắp đặt đường ống vượt sông, nơi phương pháp thi công truyền thống gặp nhiều hạn chế như xâm lấn lòng sông, gây ảnh hưởng dòng chảy hoặc yêu cầu nạo vét lớn. Việc dùng HDD cho phép lắp đặt ống sâu dưới đáy sông, tránh nguy cơ xói lở, ăn mòn hoặc va chạm từ tàu thuyền. Trong thiết kế đường ống qua sông, kỹ sư phải xem xét tải trọng thủy lực và lựa chọn tuyến khoan phù hợp để bảo đảm tuyến ống vận hành an toàn lâu dài.

Những thách thức trong HDD chủ yếu liên quan đến địa chất, tính chất sức bền của ống và ổn định của lỗ khoan. Đất cát, đặc biệt là cát khô hoặc cát bão hòa nước, là môi trường thi công khó vì dễ xảy ra hiện tượng mất dung dịch khoan hoặc phình lỗ khoan. Đường ống trong môi trường này cần được kéo qua một đường khoan ổn định, yêu cầu kỹ thuật cao trong giai đoạn khoan thí điểm và doa mở rộng. Trường hợp địa tầng đá nông đặt ra thách thức khác, khi mũi khoan cần được chế tạo bằng hợp kim đặc biệt, thường có thể phải dùng mũi tricone hoặc mũi PDC tùy cấu tạo địa chất. Địa tầng đá không đồng nhất hoặc nghiêng có thể khiến mũi khoan lệch khỏi quỹ đạo thiết kế, đòi hỏi kỹ sư điều chỉnh lực đẩy và tốc độ khoan.

Thi công HDD yêu cầu đội ngũ kỹ sư và công nhân có kinh nghiệm, hiểu biết về địa chất, thiết bị và dung dịch khoan. Việc sử dụng dung dịch khoan đúng công thức là yếu tố quan trọng để hạn chế sập lỗ, giảm ma sát và bảo vệ đường ống trong quá trình kéo. Bùn khoan cũng cần được xử lý theo đúng quy định môi trường, tránh thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên.

Theo góc nhìn của kỹ sư thiết kế, HDD cung cấp giải pháp hiệu quả, nhưng cũng yêu cầu phân tích cẩn trọng về địa chất và rủi ro mặt bằng. Thiết kế tuyến khoan phải xem xét đầy đủ các yếu tố như bán kính cong tối thiểu, độ sâu chôn ống, nguy cơ giao cắt với công trình ngầm hiện có và tính toán lực kéo tối đa cho ống sản phẩm. Trong một trường hợp điển hình khi tuyến khoan được bố trí gần mặt đất ở địa tầng cát, nhà thầu đã gặp hiện tượng mũi khoan bị đẩy lệch khỏi tuyến do đất bị xốp và chịu tác động đẩy ngược. Giải pháp là điều chỉnh tuyến khoan lặn sâu hơn vào lớp đất ổn định hơn, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho lỗ khoan được hình thành đúng hướng.

Trong các dự án lớn như lắp đặt tuyến ống vượt sông, HDD mang lại lợi thế đáng kể khi tránh được các biện pháp thi công xâm lấn nước như cofferdam hoặc đào nạo vét lòng sông. Tuy nhiên, kỹ sư phải đánh giá khả năng chịu lực của ống trong điều kiện kéo dài và kiểm soát lực kéo khi kéo ngược ống để tránh hiện tượng kéo giãn ống quá mức.

Kết luận, khoan định hướng ngang HDD là phương pháp lắp đặt đường ống và tuyến kỹ thuật ngầm tiên tiến, phù hợp với yêu cầu hiện đại hóa hạ tầng đô thị và công nghiệp. Với khả năng thi công không rãnh, độ an toàn cao và giảm tối đa tác động đến môi trường, HDD tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển hạ tầng ngầm tại Việt Nam. Việc hiểu rõ bản chất, quy trình và yêu cầu kỹ thuật của HDD là cơ sở để thực hiện các dự án hạ tầng ngầm đạt chất lượng cao, bảo đảm an toàn, tiết kiệm chi phí và bền vững trong dài hạn.

HDD là gì?

HDD hoặc Khoan định hướng ngang là một phương pháp doa không rãnh để lắp đặt cáp, đường ống và ống dẫn ngầm trong một đường cong nông dọc theo một đường khoan quy định với việc sử dụng một giàn khoan / máy phóng trên bề mặt, chẳng hạn như giảm thiểu sự gián đoạn của khu vực xung quanh, đường bộ và đường lái xe.

Với khoan ngang HDD rủi ro an toàn cũng được giảm thiểu so với các rãnh mở và hoàn toàn phù hợp với các tình huống giao thông có lưu lượng lớn.

Công việc đào và đào thường tốn kém hơn nhiều và không thực tế và đây là lúc HDD phát huy tác dụng, giảm chi phí xây dựng lại đường, bờ và đường lái xe và do đó đáp ứng nhu cầu của các Thành phố địa phương và các nhà quản lý khu dân cư, thương mại và công nghiệp.

Quy trình khoan ngang định hướng?

Theo hình ảnh, có ba giai đoạn chính như sau:

Khoan thí điểm:

Lắp đặt một lỗ thí điểm được khoan từ bề mặt theo một góc xác định trước và dọc theo một đường dẫn quy định. Trong quá trình khoan thí điểm, một thiết bị sonde (máy phát) và thiết bị theo dõi (máy thu) được sử dụng để có thể định vị chính xác và điều khiển dây khoan bên dưới bề mặt.

Doa:

Mở rộng lỗ thí điểm để đạt được kích thước cần thiết. Doa thường được thực hiện theo từng giai đoạn cho đến khi đạt được đường kính mong muốn cuối cùng của lỗ.

Kéo ngược đường ống:

Đường ống được nối với dây khoan và sau đó được kéo từ phía hố thoát về phía hố vào trên cùng một đường doa sẵn.

Ví dụ về lắp đặt:

Đường nước
Đường cống
Nước mưa
Ống dẫn cáp (cáp quang, viễn thông và điện, v.v.)

Chi phí:

Chi phí của khoan đặt ống ngầm được xác định bởi đường kính và chiều dài của sản phẩm sẽ được lắp đặt cũng như điều kiện mặt bằng và rủi ro địa điểm.

Biện pháp thi công đường ống qua sông

Khu vực dẫn đường ngang (HDD) không phải là một công nghệ mới trong việc lắp đặt các hệ thống ống áp suất cho việc phân phối nước hay vận chuyển nước. Cho đến gần đây, quá trình lắp đặt thường còn đắt tiền hơn các phương pháp cắt tự động truyền thống với độ dài tương tự với các ống được lắp bởi vì nó đòi hỏi thiết bị khoan chuyên biệt để hoàn thành.

Trong bài báo này chúng ta sẽ phát triển một hiểu biết cơ bản về kỹ thuật và khám phá vài thử thách và thành công từ góc nhìn kỹ sư thiết kế.

HDD là một phương pháp không gai để lắp đặt đường ống và dây ngầm theo đường dẫn định trước. Trong vòng ba mươi năm qua, công nghệ đã tiến hóa từ nguồn gốc của nó như một phương pháp xây dựng đường ống ưa thích cho việc vượt qua các tuyến đường lớn tới một kỹ thuật có thể được sử dụng trong các đường dẫn đường đông đúc dọc các hệ thống đường cao tốc bận rộn cũng như trên những khoảng cách dài dài hơn nơi các phương pháp thông thường mở rộng đòi hỏi giờ làm việc, Các hành động ảnh hưởng xấu trên đường đi.

Công nghệ hiện nay chỉ định một chiều dài nòng một tới khoảng chân tuyến 8,000 và đường chính tương đối với 8cm hoặc ít hơn. Các quá trình HDD, nói chung là theo ba giai đoạn cơ bản được mô tả:

Bước đầu tiên của quá trình là khoan lỗ phi công. Trong giai đoạn này của quá trình, đường dẫn ống được theo dõi, và kết quả tuần hoàn của độ dốc và tác động của lưỡi khoan dẫn đầu được so sánh với các thước đo khoảng cách khoan từ điểm khảo sát cuối. Thông tin này được dùng để tính các tọa độ ngang và dọc dọc trên lỗ phi công tương đương với điểm đầu vào trên bề mặt. Người điều khiển có thể điều chỉnh độ dốc khoan cần thiết để thoát khỏi mặt đất tại điểm thoát đã được xác định.

Phần thứ hai của quá trình là nối lại lỗ phi công để chuẩn bị lắp ống áp suất. Mặc dù không cần thiết, nhiều nhà thầu có kinh nghiệm lặp lại bước trung tâm này để giảm thiểu lực lượng cần thiết để kéo ống dẫn dọc theo lỗ phi công đầu tiên mà không làm quá nặng thiết bị khoan. Máy đo nhiệt thường được cấu hình theo hình tròn của các kềm cắt và khoan dung, và thường được đặt sẵn cho kích cỡ khoan hay kiểu đất.

Phần cuối là kéo ống áp suất qua lỗ phi công mở rộng. Việc này được hoàn thành bằng việc gắn bộ phận khoan đã được tạo ra phía sau bộ phận lắp ráp lại tại điểm thoát hiểm và kéo đoàn kết lại vào giàn khoan. Một cái vòng quay được sử dụng giữa nòng súng và ống áp suất được lắp để giảm thiểu sự xoắn ốc được truyền vào ống áp suất khi nó được kéo qua lỗ lái mở rộng vào vị trí cuối cùng. Sau khi ống được kéo qua nòng, nó thường được phép trong một khoảng thời gian để sửa chữa tự động mọi sự kéo dài có thể xảy ra trong quá trình lắp đặt.

Người thiết kế xem HDD là một khả năng lắp đặt cần phải nhận thức được các điều kiện địa chất dọc theo đường dẫn định sẵn. Đất cát và đá nền nông có thách thức đặt riêng, khác nhau trong quá trình HDD. Một trong các nghiên cứu; bao gồm việc mở rộng ống cống bằng cách cho sân gôn cao giao thông và phạm vi lái trong đất cát.

Trong giai đoạn đầu của quá trình HDD, nhà thầu đã trải qua nhiều lỗ hổng vì lỗ phi công đầu tiên đã ở quá gần mặt đất. Lớp đất cát không vỡ trong vùng bị đẩy lên trên, dẫn đến việc đầu khoan bị lệch khỏi con đường được chỉ định. Giải pháp là lùi lại và lặn sâu hơn một chút trong vùng đất cát để tránh bị thổi tung thêm.Khoan qua nền đất nông có một số thách thức khác nhau. Những cái đầu khoan có thể cần được xây bằng các vật liệu hợp kim đặc biệt, và lớp đá nền nông có góc thấp có thể gây ra các kịch bản đào thoát khoan đầy thử thách từ đường dẫn trước.

Các 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 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. KCI gần đây đã hoàn thành một dự án yêu cầu mở rộng một trạm bơm bắt buộc thông qua ROW của Cơ quan Quản lý Đường cao tốc Tiểu bang rất hẹp đã có một số đường dây liên lạc ưu tiên cao dưới lòng đất và một 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 HDD nhanh chóng cài đặt tiện ích mở rộng forcemain và giảm thiểu sự gián đoạn giao thông đến đường cao tốc của bang đông đúc.

Ưu điểm của biện pháp thi công ống ngầm

Cả hai dự án được mô tả ở trên đều sử dụng thời gian chạy của HDD ngắn hơn (tức là khoảng cách giữa các điểm vào và ra ngắn hơn) do đất ở 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 HDD cũng có thể làm giảm các tác động đến môi trường vì chúng thường yêu cầu ít nhiễu đất hơn, thường 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 do nhà thầu phụ có thể lắp đặt các đợt chạy trong ít giờ hơn với ít thiết bị hơn so với các công nghệ cắt hở truyền thống.

Kết luận

Khoan định hướng có thể là một giải pháp thay thế khả thi để xem xét cho việc 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 đối với việc cấp phép dự án. 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 lực lượng cống.