Thông tin công nghệ khoan ngầm kéo cáp quang

CÔNG NGHỆ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG HDD TRONG THI CÔNG NGẦM TUYẾN ỐNG NHỰA VÀ CÁP QUANG

Công nghệ khoan định hướng ngang HDD là phương pháp thi công ngầm tiên tiến cho phép lắp đặt ống nhựa và ống bảo vệ cáp quang dưới bề mặt đất mà không cần đào rãnh liên tục. Đây là giải pháp kỹ thuật hiện đại đáp ứng nhu cầu xây dựng hạ tầng ngầm trong điều kiện đô thị hóa nhanh, nơi việc duy trì hoạt động giao thông, bảo vệ cảnh quan và hạn chế ảnh hưởng đến các công trình hiện hữu được đặt lên hàng đầu. HDD cho phép thi công ở độ sâu nông hoặc trung bình với độ chính xác cao, phù hợp với các dự án mạng cáp quang, hệ thống viễn thông, hạ tầng truyền dữ liệu tốc độ cao và các hệ thống ống bảo vệ trong khu dân cư, khu công nghiệp hoặc các hành lang kỹ thuật hẹp.

HDD hoạt động dựa trên nguyên lý khoan điều khiển theo quỹ đạo định trước bằng thiết bị dẫn hướng, xuyên qua lớp đất dưới mặt đường hoặc mặt đất hiện hữu. Phương pháp này thực hiện bằng hai hoặc ba giai đoạn gồm khoan dẫn hướng, doa mở rộng và kéo ống. Trong suốt quá trình thi công, mũi khoan được điều khiển bằng hệ thống định vị điện tử, đảm bảo đường khoan luôn nằm trong phạm vi thiết kế, tránh xâm phạm các tuyến ống hoặc cáp ngầm khác.

Trong bối cảnh hạ tầng đô thị ngày càng phức tạp, việc đào rãnh liên tục dọc theo các tuyến đường gây ra nhiều hệ lụy như gián đoạn giao thông, ảnh hưởng thương mại, gây tiếng ồn, bụi bẩn và rủi ro mất an toàn. Công nghệ khoan ngầm HDD khắc phục hoàn toàn các hạn chế này nhờ quá trình thi công hầu như diễn ra dưới mặt đất, chỉ cần hai vị trí hố vào và hố ra. Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các tuyến cáp quang, vốn đòi hỏi sự bảo vệ tối đa để tránh đứt gãy và ngăn ngừa tác động từ môi trường hoặc phương tiện giao thông. Các tuyến ống bảo vệ cáp quang được lắp đặt bằng HDD có tính ổn định cao, giảm nguy cơ biến dạng và chịu tác động tải trọng. Đây là yêu cầu quan trọng đối với hạ tầng viễn thông hiện đại, nơi tính ổn định và độ tin cậy của tín hiệu đóng vai trò quyết định.

Ở giai đoạn khoan dẫn hướng, mũi khoan được điều chỉnh theo góc và phương hướng để hình thành đường khoan cong đi từ hố khoan xuất phát đến hố khoan ra. Hệ thống định vị theo dõi liên tục vị trí mũi khoan, độ sâu, góc nghiêng và hướng. Thiết bị nhận tín hiệu có thể là máy dò từ trường, hệ thống sóng radio hoặc công nghệ cảm biến ngầm, tùy theo điều kiện địa chất và chiều dài tuyến khoan. Khi thi công tuyến cáp quang trong khu vực đô thị, độ chính xác của hướng khoan là yếu tố then chốt nhằm tránh va chạm với ống cấp nước, thoát nước, cáp điện, cáp viễn thông hoặc các tuyến hạ tầng không được thể hiện đầy đủ trên bản đồ.

Giải pháp khoan dẫn hướng được tiếp nối bằng công tác doa mở rộng lỗ khoan. Công tác này sử dụng đầu doa có kích thước lớn hơn mũi khoan, mở rộng lỗ khoan đến đường kính phù hợp để kéo ống nhựa bảo vệ cáp quang. Trong thi công HDD tuyến cáp quang, đường kính ống thường nhỏ hơn so với các tuyến ống dầu khí hoặc ống nước, nhưng vẫn cần được doa rộng đồng đều để giảm ma sát và đảm bảo đường khoan ổn định. Dung dịch khoan, thường là bentonite hoặc polymer, được bơm liên tục để ổn định thành lỗ khoan và vận chuyển mùn khoan ra ngoài. Việc điều chỉnh độ nhớt dung dịch khoan phù hợp với điều kiện đất là một yếu tố kỹ thuật quan trọng nhằm hạn chế sập lỗ hoặc gây phun bùn ra bề mặt.

Giai đoạn kéo ống nhựa vào đường khoan được thực hiện sau khi lỗ khoan đạt yêu cầu thiết kế. Ống nhựa PVC hoặc HDPE được nối thành đoạn dài phù hợp và được đưa vào hố kéo. Lực kéo được giám sát liên tục nhằm đảm bảo lực căng không vượt quá khả năng chịu kéo của ống. Đây là yếu tố quan trọng bởi các tuyến cáp quang yêu cầu ống bảo vệ phải giữ hình dạng ổn định, không bị móp, gãy hoặc xoắn. Khi thi công trong khu công nghiệp hoặc đô thị, các đoạn cong gấp hoặc thay đổi góc độ có thể làm tăng lực ma sát lên ống. Vì vậy đường khoan phải được thiết kế phù hợp để tránh bán kính cong quá nhỏ.

Dung dịch khoan đóng vai trò quan trọng trong việc giảm ma sát trong quá trình kéo ống. Việc kiểm soát áp lực dung dịch nhằm tránh hiện tượng thoát dung dịch lên bề mặt hoặc giảm áp trong lỗ khoan là yêu cầu bắt buộc. Nếu áp lực dung dịch quá cao, nguy cơ gây phình mặt đất hoặc phá kết cấu mặt đường có thể xảy ra. Nếu áp lực quá thấp, thành lỗ khoan có thể sập hoặc gây kẹt ống. Đối với thi công cáp quang, mối nối ống và cáp cần được bảo vệ nghiêm ngặt, do đó mọi biến dạng đường khoan phải được hạn chế tối đa.

Ngoài ra, HDD cho phép thi công tại các vị trí giao cắt phức tạp như nền nhà cao tầng, khu vực dân cư dày đặc hoặc các tuyến đường có mật độ giao thông lớn. Việc sử dụng HDD làm giảm đáng kể yêu cầu giải phóng mặt bằng và hạn chế ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất, kinh doanh xung quanh. Điều này đặc biệt phù hợp với các vị trí lắp đặt tuyến cáp quang quốc tế, tuyến backbone nội vùng hoặc các tuyến truyền dẫn tốc độ cao kết nối giữa các trung tâm dữ liệu, trạm BTS và các nút mạng. Đặc tính ổn định của tuyến ống ngầm HDD tạo điều kiện duy trì hoạt động mạng ổn định và giảm nguy cơ sự cố.

Mặc dù có nhiều ưu điểm, quá trình thi công HDD vẫn tồn tại những rủi ro cần được đánh giá trong hồ sơ biện pháp thi công. Các rủi ro liên quan bao gồm lệch hướng khoan, sập lỗ khoan, trào dung dịch khoan, kẹt mũi khoan hoặc gãy cần khoan. Trong thi công cáp quang, sự cố nghiêm trọng nhất là biến dạng đường khoan khiến ống bảo vệ bị ép hoặc xoắn, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng luồn cáp và chất lượng truyền tín hiệu. Các sự cố này thường liên quan đến điều kiện địa chất khó lường, thiếu khảo sát, hoặc thiết kế bán kính cong không phù hợp. Biện pháp khắc phục bao gồm điều chỉnh hướng khoan, tăng cường dung dịch khoan, hoặc trong trường hợp nghiêm trọng phải thực hiện khoan lại.

Nhân lực thi công HDD cho tuyến cáp quang phải được đào tạo bài bản về vận hành thiết bị, hiểu rõ cơ chế hoạt động của mũi khoan, lực kéo và ứng xử của đất. Đội thi công cần có sự phối hợp giữa kỹ sư định vị, kỹ sư địa kỹ thuật và tổ vận hành máy khoan. Việc giám sát liên tục các thông số trong khi khoan như lưu lượng dung dịch, áp lực khoan, mô-men xoắn và lực kéo là điều kiện tiên quyết để hạn chế rủi ro. Đối với các tuyến cáp quang dài, việc mô phỏng đường khoan trước khi thi công bằng phần mềm chuyên dụng giúp dự đoán các đoạn nguy cơ cao và tối ưu hóa quỹ đạo khoan.

Hệ thống thiết bị sử dụng trong HDD bao gồm máy khoan thủy lực, bộ định vị, bơm dung dịch khoan, hệ thống pha trộn bentonite, bộ doa, tời kéo và thiết bị hàn nối ống. Các thiết bị này phải được kiểm định và bảo dưỡng trước khi thi công để đảm bảo vận hành ổn định. Khi thi công cáp quang, chất lượng của ống bảo vệ quyết định trực tiếp tuổi thọ của tuyến cáp, do đó việc lựa chọn vật liệu HDPE hoặc PVC có độ bền cao, khả năng chịu lực tốt và chống ăn mòn là yêu cầu bắt buộc.

Công tác bảo vệ môi trường trong thi công HDD cũng rất quan trọng. Dung dịch khoan phải được thu gom và xử lý đúng quy định. Các biện pháp chống tràn dung dịch khoan tại hố khoan vào và hố khoan ra cần được thiết lập. Trong khu công nghiệp hoặc khu vực có nguồn nước, mọi hoạt động phải tuân thủ quy định về bảo vệ môi trường của địa phương. Việc đảm bảo không gây xáo trộn bề mặt và không làm ảnh hưởng đến cây xanh, hệ thống thoát nước hoặc mặt đường là mục tiêu xuyên suốt trong thi công.

Về tiến độ, HDD thường mang lại thời gian thi công nhanh hơn so với phương pháp đào rãnh truyền thống. Tuy nhiên, điều này chỉ đạt được khi quy trình được thực hiện đúng kỹ thuật. Việc gián đoạn do sự cố kỹ thuật hoặc môi trường có thể kéo dài thời gian thi công đáng kể. Vì vậy, hồ sơ biện pháp thi công cần thể hiện đầy đủ quy trình kiểm soát rủi ro, phương án ứng phó và kế hoạch nhân lực, thiết bị. Công tác chuẩn bị mặt bằng, khảo sát địa chất, kiểm tra hạ tầng ngầm và lập tuyến khoan tối ưu phải được thực hiện trước khi triển khai thi công.

Công nghệ HDD tiếp tục được xem là giải pháp chủ đạo trong thi công hạ tầng viễn thông ngầm bởi khả năng đáp ứng đồng thời ba yêu cầu quan trọng là an toàn, hiệu quả và bảo vệ môi trường. Trong bối cảnh phát triển mạnh của mạng 5G, trung tâm dữ liệu, kết nối IoT và chuyển đổi số quốc gia, nhu cầu lắp đặt tuyến cáp quang ngầm an toàn và ổn định ngày càng tăng cao. HDD góp phần nâng cao chất lượng hạ tầng viễn thông bằng cách bảo vệ tuyến cáp trước tác động cơ học, giảm rủi ro đứt cáp và hạn chế ảnh hưởng từ hoạt động thi công sau này.

Kết luận lại, khoan ngầm HDD là phương pháp thi công phù hợp nhất đối với các dự án lắp đặt ống bảo vệ cáp quang trong khu vực đô thị và khu công nghiệp. Với khả năng điều khiển chính xác, hạn chế đào mở, bảo vệ cảnh quan và bảo đảm tính ổn định của tuyến cáp, HDD đóng vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển hạ tầng truyền dẫn hiện đại. Để thi công hiệu quả, yêu cầu kết hợp giữa khảo sát địa kỹ thuật, thiết kế quỹ đạo khoan, vận hành thiết bị chính xác và giám sát chặt chẽ các thông số kỹ thuật trong suốt quá trình thi công. Đây là cơ sở đảm bảo chất lượng, tiến độ và an toàn cho các dự án cáp quang ngầm hiện nay.

1. Giới thiệu tổng quan

Công nghệ khoan ngầm kéo cáp quang – hay còn gọi là khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD) – là giải pháp tiên tiến giúp lắp đặt tuyến cáp ngầm qua các địa hình phức tạp mà không cần đào rãnh mặt đất. Kỹ thuật này được ứng dụng rộng rãi trong các công trình hạ tầng đô thị, viễn thông, cấp thoát nước, điện lực, và đặc biệt là triển khai mạng cáp quang FTTH, FTTx.

Với đặc điểm không phá vỡ mặt đường, ít ảnh hưởng đến giao thông, công nghệ HDD đã trở thành lựa chọn lý tưởng trong thời đại đô thị hóa và số hóa mạnh mẽ hiện nay.

2. Ưu điểm vượt trội của công nghệ khoan ngầm kéo cáp quang

2.1. Không ảnh hưởng đến mặt bằng và môi trường

* Không phải đào rãnh dài trên mặt đất, giúp giảm thiểu xáo trộn hạ tầng hiện hữu.

* Không ảnh hưởng đến các công trình công cộng như vỉa hè, đường nhựa, công viên, sông suối.

* Giảm thiểu bụi bẩn, tiếng ồn và rác thải xây dựng.

2.2. Thi công nhanh chóng và hiệu quả

* Với máy khoan định hướng hiện đại, một đoạn ống dài hàng trăm mét có thể hoàn thành chỉ trong vài giờ.

* Không mất thời gian phục hồi mặt đường, tiết kiệm 30–50% thời gian thi công so với phương pháp đào hở truyền thống.

2.3. Chính xác cao, ứng dụng linh hoạt

* Công nghệ điều khiển đầu khoan bằng sóng radio hoặc từ trường cho phép kiểm soát độ sâu, góc khoan, tránh va chạm các công trình ngầm.

* Thi công được qua các khu vực phức tạp như giao lộ, đường ray, sông ngòi, khu dân cư đông đúc.

2.4. Hiệu quả kinh tế dài hạn

* Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn, nhưng tính bền vững và tuổi thọ dài hơn giúp tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì.

* Hạn chế được rủi ro phải khắc phục sự cố do ảnh hưởng tới hạ tầng hiện hữu.

3. Nhược điểm và thách thức cần lưu ý

3.1. Chi phí đầu tư ban đầu cao

* Máy móc, thiết bị định hướng hiện đại đòi hỏi vốn đầu tư lớn.

* Cần đội ngũ kỹ sư, công nhân có tay nghề cao và được đào tạo chuyên sâu.

3.2. Phụ thuộc vào khảo sát địa chất

* Các địa hình đá cứng, tầng địa chất phức tạp có thể gây khó khăn cho quá trình khoan.

* Sai sót trong khảo sát có thể dẫn đến sai lệch tuyến hoặc hư hỏng thiết bị.

3.3. Yêu cầu công nghệ và vận hành nghiêm ngặt

* Các thông số kỹ thuật phải được kiểm soát liên tục (góc khoan, áp suất bùn, vận tốc).

* Cần hệ thống xử lý và tái chế dung dịch bentonite đúng chuẩn, tránh ảnh hưởng môi trường.

 4. Quy trình kỹ thuật khoan ngầm kéo cáp quang

Quy trình thi công được chia làm 5 bước chính:

4.1. Khảo sát địa hình – địa chất

* Sử dụng máy đo địa hình GPS, máy quét ngầm (GPR) để xác định vị trí các công trình ngầm.

* Lấy mẫu đất để phân tích thành phần địa chất (đất mềm, cát, sỏi, đá…).

* Lập bản đồ kỹ thuật số (GIS) phục vụ định tuyến chính xác.

4.2. Thiết kế tuyến và lập phương án thi công

* Vạch ra tuyến khoan tối ưu nhất (độ sâu tối thiểu 1–1,5m).

* Xác định điểm vào – điểm ra (Entry – Exit Point) phù hợp địa hình và công trình.

* Tính toán bán kính cong tối thiểu của đầu khoan để tránh gãy ống dẫn hướng.

4.3. Khoan dẫn hướng (Pilot Bore)

* Đầu khoan định hướng được đẩy theo tuyến thiết kế bằng hệ thống thủy lực.

* Camera hoặc bộ cảm biến định vị cho phép kiểm soát liên tục đầu khoan.

* Dung dịch bentonite được bơm vào lỗ khoan để làm mát, bôi trơn và mang đất đá ra ngoài.

4.4. Mở rộng lỗ khoan (Back Reaming)

* Sau khi tạo lỗ dẫn, lỗ khoan sẽ được mở rộng bằng đầu nở (reamer) với đường kính lớn hơn.

* Kích thước phụ thuộc vào loại ống hoặc ống luồn cáp sẽ kéo sau đó (Ø từ 90–200mm thường dùng cho cáp quang).

4.5. Kéo ống luồn – kéo cáp quang

* Ống nhựa HDPE được nối với đầu reamer và kéo ngược về trạm khoan.

* Sau khi ổn định ống luồn, cáp quang sẽ được kéo bằng máy chuyên dụng hoặc thủ công nếu đoạn ngắn.

* Đảm bảo độ căng không vượt quá mức cho phép, không làm gãy lõi cáp.

5. Thiết bị – máy móc sử dụng trong khoan ngầm kéo cáp quang

Máy khoan định hướng HDD -> Thi công mũi khoan dẫn và kéo ống -> Thường dùng: Ditch Witch, Vermeer, XCMG |

Hệ thống định vị (Locator)-> Xác định vị trí đầu khoan Công nghệ Radio hoặc từ trường         

Máy bơm dung dịch bentonite Tạo áp lực để bơm dung dịch khoan Kèm bồn chứa và bộ trộn

Máy kéo cáp (Cable Puller) -> Kéo cáp quang qua ống luồn -> Tùy công suất theo đoạn kéo

Thiết bị kiểm tra cáp-> Kiểm tra suy hao, đo OTDR, kiểm định sau lắp đặt -> Bắt buộc cho nghiệm thu

6. Các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn cần tuân thủ

6.1. Yêu cầu về tuyến khoan

* Độ sâu lắp đặt tối thiểu: 1m trong khu đô thị, 2m dưới lòng đường, 3–5m khi đi dưới sông.

* Bán kính cong tối thiểu ≥ 20 lần đường kính ống.

* Khoảng cách an toàn với các công trình ngầm ≥ 0.3m.

6.2. Yêu cầu về vật liệu

* Ống luồn: HDPE tiêu chuẩn, chịu lực cao, kháng hóa chất.

* Cáp quang: loại ống lỏng (loose tube) phù hợp chôn ngầm, chống ẩm và côn trùng.

* Dung dịch bentonite: không độc hại, có khả năng tái sử dụng.

6.3. Yêu cầu kỹ thuật khi kéo cáp

* Lực kéo không vượt ngưỡng chịu lực cáp (thường < 2700N).

* Không kéo cáp trong điều kiện uốn cong dưới bán kính tối thiểu (≥ 20D).

* Không để cáp quang tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đất hoặc bị gấp khúc.

7. Các lỗi thường gặp và cách khắc phục

Sai lệch tuyến khoan ->  Sử dụng thiết bị định vị chính xác hơn

Tắc lỗ khoan -> Tăng lưu lượng bơm, thay bentonite

Gãy cáp khi -> Dùng đồng hồ đo lực kéo, dùng con lăn hướng dẫn

Tràn dung dịch khoan -> Giảm tốc độ khoan, gia cố điểm yếu bằng xi măng

8. Xu hướng phát triển công nghệ khoan ngầm kéo cáp quang

* Ứng dụng AI và GPS 3D để định tuyến tự động, tối ưu tuyến thi công.

* Máy khoan tự động điều chỉnh lực – góc khoan theo địa chất thực tế.

* Sử dụng vật liệu mới như ống composite siêu bền, nhẹ và dẫn nhiệt tốt hơn.

* Công nghệ kéo cáp không cần dùng reamer – giúp rút ngắn thời gian thi công.

9. Kết luận

Công nghệ khoan ngầm kéo cáp quang là xu thế tất yếu trong phát triển hạ tầng số và đô thị thông minh. Với những lợi thế vượt trội về hiệu quả, bảo vệ môi trường và tính linh hoạt, phương pháp này đang dần thay thế phương pháp đào hở truyền thống.

Tuy nhiên, để triển khai hiệu quả, cần đảm bảo: khảo sát kỹ địa hình, lựa chọn thiết bị phù hợp, kiểm soát chặt chẽ kỹ thuật thi công và tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn. Khi đó, mỗi công trình không chỉ là một tuyến cáp, mà còn là bước tiến trong hiện đại hóa hạ tầng quốc gia.

>>> XEM THÊM: Thuyết minh dự án đầu tư nhà máy sản xuất ống thép