Khoan định hướng ngang là gì?

KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG (HDD) TRONG THI CÔNG LẮP ĐẶT TUYẾN ỐNG NGẦM – CƠ SỞ KỸ THUẬT, ỨNG DỤNG VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG

Khoan định hướng ngang, còn gọi là Horizontal Directional Drilling (HDD), là một trong những phương pháp chủ đạo trong lĩnh vực thi công ngầm hiện đại, cho phép lắp đặt tuyến ống, cáp quang, đường ống cấp nước, thoát nước, ống dẫn khí hoặc các tuyến hạ tầng kỹ thuật khác mà không phải đào rãnh hở. Công nghệ này dựa trên nguyên lý tạo ra một đường khoan cong nông theo thiết kế, với đầu khoan được dẫn hướng chính xác bằng một giàn khoan bố trí trên mặt đất. Nhờ khả năng giảm thiểu tác động đến khu vực thi công, HDD đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn tại nhiều quốc gia và được áp dụng rộng rãi trong các dự án đô thị, công nghiệp và hạ tầng năng lượng.

Trong các điều kiện thi công mà phương pháp đào rãnh truyền thống không khả thi, chẳng hạn tại các giao lộ giao thông trọng điểm, các tuyến đường sắt, khu dân cư đông đúc hoặc khu vực có địa chất yếu, HDD giúp duy trì kết cấu bề mặt, tránh phá hủy mặt đường, giảm thiểu gián đoạn giao thông và đảm bảo an toàn cho công trình ngầm hiện hữu. Các ống ngầm có thể được chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau như PVC, HDPE, gang dẻo, thép hoặc composite, miễn là vật liệu đáp ứng yêu cầu chịu lực kéo trong quá trình lắp đặt và hoạt động sau khi đưa vào khai thác.

Để xác định khả năng áp dụng công nghệ HDD, các tiêu chí kỹ thuật được sử dụng nhằm đánh giá điều kiện thi công. Khi tuyến ống có chiều sâu trên 1,5 m, nằm dưới mực nước ngầm, hoặc khu vực thi công có địa chất không ổn định, HDD thường là phương pháp phù hợp. Tại các vị trí có mật độ hạ tầng kỹ thuật ngầm dày đặc, HDD giúp tránh xung đột giữa các tuyến ống và giảm thiểu nguy cơ cắt vào tiện ích hiện hữu. Khi nhu cầu thi công trong đô thị, đi qua đường bộ, đường sắt, bờ sông hoặc khu dân cư là bắt buộc, công nghệ không rãnh trở thành lựa chọn tối ưu. Đối với các tuyến dài trên 60 m, phương pháp đào rãnh gặp nhiều hạn chế, trong khi HDD đảm bảo tiến độ và an toàn.

Ưu điểm nổi bật của việc sử dụng HDD trong lắp đặt tuyến ống ngầm là khả năng thi công mà không làm gián đoạn bề mặt. Điều này đặc biệt quan trọng trong các khu vực có kết cấu đô thị ổn định hoặc tại các tuyến đường giao thông quan trọng. Khi lắp đặt sâu hơn, HDD làm giảm đáng kể khả năng gây hư hỏng các công trình ngầm hiện hữu, đồng thời yêu cầu ít thiết bị, ít nhân công và tiêu hao ít nhiên liệu hơn cho mỗi mét thi công. Chi phí tái lập mặt bằng gần như bằng không, giúp giảm chi phí đầu tư gián tiếp như đóng đường hoặc điều tiết giao thông.

Về phương diện kỹ thuật, khoan định hướng ngang dựa trên ba giai đoạn thi công cơ bản gồm khoan thí điểm, doa mở rộng và kéo ống. Giai đoạn khoan thí điểm đóng vai trò nền tảng, tạo ra đường dẫn ban đầu đi đúng theo quỹ đạo thiết kế. Đầu khoan có mặt cắt bất đối xứng kết hợp với việc điều khiển xoay hoặc giữ cố định cho phép thay đổi hướng khoan theo ý muốn. Thiết bị định vị sonde truyền liên tục thông tin về độ sâu, hướng và vị trí, đảm bảo đầu khoan không chạm vào chướng ngại vật ngầm hoặc lệch tuyến. Công tác lập kế hoạch phải dựa trên khảo sát địa chất, thủy văn và bản đồ công trình ngầm để lựa chọn độ sâu và bán kính cong phù hợp.

Khi lỗ thí điểm hoàn thành và đầu khoan ra đến điểm thoát, hệ thống dây khoan được đảo chiều để thực hiện gia công doa mở rộng. Mũi doa được thiết kế với cấu tạo phù hợp điều kiện đất, có thể gồm cánh cắt, răng phá đá hoặc mũi mở rộng kiểu lưới để tăng hiệu suất cắt và giảm lực kéo. Đường kính sau khi doa phải lớn hơn đường kính ống cần lắp đặt khoảng 1,3 đến 1,5 lần để đảm bảo khe hở đủ cho quá trình kéo ống và không làm tăng áp lực lên thành lỗ. Trong quá trình doa, dung dịch khoan được bơm vào để ổn định lỗ khoan, giảm ma sát, làm mát thiết bị và vận chuyển mùn khoan ra ngoài. Việc kiểm soát áp suất dung dịch là yếu tố quan trọng, vì áp lực quá lớn có thể gây thoát bùn ra mặt đất hoặc gây phá hoại cấu trúc đất.

Giai đoạn kéo ống là bước quyết định. Ống sản phẩm phải được hàn, nối hoặc chuẩn bị sẵn theo chiều dài thiết kế, đặt thẳng hàng trên mặt đất. Đầu kéo hay còn gọi là swivel được gắn vào lỗ khoan để tránh truyền lực xoắn lên ống trong khi kéo. Lực kéo được kiểm soát bằng cảm biến và không vượt quá giới hạn chịu kéo của vật liệu. Dung dịch khoan tiếp tục đóng vai trò giảm ma sát, tránh kẹt ống và giữ ổn định lỗ khoan. Việc kéo ống phải diễn ra liên tục, không dừng đột ngột, để hạn chế đất trương nở hoặc bùn khoan lắng đọng, gây tăng lực kéo hoặc kẹt ống. Khi ống được kéo hoàn toàn vào vị trí, quá trình kiểm tra áp lực và nghiệm thu được thực hiện trước khi hoàn trả mặt bằng thi công.

Công nghệ HDD cho phép thi công tại các vị trí có địa chất đa dạng. Với đất sét, dung dịch khoan cần có độ nhớt cao nhằm hạn chế sập thành lỗ. Với đất cát, áp lực dung dịch cần được điều chỉnh để ngăn xói mòn và tránh gây xẹp thành lỗ. Trong điều kiện có đá mềm hoặc lớp sỏi lớn, mũi khoan có thể được thay đổi sang dạng răng carbide hoặc đầu khoan phá đá để tăng độ xuyên phá. Khả năng thích ứng cao này mang lại sự linh hoạt mà các phương pháp đào rãnh truyền thống không thể đáp ứng.

Ngoài ra, HDD đặc biệt hữu ích trong thi công tại khu vực ngập nước hoặc gần sông. Khi cần lắp đặt tuyến ống vượt sông, đào rãnh là phương pháp không khả thi do ảnh hưởng đến dòng chảy, môi trường và hệ sinh thái. HDD cho phép tuyến ống đi sâu bên dưới đáy sông, đảm bảo an toàn và ngăn xói lở. Trong môi trường đô thị, HDD giúp thi công mà không ảnh hưởng đến các tuyến hạ tầng quan trọng như cáp điện trung thế, cáp viễn thông, hệ thống thoát nước hoặc móng công trình. Điều này giảm thiểu sự cố gián đoạn dịch vụ và tránh thiệt hại kinh tế.

Quá trình thiết lập giàn khoan yêu cầu đo đạc chính xác vị trí đặt máy, góc khoan và chiều dài đường khoan lùi theo thiết kế. Giàn khoan phải nằm trên nền chắc, được cố định bằng chân chống hoặc hệ thống giữ ổn định. Hệ thống bơm dung dịch khoan, bể trộn và các thiết bị phụ trợ phải được bố trí hợp lý để đảm bảo vận hành liên tục. Đường khoan được xác định bằng các tính toán trong giai đoạn thiết kế, bao gồm độ sâu, chiều dài cong và điểm thoát. Máy khoan được đưa vào vị trí chính xác dựa trên các thông số đầu vào này.

Trong thực tế, thi công HDD cũng tồn tại những rủi ro nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Sự cố như gãy cần khoan, kẹt ống, mất dung dịch, hoặc sai lệch hướng khoan có thể xảy ra khi điều kiện địa chất không đồng nhất hoặc khi người vận hành không tuân thủ quy trình. Do đó, công tác giám sát thi công phải được thực hiện liên tục. Thiết bị định vị phải luôn hoạt động chính xác, và các thông số áp lực, dung dịch khoan, lực kéo, tốc độ khoan đều phải được ghi nhận và điều chỉnh kịp thời.

Việc bảo trì thiết bị cũng đóng vai trò quan trọng. Các mũi khoan, mũi doa và cần khoan phải được kiểm tra định kỳ để đảm bảo không bị mài mòn hoặc nứt gãy. Hệ thống bơm dung dịch khoan phải hoạt động ổn định, tránh hiện tượng ngừng đột ngột hoặc tắc nghẽn. Các bể tách mùn khoan phải được làm sạch để tránh lắng cặn gây giảm hiệu quả khoan.

Từ góc độ quản lý dự án, HDD mang lại nhiều lợi ích rõ ràng cho chủ đầu tư. Thời gian thi công ngắn hơn, hạn chế giải phóng mặt bằng, ít yêu cầu khôi phục hạ tầng bề mặt và đảm bảo an toàn cho công trình ngầm hiện hữu. Điều này giúp giảm tổng chi phí và nâng cao hiệu quả đầu tư. Đối với các cơ quan quản lý đô thị, HDD là phương án bảo vệ môi trường, hạn chế tác động đến đời sống người dân và phù hợp với xu hướng phát triển hạ tầng ngầm thông minh.

Tổng kết lại, khoan định hướng ngang đã khẳng định vị thế là một trong những công nghệ tiên tiến bậc nhất trong lĩnh vực thi công ngầm. Với khả năng thi công trong nhiều môi trường khác nhau, giảm thiểu tác động bề mặt, đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí, HDD ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các dự án công nghiệp, giao thông và đô thị. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, điều kiện áp dụng và quy trình thi công chuẩn xác là nền tảng để triển khai thành công các dự án lắp đặt tuyến ống ngầm theo công nghệ không rãnh.

Khoan định hướng ngang là gì?

Khoan định hướng ngang hay còn gọi là HDD, là một phương pháp lắp đặt đường ống ngầm, ống dẫn hoặc cáp ngầm có thể đảm bảo được theo đường vòng cung nông dọc theo đường khoan quy định bằng cách sử dụng một giàn khoan phóng trên bề mặt, với tác động tối thiểu đến khu vực xung quanh.

Khoan định hướng được sử dụng khi đào rãnh hoặc đào không thực tế. Nó phù hợp với nhiều điều kiện đất đai và công việc bao gồm giao thông đường bộ, cảnh quan và sông. Ống có thể được làm bằng các vật liệu như PVC, polyetylen, polypropylen, gang dẻo và thép miễn là có thể kéo qua lỗ đã khoan.

Công nghệ khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm

Bạn nên xem xét Công nghệ không rãnh, nếu bạn trả lời CÓ cho hai hoặc nhiều câu hỏi dưới đây:

Đường ống có sâu từ 5 ft (1,5 m) trở lên không?

Đường ống dưới mực nước ngầm?

Đất có bất ổn không?

Ngầm có bị tắc nghẽn với các tiện ích khác không?

Việc lắp đặt có phải là khu vực thành thị không?

Có lắp đặt dưới đường bộ, đường sắt hoặc sông không?

Việc lắp đặt có trong khu dân cư không?

Chiều dài lắp đặt có trên 180 ft (60 m) không?

Ưu điểm của khoan đặt ống ngầm

Lắp đặt ngầm các tiện ích, với sự gián đoạn bề mặt tối thiểu.

Chi phí tương đối thấp hơn với độ sâu lắp đặt lớn hơn.

Cài đặt sâu hơn = ít khả năng làm hỏng các tiện ích ngầm hiện có hơn.

Ít thiết bị, nhân lực và nhiên liệu cần thiết cho mỗi mét lắp đặt.

Giảm chi phí khôi phục bề mặt và chi phí tiết kiệm do đóng đường.

Kỹ thuật khoan ngầm kéo ống

Một đầu khoan có thể đi vào đất từ ​​mặt đất, được điều khiển để đi theo đường khoan đã định và quay trở lại bề mặt ở khoảng cách từ điểm vào. Doa và sản phẩm được lắp đặt được kéo trở lại qua đường khoan để đến điểm nhập ban đầu. Xem hình ảnh sau để minh họa các kỹ thuật khoan định hướng ngang khác nhau.

Cách thiết lập giàn khoan của bạn

Điều khiển máy vào vị trí chính xác theo các tính toán lùi được cung cấp trong giai đoạn lập kế hoạch khoan.
Hạ giá đỡ xuống đất và điều chỉnh bộ phận mở rộng phía sau đến vị trí mong muốn đồng thời tham khảo hệ thống định vị để đạt được bước vào mong muốn.

4 mẹo để dỡ máy khoan của bạn

Hãy cẩn thận khi vận chuyển máy ra khỏi hoặc lên xe kéo.

Đặt nón cảnh báo xung quanh xe đầu kéo và xe tải; sử dụng các thiết bị điều khiển giao thông khác nếu chính quyền địa phương yêu cầu.

Khi dỡ máy ra khỏi rơ-moóc, hãy đảm bảo rơ-moóc nằm trên mặt đất bằng phẳng và lái xe từ từ ra khỏi đường dốc.

Không dỡ máy nếu bề mặt rơ-moóc bị dính đá hoặc tuyết có thể khiến máy trượt khỏi rơ-moóc.

 Xem them kỹ thuật khoan ngang HDD