Phương pháp khoan qua đường

KHOAN QUA ĐƯỜNG THEO CÔNG NGHỆ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG (HDD) – CƠ SỞ KỸ THUẬT VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG

Trong giai đoạn hiện nay, nhu cầu xây dựng và phát triển hạ tầng kỹ thuật đô thị ngày càng gia tăng, đặc biệt tại các khu vực có mật độ dân cư cao, hệ thống đường giao thông phức tạp và yêu cầu bảo vệ môi trường nghiêm ngặt. Đối với phần lớn các tuyến đường ống, phương pháp thi công truyền thống bằng đào rãnh lộ thiên vẫn được áp dụng như một giải pháp quen thuộc, trong đó tuyến ống được đặt trong rãnh đào và sau đó được lấp lại để tái lập mặt bằng. Tuy nhiên, phương pháp lộ thiên ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế đáng kể, nhất là khi triển khai tại các khu vực dân cư đông đúc, giao thông trọng điểm hoặc các vị trí có điều kiện địa chất – thủy văn phức tạp.

Nhu cầu giảm thiểu tác động môi trường, hạn chế gián đoạn giao thông và bảo vệ công trình hạ tầng hiện hữu đã dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ xây dựng không rãnh, đặc biệt là khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD). Công nghệ này được xem là giải pháp chủ đạo trong thi công ngầm hiện đại, cho phép lắp đặt tuyến ống, cáp hoặc các đường dẫn kỹ thuật bên dưới đường giao thông, sông suối, đường sắt và các địa hình phức tạp mà không làm xáo trộn bề mặt. Sự phát triển của HDD góp phần quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả thi công, giảm tổn thất kinh tế và tăng cường an toàn công trình.

Trong nhiều năm, HDD đã chứng minh khả năng vượt trội trong việc thi công các đường ống quy mô lớn. Tại các dự án quốc tế, đặc biệt là của Trans Mountain, hàng chục điểm giao cắt ngầm đã được thi công thành công bằng HDD, với chiều dài giao cắt từ 400 đến 1.600 mét. Điều này khẳng định tính ưu việt của công nghệ trong việc vượt qua các chướng ngại lớn như đường cao tốc, đường sắt, sông và kênh đào, nơi mà các phương pháp lộ thiên không khả thi hoặc chi phí quá cao. HDD cho phép duy trì tính toàn vẹn của mặt đường, không gây gián đoạn lưu thông, đồng thời giảm thiểu rủi ro sạt lở hoặc phá vỡ kết cấu nền đường.

Phương pháp khoan qua đường bằng HDD dựa trên nguyên lý tạo ra một lỗ khoan thí điểm theo tuyến đã khảo sát trước, sau đó doa mở rộng và kéo tuyến ống vào đúng vị trí. Mỗi công đoạn đều được điều khiển chính xác bằng thiết bị định vị, đảm bảo đường khoan đi đúng quỹ đạo, đúng độ sâu và tránh được các công trình ngầm hiện hữu. Công nghệ này được đánh giá cao bởi khả năng thi công trong nhiều loại địa chất khác nhau, bao gồm đất sét, cát, sỏi và thậm chí cả nền đá mềm. Việc kiểm soát dung dịch khoan trong quá trình thi công giúp ổn định thành lỗ, giảm ma sát và hạn chế sập lở lỗ khoan.

Ở giai đoạn đầu tiên, khoan thí điểm được thực hiện từ một vị trí giàn khoan được bố trí ổn định trên mặt đất. Đầu khoan dẫn hướng được thiết kế với bề mặt nghiêng cho phép thay đổi hướng khoan bằng cách điều chỉnh góc quay hoặc thay đổi hướng đẩy. Thiết bị định vị sonde liên tục truyền dữ liệu về độ sâu, góc nghiêng và vị trí của đầu khoan, giúp người vận hành điều chỉnh chính xác quỹ đạo khoan theo tuyến thiết kế. Đây là giai đoạn quan trọng mang tính quyết định đối với toàn bộ quá trình thi công, bởi bất kỳ sai lệch nào trong đường khoan thí điểm đều dẫn đến khó khăn trong công đoạn doa hoặc kéo ống.

Khi lỗ khoan thí điểm đạt đến điểm thoát dự kiến, giai đoạn doa mở rộng được tiến hành. Mũi doa được gắn vào đầu dây khoan và được kéo ngược lại theo lỗ khoan đã tạo để mở rộng đường kính. Đường kính lỗ khoan được xác định theo tiêu chuẩn kỹ thuật, thường bằng hoặc lớn hơn 130% đường kính ống sẽ lắp đặt. Tùy thuộc vào điều kiện địa chất, một hoặc nhiều lượt doa sẽ được thực hiện để đạt kích thước tối ưu. Trong môi trường đất cát hoặc sỏi, mũi doa được thiết kế với cấu tạo đặc biệt nhằm giảm áp lực lên thành lỗ và hạn chế xói mòn. Việc kiểm soát dung dịch khoan trong giai đoạn này đóng vai trò đặc biệt quan trọng, vì dung dịch vừa giúp vận chuyển mùn khoan ra ngoài, vừa đảm bảo ổn định thành lỗ.

Kéo ống là giai đoạn cuối cùng và là bước quan trọng đối với hiệu quả của toàn bộ phương pháp. Ống sản phẩm được bố trí thẳng hàng trên mặt đất theo chiều dài cần thiết. Một đầu ống được kết nối với bộ kéo xoay để hạn chế mô men xoắn khi kéo ống vào lỗ khoan. Quá trình kéo cần được thực hiện liên tục, ổn định với lực kéo phù hợp. Nếu lực kéo vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu ống, có thể gây biến dạng hoặc hư hỏng ống. Do đó, trước khi thi công, lực kéo tối đa được tính toán dựa trên tiêu chuẩn thiết kế và đặc tính cơ lý của vật liệu. Trong quá trình kéo, dung dịch khoan vẫn được bơm để giảm ma sát và bảo vệ thành lỗ.

Một ưu điểm lớn của HDD là khả năng thi công trong khu vực đô thị mà không cần di dời các công trình hiện hữu. Các tuyến ống cấp nước, cáp điện ngầm, cống thoát nước và các tuyến viễn thông thường chồng chéo nhau trong không gian ngầm. Việc đào rãnh truyền thống có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình này và phát sinh chi phí sửa chữa lớn. HDD cho phép vượt qua hoặc lách các công trình ngầm với độ chính xác cao, thông qua việc điều khiển đầu khoan theo dữ liệu định vị. Điều này rất quan trọng tại các khu vực có mật độ hạ tầng ngầm phức tạp hoặc khu vực trung tâm đô thị.

Tác động môi trường của HDD được đánh giá là thấp so với các phương pháp lộ thiên. Do không phải đào phá mặt đường, không phải giải phóng mặt bằng lớn và không gây xáo trộn bề mặt, HDD giúp bảo tồn không gian xanh, giảm bụi, tiếng ồn và hạn chế ảnh hưởng đến hoạt động dân sinh. Điều này đặc biệt quan trọng tại các khu vực nhạy cảm như hành lang đường thủy, khu vực có hệ sinh thái tự nhiên hoặc gần các cơ sở hạ tầng trọng yếu. HDD còn giúp giảm thiểu nguy cơ xói lở bờ sông, giữ ổn định thổ nhưỡng và bảo vệ hệ thống thoát nước tự nhiên.

Về mặt kinh tế, mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho thiết bị và nhân lực có thể cao hơn so với phương pháp đào rãnh, nhưng tổng chi phí dự án lại thấp hơn nhờ giảm được chi phí tái lập mặt đường, giảm nhân công, rút ngắn tiến độ và hạn chế tối đa các chi phí phát sinh do gián đoạn giao thông. Đối với các tuyến giao thông trọng điểm, chi phí gián đoạn hoặc đóng đường có thể vượt xa chi phí thi công thực tế. HDD giúp loại bỏ hoàn toàn những chi phí gián tiếp này.

Các yêu cầu khảo sát trước thi công HDD bao gồm khảo sát địa chất, thủy văn, vị trí công trình ngầm và điều kiện mặt bằng. Báo cáo khảo sát cần chỉ rõ loại đất, mực nước ngầm, khả năng sập lở, độ chặt của đất, các lớp địa chất xen kẹp và những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn đường khoan. Việc khảo sát đầy đủ giúp giảm nguy cơ gặp sự cố như mất dung dịch, kẹt cần hoặc lệch tuyến trong quá trình thi công.

Hệ thống máy móc sử dụng cho HDD bao gồm giàn khoan, cần khoan, đầu khoan dẫn hướng, thiết bị doa, thiết bị định vị và hệ thống bơm dung dịch khoan. Tùy theo kích thước và chiều dài tuyến khoan, giàn khoan có thể từ loại nhỏ dùng trong đô thị cho đến loại lớn phục vụ thi công tuyến ống công nghiệp. Dung dịch khoan được trộn trong các bể chuyên dụng, có thiết bị tái chế nhằm giảm chi phí và bảo vệ môi trường. Việc lựa chọn mũi khoan và mũi doa phải phù hợp với điều kiện đất thực tế.

Thi công HDD yêu cầu quản lý an toàn nghiêm ngặt. Áp lực dung dịch phải được kiểm soát để tránh gây phun bùn hoặc rò rỉ ra môi trường. Khu vực thi công cần được rào chắn, bố trí biển báo và tổ chức giao thông hợp lý. Đội ngũ thi công phải có chứng chỉ vận hành thiết bị, hiểu rõ quy trình xử lý sự cố. Hệ thống giám sát quá trình khoan phải được duy trì liên tục.

Sự phát triển của HDD trong những năm gần đây đã thúc đẩy sự thay đổi trong cách tiếp cận thi công hạ tầng kỹ thuật ngầm. Công nghệ này không chỉ mang lại hiệu quả cao về mặt kỹ thuật mà còn giúp đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững nhờ giảm thiểu tác động môi trường và nhu cầu sử dụng tài nguyên. Trong nhiều dự án, HDD trở thành giải pháp duy nhất có thể triển khai, đặc biệt tại các vị trí cần vượt qua đường giao thông lớn, khu dân cư hoặc khu vực hạ tầng phức tạp.

Tóm lại, phương pháp khoan qua đường bằng công nghệ khoan định hướng ngang đã trở thành một trong những kỹ thuật tiên tiến nhất trong lĩnh vực thi công ngầm. HDD mang lại sự linh hoạt, an toàn, độ chính xác cao và hiệu quả kinh tế cho các dự án đường ống. Với khả năng thi công trong nhiều điều kiện địa chất và môi trường khác nhau, HDD sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển hạ tầng kỹ thuật tại Việt Nam và trên thế giới.

Phương pháp khoan qua đường

Đối với phần lớn tuyến đường ống, phương pháp xây dựng thông thường sẽ được sử dụng. Đây thường được gọi là xây dựng lộ thiên và là phong cách mà hầu hết mọi người nghĩ đến khi họ hình dung việc lắp đặt đường ống. Phương pháp này bao gồm việc đặt đường ống xuống rãnh và chôn lấp.

Việc tập trung vào bảo vệ môi trường đã dẫn đến sự đổi mới và những tiến bộ trong kỹ thuật xây dựng đường ống như đường ngang không rãnh. Phương pháp không rãnh là một công cụ chính trong việc xây dựng các dự án đường ống lớn ở các khu vực đô thị và nhạy cảm với môi trường. Chúng giảm thiểu đáng kể tác động đến các hoạt động bình thường hàng ngày và mô hình lưu thông giao thông, đồng thời giảm thiểu hoặc loại bỏ sự xáo trộn trên mặt đất.

Cấu trúc không có rãnh cho phép chúng tôi băng qua một cách an toàn bên dưới các điểm giao cắt của nguồn nước, đường sắt, đường cao tốc, đường chính, các khu vực môi trường nhạy cảm và ở những nơi có không gian làm việc hạn chế, chẳng hạn như ở một số khu vực thành thị. Một số phương pháp không có rãnh khác nhau có thể được sử dụng với phương pháp đã chọn dựa trên điều kiện địa kỹ thuật, địa hình, không gian làm việc có sẵn và chiều dài của đường vượt.

Trans Mountain có khoảng 40 điểm giao cắt không rãnh chính được lên kế hoạch cho Dự án Mở rộng, với phần lớn là khoan định hướng ngang (HDD). Các giao cắt chính này có chiều dài từ 400 mét đến 1.600 mét và nằm trên suốt tuyến đường ống. Chúng tôi đã tiến hành đánh giá tính khả thi về kỹ thuật để xác định kỹ thuật băng qua rãnh không rãnh phù hợp nhất dựa trên điều kiện bề mặt tại từng vị trí cụ thể.

Phương pháp băng qua HDD được sử dụng để xây dựng đường ống dưới sông và các khu vực nhạy cảm với môi trường khác, chẳng hạn như vùng đất ngập nước và khe núi, cũng như các hành lang giao thông chính, chẳng hạn như đường sắt và đường cao tốc, để giảm thiểu hoặc tránh môi trường và kinh tế xã hội các tác động liên quan đến xây dựng hở. Kỹ thuật HDD bao gồm việc thiết lập một giàn khoan ở một bên của đường giao nhau. Sau khi khoan một lỗ khoan thí điểm, đường kính lỗ khoan được mở rộng bằng cách sử dụng một loạt các doa lớn hơn liên tiếp. Tiếp theo, ống được lắp ráp và hàn ở phía đối diện của đường giao nhau, với dây ống được nối với cụm máy khoan và được kéo trở lại qua đường khoan đến giàn HDD.

Một số giao lộ sẽ được hoàn thành bằng cách sử dụng phương pháp băng qua rãnh không rãnh (định hướng microtunnelling). Đây là sự bổ sung tương đối gần đây cho ngành công nghiệp không rãnh và là sự kết hợp giữa HDD và microtunnelling, kết hợp những ưu điểm từ các công nghệ không rãnh này để tạo ra một giải pháp thay thế không rãnh độc đáo khác.

Đường ống hàn / đúc sẵn được đặt trên bề mặt và đặt trên các con lăn. Máy khoan đường hầm siêu nhỏ (MTBM) được lắp trên bề mặt hoặc trong hố phóng nông phía trước đường ống và được hàn trên.

Một máy đẩy ống, đặt tại khu vực phóng, kẹp bên ngoài đường ống và đẩy cột ống và máy MTBM xuống đất, đồng thời đào đất / nền bằng cách quay từ từ đầu cắt vào mặt máy MTBM.

Xem thêm các bài viết khác >>