Thi công khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm băng qua đường

Thi công khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm băng qua đường

Chương trình Xử lý Khu vực Bến cảng (HATS) Giai đoạn 2A. Các công việc xây dựng của phần này liên quan đến việc lắp đặt đôi đường kính trong 600mm Ống Polyethylene mật độ cao (HDPE) dài 1,4 km ở độ sâu đạt tối đa khoảng 100m dưới mực nước biển dọc theo Kênh Đông Lamma bằng cách sử dụng ổ cứng, là một kỹ thuật khoan phóng bề mặt. Bài viết này đánh giá các cân nhắc thiết kế và kỹ thuật thách thức của ổ cứng hoạt động; điều khiển lái cho việc khoan lỗ thí điểm; việc lựa chọn cắt công cụ; doa để mở rộng lỗ; và ống HDPE pullback, nối và thử nghiệm các quy trình.

1. Các câu hỏi thiết kế khoan ngang định hướng

1.1 Căn chỉnh đường hầm thiết kế

Hướng tuyến đường hầm phải được thiết kế để phù hợp với các tiện ích có được, để giảm thiểu tác động đến các cơ sở lắp đặt tiềm ẩn nguy hiểm (PHI) chẳng hạn như nằm gần các điểm ra vào đường hầm và tránh dưới biển vật cản như cáp ngầm. Ngoài ra, độ cong kết hợp của sự liên kết cần phải từ từ và mịn để hạn chế ứng suất uốn trong đường ống HDPE. Để đáp ứng những yêu cầu, một cuộc điều tra chi tiết về mặt bằng đã được thực hiện và hướng tuyến đường hầm kết hợp cả các đường cong theo chiều ngang và chiều dọc đã được xây dựng với phần lớn hướng tuyến của đường hầm đi qua lớp đá gốc núi lửa.

1.2 Kỹ thuật khoan định hướng ngang HDD

Khoan định hướng HDD là một kỹ thuật khoan từ xa, phóng trên bề mặt bằng cách sử dụng bùn bentonite để hỗ trợ đường hầm đã đào, để truyền mô-men xoắn trong quá trình khoan lỗ thí điểm và vận chuyển hom đá thông qua hệ thống tuần hoàn bùn. Về cơ bản, quá trình khoan định hướng HDD bao gồm 3 giai đoạn chính. Giai đoạn đầu tiên liên quan đến việc khoan hoa tiêu lỗ có đường kính 12-1 / 4 ”(311mm) dọc theo hướng tuyến được đề xuất của đường hầm từ Aberdeen đến Ấp Lôi Châu. Trong giai đoạn thứ hai, lỗ thí điểm sẽ được mở rộng theo từng bước đến kích thước cuối cùng là 36 ” (914mm) đường kính. Cuối cùng, các ống Polyethylene mật độ cao (HDPE) sẽ được nối và rút vào lỗ mở rộng tạo thành các đường hầm thoát nước thải.

1.3 Đường ống HDPE

Ống Polyethylene mật độ cao (HDPE) được sử dụng trong dự án này chủ yếu vì nó tương đối linh hoạt và có thể thích ứng với độ cong của hướng tuyến đường hầm. Nó cũng có vết xước tốt sức đề kháng và hệ thống mối nối hợp nhất mang lại cho nó một mối nối tốc độ rò rỉ bằng không với khả năng kéo theo thiết kế bằng của đường ống thích hợp. Không giống như ống thép, nó không bị ăn mòn. Ống HDPE được chọn cho các đường hầm thoát nước thải đôi có đường kính bên ngoài là 740mm và bên trong đường kính 600mm, với tỷ lệ kích thước tiêu chuẩn (SDR) là 11 và xếp hạng áp suất là 16 các thanh. Nó được thiết kế để bảo trì miễn phí vì không cần bảo trì có sự tham gia của con người. Các đường ống HDPE được thiết kế để chống lại tải trọng trong quá trình lắp đặt, bao gồm cả kéo căng lực, áp suất thủy tĩnh bên ngoài, ứng suất uốn và các tải trọng khác như nước ngầm và phụ tải xảy ra trong tuổi thọ của đường ống.

2.  Thử thách kỹ thuật

Có một số thách thức kỹ thuật cần được vượt qua trong dự án khoan đặt ống ngầm HDD này. Chúng được mô tả trong các tiểu đoạn sau.

2.1 Các vùng đứt gãy địa chất

Những vùng địa chất đứt gãy sẽ gây rủi ro xây dựng đối với công việc đào hầm bằng máy khoan hầm (TBM) hoặc phương pháp khoan và nổ. Để giảm thiểu những rủi ro như vậy, và sau khi xem xét các yếu tố khác nhau bao gồm cả kích thước và chiều dài đường hầm liên quan, kỹ thuật khoan ngang định hướng HDD đã được lựa chọn để tránh rủi ro bằng cách loại bỏ sự cần thiết phải có sự tham gia của con người vì hầu hết các nhà máy và thiết bị được thiết. Ống HDPE ID 4 độ bề mặt với công việc khoan và doa được điều khiển từ xa. Nó được ghi nhận rằng phong các vùng và nền đá bị nứt gãy cao có thể gây ra vấn đề trong việc giữ lỗ khoan mở trong ổ cứng khoan, doa và lắp đặt đường ống và kiểm soát lái trong quá trình khoan lỗ thí điểm hoạt động. Bằng cách kiểm soát độ nhớt và mật độ của bùn bentonite, đường hầm trong các vùng đứt gãy được ổn định bởi áp lực tác động lên bề mặt đào trần để hỗ trợ khoan và để đề phòng sự xâm nhập của nước ngầm. Bằng cách sử dụng ổ cứng, rủi ro của nước ngầm giảm thiểu độ lún cũng như độ lún nền đất. Hỗ trợ bùn bentonite được cung cấp liên tục trong suốt quá trình vận hành khoan lỗ thí điểm, doa và kéo ống.

2.2 Tình trạng mặt đất tại các điểm ra vào đường hầm

Các điểm vào và ra của đường hầm nằm trên khu đất khai hoang được hình thành bằng vật liệu lấp đầy và đá đống đổ nát của tường chắn sóng hiện có. Những vật liệu có tính thấm cao này có thể gây mất bùn bentonite trong quá trình lưu thông, do đó có thể gây ra lún đất và gây nguy hiểm cho các công trình của ổ cứng. Để khắc phục sự cố này, vỏ thép bảo vệ đường kính 48 inch đã được lắp đặt thông qua phần đất yếu bên dưới Đường Tin Wan Praya trước khi Đường hầm Q1 và Q2 đi vào nền móng. Các vỏ thép đã được lắp đặt bằng kỹ thuật đâm ống với một số đặc biệt các công cụ được chế tạo tại chỗ để tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ các chiến lợi phẩm cứng bằng cách cuộn và ủ. Ống kỹ thuật đâm húc rất hữu ích trong việc tránh đào mở trên Đường Tin Wan Praya, là chỉ tiếp cận bằng phương tiện đến cộng đồng lân cận. Vượt qua những tảng đá lớn và cứng gặp phải, nhà thầu phụ khoan định hướng HDD, Mersing, đã sử dụng vỏ lõi để cắt qua các tảng đá lớn và đã lắp đặt thành công vỏ thép kết thúc hở vào giao diện nền cấp II / III.

2.3 Bố cục

Khu vực làm việc được cung cấp cho thiết lập ổ cứng khoan định hướng HDD là khá hạn chế và bố trí địa điểm cho thiết lập ổ cứng phải được lên kế hoạch cẩn thận để chứa tất cả các nhà máy và thiết bị hạng nặng, chẳng hạn như cần cẩu, máy bơm bùn, bộ nguồn, thùng trộn, thùng tái chế và kho chứa cần khoan ở cả hai các khu vực ra vào hầm để quá trình thi công diễn ra thuận lợi và an toàn.

2.4 Kiểm soát Môi trường và An toàn

Vì hầu hết các nhà máy và thiết bị đều nằm trên bề mặt, nên cần phải theo dõi và kiểm soát tác động đến môi trường. Để giảm thiểu tiếng ồn tạo ra trong quá trình hoạt động của ổ cứng, rào cản tiếng ồn và vỏ bọc chống ồn đã được dựng lên để chứa thiết bị ồn ào, chẳng hạn như gói điện và máy bơm bùn. Các rào cản được dựng lên cũng có thể giảm thiểu tác động trực quan đến các khu dân cư lân cận.

Các vị trí vào và ra của đường hầm khoan định hướng HDD cũng gần với hai cơ sở lắp đặt tiềm ẩn nguy hiểm (PHIs), tức là bồn chứa khí của thị trấn và kho chứa LPG. Để giảm thiểu rủi ro ngẫu nhiên thiệt hại đối với PHI và các đường ống liên quan của chúng trong quá trình xây dựng, một kế hoạch giám sát có đã được thực hiện. Điểm đánh dấu độ lún, áp kế, điểm kiểm soát độ rung và máy dò khí đã được cài đặt và được giám sát chặt chẽ. Ngoài ra, đánh giá rủi ro đã được thực hiện thường xuyên ra ngoài trong giai đoạn xây dựng để xác định các nguy cơ tiềm ẩn và để xem xét các biện pháp giảm thiểu.

3. Thiết bị khoan định hướng HDD và dụng cụ cắt

3.1 Máy khoan HDD

Hai giàn khoan định hướng HDD được sử dụng trong dự án này thuộc loại giàn tối đa, có khả năng đẩy hoặc kéo lên đến 3.800kN và tạo ra mômen quay 122kN-m. Hành động đẩy / kéo là đạt được thông qua một giá đỡ và cụm bánh răng được cung cấp bởi hai động cơ diesel 460 mã lực. Nó là được bổ sung bởi hai loại bùn ba tầng F600 có dấu chân nhỏ được thiết kế đặc biệt và thiết kế riêng máy bơm và một hệ thống tái chế bùn bao gồm một loạt máy lắc và máy lọc cặn.

3.2 Bit đá ba hình nón

Cả hai lỗ thí điểm Q1 và Q2 đều đã được khoan bằng các bit đá ba hình nón 12 ¼ ”. Lựa chọn bit là quyết định đến sự thành công của hoạt động. Ngành công nghiệp mỏ dầu loại bit với mã IADC 6-4-7 hoặc khó hơn đã được chọn. Các bit này đã được củng cố bằng thiết bị đo chất lượng cao và trở lại bảo vệ doa. Vòng bi cũng rất quan trọng và chỉ có con dấu kín hoặc kim loại sang kim loại cao cấp các loại được sử dụng. Khi bắt đầu khoan lỗ thí điểm, bùn bentonite được điều áp bằng máy bơm bùn và được bơm qua các thanh khoan đến mô tơ bùn. Đầu áp suất của bùn bentonite được chuyển đổi thành công suất để biến các bit ba nón ở cuối động cơ bùn. Bit ba hình nón là bị đẩy để đấm vào mặt đá gây ra các vết hỏng liên tục ở mặt đá.

3.3 Máy đo

Sau khi hoàn thành việc khoan lỗ thí điểm, máy doa hoặc máy mở lỗ được sử dụng để mở rộng đường hầm lỗ khoan để tạo điều kiện lắp đặt ống HDPE. Có một số loại doa và thích hợp lựa chọn dựa trên điều kiện đất hoặc đá, kích thước lỗ và công suất máy bơm bùn. Lỗ cuối cùng kích thước phải đủ lớn để tạo khoảng trống hình khuyên cho bùn bentonit trở lại và hom, và để giảm lực ma sát kéo lùi trong quá trình lắp đặt đường ống. Trong dự án này, dụng cụ mở lỗ 20 ”(508mm), 26” (660mm) và 36 ”(914mm) sử dụng máy cắt cán bằng vonfram các miếng chèn cacbua được bố trí trên đỉnh đã được sử dụng để doa lỗ khoan hầm trong quá trình hình thành đá.

4. Reaming cho hole enlargement

Để mở rộng lỗ thí điểm, một mũi doa hoặc dụng cụ mở lỗ được gắn vào ống khoan và ống khoan được được điều áp để đảm bảo các vòi phun được mở. Mũi doa sau đó được xoay và kéo hoặc đẩy qua 9 lỗ thí điểm để mở rộng lỗ trong một hoặc nhiều lần doa. Điều này có thể được thực hiện bởi doa lùi từ điểm ra khỏi đường hầm hoặc chuyển tiếp doa từ điểm vào đường hầm. Cơ chế cắt đá của doa được thực hiện bằng cách tác động một lực cắt lên đá bề mặt sử dụng miếng chèn cacbua vonfram được đặt trên các dao cắt cán của máy doa. Các số lần doa được thực hiện chủ yếu phụ thuộc vào đường kính của ống được cài đặt và các điều kiện mặt đất. Trong dự án này, ba đường đi doa được sử dụng để phóng to lỗ thí điểm có đường kính 311mm đến kích thước lỗ khoan cuối cùng có đường kính 36 ”(914mm).

5. Quá trình kéo dài, gia công và kiểm tra ống HDPE

Sau khi thử nghiệm áp suất trước khi lắp đặt thủy tĩnh đến 15bar và thử nghiệm đến 10bar dưới tác dụng kéo Lực bằng 1,2 lần tải trọng kéo thiết kế tối đa, 50,3 tấn đã được hoàn thành, ống HDPE sẽ được lắp đặt trong lỗ khoan của đường hầm bằng quá trình pullback. Một chiếc doa thùng là được thiết kế để dẫn đầu kéo của ống HDPE. Một khớp xoay được cài đặt giữa doa và đầu kéo để ngăn cản sự quay của ống trong quá trình kéo ống. Đường ống phải được được định vị và hỗ trợ thích hợp trước khi vào lỗ khoan. Trong dự án này, ống HDPE các phân đoạn được thiết kế để kết hợp hoàn toàn với nhau để tạo thành đường ống hoàn chỉnh. Butt fusion là một phương pháp nối bằng nhựa nhiệt dẻo. Các đầu của đoạn ống nối được nung nóng để trạng thái nửa nóng chảy và sau đó nhanh chóng ép vào nhau để tạo thành mối nối nhiệt hạch. Đường ống sẽ 10 được hỗ trợ trên các con lăn trong quá trình kéo vào lỗ khoan hầm để tránh làm hỏng bề mặt ống. Quá trình pullback nên được thực hiện liên tục để giảm rủi ro nhận được mắc kẹt trong đường hầm. Cuối cùng, thử nghiệm áp suất thủy tĩnh với áp suất thử nghiệm là 15 bar sẽ là tiến hành đến đường ống HDPE đã lắp đặt để kiểm tra xem có rò rỉ hay không.

Xem thêm về khoan định hướng ngang, công nghệ khoan ngầm kéo ống