Biện pháp thi công khoan ống qua đường

CHUYÊN ĐỀ KHOAN NGẦM ROBOT – KHOAN NGANG ĐƯỜNG VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG KHOAN ỐNG QUA ĐƯỜNG

Công nghệ khoan định hướng ngang đã trở thành giải pháp thi công chủ lực trong các dự án lắp đặt đường ống ngầm vượt qua đường giao thông, đường cao tốc, tuyến quốc lộ và toàn bộ khu vực có mật độ hạ tầng ngầm dày đặc. So với phương pháp đào hở truyền thống, giải pháp khoan ngầm giúp giảm thiểu tác động đến kết cấu mặt đường, hạn chế gián đoạn giao thông, bảo toàn cảnh quan và giảm thiểu nguy cơ phát sinh lún sụt. Khi kết hợp hệ thống robot điều hướng, công nghệ này cho phép định vị quỹ đạo khoan với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong các dự án công nghiệp, đô thị và hạ tầng kỹ thuật quy mô lớn.

Trong bối cảnh đô thị hóa diễn ra nhanh chóng, không gian ngầm trong khu vực đường bộ ngày càng chật hẹp, hạ tầng kỹ thuật đa lớp và các tuyến ống hiện hữu chằng chịt, việc thi công lắp đặt tuyến ống mới phải đáp ứng yêu cầu tuyệt đối về an toàn, tránh va chạm và không gây xáo trộn môi trường xung quanh. Do đó, công nghệ khoan ngầm robot tích hợp khả năng thăm dò trong khi khoan, đo lường biến dạng và điều hướng quỹ đạo trở thành lựa chọn ưu tiên của các nhà thầu chuyên nghiệp.

Bố trí đường ống nguồn trong các dự án khoan ngang phải xem xét đặc tính cơ học của từng loại vật liệu. Đối với đường ống làm từ vật liệu giòn như đất sét, bê tông, xi măng amiăng hoặc gang, khả năng chịu tải bên ngoài chủ yếu dựa trên sức kháng uốn theo chu vi. Kết cấu của loại ống này chỉ cho phép độ biến dạng nhỏ trước khi phát sinh vết nứt hoặc phá vỡ. Khi tăng tải trọng bên ngoài, áp lực truyền trực tiếp lên thành ống có thể gây nứt gãy cục bộ. Vì vậy, việc thi công bằng khoan ngầm đối với các loại ống này thường được hạn chế hoặc yêu cầu gia cố đặc biệt nhằm đảm bảo an toàn.

Ngược lại, ống nhựa như HDPE, PVC hoặc PP có đặc tính biến dạng dẻo cao, cho phép chịu biến dạng đáng kể dưới tác dụng tải trọng mà không bị phá hủy. Khi ống bị tác động bởi tải trọng đất hoặc áp lực bên ngoài, thành ống có xu hướng biến dạng nhưng không gãy, đồng thời áp lực được phân bổ sang lớp vật liệu lấp hai bên ống. Lực cản thụ động của đất lấp bên hông ống trở thành yếu tố hỗ trợ quan trọng, giúp giảm ứng suất lên thành ống và tăng độ ổn định tổng thể. Chính khả năng chia sẻ tải trọng giữa ống và nền đất làm cho ống nhựa đặc biệt phù hợp với các phương pháp đặt ống ngầm bằng khoan định hướng ngang.

Đối với các đường ống nhựa có chiều dày thành mỏng, khả năng biến dạng tăng lên đi kèm với yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng lớp lấp bên hông. Nếu lớp đất lấp chứa đá nhọn, vật sắc cạnh hoặc hạt lớn, các điểm chịu tải tập trung có thể gây biến dạng cục bộ thành ống, hoặc thậm chí làm hỏng ống trong quá trình kéo. Vì vậy, công tác kiểm soát vật liệu lấp và công tác chuẩn bị khu vực kéo ống là yếu tố quyết định chất lượng thi công.

Ngoài ra, cấu kiện ống nhựa có khối lượng riêng thấp hơn đáng kể so với các loại ống kim loại. Khi đặt trong môi trường đất ngậm nước hoặc khu vực có mực nước ngầm cao, hiện tượng nổi ống có thể xảy ra nếu chiều dày lớp lấp không đáp ứng yêu cầu hoặc không được đầm chặt đúng quy định. Lực nâng của nước kết hợp với áp lực rỗng trong đất có thể tạo ra chuyển vị không mong muốn cho đường ống. Do đó, ngay sau khi thi công kéo ống trong dự án khoan HDD, cần tăng cường kiểm soát lớp phủ và đảm bảo đầm chặt để chống nổi.

Trong thi công khoan ống qua đường bằng công nghệ khoan định hướng ngang, quá trình khoan phải được chuẩn bị kỹ lưỡng trước khi tiến hành. Công tác chuẩn bị bao gồm khảo sát địa chất, xác định cấu trúc lớp đất, vị trí các tiện ích ngầm, và mô phỏng quỹ đạo khoan. Các thông số địa chất như độ chặt của đất, độ ẩm, loại hạt, mức độ phong hóa và vị trí nước ngầm đều ảnh hưởng trực tiếp đến lực khoan, áp lực dung dịch và tốc độ doa mở rộng.

Công nghệ khoan ngầm robot nâng cao khả năng phân tích dữ liệu địa chất theo thời gian thực. Robot được trang bị cảm biến đo gia tốc, cảm biến áp suất, thiết bị phát sóng điện từ và hệ thống định vị quán tính. Các dữ liệu này được gửi về trung tâm điều khiển, nơi kỹ sư phân tích và điều chỉnh hướng khoan nhằm đảm bảo mũi khoan đi đúng quỹ đạo và tránh được các chướng ngại vật như ống cấp nước, ống điện lực, cáp viễn thông hoặc nền móng công trình.

Quá trình khoan thí điểm là giai đoạn quan trọng nhất trong khoan ngang. Mũi khoan có đầu nghiêng cho phép thay đổi hướng bằng cách điều chỉnh tốc độ xoay. Khi kết hợp giữa xoay và đẩy, mũi khoan đi theo đường thẳng. Khi chỉ đẩy mà không xoay, mặt nghiêng của mũi khoan tạo lực lệch hướng khiến đường khoan uốn theo quỹ đạo mong muốn. Công nghệ robot cung cấp góc nghiêng, độ sâu và hướng khoan theo thời gian thực, giúp đường khoan thí điểm đạt độ chính xác cao và tránh sai lệch so với thiết kế.

Sau khi hoàn thành lỗ khoan thí điểm, công tác doa mở rộng được thực hiện. Các mũi doa có đường kính tăng dần được kéo từ phía điểm thoát về phía giàn khoan. Dung dịch khoan được bơm liên tục để giảm ma sát, ổn định thành hầm và vận chuyển đất cắt ra ngoài. Đường kính lỗ khoan được thiết kế lớn hơn từ 20 đến 50 phần trăm so với đường kính ngoài của ống nhằm tạo khoảng trống cần thiết cho ống di chuyển và bảo đảm lớp dung dịch khoan bao quanh giúp giảm tải kéo.

Kéo ống là bước cuối cùng trong quy trình thi công khoan ngầm. Ống HDPE được hàn nối thành đoạn liên tục bằng phương pháp hàn nhiệt đối đầu, bảo đảm độ kín và độ bền mối hàn tương đương hoặc cao hơn vật liệu nền. Khi kéo, ống được gắn vào đầu kéo bằng khớp xoay để loại bỏ lực xoắn từ dây khoan. Tải kéo phải được kiểm soát liên tục nhằm tránh vượt quá ngưỡng cho phép của ống. Nếu tải kéo tăng đột biến, đội thi công phải ngay lập tức giảm tốc độ kéo, bổ sung dung dịch bôi trơn và điều chỉnh lực đẩy để duy trì trạng thái ổn định. Việc dừng kéo quá lâu có thể gây co hẹp thành hầm, làm tăng ma sát và dẫn đến bó ống, gây thất bại toàn bộ quá trình.

Trong thi công khoan ngang qua đường, các yêu cầu đảm bảo an toàn giao thông và ổn định nền đường phải được tuân thủ chặt chẽ. Đường khoan phải được bố trí dưới đáy kết cấu đường tối thiểu theo tiêu chuẩn, tránh xâm phạm vùng ảnh hưởng của tải trọng xe. Các cảm biến địa chấn hoặc thiết bị đo lún có thể được bố trí tại mặt đường trong trường hợp thi công tuyến ống lớn gần các tuyến giao thông quan trọng.

Công nghệ khoan ngầm robot kết hợp khả năng tự dò đường, tự nhận biết vật cản và tự điều chỉnh hướng khoan theo thuật toán điều hướng ba chiều. Khả năng mô phỏng quỹ đạo theo thời gian thực giúp kỹ sư đưa ra quyết định xử lý nhanh chóng khi gặp đá cứng, túi bùn, khoang rỗng hoặc các cấu trúc bất thường. Điều này nâng cao đáng kể hiệu suất thi công và giảm thiểu rủi ro xuyên phá ngoài dự kiến.

Phương pháp thi công khoan ống qua đường bằng khoan ngầm đã chứng minh hiệu quả trong hàng nghìn dự án trên toàn quốc. Khi kết hợp công nghệ robot điều hướng, tính an toàn và độ chính xác của toàn bộ quá trình được nâng lên đáng kể. Các tuyến ống nước, ống cấp khí, ống bảo vệ cáp điện lực và viễn thông đều có thể thi công nhanh chóng mà không cần đào phá mặt đường, giảm thiểu tắc nghẽn giao thông và rủi ro cho người dân.

Khoan định hướng ngang vẫn tiếp tục phát triển với sự ứng dụng rộng rãi của công nghệ robot, công nghệ số hóa dữ liệu địa chất và các hệ thống kiểm soát áp lực tiên tiến. Là một phần không thể tách rời trong hạ tầng đô thị hiện đại, phương pháp thi công này sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong các dự án giao thông và hạ tầng kỹ thuật, đảm bảo tính ổn định lâu dài và an toàn vận hành cho các hệ thống đường ống ngầm.

Biện pháp thi công khoan ống qua đường

Bố trí đường ống nguồn

Tải trọng bên ngoài tác động lên ống bằng vật liệu giòn như đất sét, bê tông, xi măng amiăng hoặc gang đã được xác minh được hỗ trợ chủ yếu nhờ khả năng chống uốn theo chu vi của ống. Tuy nhiên, một ống nhựa, bởi vì nó có thể biến dạng ở một mức độ đáng kể mà không bị gãy, có thể tạo ra sức mạnh hỗ trợ bổ sung từ sự hạn chế bên do lực cản thụ động của vật liệu lấp đầy ở các cạnh của ống, chống lại bất kỳ sự gia tăng nào. của đường kính ngang của ống.

Đối với các đồng hồ đo nhẹ hơn của ống nhựa, giá đỡ bên này có tầm quan trọng hàng đầu trong việc cho phép ống chịu tải bên ngoài mà không bị biến dạng quá mức và do đó điều quan trọng là khi đặt đường ống như vậy phải có biện pháp phòng ngừa thích hợp để đảm bảo giá đỡ bên có hiệu quả. Vì tính chất mềm hơn nên ống nhựa cũng cần phải đảm bảo rằng các vật sắc nhọn như đá lửa lớn không chịu trực tiếp lên nó.

Bản chất linh hoạt của ống nhựa cho phép nó dễ dàng thích ứng hơn so với ống vật liệu giòn bất kỳ biến dạng trục nào do chuyển động của mặt đất hoặc từ sự lún khác nhau của các cấu trúc mà đường ống được kết nối với.

Trong khoan đường ống qua đường, các ống chôn thường không chịu sự thay đổi nhiệt độ lớn, và trong trường hợp khi sử dụng các mối nối dương, chuyển động nhiệt độ thường có thể được coi là biến dạng đàn hồi trong ống. Tuy nhiên, có thể có sự thay đổi nhiệt độ đặc biệt lớn ngay sau khi đổ đầy lại hoặc khi đổ đầy chất lỏng vào đường ống. Do mật độ tương đối thấp của các ống nhựa nên khả năng nổi của chúng khi rỗng trong đất ngập nước rõ ràng hơn nhiều. Do đó, các đường ống như vậy yêu cầu tải đất đáng kể hơn ngay sau khi đặt so với yêu cầu của vật liệu nặng hơn.

Chuẩn bị khoan đặt đường ống ngầm

Vì các đường ống dùng trong phương pháp khoan qua đường thường có kích thước danh nghĩa lên đến 6 ”có thể được nối trên bề mặt và sau đó được 'bắt' vào rãnh. Không cần thiết phải đào các lỗ nối và rãnh rộng để đàn ông có thể làm việc. Lợi thế cũng có thể được tận dụng bởi sự nhẹ nhàng, linh hoạt và trơn tru của ống nhựa bằng cách áp dụng kỹ thuật cày nốt ruồi tiết kiệm.

Rãnh không được mở quá xa trước khi đặt ống và phải được lấp lại càng sớm càng tốt. Chiều rộng của rãnh ở đầu ống phải càng hẹp càng tốt nhưng không được nhỏ hơn đường kính ngoài của ống cộng với 3000mm để cho phép nén chặt phần lấp đầy bên. Phía trên đỉnh của ống, rãnh có thể có chiều rộng thuận tiện.

Ở những loại đất đồng nhất, tương đối mềm, hạt mịn, không có đá lửa lớn hoặc đá hoặc vật cứng khác, và nơi đáy có thể dễ dàng được hoàn thiện đồng đều cung cấp sự hỗ trợ đồng đều cho các đường ống theo chiều dài của chúng thì có thể được phép, đặc biệt hơn với loại C hoặc ống có khổ nặng hơn, để đặt chúng trực tiếp trên đáy đã được cắt tỉa của rãnh. Trong các trường hợp khác, rãnh phải được đào đến độ sâu dưới đáy ống đủ để cho phép chất liệu lót có độ dày cần thiết.

Nền và mặt bên

Việc chăm sóc cần thiết đối với lớp đệm lót và lấp mặt bên phụ thuộc vào độ dày thành ống được sử dụng ở một mức độ nào đó. Những điều sau đây đặc biệt liên quan đến ống mỏng hơn loại C và ống có kích thước danh nghĩa 3 trở lên. Đất sét không thích hợp làm chất lót hoặc vật liệu đắp mặt. Một số loại đất khác được đào lên từ rãnh, chẳng hạn như cát thô thoát nước tự do, sỏi, mùn và đất có tính chất bở và có độ nén thích hợp để hỗ trợ đường ống có thể phù hợp. Không nên sử dụng các loại đất như phấn cứng, dễ vỡ ra khi bị ướt.

Nếu vật liệu đào từ rãnh không phù hợp thì nên nhập vật liệu dạng hạt. Thích hợp nhất là sỏi hoặc đá vụn có kích thước từ 10 đến 5mm vì nó cần đầm nén ít, nhưng cát thô, hoặc cát và sỏi từ 20mm trở xuống có kích thước từ mỏ đá là chấp nhận được với điều kiện nó phù hợp với yêu cầu thử nghiệm. Quá nhiều hạt mịn làm cho vật liệu khó nén hơn khi bị ẩm.

Độ dày của lớp lót dưới thùng của đường ống tối thiểu là 100mm. Trong mọi điều kiện ẩm ướt hoặc mềm hoặc nơi đáy rãnh rất không đều, có thể cần phải tăng độ dày này. Lớp đệm lót phải được nén chặt để tạo ra một lớp đệm đồng nhất cho đường ống. Không nên đặt gạch hoặc vật liệu cứng khác dưới đường ống để hỗ trợ tạm thời.

Sau khi các đường ống đã được đặt và thử nghiệm, vật liệu khác phải được đặt xung quanh đường ống và nén chặt thành các lớp 75 mm lên đến độ cao hơn đỉnh ống ít nhất 100mm. Bất kỳ tấm lót rãnh nào cũng phải được rút bớt một phần để cho phép phần lấp bên được nén chặt giữa các thành ống và các mặt đất của rãnh.

Đắp lại

Vật liệu từ rãnh có thể được sử dụng cho phần còn lại của việc lấp đất, ngoại trừ việc xem xét đặc biệt tính phù hợp của nó có thể cần thiết khi cần xem xét nguy cơ lún bề mặt. Dưới lòng đường, nó phải được nén chặt thành lớp 300mm, hoặc tuân theo bất kỳ yêu cầu đặc biệt nào của địa phương hoặc chính quyền khác. Không nên sử dụng máy đầm cơ nặng cho đến khi khối đệm đạt đến độ sâu ít nhất là 300mm so với đầu ống.

Với lớp phủ nhỏ hơn 450 MM, ở những nơi khác ngoài đường, các tấm bê tông trên đệm vật liệu lấp đầy phía trên đường ống phải được sử dụng như một lớp bảo vệ chống lại các vết bẩn, v.v. Ở độ sâu nông dưới đường, cần đặc biệt xem xét tất cả các yếu tố kỹ thuật liên quan, chẳng hạn như cấp đường, công trình xây dựng, cấp đường ống đang được đặt và vùng lân cận của các dịch vụ khác.

Các đường ống nằm trên mặt đất tự nhiên mà sau đó sẽ được lấp đầy tốt nhất là không nên cho đến khi tiến hành xử lý và nén chặt vật lấp lên đến độ cao khoảng 1 mét so với mặt trên của ống.

Khoan đường ống qua đường

Mole ploughing là một phương pháp đặt đường ống ngầm giúp loại bỏ nhu cầu đào rãnh thông thường. Điều kiện nền đất có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tồn tại của việc sử dụng kỹ thuật Mole ploughing và do đó, điều cần thiết là phải thực hiện khảo sát mặt bằng sơ bộ trước khi quyết định sử dụng. Các điều kiện cần tránh là đá, đá lửa, rễ cây, dây cáp chôn sẵn và đường ống, v.v ... Mặc dù sẽ gặp một chút khó khăn với nền đất nhấp nhô nhẹ, nhưng bề mặt không đều đặn sẽ không phù hợp. Việc khảo sát các điều kiện dưới đất có thể được thực hiện bằng cách xuyên đất, theo từng khoảng thời gian, đến độ sâu mà ống sẽ được đặt.

Máy xới đất là một thiết bị cắt cỏ và đất phụ, đồng thời tạo thành một kênh ngầm mà đường ống có thể được kéo vào.

Trong đất thích hợp, ống nhựa có thể được kéo vào vị trí ngầm phía sau máy cày nốt ruồi. Đường ống có kích thước danh nghĩa ít nhất là 18 đã được đặt theo cách này. Các rãnh rãnh phải được đào để bắt đầu và kết thúc mỗi chiều dài kéo vào, chiều dài của rãnh rãnh tùy thuộc vào độ linh hoạt của đường ống. Theo sau thước đo phải có một bộ giãn nở, đường kính của nó ít nhất là đối với chiều dài lớn hơn 75 mm so với đường kính của đường ống nối với nó. Phương pháp đặt ống ngầm này được thực hiện tốt nhất trong đất sét tương đối chắc chắn, nơi kênh phân tử có thể được dự kiến ​​sẽ đứng lên ít nhất trong khoảng thời gian cần thiết để kéo ống vào.

Nếu không có đủ đất sét để kênh nốt ruồi có thể tự hỗ trợ, nó sẽ sụp xuống phía sau lớp đệm và ma sát tạo ra ở các thành bên của đường ống sẽ khiến đường ống có thể bị kéo căng và ở đó bị yếu đi, đôi khi đến mức sự phá hủy. Trong những trường hợp đó, có thể sử dụng máy bọc cáp. Với máy này, đường ống không được bố trí phía sau lưỡi gà và được kéo vào trong mà thay vào đó, nó được đặt phía trước máy, đường ống đi qua máy và đi xuống qua một khe rộng hơn phía sau lưỡi dao và đi vào kênh. Bằng phương pháp này, ống không bị kéo qua đất mà chỉ được đặt vào vị trí bằng lớp cáp.

Đối với các đường ống có đường kính nhỏ hơn, máy xới đất có thể được kết nối trực tiếp với máy kéo nhưng máy cày nốt ruồi cho các đường ống có đường kính lớn hơn, hoặc máy đặt cáp tốt nhất nên được kéo bằng tời.

Xem thêm Công nghệ khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm, Giá máy khoan ngang qua đường