ĐƯỜNG ỐNG AN TOÀN HƠN KHI NGẦM HÓA

KHOAN NGANG HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO – CHUYÊN ĐỀ KHOAN NGẦM ROBOT TRONG THI CÔNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG HDD

Công nghệ khoan định hướng ngang là kỹ thuật thi công ngầm không đào rãnh, được áp dụng rộng rãi trong xây dựng hạ tầng kỹ thuật đô thị, các tuyến ống truyền tải, các hệ thống ống dẫn vượt qua đường giao thông, sông, kênh, khu dân cư và các vùng có mật độ hạ tầng ngầm dày đặc. Khi nhu cầu phát triển đô thị và hạ tầng kỹ thuật ngày càng gia tăng, cùng với yêu cầu hạn chế tối đa tác động lên môi trường và giao thông, khoan định hướng ngang trở thành giải pháp ưu tiên trong thi công ngầm. Trong đó, khoan ngầm bằng robot là bước tiến vượt trội, cho phép điều khiển đường khoan chính xác, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu suất thi công so với thiết bị truyền thống.

Việc bố trí tuyến ống trong khu vực tập trung nhiều hạ tầng ngầm hiện hữu đòi hỏi phương pháp thi công có khả năng xác định vị trí chính xác và tránh va chạm vào các tuyến tiện ích đang hoạt động. Trong điều kiện đó, các phương pháp truyền thống như nổ mìn, đào hở hoặc ép kích đều tồn tại nhiều hạn chế về độ chính xác, mức độ rủi ro và phạm vi áp dụng. Khoan định hướng ngang sử dụng hệ thống định vị tiên tiến, bao gồm cảm biến định vị, công nghệ phát sóng điện từ và robot điều hướng, cho phép thi công nhanh, an toàn, không gây sụt lún và không ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

Trong thi công đường ống tại các khu vực không thể tiếp cận như vượt qua sông, kênh sâu, đường cao tốc, tuyến metro hoặc đường sắt, khoan định hướng ngang thể hiện ưu thế vượt trội so với đào hầm truyền thống. Không cần bố trí hệ thống chống đỡ phức tạp, không cần đào đất với khối lượng lớn, công nghệ HDD giúp giảm thời gian, chi phí và rủi ro thi công, đặc biệt đối với các tuyến ống đường kính lớn bằng vật liệu HDPE, thép hoặc ống nhựa kỹ thuật. Chi phí tổng thể cho khoan định hướng ngang trong nhiều trường hợp thấp hơn so với phương pháp đào hầm truyền thống nhờ hạn chế đáng kể chi phí hoàn trả mặt bằng, chi phí nhân công và thời gian thi công.

Khoan ngang được ứng dụng rộng rãi cho các tuyến ống nước áp lực, khí đốt, cống áp lực, ống bọc cáp và các tuyến ống kỹ thuật trong đô thị. Đặc biệt, các tuyến ống HDPE đường kính lớn thường được lắp đặt bằng phương pháp này do vật liệu HDPE có khả năng uốn cong linh hoạt, chịu lực kéo tốt và phù hợp với yêu cầu thi công theo quỹ đạo cong nông đặc trưng của khoan định hướng ngang.

Quy trình khoan ngang gồm ba giai đoạn chính: khoan thí điểm, doa mở rộng và kéo ống. Việc thi công bắt đầu với công tác khảo sát, lập phương án thiết kế đường khoan và mô phỏng quỹ đạo tránh các chướng ngại vật ngầm. Dữ liệu khảo sát địa chất, địa vật lý và bản đồ hạ tầng kỹ thuật được tích hợp vào hệ thống điều khiển để thiết lập đường khoan tối ưu.

Trong giai đoạn khoan thí điểm, mũi khoan được đẩy từ bề mặt đất đi theo một quỹ đạo cong định trước. Mũi khoan có cấu tạo đầu nghiêng cho phép điều chỉnh hướng đi khi kết hợp lực đẩy và lực xoay. Nếu mũi khoan vừa đẩy vừa xoay liên tục, đường khoan sẽ giữ hướng thẳng theo trục định sẵn. Nếu chỉ đẩy mà không xoay, diện nghiêng của đầu khoan sẽ khiến đường khoan chuyển hướng theo hướng đối diện mặt nghiêng. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ giữa lực đẩy và tốc độ xoay, đường khoan có thể đi vòng qua vật cản, hạ sâu xuống vùng an toàn hoặc nâng lên khi cần vượt qua các lớp đất yếu.

Mũi khoan được trang bị các răng cắt làm từ hợp kim carbide có độ cứng cao, giúp xuyên qua các tầng đất cứng, cuội sỏi hoặc lớp phong hóa dày. Qua hệ thống ống khoan rỗng, dung dịch khoan được bơm ra tại đầu khoan nhằm hỗ trợ phá vỡ kết cấu đất, giảm ma sát và ổn định thành hầm. Đồng thời, dung dịch khoan vận chuyển mùn khoan ra ngoài và giữ áp suất cân bằng nhằm tránh sụt lún mặt đất.

Khi lỗ khoan thí điểm được hoàn thành đến điểm thoát, công tác doa mở rộng được triển khai. Các mũi doa có đường kính tăng dần được gắn vào đầu dây khoan và kéo ngược về phía giàn khoan. Mỗi lần doa mở rộng sẽ nâng đường kính lỗ khoan lên từng mức phù hợp. Đối với ống HDPE, đường kính lỗ khoan thường phải đạt từ 1,2 đến 1,5 lần đường kính ngoài của ống để bảo đảm hệ số ma sát thấp và tạo không gian cho dung dịch khoan bao quanh ống trong quá trình kéo.

Doa mở rộng là giai đoạn quan trọng nhất trong công tác ổn định đường hầm. Nếu tốc độ doa quá nhanh hoặc áp suất dung dịch khoan không phù hợp, thành hầm có thể bị phá vỡ, gây thất thoát dung dịch và tiềm ẩn nguy cơ sụt lún bề mặt. Hệ thống robot điều hướng lắp tại đầu dây khoan cung cấp các thông số liên tục về áp lực, bán kính mở rộng và cấu trúc đất nhằm giúp điều chỉnh quá trình doa phù hợp với điều kiện thực tế.

Khi đường kính hầm đã đạt yêu cầu, công tác kéo ống được tiến hành. Ống HDPE được hàn nối thành một đoạn liền mạch phù hợp với chiều dài tuyến. Tại điểm thoát, đầu kéo được gắn vào đầu ống cùng với khớp xoay có chức năng triệt tiêu mô-men xoắn truyền từ mũi doa. Khi mũi doa được kéo ngược, nó đồng thời kéo theo ống HDPE di chuyển vào trong đường hầm. Dung dịch khoan tiếp tục được bơm vào để giảm ma sát, làm mát và ổn định thành hầm.

Kỹ thuật kéo ống cần đảm bảo tải kéo nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu HDPE. Khi lực kéo tăng đột ngột, nguy cơ biến dạng hoặc kéo giãn ống sẽ tăng lên. Do đó, tốc độ kéo phải được điều chỉnh theo thời gian thực dựa trên dữ liệu đo lường từ cảm biến lực. Các yếu tố như thay đổi địa chất, cong vênh nền đất hoặc mất dung dịch khoan đều có thể khiến tải kéo vượt giới hạn. Trong trường hợp này, đội thi công phải giảm tốc độ kéo và bổ sung dung dịch khoan để phục hồi điều kiện trượt. Nếu dừng kéo trong thời gian dài, thành hầm sẽ co lại, làm tăng đáng kể lực ma sát và nguy cơ bó ống, dẫn đến thất bại của toàn bộ quá trình và có thể phải khoan lại tuyến mới.

Công nghệ khoan ngầm bằng robot đưa quá trình thi công lên mức độ chính xác cao hơn nhờ hệ thống định vị đa cảm biến. Robot điều hướng sử dụng tín hiệu điện từ, sóng siêu âm, radar xuyên đất và hệ thống đo quán tính để xác định vị trí và tư thế mũi khoan trong không gian ba chiều. Nhờ đó, đường khoan được kiểm soát liên tục, tránh va chạm với cơ sở hạ tầng ngầm hiện hữu và giúp hoàn thiện lỗ khoan theo quỹ đạo thiết kế.

Trong điều kiện thi công phức tạp như vượt sông sâu, nền đất yếu hoặc khu vực đô thị có mật độ ngầm cao, robot hỗ trợ cung cấp dữ liệu tức thời cho phép kỹ sư đưa ra điều chỉnh tức thời về độ cong quỹ đạo, tốc độ đẩy, lưu lượng dung dịch khoan và mô-men quay. Hệ thống cảm biến áp suất, độ nghiêng và từ trường giúp robot phát hiện vật cản trước mặt và điều hướng mũi khoan đi vòng qua vật cản.

Công nghệ thăm dò trong khi khoan là một phần quan trọng của khoan ngầm bằng robot. Các thiết bị đo trong khi khoan như MWD và LWD cho phép ghi nhận dữ liệu địa chất, đo điện trở suất, mật độ, áp suất lỗ hổng và xác định ranh giới địa chất. Các tín hiệu này giúp dự báo các tầng đất mềm, tầng cát ngậm nước hoặc đá phong hóa, từ đó thiết kế điều chỉnh chế độ khoan phù hợp nhằm tránh mất dung dịch hoặc gây sụt lún.

Công tác kiểm soát rủi ro phải được thực hiện song song trong toàn bộ quy trình. Các nguy cơ phổ biến bao gồm mất dung dịch khoan vào tầng đất thấm, va chạm vào đường ống hiện hữu, quá tải kéo khi kéo ống, sụt lún bề mặt và kẹt ống trong đường hầm. Để hạn chế rủi ro, đội thi công cần lập kế hoạch dự phòng gồm các phương án bơm dung dịch độ nhớt cao, khoan thả áp, điều chỉnh tốc độ doa hoặc điều hướng lại đường khoan ở những vị trí có địa chất phức tạp.

Phương pháp khoan ngầm HDD và ứng dụng robot điều hướng đã chứng minh hiệu quả trong lĩnh vực xây dựng ngầm, giúp giảm chi phí, tăng độ an toàn và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong các dự án lắp đặt tuyến ống HDPE. Khi các công nghệ định vị, điều khiển và thăm dò trong khi khoan ngày càng hoàn thiện, khoan định hướng ngang sẽ tiếp tục là phương pháp thi công chủ đạo trong các dự án vượt sông, vượt đường và lắp đặt hạ tầng kỹ thuật ngầm tại các đô thị lớn.

ĐƯỜNG ỐNG AN TOÀN HƠN KHI NGẦM HÓA

Khoan ngang hoạt động như thế nào?

Việc bố trí đường ống nằm trong khu vực đông đúc của cơ sở hạ tầng ngầm, trong nhiều trường hợp, một đường ống mới cần được lắp đặt hoặc thậm chí sửa chữa trong một ngày. Các phương pháp thông thường như nổ mìn không thể sử dụng trong thi công. đường ống mới thường có thể được lắp đặt bằng cách khoan định hướng ngang. Cơ sở hạ tầng ngầm liền kề có thể được định vị chính xác, và phương pháp này có rất ít thiệt hại. ( Xem thêm Công nghệ khoan định hướng HDD)

Ở những nơi không thể tiếp cận được phần chính của đường dây chính (ví dụ băng qua sông), chi phí khoan định hướng ngang rẻ hơn nhiều so với đào hầm và nó có thể được sử dụng cho các đường ống có đường kính lớn (ví dụ, đường ống chính).

Ứng dụng ống HDPE-khoan ngang

· Ống nước.

· Khí chính.

· Áp lực cống chính.

· Máng cáp.

Các bước lắp đặt khoan ngang

Kỹ thuật này liên quan đến việc khoan một lỗ thí điểm, thường là dọc theo một vòng cung nông được xác định chặt chẽ, sau đó sử dụng doa hoặc dụng cụ mở lỗ để mở rộng đường kính của lỗ để tạo thành một lỗ đủ lớn để chứa ống HDPE.

Lỗ thí điểm được tạo ra bằng cách sử dụng một mũi khoan. Dạng đơn giản nhất của mũi khoan có mặt đầu nghiêng, được đẩy và quay bởi một cần khoan linh hoạt dài và có độ căng cao. Trong khi thanh quay và đẩy đồng thời, miễn là lỗ không bị lệch bởi bất kỳ vật cản nào, lỗ sẽ chuyển động theo đường thẳng. Nếu bạn chỉ đẩy thanh mà không quay, lỗ sẽ lệch theo hướng ngược lại với mặt nghiêng của mũi khoan. đầu.

Mũi khoan cũng được trang bị răng cacbua xi măng, cho phép nó xuyên qua nền đất cứng. Chất lỏng có thể được bơm qua ống khoan và được bơm ra ngoài bằng tia trong mũi khoan để hỗ trợ hoạt động

Lỗ thí điểm được mở rộng bằng cách sử dụng doa (đất mềm) và dụng cụ mở lỗ (đá) trong giai đoạn mở rộng trước. Dùng mũi doa liên tục với đường kính tăng dần cho đến khi lỗ đủ lớn để chứa ống HDPE. Thông thường đường kính lỗ gấp 1,2 - 1,5 lần đường kính ngoài của ống HDPE.

Đối với đá có đường kính lớn hơn, vật liệu khoan phải được lấy ra khỏi lỗ khoan trong quá trình khoan và doa. Điều này đạt được bằng cách bơm dung dịch khoan ("bùn") xuống bên trong ống khoan, do đó xả vật liệu đã khoan ra khỏi lỗ. Dung dịch khoan thường là huyền phù của bentonit và polyme. Bùn khoan bôi trơn và làm mát dụng cụ khoan và hỗ trợ cho phần ngoại vi của lỗ.

Sau khi hoàn thành việc khoan và doa lỗ đến đường kính cần thiết, ống HDPE có thể được chuẩn bị để được kéo lại bằng cách nối đầu cuối với đầu kéo, khớp quay, mũi doa và ống khoan ở lối ra của mũi khoan. Ống HDPE có đường kính nhỏ hơn có thể được kéo trực tiếp ra khỏi rơ-moóc bằng máy nắn. Đối với các ống thẳng có đường kính lớn hơn, các đoạn ống này thường nên được hợp nhất với nhau để tạo thành một ống có chiều dài liên tục duy nhất trước khi bắt đầu hoạt động kéo vào. Việc lắp đặt phân đoạn với đường kính lớn hơn và đường ống dài hơn yêu cầu sử dụng con lăn ống và các phương tiện khác để đảm bảo rằng đường ống sẽ không bị hỏng trong quá trình kéo trở lại. ( Xem thêm Chào giá dịch vụ khoan ngầm ké ống HPDE và ông thép qua đường QL 1A)

Đặc điểm của việc xây dựng khoan định hướng ngang:

1. Xây dựng khoan định hướng sẽ không cản trở giao thông, không phá hủy không gian xanh, thảm thực vật, sẽ không ảnh hưởng đến trật tự cuộc sống và công việc bình thường của các cửa hàng, bệnh viện, trường học và cư dân, giải quyết sự gián đoạn của việc xây dựng khai quật truyền thống đối với cuộc sống của cư dân, phá hủy giao thông, môi trường, cơ sở tòa nhà xung quanh và ảnh hưởng xấu. 

2. Thiết bị đi qua hiện đại có độ chính xác vượt qua cao, dễ dàng điều chỉnh hướng lắp đặt và độ sâu chôn sâu, khoảng cách đặt vòng cung đường ống dài, hoàn toàn có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế chôn sâu, và có thể làm cho đường ống vượt qua chướng ngại vật dưới lòng đất.

3. Mạng lưới đường ống đô thị thường được chôn sâu dưới ba mét, khi băng qua sông, thường chôn sâu dưới lòng sông 9-18 mét, vì vậy việc sử dụng giàn khoan định hướng ngang để vượt qua, không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, không phá hủy địa hình và môi trường, thích ứng với các yêu cầu bảo vệ môi trường.

4. Khi sử dụng giàn khoan định hướng ngang để vượt qua công việc xây dựng, không có hoạt động dưới nước và dưới nước, không ảnh hưởng đến việc điều hướng sông, không làm hỏng hai bên sông và cấu trúc lòng sông, xây dựng không bị hạn chế theo mùa, với chu kỳ xây dựng ngắn, tỷ lệ thành công cao xây dựng an toàn và đáng tin cậy và các đặc điểm khác.

5. So với các phương pháp xây dựng khác, tốc độ vào và ra khỏi trang web, công trường xây dựng có thể được điều chỉnh linh hoạt, đặc biệt là trong xây dựng thành phố có thể hiển thị đầy đủ lợi thế của nó, và xây dựng chiếm ít chi phí xây dựng thấp, tốc độ xây dựng nhanh chóng.

6. Khi có sông lớn đi qua, do đường ống bị chôn sâu dưới địa tầng 9-18 mét nên trong địa tầng có rất ít ôxy và các chất ăn mòn khác nên có chức năng chống ăn mòn tự nhiên và giữ nhiệt, đường ống có thể chạy lâu hơn.

Xem thêm Dịch vụ thi công khoan ngầm robot qua sông