Công nghệ khoan ngầm kéo ống

Công nghệ khoan ngầm kéo ống – Công ty CP Tư vấn Đầu tư và Thiết kế Xây dựng Minh Phương

Trong những năm gần đây, công nghệ khoan ngầm kéo ống đang được sử dụng rộng rãi để lắp đặt các đường ống, ống dẫn, dây cáp ngầm với nhiều mục đích sử dụng khác nhau (vận chuyển khí đốt, cáp điện, ống nước, tín hiệu, v.v.). Lý do tại sao kỹ thuật này thuận tiện là nó tác động tối thiểu đến khu vực xung quanh, tiết kiệm chi phí và không tốn thời gian như đào truyền thống. Trong thực tế, khoan đặt ống ngầm là việc thực hành các giếng không theo phương thẳng đứng. Ba nhóm chính thường được xem xét: khoan định hướng mỏ dầu, khoan định hướng lắp đặt tiện ích (khoan định hướng ngang, hoặc ổ cứng), và bề mặt trong vỉa, theo chiều ngang giao với mục tiêu giếng đứng để khai thác khí mê-tan ở đáy than.

GPR có thể được sử dụng để theo dõi và kiểm tra hướng chính xác của quá trình khoan cũng như theo dõi sự thẩm thấu của chất lỏng đất sét bentonit được bơm dưới áp lực trong khi khoan đất. Điều này rất quan trọng vì sự xâm nhập của đất sét vào cuối cùng của mặt đường hoặc kết cấu có thể gây ra sự mất ổn định, biến dạng và hư hỏng.

Để không làm xáo trộn kênh nước qua lại với công việc đào lắp đặt đường ống, Công nghệ tiên tiến của Khoan ngang định hướng (HDD) được sử dụng để thay thế. HDD là một phương pháp lắp đặt đường ống và cáp ngầm không có rãnh có thể đảm bảo được theo hình vòng cung nông dọc theo đường khoan quy định bằng cách sử dụng một giàn khoan phóng trên bề mặt. Nó giúp loại bỏ nhu cầu cắt đường, giảm thời gian và chi phí xây dựng và thân thiện với môi trường so với các phương pháp đào rãnh truyền thống.

Một hoạt động Khoan ngang định hướng có kế hoạch tốt bao gồm khảo sát sơ bộ khu vực đường khoan liên quan đến các đường hiện có khác và tình trạng đất. Việc lựa chọn đơn vị khoan phụ thuộc vào chiều dài lỗ khoan, đường kính ống được lắp đặt và chất lượng đất. Công trường bắt đầu bằng việc khoan lỗ thí điểm từ bề mặt ở một bên của chướng ngại vật được vượt qua; kênh dẫn nước trong dự án này. Sau đó, tiếp tục khoan dọc theo một biên dạng được thiết kế bên dưới và vượt ra ngoài chướng ngại vật để thoát ra ở bề mặt phía bên kia.

Một lỗ khoan thí điểm được phóng từ bề mặt theo góc từ 6 đến 15 độ so với phương ngang và chuyển sang phương ngang khi đạt đến độ sâu cần thiết. Thường đi theo đường khoan có độ cong từ từ hoặc gần thẳng hàng để giảm thiểu ma sát, do đó giảm thiểu nguy cơ dây ống bị treo lên đất hoặc làm hỏng dây ống.

Giai đoạn tiếp theo là doa lỗ khoan hoa tiêu đến đường kính đủ lớn để chấp nhận đường ống. Điều này được thực hiện bằng cách kéo các mũi doa ngày càng lớn hơn, hoặc đầu doa, từ hố thoát ống đến hố nhập. Có thể cần thực hiện một số thao tác doa để đạt được kích thước đường khoan thích hợp.

Khoan ngang định hướng được thực hiện với sự trợ giúp của chất lỏng nhớt được gọi là dung dịch khoan. Nó là hỗn hợp của nước và thường là bentonit được bơm liên tục để tạo điều kiện tháo hom, ổn định lỗ khoan, làm mát đầu khoan cắt, và bôi trơn đường ống dẫn sản phẩm. Dung dịch khoan giữ hom ở trạng thái huyền phù để tránh làm tắc lỗ khoan. Một lỗ khoan bị tắc nghẽn tạo ra áp lực ngược lên đầu cắt, làm chậm quá trình sản xuất.

 

Một công đoạn rất quan trọng trước khi có thể kéo ống qua đường khoan là thao tác hàn.

Quá trình hàn được thực hiện trong nhiều giai đoạn và sử dụng một số thông số. Trước hết, vùng hàn phải được bảo vệ từ các điều kiện thời tiết không phù hợp và các bề mặt được nối phải không bị hư hại và không có tạp chất hoặc các hạt rời. Các đường ống phải được căn chỉnh khi chúng được kẹp vào máy hàn sao cho các bề mặt song song với nhau.

Cạo bề mặt là giai đoạn tiếp theo của quá trình hàn; máy cạo râu được giới thiệu, bật và điều chỉnh tốc độ phù hợp. Nó chỉ có thể dừng lại sau khi một dải HDPE liên tục bị bong ra trên cả hai mặt của máy cạo râu; nếu không, nó sẽ tạo ra một vết cắt cuối và thao tác cạo sẽ phải được lặp lại. Sau khi cạo xong, các đường ống phải được căn chỉnh lại và phải làm sạch tất cả các vụn vụn xung quanh.

Sau đó, nhiệt của gương (tấm sưởi) được điều chỉnh để đạt đến nhiệt độ làm việc và các ống được đẩy vào nhau chống lại nó. Sau đó, áp suất được nâng lên đến một giới hạn nhất định rồi thả xuống trong một khoảng thời gian sau đó gương được loại bỏ và các đường ống được ép lại với nhau trong một giai đoạn được gọi là phản ứng tổng hợp các bề mặt. Thao tác này phải được thực hiện khá nhanh vì có giới hạn thời gian từ khi tháo gương cho đến khi hai ống được ép vào nhau đạt đến áp suất nhiệt hạch. Cuối cùng, mối nối tạo thành phải không bị xáo trộn trong một khoảng thời gian được gọi là thời gian làm mát trong đó áp suất nhiệt hạch phải được duy trì. Liên kết nhiệt hạch xảy ra khi mối nối nguội đi dưới nhiệt độ nóng chảy của vật liệu.

CÔNG NGHỆ KHOAN NGẦM KÉO ỐNG – GIẢI PHÁP CHUYÊN SÂU CHO LẮP ĐẶT ĐƯỜNG ỐNG VÀ CÁP NGẦM TRONG HẠ TẦNG HIỆN ĐẠI

1. Bối cảnh phát triển và yêu cầu kỹ thuật trong thi công ngầm

Sự phát triển mạnh mẽ của đô thị hóa, công nghiệp hóa và chuyển đổi số đã làm gia tăng nhu cầu xây dựng hệ thống hạ tầng kỹ thuật ngầm với quy mô lớn và độ phức tạp cao. Các hệ thống như cấp nước, thoát nước, năng lượng, viễn thông, giao thông ngầm… đều yêu cầu giải pháp thi công tiên tiến nhằm đảm bảo tính bền vững, an toàn và hiệu quả lâu dài.

Trong khi đó, phương pháp đào mở truyền thống ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế như chiếm dụng mặt bằng lớn, gây gián đoạn giao thông, ảnh hưởng đến môi trường và tiềm ẩn rủi ro đối với các công trình lân cận. Điều này đặc biệt nghiêm trọng tại các đô thị lớn, nơi mật độ dân cư cao và hệ thống hạ tầng ngầm chồng chéo.

Công nghệ khoan ngầm kéo ống (trenchless pipe installation) ra đời như một giải pháp tất yếu, cho phép triển khai các tuyến ống và cáp ngầm với mức độ can thiệp bề mặt tối thiểu, đồng thời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật ngày càng khắt khe.

2. Khái niệm chuyên sâu và phân loại công nghệ

Khoan ngầm kéo ống là tập hợp các phương pháp thi công không đào mở, sử dụng các kỹ thuật cơ học, thủy lực hoặc kết hợp để đưa đường ống hoặc cáp vào vị trí thiết kế trong lòng đất mà không cần đào rãnh liên tục.

Các công nghệ chính bao gồm:

• Khoan định hướng ngang (HDD)
• Khoan kích ngầm (Pipe Jacking)
• Khoan vi sai (Microtunneling)
• Thay thế ống không đào (Pipe Bursting)
• Lót ống (CIPP – Cured In Place Pipe)

Mỗi phương pháp có nguyên lý hoạt động và phạm vi ứng dụng riêng, phù hợp với từng điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật cụ thể.

3. Nguyên lý cơ học và tương tác đất – ống

Một trong những yếu tố cốt lõi của công nghệ khoan ngầm là sự tương tác giữa ống và môi trường đất xung quanh. Quá trình thi công chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố cơ học:

• Lực ma sát giữa ống và đất
• Áp lực đất xung quanh
• Lực kéo hoặc lực kích
• Ứng suất trong vật liệu ống
• Biến dạng đất trong quá trình thi công

Trong phương pháp HDD, sự hiện diện của dung dịch khoan giúp giảm ma sát và ổn định thành lỗ, từ đó giảm lực kéo. Ngược lại, trong khoan kích ngầm, lực cơ học trực tiếp đóng vai trò chủ đạo, yêu cầu ống có khả năng chịu lực cao.

Việc tính toán chính xác các lực này là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công.

4. Quy trình thi công tổng thể

Mặc dù mỗi công nghệ có đặc thù riêng, quy trình thi công khoan ngầm kéo ống thường bao gồm các bước chính:

4.1. Khảo sát và phân tích địa chất

Đây là bước quan trọng nhất, bao gồm:

• Khoan khảo sát địa chất
• Phân tích thành phần đất
• Xác định mực nước ngầm
• Đánh giá rủi ro địa kỹ thuật

4.2. Thiết kế kỹ thuật

Bao gồm:

• Lựa chọn phương pháp thi công
• Thiết kế tuyến ống
• Tính toán lực kéo/lực kích
• Lựa chọn vật liệu ống

4.3. Chuẩn bị thiết bị và mặt bằng

• Lắp đặt máy khoan hoặc hệ thống kích
• Chuẩn bị dung dịch khoan (nếu có)
• Bố trí hệ thống định vị

4.4. Thi công lắp đặt

• Khoan tạo lỗ hoặc đào đất
• Kéo hoặc kích ống vào vị trí
• Kiểm soát hướng tuyến

4.5. Kiểm tra và nghiệm thu

• Kiểm tra độ chính xác tuyến
• Đánh giá chất lượng ống
• Kiểm tra hệ thống vận hành

5. Ưu điểm kỹ thuật và kinh tế

5.1. Tối ưu hóa không gian đô thị

Khoan ngầm giúp tận dụng không gian dưới lòng đất mà không ảnh hưởng đến bề mặt, đặc biệt quan trọng trong đô thị đông đúc.

5.2. Giảm thiểu chi phí gián tiếp

Bao gồm:

• Chi phí hoàn trả mặt đường
• Chi phí gián đoạn giao thông
• Chi phí ảnh hưởng đến kinh doanh

5.3. Nâng cao độ bền công trình

Các tuyến ống được lắp đặt chính xác, ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài, từ đó tăng tuổi thọ.

5.4. Tính linh hoạt cao

Có thể thi công trong nhiều điều kiện địa chất và môi trường khác nhau.

6. Ứng dụng đa lĩnh vực

Công nghệ khoan ngầm kéo ống được ứng dụng rộng rãi trong:

6.1. Hạ tầng đô thị

• Hệ thống cấp nước
• Hệ thống thoát nước
• Cáp viễn thông

6.2. Ngành năng lượng

• Đường ống dẫn dầu
• Đường ống khí
• Hệ thống điện ngầm

6.3. Công trình giao thông

• Vượt đường cao tốc
• Vượt đường sắt
• Vượt sông

6.4. Bảo vệ môi trường

• Hệ thống xử lý nước thải
• Dự án cải tạo môi trường

7. Rủi ro kỹ thuật và biện pháp kiểm soát

Các rủi ro phổ biến bao gồm:

• Sập lỗ khoan
• Kẹt thiết bị
• Frac-out (thoát dung dịch khoan)
• Sai lệch tuyến

Biện pháp kiểm soát:

• Khảo sát địa chất chi tiết
• Thiết kế hợp lý
• Giám sát liên tục
• Đào tạo nhân lực

8. Tiêu chuẩn và xu hướng quốc tế

Hiện nay, nhiều tiêu chuẩn quốc tế được áp dụng trong thi công khoan ngầm như:

• ASTM
• ISO
• EN

Xu hướng phát triển bao gồm:

• Tự động hóa
• Ứng dụng AI
• Vật liệu mới
• Giảm phát thải môi trường

9. Định hướng phát triển tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ khoan ngầm đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi, đặc biệt tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP.HCM.

Tuy nhiên, vẫn cần:

• Nâng cao năng lực kỹ thuật
• Đầu tư thiết bị hiện đại
• Hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật
• Đào tạo nguồn nhân lực

10. Kết luận

Công nghệ khoan ngầm kéo ống là một trong những giải pháp quan trọng nhất trong thi công hạ tầng kỹ thuật hiện đại. Với khả năng lắp đặt đường ống và cáp ngầm hiệu quả, an toàn và ít ảnh hưởng đến môi trường, công nghệ này đang trở thành xu hướng tất yếu trên toàn thế giới.

Việc áp dụng đúng kỹ thuật, kết hợp với quản lý hiệu quả và đầu tư hợp lý sẽ giúp khai thác tối đa tiềm năng của công nghệ này trong phát triển hạ tầng bền vững.

 

Xem thêm các bài viết khác

Khoan ngầm HDD qua đường quốc lộ xem tai đây