Công nghệ khoan ngầm HDD và phương pháp khoan kéo ống ngầm

CÔNG NGHỆ KHOAN NGẦM HDD VÀ PHƯƠNG PHÁP KHOAN KÉO ỐNG NGẦM TRONG XÂY DỰNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT

Trong quá trình phát triển hạ tầng kỹ thuật hiện đại, nhu cầu xây dựng và cải tạo các tuyến ống ngầm phục vụ cấp nước, thoát nước, năng lượng, viễn thông và công trình kỹ thuật đô thị ngày càng gia tăng. Đặc biệt tại các khu vực có mật độ giao thông cao, nhiều công trình hiện hữu hoặc yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường và an toàn khai thác, các phương pháp thi công đào hở truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế. Trong bối cảnh đó, công nghệ khoan ngầm HDD (Horizontal Directional Drilling), hay còn gọi là khoan định hướng ngang, đã trở thành một giải pháp kỹ thuật tiên tiến, cho phép lắp đặt các tuyến ống và cáp ngầm với độ chính xác cao và mức độ tác động tối thiểu đến bề mặt.

Khoan ngầm HDD là phương pháp khoan ngầm không đào rãnh, được sử dụng để kéo ngầm các đường ống dẫn nước, đường cáp điện, cáp viễn thông và cáp quang băng qua các chướng ngại như đường bộ, đường sắt, đường thủy và các khu dân cư đông đúc. Phương pháp này cho phép thi công dưới lòng đất theo một quỹ đạo đã được thiết kế trước, hạn chế tối đa việc phá vỡ mặt bằng, giảm gián đoạn giao thông và giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên cũng như sinh hoạt xã hội.

Về nguyên lý, công nghệ khoan ngầm HDD bao gồm ba giai đoạn chính: khoan dẫn hướng (Pilot Hole), khoan mở rộng lỗ (Pre-ream) và kéo ống (Pullback). Ba giai đoạn này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, trong đó chất lượng của giai đoạn khoan dẫn hướng quyết định trực tiếp đến hiệu quả và độ an toàn của toàn bộ quá trình thi công.

Giai đoạn khoan dẫn hướng là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong công nghệ khoan ngầm HDD. Ở giai đoạn này, máy khoan được bố trí tại vị trí xuất phát đã được xác định thông qua công tác khảo sát và thiết kế. Việc lựa chọn vị trí đặt máy khoan phải đảm bảo các yêu cầu về mặt bằng, hướng khoan, độ sâu thiết kế và khả năng kiểm soát quỹ đạo khoan. Trong quá trình khoan dẫn hướng, mũi khoan có đường kính nhỏ được dẫn động xuyên qua nền đất theo quỹ đạo định sẵn.

Để đảm bảo độ chính xác của lỗ khoan dẫn hướng, mũi khoan HDD thường được trang bị bộ phát tín hiệu và kết hợp với hệ thống định vị trên mặt đất. Hệ thống này cho phép theo dõi liên tục các thông số như phương vị, độ nghiêng và độ sâu của mũi khoan, từ đó người vận hành có thể điều chỉnh kịp thời khi có sai lệch so với quỹ đạo thiết kế. Việc khoan dẫn hướng đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị khảo sát độ sâu và kiểm soát hướng khoan có độ chính xác cao, đặc biệt khi thi công qua các khu vực nhạy cảm như dưới đường giao thông hoặc công trình ngầm hiện hữu.

Trong quá trình khoan dẫn hướng, mũi khoan thường được kết hợp với hệ thống “ống rửa” nhằm làm phẳng kênh khoan và ổn định thành lỗ. Dung dịch khoan được bơm liên tục qua hệ thống này để làm mát mũi khoan, vận chuyển mùn khoan ra ngoài và gia cố thành lỗ khoan. Việc kiểm soát thành phần và lưu lượng dung dịch khoan có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì ổn định địa tầng và hạn chế nguy cơ sập lở lỗ khoan.

Khi mũi khoan dẫn hướng chạm đến phía bên kia của tuyến khoan theo đúng vị trí thiết kế, giai đoạn khoan dẫn hướng được coi là hoàn thành. Lúc này, mũi khoan nhỏ được tháo ra và thay thế bằng các mũi khoan hoặc thiết bị doa có đường kính lớn hơn để tiến hành giai đoạn khoan mở rộng lỗ.

Giai đoạn khoan mở rộng lỗ, hay còn gọi là Pre-ream, được thực hiện nhằm mở rộng lỗ khoan dẫn hướng đến đường kính phù hợp với kích thước của ống cần kéo. Quá trình mở rộng thường được tiến hành theo nhiều cấp, mỗi cấp tăng dần đường kính lỗ khoan nhằm giảm lực kéo, hạn chế xáo trộn địa tầng và đảm bảo ổn định thành lỗ. Việc lựa chọn số cấp mở rộng và kích thước mỗi cấp phụ thuộc vào đường kính ống, điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình.

Trong giai đoạn khoan mở rộng, các thiết bị doa chuyên dụng được sử dụng, có khả năng cắt phá đất đá và mở rộng kênh khoan theo hướng ngược lại so với hướng khoan dẫn hướng. Quá trình này thường được thực hiện đồng thời với việc bơm dung dịch khoan nhằm bôi trơn thành lỗ, vận chuyển mùn khoan và cân bằng áp suất đất – nước ngầm. Đối với các tuyến khoan dài hoặc có đường kính lớn, việc mở rộng lỗ khoan theo từng bước là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình.

Sau khi lỗ khoan đã được mở rộng đến đường kính thiết kế, giai đoạn kéo ống (Pullback) được tiến hành. Ở giai đoạn này, ống cần lắp đặt được lắp ráp hoàn chỉnh trên mặt bằng, kiểm tra chất lượng mối nối và liên kết chắc chắn với đầu kéo của thiết bị khoan. Quá trình kéo ống được thực hiện liên tục, với việc kiểm soát chặt chẽ lực kéo, tốc độ kéo và độ ổn định của ống nhằm tránh biến dạng hoặc hư hỏng.

Trong nhiều trường hợp, dung dịch khoan tiếp tục được sử dụng trong giai đoạn kéo ống để giảm ma sát giữa ống và thành lỗ khoan, đồng thời hỗ trợ ổn định địa tầng. Việc kiểm soát lực kéo có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, bởi lực kéo vượt quá giới hạn cho phép có thể gây hư hỏng ống hoặc ảnh hưởng đến độ ổn định của lỗ khoan.

Bên cạnh phương pháp khoan định hướng ngang sử dụng dung dịch khoan, trong một số điều kiện địa chất đặc thù, công tác khoan ngầm có thể kết hợp với các biện pháp hỗ trợ thoát vật liệu khoan và kiểm soát bụi. Trong quá trình khoan các hố ngầm, việc tháo dỡ kịp thời vật liệu khoan ở đáy lỗ và ngăn chặn sự tích tụ lặp lại là yếu tố quan trọng để duy trì hiệu quả khoan. Đối với các phương pháp khoan có sử dụng khí nén, vận tốc không khí trong không gian vòng tròn giữa ống khoan và thành lỗ cần được duy trì trong khoảng phù hợp để đảm bảo khả năng thoát vật liệu khoan.

Trong trường hợp cần tăng khả năng thoát nước và mùn khoan trong lỗ, có thể sử dụng các chất tạo bọt kết hợp với nước và khí nén. Khi được giải phóng, bọt giúp cuốn theo mùn khoan ra khỏi lỗ, đồng thời hỗ trợ ổn định quá trình khoan. Tuy nhiên, việc sử dụng nước và chất tạo bọt cần được kiểm soát chặt chẽ, bởi lượng nước phun quá lớn có thể làm giảm tốc độ khoan và ảnh hưởng đến hiệu quả thi công. Trong các môi trường bão hòa nước, việc thu bụi khô gặp nhiều hạn chế, do đó cần lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện thực tế.

Khoan định hướng ngang có nhiều ưu điểm nổi bật so với các phương pháp thi công truyền thống. Trước hết, phương pháp này cho phép lắp đặt các tuyến ống và cáp ngầm mà không cần đào rãnh, từ đó giảm thiểu tối đa tác động đến mặt đường, công trình hiện hữu và môi trường xung quanh. Việc thi công chủ yếu diễn ra dưới lòng đất giúp duy trì hoạt động bình thường của giao thông và sinh hoạt xã hội, đặc biệt tại các khu vực đô thị và tuyến giao thông quan trọng.

Bên cạnh đó, công nghệ khoan ngầm HDD cho phép kiểm soát chính xác quỹ đạo khoan, phù hợp với các tuyến ống có yêu cầu cao về độ chính xác hình học. Khả năng khoan theo quỹ đạo cong giúp phương pháp này thích ứng tốt với các điều kiện địa hình và địa chất phức tạp, cũng như tránh được các chướng ngại vật ngầm trong quá trình thi công.

Về mặt kinh tế, mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho thiết bị và công nghệ khoan ngầm HDD có thể cao hơn so với phương pháp đào hở, nhưng xét trên tổng thể vòng đời dự án, phương pháp này mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Việc giảm thiểu chi phí hoàn trả mặt bằng, hạn chế gián đoạn giao thông và giảm rủi ro sự cố giúp tiết kiệm đáng kể chi phí gián tiếp và chi phí xã hội.

Trong điều kiện Việt Nam, với hệ thống giao thông ngày càng phát triển, mật độ đô thị cao và yêu cầu ngầm hóa hạ tầng kỹ thuật ngày càng lớn, công nghệ khoan ngầm HDD được xem là giải pháp phù hợp với định hướng phát triển bền vững. Việc áp dụng hiệu quả công nghệ này đòi hỏi sự chuẩn bị kỹ lưỡng về khảo sát, thiết kế, lựa chọn thiết bị và tổ chức thi công, cũng như tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định an toàn.

Trong tương lai, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các hệ thống khoan định hướng, thiết bị định vị và vật liệu ống sẽ tiếp tục được cải tiến, mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ khoan ngầm HDD. Việc nghiên cứu, chuẩn hóa và nâng cao năng lực triển khai công nghệ này có ý nghĩa quan trọng trong việc đáp ứng yêu cầu xây dựng hạ tầng kỹ thuật hiện đại, an toàn và bền vững.

Công nghệ khoan ngầm HDD và phương pháp khoan kéo ống ngầm 

Đối với thông tin về công nghệ khoan ngầm HDD hoặc Khoan định hướng ngang là một phương pháp khoan ngầm để kéo ngầm các đường ống dẫn nước, đường cáp điện, cáp quang thường là để băng qua đường bộ hoặc đường thủy đường sắt và các khu dân cư đông đúc. Phương pháp này bao gồm ba giai đoạn là Pilot Hole khoan dẫn hướng, Pre-ream khoan mở rộng lỗ khoan và Pullback kéo ống qua lỗ khoan. Ở giai đoạn Lỗ thí điểm khoan định hướng, máy khoan thường sẽ tìm một vị trí thích hợp để khoan. Việc khoan cần phải có dụng cụ khảo sát độ sâu, và mũi khoan phải đi kèm với 'ống rửa' để làm phẳng kênh. Khi mũi khoan chạm đến phía bên kia, sau đó một mũi khoan lớn hơn khác được kéo để tạo một lỗ doa lớn hơn. Điểm của mũi khoan này phải giống với kích thước của ống được kéo. Cuối cùng, ống cần kéo được gắn chặt vào mũi khoan và kéo về khu vực lỗ ban đầu.

Khoan các hố ngầm và thoát betonite, Chỉ cần tháo đá dằn ở đáy lỗ kịp thời và ngăn chặn sự cố lặp lại có thể khoan hiệu quả vào trò chơi. Vì lý do này, vận tốc không khí trong không gian vòng tròn giữa ống khoan và thành lỗ phải được giữ trong khoảng 25-45m / s. Khí thải thoát ra từ bộ tác động không đủ. Nói chung, cần tăng áp suất thổi trực tiếp lỗ đáy chiếm 20% -40% tổng lượng tiêu thụ. Để tăng khả năng thoát nước trong lỗ, có thể sử dụng bọt để loại bỏ nhựa, tức là thêm nước vào trong nước, và một số lượng nhất định chất tạo bọt được đưa vào bộ tác động bằng khí nén. Khi nó được giải phóng, một lượng lớn bọt được tạo ra, và dằn được lấy từ lỗ. Khi sử dụng chất tạo bọt,
Một số lượng lớn các cửa hút bụi chứa môi trường ô nhiễm trong chấn lưu đá thường bơm một lượng nước nhỏ vào khí điều áp cho bụi ẩm ướt, dễ bám vào. Tuy nhiên, lượng nước phun vào không được quá nhiều, nếu không sẽ làm giảm tốc độ khoan. Mặc dù thu bụi khô cũng là một phương pháp loại bỏ bụi, nhưng việc sử dụng nó trong các hầm lò bão hòa nước và các mỏ hầm lò còn hạn chế.

Khoan ngang: ưu điểm và công nghệ thực hiện trong khoan ngầm HDD

Khoan định hướng ngang (HDD) là một phương pháp đặt đường ống, cũng như dây cáp mà không cần đào rãnh, được thực hiện theo quy luật, dưới đường bộ và đường sắt. Để thực hiện phương pháp này, các kỹ thuật đặc biệt được sử dụng, bao gồm giàn khoan định hướng. Với sự trợ giúp của cài đặt như vậy, công việc được thực hiện 90% dưới lòng đất.

1 Mục đích chính và ưu điểm của phương pháp khoan ngầm HDD
2 Yêu cầu thiết bị
3 Công việc chuẩn bị trước khi lắp thiết bị khoan ngầm HDD
4 Giải pháp thí điểm thích hợp
5 Mở rộng
6 Lắp đặt đường ống dẫn nước
Mục đích và ưu điểm chính của phương pháp khoan ngầm HDD là Phương pháp khoan định hướng ngang ngày nay được coi là rất phổ biến. Trước hết, điều này là do việc sử dụng phương pháp này có thể làm giảm chi phí tài chính cho việc lắp đặt đường ống từ 2,5–3 lần.

Hãy xem xét các nhiệm vụ chính được thực hiện thông qua phương pháp này:

Lắp đặt các đường ống sẽ đóng vai trò như một tấm chắn (vỏ bọc) cho các loại cáp điện khác nhau;
Công nghệ khoan ngầm robot HDD cho phép lắp đặt các đường ống không có cống vận chuyển nước uống hoặc nước thải.
Một lỗ thủng dưới đường ray hoặc đường ray là lựa chọn duy nhất để lắp đặt thông tin liên lạc mà không cần đào một con mương truyền thống.
Các lỗ thủng ngầm dưới các con đường hoặc các công trình kỹ thuật khác cho phép bạn lưu lại cảnh quan thiên nhiên, đây cũng là một lợi thế quan trọng. Xem xét các ưu điểm của các HDD khác ngoài chi phí tài chính, chi phí lao động cũng được giảm bớt, do công việc chính được thực hiện bởi các thiết bị đặc biệt;
Với sự trợ giúp của một lỗ thủng ngầm, có thể đặt các đường ống hoặc kênh cáp không chỉ bên dưới tuyến đường vận chuyển mà còn ở dưới vùng nước, công việc như vậy không đòi hỏi một số lượng lớn người. Theo quy định, một đội khá nhỏ gồm 3-5 người. Khoan giếng ngang có thể được coi là một phương pháp khoan ngầm độc đáo, công nghệ khoan ngầm của nó giúp loại bỏ tác hại môi trường và giảm chi phí lao động, cũng như chi phí tiền mặt.
Yêu cầu thiết bị Tất cả các thiết bị dùng để khoan theo phương pháp HDD được chia thành nhiều loại chính:
Thiết bị máy khoan theo phương ngang của HDD;
hệ thống định vị để khoan; phụ kiện nhỏ (kim bấm, khóa, v.v.).
Cần có hệ thống định vị để khoan giếng ngang để thiết lập quyền kiểm soát đối với mũi khoan. Điều này rất quan trọng, bởi vì quá trình huấn luyện diễn ra trong lòng đất trong quá trình hoạt động, tức là bên ngoài vùng khả kiến. Hệ thống như vậy giúp mũi khoan không bị va chạm với các chướng ngại vật khác nhau có thể làm hỏng thiết bị khoan.
Hệ thống định vị để kiểm soát quy trình làm việc được trang bị một đầu dò mini, được yêu cầu để phát hiện các chỉ dẫn định vị trong quá trình khoan. Đầu dò mini được gắn trên đầu khoan và trên thiết bị. Dữ liệu được gửi bởi đầu dò sẽ được gửi đến người vận hành, điều này sẽ chỉnh sửa quy trình làm việc.
Cần lưu ý rằng thiết bị cho HDD khá đắt và nói đến thiết bị chuyên nghiệp thì máy khoan ngang (UGB) có thể có nhiều cấu hình khác nhau, tuy nhiên tất cả các máy đó đều bao gồm các yếu tố cấu tạo sau: thân máy; động cơ; khung gầm.

Phần chức năng của thiết bị khoan ngầm bao gồm ba thành phần chính: phần tử khoan; khoảng thời gian cung cấp nước cho bộ phận khoan (điều này cần thiết để làm mát mũi khoan); Bảng điều khiển.
Tất cả được phân loại theo một chỉ số chính - mức độ hấp dẫn ranh giới. Các tính năng khác của máy này bao gồm: các chỉ báo mặt cắt mà máy đó có thể thực hiện;
chiều dài kênh tối đa; tốc độ sử dụng của bê tông (l / phút);
Việc sử dụng phương pháp khoan ngang cũng tính đến bán kính uốn lớn nhất của cần khoan. Chỉ số này được coi là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến chuyển động của giàn khoan và khả năng vượt qua các chướng ngại vật khác nhau.
Các thiết bị sau đây đề cập đến thiết bị thứ cấp: các phần tử hiệu chỉnh; bộ chuyển đổi;
các nhà phát triển; thiết bị bơm; máy phát điện, chạy bằng điện; thiết bị chiếu sáng.
Máy khoan nằm ngang phải được lựa chọn chính xác, phù hợp với tất cả các yếu tố đã liệt kê ở trên.

Công việc chuẩn bị trước khi lắp thiết bị khoan HDD: Khoan ngang liên quan đến các lỗ thủng do thiết bị chuyên nghiệp thực hiện. Tuy nhiên, trước khi bắt đầu khoan xuống đường, cần phải làm công việc chuẩn bị.
Khoan ngang Việc khoan ngang cần công việc chuẩn bị: Trước hết, bạn cần cung cấp một nền phẳng cho giàn khoan. Để làm được điều này, cần phải san bằng vị trí đặt máy có kích thước khoảng 10x15 m. Ngoài ra, trong một số tình huống nhất định, bạn không thể làm điều đó nếu không chuẩn bị các phím tắt cho tổ hợp khoan.

Một nền tảng cho thiết bị khoan được cung cấp ở nơi sẽ đặt giếng. Sau khi hoàn thiện mặt bằng cần lắp đặt các thiết bị khoan và đặt đúng vị trí để tiến hành khoan thủng.
Ngoài ra, nó là tốt để đặt các tấm nền cho thiết bị. Sự kiện được tiến hành bằng máy khoan. Tiếp theo, bạn cần điều chỉnh góc đi vào của mũi khoan với mặt đất.
Hướng khoan ngang của hướng ngang HDD được thực hiện có tính đến các biện pháp an toàn, cũng như tất cả các quy chuẩn xây dựng được yêu cầu. Trong quá trình khoan, một dung dịch bentonite đặc biệt được sử dụng. Thiết bị cung cấp giải pháp này phải ở bên cạnh của giàn khoan hướng ngang. Khoảng cách giữa UGNB và nơi lắp đặt để chuẩn bị bentonit phải ít nhất là 10 m. Dung dịch bentonite thực hiện các chức năng sau: tăng cường thành lỗ ống dẫn và cũng giải pháp này giúp loại bỏ đất khỏi cống.
Tại các lối vào và lối ra của các ống dẫn, nên bố trí các lỗ đặc biệt để sử dụng dung dịch dư thừa. Ngoài ra, cần có liên lạc vô tuyến liên tục giữa người đứng đầu quá trình khoan và người vận hành thiết bị. Cân nhắc những việc cần làm khác để chuẩn bị cho việc khoan ngang, xác định vị trí mà tiện ích ngầm đi qua, để không bị thương trong quá trình khoan để nghiên cứu thành phần đất và các đặc tính của nó. Điều này là bắt buộc để chọn tuyến khoan tối ưu.

Xem thếm khoan ngầm kéo ống lồng qua đường