Khoan ngầm dẫn hướng (HDD)

Khoan ngầm dẫn hướng (HDD)

Khoan ngầm dẫn hướng ngang (HDD) là một kỹ thuật không rãnh được phát triển vào những năm 1980 bắt nguồn từ việc khoan dầu (khoan, thanh, dẫn hướng ...). So với đường hầm siêu nhỏ, nó có ưu điểm là được đặt từ bề mặt, vì quỹ đạo cong của mũi khoan định hướng cho phép ống đi qua các chướng ngại vật từ bề mặt, do đó không xảy ra tình trạng đào đáng kể. Nó cũng thể hiện những lợi thế của việc khoan mà không cần mương, lắp đặt trực tiếp đường ống mà không có sự can thiệp của con người trong phòng trưng bày đục lỗ. Khoan định hướng thường được sử dụng để giảm chi phí và thời gian giao hàng, để hạn chế gián đoạn giao thông và cũng tăng cường an toàn của môi trường.

Các lĩnh vực ứng dụng của nó rất đa dạng: Thiết bị đầu cuối khí đốt, hệ thống sưởi ấm, cấp nước uống, ống bảo vệ cáp, v.v.

Phương pháp khoan ngầm dẫn hướng càng thân thiện với môi trường càng tốt, giảm thiệt hại cho môi trường. Chỉ có thiệt hại nhỏ nhất được gây ra gần bộ phận khoan. Ngoài ra, có một số lý do để sử dụng khoan định hướng ở các trung tâm thành phố. Đổi lại, những điều này chủ yếu liên quan đến chi phí và thời gian xây dựng, cho phép các quy trình và chuyển động trên mặt đất khi so sánh với các phương pháp đào rãnh thông thường .

Có hai loại khoan định hướng ngang:

• Khô: Định cấu hình cho các đoạn nhỏ hơn 200 mm và chiều dài ứng dụng lên đến 240m.
• Ướt: Đối với các đoạn từ 100 đến 1200 mm và chiều dài thi công lên đến 1700m.

Nguyên lý hoạt động của khoan ngầm dẫn hướng

Để giải thích hoạt động của phương pháp khoan ngầm này, cần mô tả các giai đoạn của dự án:

Trong quá trình nghiên cứu sơ bộ, chúng tôi đã xác định khu vực sẽ tiến hành dẫn điện, tính chất của các loại đất được tìm thấy và các mạng lưới hiện có. Sau nghiên cứu này, mũi khoan được chọn. Sự lựa chọn này phụ thuộc vào đường kính khoan, đường kính ống được lắp đặt và loại đất tìm thấy. 3 thành phần này sẽ cung cấp cho chúng ta lực kéo mà máy của chúng ta phải đáp ứng.

Cần lưu ý rằng, mặc dù việc ứng dụng bentonit có thể làm giảm lực kéo của khoan thí điểm và lực kéo đường ống, nhưng nó đã được chứng minh rằng kỹ thuật khoan ngầm dẫn hướng không thể thực hiện được trong điều kiện đất khó khăn với các thành phần hạt thô có lẫn đất đá đáng kể hoặc các vết cắt vật liệu xây dựng. Khi đã có được lực kéo này, loại máy được chọn được chia thành 4 loại:

1 Khoan thí điểm

Sau khi lựa chọn, phải tiến hành khoan thí điểm, mục đích là tiến hành khoan trước, trong đó điều khiển vị trí cũng như quỹ đạo của nó. Nó liên quan đến sự thâm nhập vào đất của một loạt các thanh, dưới tác dụng tổng hợp của lực đẩy và chuyển động quay của đầu khoan, sẽ đi theo đường mong muốn. Đến lượt nó, loại thứ hai được trang bị các vòi phun để phun nước hoặc khoan bùn chịu trách nhiệm cho các vai trò khác nhau: bôi trơn dụng cụ, củng cố đường hầm và thúc đẩy việc sơ tán các vết cắt.

Khi quá trình lắp ráp diễn ra, các thanh có chiều dài thay đổi theo mũi khoan được thêm vào và trong giai đoạn này, quỹ đạo được theo dõi và kiểm soát. Một đầu dò máy phát được đặt bên trong đầu khoan cho phép thông tin thường trực cho người vận hành (nằm trên bề mặt), độ sâu, vị trí, độ nghiêng và hướng của nó. Việc truyền thông tin được thực hiện bằng sóng điện từ cho phép người điều khiển hướng dẫn việc khoan. Trên thực tế, phần trước của đầu không đối xứng và có thể thay đổi quỹ đạo của nó bằng cách tác động một xung lực mà không cần quay dây khoan. Ngay sau khi tiêu đề mong muốn được thay đổi, chỉ cần tiếp tục quay để đường dẫn thanh truyền thẳng trở lại là đủ.

Khoan thí điểm là bước quan trọng nhất trong khoan ngầm dẫn hướng HDD, vì giai đoạn này quyết định đường đi cuối cùng của đường ống. Trong quy trình này, một đầu khoan phụt (được trang bị “dụng cụ dẫn hướng”) được kết nối với phần cuối của các ống rửa. Ngoài ra, chuyển động quay của dụng cụ dẫn hướng cho phép định hướng đầu khoan theo nhiều cách khác nhau và khi được định vị theo một hướng cụ thể, đầu khoan sẽ quay theo hướng đó.

Bằng cách xoay các thanh khoan 90 ° hoặc 180 °, hoặc sang trái hoặc sang phải, đầu khoan có thể "không giới hạn" tránh các chướng ngại vật nhất định. Vị trí của nó được minh họa bằng một "đồng hồ" có thể nhìn thấy bởi hệ thống đo lường. Bằng cách để các trục chạy liên tục, đầu khoan sẽ đơn giản là vẫn thẳng và không đổi hướng. Trong quá trình khoan thí điểm, điều quan trọng là phải có đủ bentonite để cung cấp một giếng đã được hình thành tốt để tạo điều kiện cho các bước tiếp theo.

Sau khi hoàn thành việc khoan thí điểm, đầu khoan được tháo rời. Một mũi doa thích ứng với tính chất của đất và loại ống sẽ được lắp đặt được đặt ở cuối chuỗi khoan. Theo nghĩa này, việc khoan thử nghiệm sau đó được tăng dần theo đường kính, tùy thuộc vào loại đất, cho đến kích thước cuối cùng của nó. Có một số loại doa tùy thuộc vào loại địa hình vượt qua:

• Doa có vây hoặc tán thích hợp cho vật liệu đồng nhất (đất sét, cát nén)
• Doa đầm xoắn thích hợp cho đất không đồng nhất
• Doa dạng sáo, là một trong những loại linh hoạt nhất. Trên thực tế, hình dạng xoắn của nó cho phép nó đáp ứng với bất kỳ loại đất nào
• Doa bánh xe phù hợp với địa hình đá
• Doa piston, được sử dụng trong giai đoạn cuối khi thiết kế ống, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt sau này bằng cách làm nhẵn thành hầm.

Trong giai đoạn cuối cùng của quá trình khoan ngầm dẫn hướng, ống được gắn vào mũi doa và được kéo vào giếng, sử dụng một "xoay", mục đích của việc này là ngăn ống quay. Khi khoan, điều quan trọng là phải tôn trọng thời gian của bạn, được tính toán dựa trên lượng đất cần vận chuyển và công suất bơm bentonite của máy bơm. Nếu người đó thực hiện quá nhanh trong quá trình khoan, cát có thể tích tụ lại, vì tốc độ hỗn hợp xả nhỏ hơn tốc độ cần thiết để vận chuyển cát.

Dung dịch khoan có 5 chức năng khác nhau:
• Vận chuyển đất tách rời
• Giữ cho tầng hầm tách rời “trong dung dịch”
• Duy trì sự ổn định của lỗ bằng cách đặt một lớp màng
• Bôi trơn
• Làm mát

Việc lắp đặt các ống bắt đầu bằng việc lắp bề mặt. Thủ tục này phụ thuộc vào đặc điểm đường ống: ống thép được hàn trong khi ống gang được lắp ráp bằng hệ thống khóa. Sau đó, ống được định vị trên một đường dốc kéo, được trang bị các con lăn hoặc thả nổi trong một rãnh chứa đầy nước. Các thiết bị khác nhau này được thiết kế để giảm ma sát trong quá trình lắp đặt. Ống, có thể là ống cuối hoặc vỏ bọc để nhận một hoặc nhiều ống, được gắn phía sau doa piston và sau đó được kéo đến điểm vào. Sử dụng các dụng cụ và dụng cụ phù hợp, có thể kéo nhiều ống đồng thời, do đó tránh được việc lắp đặt vỏ bọc. Như đã chỉ ra trước đây, trong giai đoạn khoan cuối cùng, đường ống được gắn vào bằng một khớp nối và do đó được kéo vào lỗ.

2 Các thông số khoan

Khi khoan ngầm dẫn hướng, có 3 tiêu chí quan trọng cần tính toán và tôn trọng:

• Bán kính cong
• Nắp
• Lỗ

Bán kính cong

Để xác định vị trí của trục khoan, bán kính tối thiểu phải biết độ cong cho phép. Chúng ta phải phân biệt:

• Bán kính cong tối thiểu cho phép đối với cần khoan. Điều này được đưa ra bởi nhà sản xuất que.
• Bán kính tối thiểu cho phép để các ống được đặt vào vị trí.

Bán kính cong tối thiểu cho phép sau đó được cho bởi lớn hơn trong hai. Báo cáo cuối cùng của nhóm công tác Ruhrgas AG năm 1996 khuyến nghị sử dụng các mối quan hệ thực nghiệm sau đây cho các ống có đường kính lớn hơn 400mm (dựa trên các quan sát từ các thí nghiệm hiện trường).

Lớp là khoảng cách giữa đỉnh của lỗ và bề mặt của địa hình hoặc tầng đá gốc. Nó phải có đường kính từ 10 đến 15 lần đường kính của ống. Tuy nhiên, nó không được nhỏ hơn 5m vì những trần nhà yếu này có thể gây ra những gai bùn nguy hiểm.

Đường kính của lỗ phụ thuộc vào một số thông số:

• Đường kính của đường ống
• Chiều dài khoan
• Tính chất của hiện trường

Đối với chiều dài khoan lớn hơn 300 m, đường kính của lỗ phải – theo khuyến nghị của FSTT và để đảm bảo an toàn - gấp 1,5 lần đường kính của ống. Ngoài ra, hiếm khi chỉ khoan một lỗ, tương ứng với đường kính lỗ cuối cùng. Một số đường kính tăng dần được thực hiện trước đường kính khoan cuối cùng. Điện trở của mũi doa tỷ lệ thuận với diện tích làm việc. Vì mômen khoan không đổi, cần chọn tần số khoan sao cho mỗi mũi doa đáp ứng được cùng một lực cản. Chức năng của bề mặt được gia công bởi mỗi mũi doa như sau:

Tốc độ khoan phải phù hợp với công suất của máy bơm bùn. Cần khối lượng bùn bơm vào hầm phải đủ để lấp đầy khối lượng đào và di tản cọc ra bên ngoài.

Lựa chọn máy khoan ngầm có định hướng

Sau khi xác định được các thông số khoan, cần chọn máy khoan định hướng ngang. Đối với điều này, cần phải tính toán lực kéo cần thiết trong quá trình lắp đặt đường ống, điều này sẽ cho phép chúng ta chọn loại máy nào (mini, maxi, giga) để sử dụng. Có một số phương pháp để tính toán lực kéo lớn nhất có thể tác dụng lên đầu khoan trong giai đoạn thiết kế. Được sử dụng nhiều nhất như sau:

• Phương pháp theo tiêu chuẩn Hà Lan NEN 3651
• Phương pháp Mỹ

Phần mềm AGA (American Gas Association) được phát triển bởi Geodelft ở Hà Lan và JD Hair ở Hoa Kỳ cho tính các lực này theo các phương pháp trên. Theo kinh nghiệm, có thể nói rằng giá trị cực đại này đạt được ngay trước khi kết thúc giai đoạn thiết kế, khi gần như toàn bộ ống nằm bên trong lỗ. Có các phương pháp khác và cả phần mềm cụ thể cho các nhà thầu khoan ngầm, các công ty khoan định hướng.

Xem thêm Khoan định hướng ngang băng qua đường cao tốc đặt đường ống ngầm >>