Đánh giá và kiểm soát tai nạn khoan ngầm trong thi công khoan HDD

SỰ CỐ TRONG THI CÔNG KHOAN NGẦM ROBOT KÉO ỐNG QUA ĐƯỜNG – NGUYÊN NHÂN, DIỄN BIẾN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ

Trong lĩnh vực thi công hạ tầng ngầm, đặc biệt là khoan ngầm bằng công nghệ HDD (Horizontal Directional Drilling) hoặc robot microtunneling, việc kéo ống qua các tuyến đường giao thông lớn là một hạng mục có độ rủi ro cao. Mặc dù công nghệ HDD được đánh giá là tiên tiến và an toàn hơn so với phương pháp đào mở, nhưng trong thực tế thi công vẫn có thể phát sinh nhiều sự cố phức tạp do điều kiện địa chất, thiết bị, kỹ thuật vận hành và các yếu tố ngoại cảnh.

Một trường hợp điển hình là sự cố xảy ra trong quá trình khoan định hướng một tuyến dài khoảng 640 feet (gần 200 mét) để lắp đặt đường ống tiện ích dưới một tuyến đường cao tốc lớn. Đây là một tình huống phổ biến trong thực tế, nơi mà yêu cầu kỹ thuật cao và áp lực tiến độ dễ dẫn đến các sai sót nếu không được kiểm soát chặt chẽ.

Trong quá trình thi công khoan dẫn hướng, mũi khoan được đưa vào lòng đất theo tuyến thiết kế. Tuy nhiên, do điều kiện địa chất không đồng nhất, mũi khoan có thể gặp các lớp đất yếu xen kẽ với cát hoặc sỏi, dẫn đến hiện tượng lệch hướng. Khi tuyến khoan bị lệch, việc điều chỉnh lại hướng trở nên khó khăn, đặc biệt trong khu vực dưới đường cao tốc, nơi yêu cầu độ chính xác rất cao. Sai lệch nhỏ cũng có thể dẫn đến việc mũi khoan đi quá gần bề mặt, gây nguy cơ sụt lún mặt đường.

Một trong những sự cố nghiêm trọng thường gặp là hiện tượng “trào dung dịch khoan” (frac-out). Đây là hiện tượng dung dịch bentonite bị đẩy lên bề mặt thông qua các khe nứt trong đất, đặc biệt khi áp lực khoan vượt quá khả năng chịu tải của nền đất. Trong trường hợp khoan dưới đường cao tốc, frac-out có thể gây hư hỏng kết cấu nền đường, tạo ra các điểm yếu và tiềm ẩn nguy cơ sụt lún. Ngoài ra, dung dịch tràn ra còn gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến giao thông.

Trong tình huống tuyến khoan dài 640 feet, việc kiểm soát áp lực dung dịch trở nên khó khăn hơn do chiều dài lớn làm tăng ma sát và áp lực trong lỗ khoan. Nếu không điều chỉnh hợp lý, áp lực có thể tích tụ và gây ra hiện tượng frac-out tại những điểm yếu trong địa chất.

Một sự cố khác thường gặp là kẹt mũi khoan hoặc kẹt cần khoan. Điều này có thể xảy ra khi lỗ khoan bị sập do đất yếu, hoặc khi mũi khoan gặp vật cản như đá lớn, bê tông hoặc các công trình ngầm không được phát hiện trước. Khi mũi khoan bị kẹt, việc giải phóng thiết bị rất khó khăn và có thể phải khoan lại từ đầu, gây tổn thất lớn về thời gian và chi phí.

Trong giai đoạn mở rộng lỗ khoan, nguy cơ sập lỗ cũng rất cao, đặc biệt trong đất cát hoặc đất bão hòa nước. Nếu lỗ khoan không được ổn định tốt bằng dung dịch, thành lỗ có thể sập, làm giảm đường kính và gây khó khăn cho việc kéo ống. Trong trường hợp xấu, lỗ khoan có thể bị tắc hoàn toàn, buộc phải dừng thi công.

Khi chuyển sang giai đoạn kéo ống, các sự cố liên quan đến lực kéo thường xảy ra. Lực kéo quá lớn có thể làm biến dạng hoặc hư hỏng ống, đặc biệt với ống nhựa HDPE. Ngược lại, nếu lực kéo không đủ, ống có thể bị kẹt giữa chừng. Trong tuyến dài 640 feet, lực ma sát giữa ống và thành lỗ khoan rất lớn, đòi hỏi phải tính toán chính xác và sử dụng dung dịch bôi trơn hiệu quả.

Một rủi ro nghiêm trọng khác là sụt lún mặt đường phía trên tuyến khoan. Điều này thường xảy ra khi đất bị mất ổn định do khoan hoặc do dung dịch khoan làm rỗng cấu trúc đất. Trong khu vực đường cao tốc, sụt lún có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng cho phương tiện lưu thông và dẫn đến hậu quả lớn về kinh tế và an toàn.

Ngoài ra, việc không xác định chính xác vị trí các công trình ngầm hiện hữu như cáp điện, ống nước, cống thoát nước cũng có thể dẫn đến sự cố va chạm. Khi mũi khoan làm hư hỏng các công trình này, không chỉ gây gián đoạn dịch vụ mà còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn, đặc biệt nếu liên quan đến điện hoặc khí đốt.

Nguyên nhân của các sự cố trong khoan ngầm thường đến từ nhiều yếu tố. Trước hết là công tác khảo sát địa chất không đầy đủ hoặc không chính xác. Nếu không hiểu rõ cấu trúc địa chất, việc lựa chọn phương pháp và thiết bị sẽ không phù hợp. Thứ hai là thiết kế tuyến khoan chưa tối ưu, với bán kính cong quá nhỏ hoặc độ sâu không đủ. Thứ ba là việc lựa chọn dung dịch khoan không phù hợp với điều kiện đất. Cuối cùng là yếu tố con người, bao gồm kinh nghiệm và kỹ năng của đội ngũ vận hành.

Để hạn chế các sự cố, cần thực hiện một số biện pháp kỹ thuật quan trọng. Trước hết là khảo sát địa chất chi tiết, bao gồm khoan thăm dò và phân tích mẫu đất. Tiếp theo là thiết kế tuyến khoan hợp lý, đảm bảo độ sâu và bán kính cong phù hợp. Việc lựa chọn dung dịch khoan phải dựa trên đặc tính đất, đảm bảo khả năng ổn định lỗ và giảm ma sát.

Trong quá trình thi công, cần giám sát liên tục các thông số như áp lực dung dịch, tốc độ khoan, lực kéo và vị trí mũi khoan. Việc sử dụng hệ thống định vị chính xác giúp phát hiện sớm sai lệch và điều chỉnh kịp thời. Ngoài ra, cần có phương án xử lý sự cố như giảm áp lực khoan, bơm bổ sung dung dịch hoặc thay đổi hướng khoan.

Trong trường hợp xảy ra frac-out, cần dừng ngay quá trình khoan, giảm áp lực và tiến hành xử lý khu vực tràn dung dịch. Nếu xảy ra kẹt mũi khoan, có thể sử dụng các biện pháp như xoay ngược, bơm dung dịch hoặc khoan giải phóng. Trong trường hợp nghiêm trọng, có thể phải bỏ lại thiết bị và khoan tuyến mới.

Về quản lý rủi ro, cần xây dựng kế hoạch chi tiết trước khi thi công, bao gồm các kịch bản sự cố và phương án ứng phó. Đội ngũ thi công cần được đào tạo và có kinh nghiệm, đồng thời có sự phối hợp với các cơ quan quản lý giao thông để đảm bảo an toàn.

Tóm lại, mặc dù công nghệ khoan ngầm HDD và robot mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tiềm ẩn nhiều rủi ro, đặc biệt khi thi công dưới các tuyến đường lớn. Việc hiểu rõ các sự cố có thể xảy ra, nguyên nhân và biện pháp xử lý là yếu tố quan trọng giúp đảm bảo thành công của dự án. Với sự chuẩn bị kỹ lưỡng, công nghệ hiện đại và đội ngũ chuyên nghiệp, các sự cố có thể được kiểm soát và giảm thiểu, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn trong thi công hạ tầng ngầm.

Đánh giá và kiểm soát tai nạn khoan ngầm

TÓM LƯỢC

Vào ngày 7 tháng 3, một nam nhân viên khoan ngầm xây dựng 28 tuổi đã thiệt mạng khi quần áo của anh ta bị vướng vào một ống khoan đang quay. Sự cố xảy ra trong một hoạt động khoan định hướng khi một trục dài 640 feet cho một đường ống tiện ích đang được khoan dưới một đường cao tốc lớn.

Quá trình này sử dụng một máy khoan được thiết kế đặc biệt để khoan một trục ngang được chỉ đạo bởi người điều khiển máy khoan. Trong thao tác này, trục bắt đầu tại giàn khoan ở bên đường, đi xuống và dưới đường cao tốc, và hướng lên trên cho đến khi mũi khoan nhô lên khỏi mặt đất ở phía đối diện của đường cao tốc. Việc khoan đã hoàn thành và đội thợ đang mở rộng trục bằng cách kéo ống khoan qua lại trục. Nạn nhân và đồng nghiệp của anh ta đang gắn đoạn ống dài vào ống khoan đang quay khi nó được kéo về phía giàn khoan. Nạn nhân đang cầm một đoạn ống dài bắt đầu quay khi các sợi chỉ nối với nhau. Một đầu quần áo lỏng lẻo của anh ta quấn quanh ống, giữ và kéo nạn nhân xung quanh nó, giết chết anh ta. Các nhà điều tra kết luận rằng, để ngăn chặn các sự cố tương tự trong tương lai, cần tuân thủ các nguyên tắc an toàn sau:

o Nhân viên khoan ngầm không nên mặc quần áo rộng khi làm việc gần máy móc đang di chuyển.

o Người sử dụng lao động phải đảm bảo rằng các đội làm việc luôn liên lạc với nhau.

o Các nhà sản xuất máy khoan định hướng nên xem xét thiết kế một thiết bị dừng khẩn cấp có thể hoạt động từ một vị trí xa.

GIỚI THIỆU

Vào ngày 9 tháng 3, Nhân viên của Cục An toàn lao động nhận được một bài báo về một sự cố chết người trong công việc liên quan đến một máy khoan. Một điều tra viên đã liên hệ với cố vấn an toàn và cố vấn pháp lý của công ty để sắp xếp chuyến thăm thực địa, được tiến hành vào ngày 29 tháng 3.

Chuyến thăm bao gồm phỏng vấn đại diện của chủ lao động và cố vấn pháp lý, kiểm tra một giàn khoan tương tự như giàn khoan liên quan đến sự cố (không có sẵn vào ngày hôm đó) và thăm và chụp ảnh địa điểm xảy ra sự cố. Các điều tra viên cũng đã thảo luận về vụ việc với thám tử cảnh sát điều tra và xem một đoạn video của cảnh sát được quay vào ngày xảy ra vụ việc. Thông tin bổ sung được lấy từ nhân viên, báo cáo của cảnh sát, và báo cáo của giám định viên y tế.

Chủ đầu tư là một công ty xây dựng chuyên về lắp đặt và sửa chữa đường ống dẫn gas và điện nước. Công ty xây dựng này là một doanh nghiệp gia đình đã hoạt động được 43 năm và sử dụng 90 nhân viên khoan ngầm vào thời điểm xảy ra vụ việc. Công ty đã tiến hành đào tạo nội bộ và cử các giám sát và Nhân viên  khoan ngầm ra ngoài để đào tạo "người có thẩm quyền", và có một chương trình an toàn bằng văn bản chi tiết. Nạn nhân là một Nhân viên khoan ngầm xây dựng đã làm việc cho công ty hơn bảy năm. Anh ta đã hoàn thành một buổi hội thảo đào tạo kéo dài tám giờ ngay trước khi vụ việc xảy ra.

CUỘC ĐIỀU TRA

Công ty khoan ngầm của nạn nhân đã được ký hợp đồng như một phần của dự án lắp đặt đường ống thoát nước bên dưới đường cao tốc 10 làn xe. Để tránh đào ngang qua đường cao tốc, công ty đã sử dụng phương pháp khoan định hướng sẽ khoan một trục hẹp dưới đường cao tốc. Trục được mở rộng cho đến khi đủ rộng để ống cống có thể được kéo qua nó, cho phép dự án hoàn thành mà không làm gián đoạn giao thông. Công ty xây dựng chỉ được ký hợp đồng cho công việc khoan định hướng; Việc xây dựng các tuyến cống dẫn đến và ra khỏi đường cao tốc do các nhà thầu khác thực hiện.

Công ty bắt đầu thực hiện dự án vào thứ Sáu, ngày 4 tháng 3. Làm việc từ các bản vẽ kỹ thuật do nhà thầu cung cấp, công ty đã bố trí giàn khoan định hướng của họ trên một bờ kè gần bên đường cao tốc. Máy khoan là một phương tiện chạy bằng thủy lực, được thiết kế để lái máy khoan theo phương ngang xuống đất với lực đẩy danh định là 30.000 bảng. Mũi khoan được gắn vào chiều dài 10 foot của ống khoan thép trơn đường kính 2,5 inch được kết nối với nhau bằng các phụ kiện ren nam và nữ. Giàn khoan được kéo trên rơ-moóc do một xe tải kéo. Đoạn giới thiệu này chứa một động cơ diesel cung cấp năng lượng cho tất cả các chức năng và thủy lực của máy khoan. Rơ moóc cũng có một thùng trộn nước và bùn đất sét được bơm qua đường ống khoan để bôi trơn mũi khoan và ngăn trục mới khoan không bị sập.

Trong vài ngày tiếp theo, đội thợ khoan và mở rộng trục dưới đường cao tốc. Người điều khiển giàn khoan ngồi ở một bảng điều khiển nhỏ và chỉ đạo việc khoan bằng các phím điều khiển. Một Nhân viên thứ hai đặt chiều dài của ống khoan lên giàn khoan để đưa mũi khoan xuống đất theo một góc quy định. Mất khoảng ba phút để lái một đoạn đường dài mười feet, lúc đó một ống khoan khác đã được kết nối và việc khoan bắt đầu lại. Bằng cách diễn giải các chỉ số áp suất từ ​​đầu khoan, người vận hành giàn khoan đã xác định vị trí của đầu khoan và thay đổi hướng di chuyển (lên, xuống hoặc từ bên này sang bên kia) theo bản vẽ kỹ thuật.Trục bắt đầu tại giàn khoan, đi qua đường cao tốc và đi lên cho đến khi mũi khoan và đường ống nhô lên khỏi mặt đất ở bờ kè đối diện, cách giàn khoan khoảng 640 feet.

Sau đó, trục được phóng to bằng một mũi doa, được gắn vào ống khoan và được kéo trở lại qua trục tới giàn khoan. Việc này được thực hiện theo từng giai đoạn, đầu tiên sử dụng một mũi doa đường kính 4 inch, tiếp theo là một mũi doa 8 inch và cuối cùng là một mũi doa 13 inch. Trong khi doa, một đội thứ hai làm việc trên bờ kè đối diện gắn các đoạn ống khoan dài vào đầu ống quay đã được kéo trở lại mặt đất. Cả hai thủy thủ đoàn đều giữ liên lạc với bộ đàm cầm tay, và chính sách của công ty là ngừng khoan trong bất kỳ cuộc liên lạc vô tuyến nào.

Sự cố xảy ra vào ngày cuối cùng của quá trình mở rộng trục. Các Nhân viên khoan ngầm đến công trường lúc 8 giờ sáng và chia thành hai nhóm làm việc. Một kỹ sư / người vận hành máy móc, thợ tải đường ống và thợ cơ khí đã điều khiển giàn khoan ở phía đông của đường cao tốc trong khi nạn nhân và người lao động thứ hai ở lại với đường ống khoan lộ ra ở phía tây. Một ngày trôi qua không bình thường, và các thành viên đã quyết định làm việc sau 4:30 chiều như thường lệ của họ. thời gian nghỉ việc để hoàn thành công việc. Vào lúc 5 giờ chiều, các đội thi công khoan ngầm sử dụng đài lần cuối trong giờ nghỉ giải lao. Thời tiết bắt đầu có sương mù nên nạn nhân mặc bộ quần áo mưa cao su hai mảnh cá nhân bên ngoài quần áo. Khoảng 6 giờ 30 phút, đội của nạn nhân còn lại 9 đoạn ống khoan dài để nối, khoảng 20 phút làm việc. Đứng trước ống khoan đang quay khi nó rút xuống đất, nạn nhân giữ một chiều dài của ống khoan áp vào nó và để chuyển động quay vặn các sợi lại với nhau. Khi anh ta cầm ống quay, phần đuôi của chiếc áo sơ mi flannel của anh ta quấn quanh nó. Nạn nhân la hét kêu gọi đồng nghiệp đến giúp anh ta. Tại thời điểm này, quần áo vẫn chưa bám hết vào đường ống đang quay và di chuyển qua lớp vải bọc. Các Nhân viên khoan ngầm chờ đợi, hy vọng rằng đường ống khoan sẽ thoát ra ngoài qua lớp quần áo khi nó di chuyển xuống trục. Khi quần áo bị kẹt và bắt đầu quấn chặt hơn, người đồng nghiệp đã cố gắng cắt quần áo của nạn nhân bằng một con dao bỏ túi không thành công. Anh ta cũng cố gắng kêu cứu trên đài phát thanh nhưng dường như không thể vận hành đơn vị. Người đồng nghiệp sau đó chạy qua cầu vượt liền kề đến giàn khoan và bảo họ dừng máy. Các Nhân viên khoan ngầm đã thông báo cho công an, họ đã tìm thấy nạn nhân bên dưới ống khoan với bộ quần áo quấn đến cổ. Các nạn nhân đã chết tại hiện trường.

NGUYÊN NHÂN TỬ VONG

Giám định y khoa quận cho rằng nguyên nhân tử vong là ngạt do chèn ép ngực và cổ.

KIẾN NGHỊ VÀ THẢO LUẬN

1: Nhân viên  khoan ngầm không nên mặc quần áo rộng khi làm việc gần máy móc đang di chuyển.

Bàn luận: Để tránh vướng vào các bộ phận máy chuyển động, khuyến cáo người lao động không nên mặc quần áo rộng xung quanh ống khoan hoặc các máy móc di chuyển khác. Nên sử dụng áo liền quần một mảnh hoặc quần áo tương tự vì nó không có đầu lỏng lẻo.

2: Người sử dụng lao động nên đảm bảo rằng các nhóm làm việc luôn liên lạc với nhau.

Bàn luận: Không biết tại sao đồng nghiệp không thể phát thanh để được giúp đỡ, tuy nhiên, việc mất liên lạc là rất quan trọng trong sự cố này. Để ngăn ngừa các sự cố liên lạc trong tương lai, tất cả Nhân viên  khoan ngầm cần được đào tạo về cách sử dụng đài và các thiết bị liên lạc khác. Thiết bị này phải được kiểm tra suốt cả ngày và phải có pin dự phòng cho các thiết bị di động. Cục an toàn lao động cũng khuyến nghị phát triển một kế hoạch khẩn cấp bao gồm một hệ thống liên lạc dự phòng. Đây có thể là việc sử dụng còi hơi hoặc thiết bị khác có thể cảnh báo cho đội thi công khoan ngầm đối diện. Kế hoạch có thể chỉ đơn giản là phát ra âm thanh báo động sẽ yêu cầu đội khoan lập tức tắt tất cả máy móc và gửi sự trợ giúp cho các đội thi công khoan ngầm khác.

3: Các nhà sản xuất máy khoan định hướng nên xem xét thiết kế một thiết bị dừng khẩn cấp có thể được vận hành từ một vị trí từ xa.

Bàn luận: Nhóm làm việc của nạn nhân không có bất kỳ quyền điều khiển trực tiếp nào đối với máy khoan trong quá trình này. Khi liên lạc của họ bị hỏng, người đồng nghiệp không còn cách nào khác là phải chạy hơn 500m để báo cho đội khoan dừng máy. Cục an toàn lao động khuyến nghị rằng các nhà sản xuất máy khoan định hướng xem xét thiết kế một thiết bị có thể dừng máy từ một vị trí từ xa. Một gợi ý là "nút khẩn cấp" khẩn cấp được điều khiển bằng sóng vô tuyến sẽ tắt máy khi được nhấn.

Xem thêm