Công nghệ khoan ngầm mới nhất

CÔNG NGHỆ KHOAN NGẦM MỚI NHẤT TRONG THI CÔNG ĐẶT ĐƯỜNG ỐNG NGẦM

Nguyên lý, phương pháp thi công, yêu cầu kỹ thuật và xu hướng phát triển

1. Tổng quan về công nghệ khoan ngầm trong xây dựng hạ tầng hiện đại

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh, mật độ xây dựng cao và yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường, các công nghệ thi công không đào mở đang trở thành xu hướng tất yếu trong xây dựng hạ tầng kỹ thuật. Đặt đường ống ngầm là một trong những lĩnh vực chịu tác động mạnh mẽ nhất của xu hướng này. Các tuyến ống cấp nước, thoát nước, ống dẫn khí, ống kỹ thuật và ống bảo vệ cáp điện – cáp viễn thông ngày càng được yêu cầu thi công mà không làm phá vỡ mặt đất, không ảnh hưởng đến giao thông, cảnh quan và các công trình hiện hữu.

Công nghệ khoan ngầm mới nhất là tập hợp các phương pháp thi công cho phép tạo lỗ khoan và lắp đặt đường ống ngầm mà không cần đào rãnh mở. So với phương pháp đào rãnh truyền thống, các công nghệ này mang lại hiệu quả vượt trội về kỹ thuật, kinh tế và môi trường, đặc biệt phù hợp với khu đô thị, khu công nghiệp, khu vực có hạ tầng phức tạp hoặc các công trình vượt chướng ngại như đường giao thông, sông ngòi.

2. Hạn chế của phương pháp đào rãnh truyền thống

Phương pháp đào rãnh là hình thức thi công đặt đường ống phổ biến trong thời gian dài. Tuy nhiên, trong điều kiện hiện nay, phương pháp này bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng:

– Đào xới đất dẫn đến phá vỡ lớp đất màu, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và cảnh quan.
– Phải chặt bỏ cây xanh, phá vỡ thảm thực vật, đặc biệt nghiêm trọng trong khu đô thị.
– Gây hư hỏng kết cấu mặt đường, vỉa hè, phát sinh chi phí hoàn trả lớn.
– Thời gian chuẩn bị và thi công kéo dài, ảnh hưởng đến tiến độ dự án.
– Gây gián đoạn giao thông, ảnh hưởng sinh hoạt và hoạt động kinh tế – xã hội.

Những hạn chế trên là nguyên nhân thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ khoan ngầm không đào trong những năm gần đây.

3. Khái niệm và phân loại công nghệ khoan ngầm mới nhất

Công nghệ khoan ngầm mới nhất là tập hợp các phương pháp thi công đặt ống ngầm không đào mở, trong đó tiêu biểu gồm:

– Phương pháp chọc thủng (pipe ramming, soil displacement boring).
– Phương pháp khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD).
– Khoan kích ngầm (microtunneling, pipe jacking).
– Khoan robot điều khiển chính xác trong không gian ba chiều.

Mỗi phương pháp có phạm vi áp dụng, yêu cầu kỹ thuật và mức độ phức tạp khác nhau, song đều hướng tới mục tiêu chung là giảm thiểu tối đa tác động đến bề mặt và môi trường xung quanh.

4. Phương pháp đặt ống ngầm bằng chọc thủng: nguyên lý và đặc điểm

Phương pháp chọc thủng là một trong những hình thức khoan ngầm đơn giản và hiệu quả, thường được sử dụng để đặt các tuyến ống ngắn đến trung bình qua đường giao thông hoặc công trình hiện hữu.

Về nguyên lý, phương pháp chọc thủng sử dụng thiết bị tạo lực đẩy hoặc lực va đập để ép hoặc chọc ống thép hoặc ống bảo vệ xuyên qua nền đất. Quá trình này không lấy đất ra ngoài mà làm dịch chuyển đất xung quanh ống, tạo lỗ đặt ống có đường kính xấp xỉ đường kính ống.

Ưu điểm của phương pháp chọc thủng là thiết bị đơn giản, thời gian thi công nhanh và chi phí tương đối thấp. Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu điều kiện địa chất phù hợp, thường áp dụng tốt trong đất sét, đất pha sét hoặc đất có độ chặt trung bình, và chiều dài tuyến bị hạn chế do khó kiểm soát chính xác quỹ đạo.

5. Quy tắc kỹ thuật khi thi công chọc thủng đặt ống ngầm

Để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình, phương pháp chọc thủng phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc kỹ thuật sau:

– Phải khảo sát địa chất nông để đánh giá khả năng dịch chuyển đất và nguy cơ sập lở.
– Đường kính ống phải phù hợp với khả năng của thiết bị và điều kiện đất nền.
– Phải bố trí hố xuất phát và hố tiếp nhận có kết cấu chống đỡ ổn định.
– Kiểm soát phương vị và độ nghiêng trong suốt quá trình chọc để tránh sai lệch.
– Không áp dụng trong đất rời bão hòa nước hoặc có nhiều sỏi, đá lớn.

6. Khoan đặt ống ngầm bằng công nghệ khoan định hướng ngang (HDD)

Khoan định hướng ngang là công nghệ khoan ngầm hiện đại và linh hoạt nhất hiện nay, được xem là công nghệ khoan ngầm mới nhất và hiệu quả nhất trong nhiều trường hợp.

Nguyên lý của HDD là khoan tạo lỗ theo quỹ đạo thiết kế trong không gian ba chiều, bắt đầu từ điểm vào, đi ngang hoặc cong dưới mặt đất và kết thúc tại điểm ra. Sau khi khoan lỗ dẫn hướng, lỗ khoan được mở rộng và đường ống được kéo vào vị trí.

Công nghệ HDD cho phép kiểm soát chính xác quỹ đạo khoan, phù hợp với nhiều loại địa hình và địa chất, có thể thi công tuyến dài, đường kính lớn và vượt qua nhiều chướng ngại phức tạp.

7. Quy trình kỹ thuật khoan đặt ống ngầm bằng HDD

Quy trình thi công khoan ngầm HDD bao gồm các bước chính sau:

7.1 Khảo sát và thiết kế
Khảo sát địa chất, thủy văn và hạ tầng ngầm hiện hữu là cơ sở để thiết kế tuyến khoan. Thiết kế phải xác định rõ độ sâu, bán kính cong, đường kính lỗ khoan và loại ống sử dụng.

7.2 Chuẩn bị mặt bằng
Bố trí giàn khoan, trạm trộn dung dịch khoan, khu lắp ráp ống và các hố vận hành. Mặt bằng phải đảm bảo ổn định, an toàn và không ảnh hưởng đến giao thông.

7.3 Khoan dẫn hướng
Mũi khoan hoa tiêu được điều khiển theo tuyến thiết kế bằng hệ thống định vị. Giai đoạn này quyết định độ chính xác của toàn bộ công trình.

7.4 Mở rộng lỗ khoan
Lỗ khoan được mở rộng theo nhiều cấp để đạt đường kính yêu cầu, đồng thời đảm bảo ổn định thành lỗ.

7.5 Kéo ống ngầm
Ống được kéo vào lỗ khoan với lực kéo được kiểm soát chặt chẽ, tránh vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu.

8. Lợi ích kỹ thuật và kinh tế của đường ống ngầm

Việc đặt đường ống bằng công nghệ khoan ngầm mang lại nhiều lợi ích rõ rệt:

– Không phá vỡ mặt đường, vỉa hè và cảnh quan.
– Giảm thiểu ảnh hưởng đến giao thông và sinh hoạt đô thị.
– Thời gian thi công ngắn hơn so với đào rãnh.
– Giảm chi phí hoàn trả mặt bằng và chi phí xã hội.
– Nâng cao độ an toàn và tuổi thọ của công trình ngầm.

9. Các yêu cầu kỹ thuật chung đối với công nghệ khoan ngầm mới

Để áp dụng hiệu quả các công nghệ khoan ngầm mới nhất, cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật sau:

– Thiết bị khoan phải phù hợp với đường kính và chiều dài tuyến.
– Hệ thống định vị phải đảm bảo độ chính xác cao.
– Dung dịch khoan phải được thiết kế phù hợp với điều kiện địa chất.
– Ống sử dụng phải có khả năng chịu lực kéo, chịu mài mòn và phù hợp tiêu chuẩn.
– Công tác giám sát phải được thực hiện liên tục trong suốt quá trình thi công.

10. Xu hướng phát triển của công nghệ khoan ngầm

Trong những năm gần đây, công nghệ khoan ngầm không ngừng phát triển theo hướng:

– Tăng mức độ tự động hóa và điều khiển bằng máy khoan robot.
– Ứng dụng công nghệ số trong giám sát và quản lý dữ liệu khoan.
– Phát triển vật liệu ống mới có độ bền cao và thân thiện môi trường.
– Mở rộng phạm vi áp dụng cho các tuyến dài và đường kính lớn.

11. Kết luận

Công nghệ khoan ngầm mới nhất, bao gồm phương pháp chọc thủng, khoan định hướng ngang và các hình thức khoan không đào hiện đại, đã và đang trở thành giải pháp chủ đạo trong thi công đặt đường ống ngầm. So với phương pháp đào rãnh truyền thống, các công nghệ này mang lại hiệu quả vượt trội về kỹ thuật, kinh tế và môi trường, đặc biệt phù hợp với điều kiện đô thị và hạ tầng phức tạp. Việc nghiên cứu, lựa chọn và áp dụng đúng công nghệ khoan ngầm không chỉ đảm bảo chất lượng và an toàn công trình mà còn góp phần phát triển bền vững hệ thống hạ tầng kỹ thuật trong dài hạn.

Công nghệ khoan ngầm mới nhất 

Cách đặt ống ngầm bằng phương pháp chọc thủng: quy tắc kỹ thuật và lời khuyên của chuyên gia

Khoan đặt ống ngầm: các phương pháp và công nghệ làm việc

Khoan đặt đường ống ngầm là công nghệ khoan ngầm mới nhất , một phương pháp cho phép bạn lắp đặt đường ống ngầm mà không cần mở mặt đất. Nhờ vào phương án khoan đặt ống ngầm này, loại trừ vi phạm về diện mạo của địa điểm, tính toàn vẹn của đường nhựa, phá hủy cây cối, v.v. Ngày nay phương pháp này bao gồm một số phương án khả thi để thực hiện.

Đặt đường ống bằng công nghệ khoan ngầm mới nhất quy mô lớn

Lợi ích của đường ống ngầm

Phương pháp phổ biến nhất để đặt các cấu trúc đường ống được coi là đào rãnh. Tuy nhiên, tùy chọn cài đặt này có những nhược điểm của nó, bao gồm:

• đào đất lên dẫn đến vi phạm lớp màu mỡ;
• loại bỏ cây cối và rừng trồng khác;
• chi phí lắp đặt cao;
• giai đoạn chuẩn bị kéo dài.

Phương pháp khoan ngầm mới nhất có những ưu điểm sau

• cần ít nguồn lực vật chất hơn để thực hiện công việc;
• tốc độ cài đặt cao;
• số lượng công nhân tối thiểu;
• vô hại với môi trường;
• khả năng đặt ống quanh năm (lắp đặt ống theo cách hở vào mùa đông rất khó vì đất đóng băng);
• an toàn lao động.

Để đặt đường ống ngầm, chỉ cần đào một cái hố nhỏ là đủ

Nếu việc lắp đặt đường ống được thực hiện trên một đoạn nhỏ, chẳng hạn như dưới mặt đường, thì tất cả các công việc có thể được thực hiện mà không cần sử dụng thiết bị đặc biệt. Hệ thống dây này khá đơn giản.

Nó yêu cầu một hình trụ có đường kính cần thiết và một thanh có thể xếp chồng lên nhau. Nhờ có một thiết bị như vậy, người ta có thể đào đất bằng tay, tuy nhiên, trước đó, công việc đào các hố nhỏ ở hai bên đường được thực hiện.

Để lắp đặt khép kín trên diện tích lớn, các máy và đơn vị đặc biệt được sử dụng.

Phương pháp khoan ngầm

Phương pháp thay thế đường ống khép kín được sử dụng để đi dây thông tin liên lạc khác nhau. Bao gồm các:

• dây cáp thông tin liên lạc;
• lắp đặt các đường ống khác nhau (dầu, khí đốt, sưởi ấm);
• đi dây các công trình cống và hệ thống cấp nước (cấp nước nóng và lạnh);
• sửa chữa và thay thế đường ống.

Ngày nay, có một số cách đặt đường ống ngầm, một số có các phương pháp thực hiện khác nhau. Công nghệ đặt đường ống ngầm được phân biệt thành các lựa chọn sau:

• thay thế ống cũ bằng ống mới (tân trang);
• thủng của đất;
• đẩy qua đất;
• khoan định hướng ngang (HDD).

Phương pháp ngầm có thể được sử dụng để đặt đường cao tốc mới và khôi phục mạng cũ

Việc tân trang lại được thực hiện khi đường ống hiện có cần được sửa chữa hoặc thay thế. Trong các trường hợp khác, đi dây trực tiếp của cấu trúc đường ống. Đặt ống không có rãnh khá phổ biến và việc sử dụng nó tránh được nhiều vấn đề điển hình là đặt ống hở.

Sửa chữa và lắp đặt đường ống ngầm bằng phương pháp phục hồi

Tân trang là một cách khép kín của việc đặt đường ống và được thực hiện với việc thay thế đường ống cũ bằng đường ống mới. Nó được chia thành 2 tùy chọn để thực hiện công việc:

Trong trường hợp đầu tiên, thông tin liên lạc cũ được giữ lại và đóng vai trò như một vỏ bọc cho đường ống mới. Trước khi bắt đầu lắp đặt, đường ống cũ được làm sạch cặn bẩn và các vật thể lạ.

Tiếp theo, một đường mới có đường kính nhỏ hơn được vẽ vào đó.

Các đường ống được làm bằng vật liệu hiện đại có các đặc tính kỹ thuật tuyệt vời và việc bảo vệ bổ sung từ thiết kế cũ làm giảm nguy cơ xảy ra trường hợp khẩn cấp trong hệ thống.

Có khá nhiều lựa chọn để thực hiện công việc giải tỏa. Chúng bao gồm việc rút các đường ống, được thực hiện từ cuối thông cũ và đẩy từ đầu đường ống. Khi sửa chữa một đoạn đường dây nào đó, nó bị ngắt kết nối khỏi hệ thống. Sau đó, một cấu trúc mới được đưa vào phân khúc cũ này, được làm bằng vật liệu hiện đại. Quá trình này có thể diễn ra với sự phá hủy một phần đường ống cũ. Trong quá trình làm lại, một ống mới có đường kính nhỏ hơn được đưa vào một ống cũ, rộng hơn.

Trên thực tế, nếu dựa vào là việc sửa chữa các thông tin liên lạc cũ bằng vật liệu mới, thì việc cải tạo là một sự đổi mới đường dây, có thể xảy ra với sự thay đổi đường kính của đường ống.

Trong quá trình cải tạo, việc phá hủy cấu trúc cũ xảy ra do việc đưa một dây chuyền mới vào đó. Trong trường hợp này, các mảnh vỡ của đường ống vẫn nằm dưới lòng đất và tạo ra một lớp vỏ bịt kín để liên lạc mới.

Phương pháp phục hồi cho phép bạn thay thế thông tin liên lạc từ bất kỳ vật liệu nào: gốm sứ, bê tông, kim loại, v.v.

Lắp đặt đường ống ngầm bằng phương pháp chọc thủng

Các loại đất sử dụng phương pháp xuyên ống thường là đất sét và nhiều mùn. Phương pháp này cho phép thực hiện các đường ống có tiết diện lên đến 600 mm. Khoảng cách mà cấu trúc có thể được đặt bằng cách sử dụng tùy chọn này là 60 m.

Kết quả của việc đi dây này, đất được nén chặt quanh ống theo hướng tròn. Lực cần thiết để thực hiện một cuộc đâm thủng bằng một chỉ số từ 150 đến 3000 kN. Nỗ lực này được thực hiện nhờ một kỹ thuật đặc biệt.

Loại thủng phổ biến nhất là bằng kích thủy lực.

Trong hầu hết các trường hợp, để giảm ma sát và lực cản trong đất, một đầu côn được đặt trên đường ống, phần đế của nó nhô ra khoảng 2 cm so với bản thân đường ống. Nếu đường ống có tiết diện nhỏ, thì việc sử dụng một đầu như vậy là tùy chọn. Trong trường hợp này, vết thủng được cung cấp bởi chính đường ống.

Để chọc thủng đất, một đầu nhọn đặc biệt được đưa vào đường ống

Tốc độ đâm thủng thường từ 4 đến 6 m / h. Nó phụ thuộc vào đặc điểm của đất và thiết bị được sử dụng cho tùy chọn đặt ngầm này. Trong một số trường hợp, để tăng tốc độ di chuyển của ống, người ta sử dụng rung động, cùng với lực của kích cho phép nó di chuyển qua mặt đất với tốc độ từ 20 đến 40 m / h.

Ngoài ra, còn có một kiểu đặt ống có lỗ thủng khác, được sử dụng trong trường hợp đất dễ bị dòng nước cuốn trôi. Phương pháp này được gọi là chọc thủng thủy lực. Điều này được thực hiện với một dòng nước. Dòng chảy được định hướng phá hủy đất và tạo thành một cái giếng trong đó đặt thông tin liên lạc.

Lắp đặt đường ống bằng phương pháp đục lỗ

Việc lắp đặt đường ống không có rãnh cũng có thể được thực hiện bằng phương pháp đục lỗ. Trong hầu hết các trường hợp, phương pháp này được sử dụng để dẫn các ống thép có kích thước mặt cắt lên đến 2000 mm. Đục lỗ rất giống với chọc thủng, tuy nhiên, điểm khác biệt là nó được thực hiện với đầu mở của đường ống. Kết quả là, đường ống được đưa ra ngoài và trụ đất được loại bỏ khỏi nó.

Trong trường hợp này, kích thủy lực được sử dụng để tạo lực vừa đủ. Chúng được lắp đặt đối xứng trên toàn bộ phần của đường ống. Các loại đất có thể thực hiện các công việc này thuộc nhóm I - IV (sét, mùn, cát, v.v.). Đường kính của ống có thể được sử dụng với phương pháp này nằm trong khoảng từ 600 đến 1720 mm. Khoảng cách đặt, theo quy định, không vượt quá 100 m.

Để đặt đường ống trong khoảng cách ngắn, phương pháp đục lỗ được sử dụng

Đầu tiên, công việc được tiến hành đào hố móng. Tiếp theo, việc lắp đặt một bức tường bền vững diễn ra, trên đó các giắc cắm sau đó được gắn vào. Liên kết đầu tiên của ống dẫn điện được kết nối với các giắc cắm nằm trên tấm. Kết quả là, phần cuối của đường ống vẫn tự do.

Các giắc cắm tạo ra một lực được truyền tới đường ống và nó xuyên qua mặt đất với đầu hở của nó. Khi xuyên qua đất, một cột đất tích tụ bên trong bộ phận. Việc loại bỏ nó được thực hiện bằng cách sử dụng xẻng (có tay cầm dài và ngắn) và các thiết bị gõ dựa trên khí nén.

Đặt đường ống bằng phương pháp khoan định hướng ngang HDD

Khoan định hướng ngang là một phương pháp cũng thực hiện đặt đường ống ngầm. Đặc thù của phương pháp này là sử dụng giàn khoan. Có ba giai đoạn chính của việc đặt ống ngầm bằng phương pháp HDD:

• khoan giếng;
• mở rộng giếng;
• đặt đường ống.

Khoan ngang ngầm được thực hiện bằng thiết bị khoan được trang bị một đầu nhọn đặc biệt. Đầu này kết hợp với một thanh linh hoạt cho phép nó thay đổi hướng trong khi khoan.

Điều này chủ yếu cần thiết để tránh va chạm với các chướng ngại vật tự nhiên trong đất. Đầu có các lỗ cần thiết để làm mát nó trong quá trình hoạt động.

Ngoài ra, nó còn chứa một thiết bị định vị điều khiển và hiệu chỉnh quỹ đạo khoan.

Doa giếng được thực hiện bằng cách thay đổi mũi khoan thành mũi doa. Để hoàn thành giếng có đường kính lớn, có thể tiến hành mở rộng nhiều lần.

Ở giai đoạn cuối cùng, đường ống được kéo qua. Các đường ống được kéo theo cách này: dây truyền thông được cố định vào một thanh đặc biệt, và sau đó máy HDD kéo cấu trúc xuống giếng. Để giảm tốc độ ma sát khi kéo đường ống qua kênh ngang, người ta sử dụng dung dịch khoan.

Đặt đường ống ngầm cho các mạng khác nhau là một kỹ thuật hiện đại giúp tiết kiệm tài nguyên. Nhờ một số cách để thực hiện công nghệ này, bạn có thể chọn tùy chọn tốt nhất cho mọi tình huống.

Xem thêm Phương pháp khoan lắp đặt ống ngầm qua đường, qua sông, Khoan đặt ống ngầm băng qua sân trường học