Khoan ngầm robot, khoan ngầm qua đường thường được gọi là khoan định hướng ngang hoặc HDD, là một phương pháp khoan ngầm theo phương ngang đặt ngầm ống, ống dẫn, hoặc cáp trong một vòng cung cạn dọc theo một con đường khoan quy định bằng cách sử dụng một giàn khoan bề mặt mắt, với tác động tối thiểu trên các khu vực xung quanh. Khoan ngầm định hướng được sử dụng khi công tác đào mở không thực hiện được hoặc chi phí đào mở và phục hồi hiện trạng quá cao. Khoan ngầm qua đường khéo ống phù hợp cho một loạt các điều kiện đất đai và các công việc bao gồm khoan qua đường bộ, khoan ngầm ngang qua khu dân cư và khoan ngầm kéo ống qua sông.

Các thiết bị máy khoan ngang được sử dụng trong khoan ngầm qua đường định hướng ngang phụ thuộc vào đường kính ngoài của ống, chiều dài của chạy, điều kiện đất và môi trường xung quanh trên mặt đất. Đối với các lỗ khoan lớn, khoan định hướng trang bị nhiều như 600 tấn (hoặc hơn) của lực đẩy / pullback (Vermeer D1320x900) được sử dụng kết hợp với bùn để trữ lại, máy xúc, và nhiều máy bơm và ống mềm để cung cấp dung dịch khoan đến drillstem. Cần khoan định hướng được làm từ thép carbon cao được xử lý nhiệt và tàu trong đường kính 8-15 cm. phần cần khoan gốc được sản xuất trong 3.0 hoặc 4.6 và cũng 9.1 độ dài mét và có hai đầu đực và đầu cái. Nó được phổ biến cho một mũi khoan định hướng để thực hiện, đầu khoan đến trong nhiều thiết kế và phụ thuộc vào các tảng đá hoặc đất bị xuyên thủng. Lưỡi khoan có nhiều loại có độ cứng khác nhau để cho phép loại bỏ các vật liệu. Một chút móng bao gồm các dụng cụ cắt nghiêng. Điều này cho phép điều chỉnh và cắt các vật liệu. đầu khác là dung dịch khoan được sử dụng trong khoan qua núi đá.

Khoan ngầm robot, khoan ngầm qua đường và khoan kích ngầm thường được gọi là khoan định hướng ngang hoặc HDD, là một phương pháp khoan ngầm theo phương ngang đặt ngầm ống, ống dẫn, hoặc đường điện ngầm.

 

Thiết bị hỗ trợ là cần thiết để hỗ trợ khoan định hướng, chẳng hạn như hệ thống dung dịch khoan, khoan bùn tái chế, shaker đá phiến sét, bùn sạch, bơm ly tâm, bể chứa dung dịch khoan, vv  Ống có thể được làm bằng các vật liệu như PVC, polyethylene, polypropylene, gang dẻo, thép miễn là nó có thể được kéo qua các lỗ khoan. Khoan ngầm định hướng là không thực hiện được nếu có khoảng trống trong đá hoặc lớp không đầy đủ độ đặc. Các vật liệu tốt nhất là đá rắn hoặc các vật liệu trầm tích. Đất với đá cuội không được khuyến khích. Có nhiều loại khác nhau của người đứng đầu được sử dụng trong quá trình thí điểm lỗ, và chúng phụ thuộc vào vật liệu địa chất.

Khoan ngầm qua đường và khoan định hướng được sử dụng để lắp đặt cơ sở hạ tầng như viễn thông và cáp điện ống dẫn, đường ống nước, đường cống thoát nước, đường khí, dòng dầu, đường ống dẫn sản phẩm, và vỏ bọc xử lý môi trường. Nó được sử dụng cho giao thông đường thuỷ qua, đường bộ, phương pháp tiếp cận bờ, khu vực đông đúc, khu vực nhạy cảm với môi trường, và các khu vực nơi mà các phương pháp khác là tốn kém hoặc không thể. Nó được sử dụng thay vì các kỹ thuật khác để cung cấp sự gián đoạn ít giao thông, chi phí thấp, lắp đặt sâu hơn và / hoặc lâu hơn, không có hố truy cập, thời gian hoàn thành ngắn hơn, khả năng định hướng, và an toàn môi trường.

 

 

Kỹ thuật này có sử dụng rộng rãi trong các khu đô thị để phát triển các tiện ích bên dưới mặt đất vì nó giúp tránh hào mở cắt rộng. Việc sử dụng đòi hỏi rằng các nhà điều hành có thông tin đầy đủ về các tiện ích hiện có, vậy mà anh ta có thể kế hoạch liên kết để tránh làm hỏng những tiện ích. Kể từ khi khoan không được kiểm soát có thể dẫn đến thiệt hại, cơ quan khác nhau / cơ quan chính phủ sở hữu quyền-chiều đô thị hoặc các tiện ích có những quy định để thực hiện công việc an toàn. Đối với tiêu chuẩn của các kỹ thuật, công nghệ kéo ống khác nhau thúc đẩy các tổ chức đã phát triển hướng dẫn cho kỹ thuật này.

Quá trình bắt đầu với nhận lỗ và lối vào hố. Những hố sẽ cho phép các dung dịch khoan được thu thập và khai hoang để giảm chi phí và tránh lãng phí. Giai đoạn đầu khoan một lỗ thí điểm trên con đường thiết kế, và giai đoạn thứ hai (Reaming) phóng to lỗ bằng cách đi qua một công cụ cắt lớn hơn được gọi là doa lại. Đường kính của doa phụ thuộc vào kích thước của ống được kéo trở lại thông qua các lỗ khoan. Việc khoan làm tăng đường kính theo đường kính ngoài hoặc các ống dẫn và để đạt được sản xuất tối ưu. Giai đoạn thứ ba đặt đường ống sản phẩm hoặc vỏ trong các lỗ mở rộng bằng cách của các gốc khoan; nó được kéo phía sau doa cho phép trung của đường ống trong con đường mới.

khoan định hướng ngang được thực hiện với sự giúp đỡ của một chất lỏng nhớt gọi là dung dịch khoan. Nó là một hỗn hợp của nước và thường là bentonite hoặc polymer liên tục bơm vào đầu cắt hoặc khoan để tạo thuận lợi cho việc loại bỏ các cành giâm, ổn định lỗ khoan, làm mát đầu cắt, và bôi trơn thông qua các đường ống sản phẩm. Các dung dịch khoan được gửi vào một máy gọi là trữ lại mà loại bỏ các cành giâm khoan và duy trì độ nhớt thích hợp của chất lỏng. dịch khoan giữ hom đình chỉ để ngăn cản họ làm tắc nghẽn lỗ khoan. Một khoan bị tắc tạo ra áp lực trở lại trên đầu cắt, sản xuất chậm lại.

Vị trí và hướng dẫn của khoan ngầm là một phần quan trọng của các hoạt động khoan ngầm, mũi khoan đi ngầm dưới mặt đất trong khi khoan, và trong hầu hết trường hợp, không thể nhìn thấy từ mặt đất. Mũi khoan không kiểm soát được hoặc không điều khiển có thể dẫn tới thiệt hại đáng kể, có thể được loại bỏ bằng cách định vị đúng cách và hướng dẫn đầu khoan. Có ba loại định vị thiết bị định vị  hướng đi của đầu mũi khoan: khoan ngầm, qua hệ thống định vị, hệ thống dây mạng định vị và con quay hồi chuyển hướng khoan, nơi mà một hệ thống dẫn đường quán tính đầy đủ nằm sát với đầu khoan.

 

 

Điều khiển hệ thống định vị - Trong hệ thống đầu tiên một sonde, hoặc máy phát, phía sau đầu nòng đăng ký góc, luân chuyển, định hướng và dữ liệu nhiệt độ. Thông tin này được mã hóa thành tín hiệu điện từ và truyền qua mặt đất với bề mặt trong một hệ thống đi qua. Ở bề mặt một nhận (thường là một định vị cầm tay) là tự định vị phía trên sonde, tín hiệu được giải mã và hướng lái được chuyển đến các nhân viên điều hành máy khoan ngầm qua đường.

Hệ thống định vị bằng dây dẫn trực tiếp - Hệ thống dây mạng là một hệ thống hướng dẫn từ. Với một hệ thống hướng dẫn từ (MGS), công cụ đọc nghiêng và phương vị. Các MGS, cũng có một phương tiện trung xác minh vị trí sử dụng mạng dây dẫn đặt trên mặt đất. Đây là hệ thống duy nhất có khả năng xác minh vị trí. Thông tin này được truyền qua dây mạng gắn trong chuỗi khoan. Tại bề mặt, các Navigator trong xe khoan thực hiện các tính toán cần thiết để xác nhận các thông số đã được đáp ứng. Các MGS ngay cả khi không sử dụng lưới dây điện đã được chính xác đến gần 2 km với độ chính xác 1,5 m. Hệ thống con quay hồi chuyển dựa hoàn toàn độc lập làm việc và do đó một trong những hệ thống chính xác nhất nơi đủ đường kính (200 mm) có sẵn và nơi khoảng cách dài (lên tới 2 km) đã được thực hiện với độ lệch nhỏ (ít hơn hơn 1 m vị trí lỗi). Tất cả ba hệ thống có giá trị riêng của họ, và một hệ thống cụ thể được chọn tuỳ thuộc vào yêu cầu của chủ đầu tư yêu cầu khoan ngầm qua đường.

XEM THÊM TIN TỨC - Khoan ngầm robot, khoan ngầm qua đường và khoan kích ngầm thường được gọi là khoan định hướng ngang hoặc HDD, là một phương pháp khoan ngầm theo phương ngang đặt ngầm ống, ống dẫn, hoặc đường điện ngầm.

 Kỹ thuật mở rộng đường khoan khi khoan ngầm robot qua đường

Sau khi hoàn tất công tác khoan định hướng, đầu khoan và mũi khoan TriHawk sẽ được thay thế bằng đầu phá ngược (reamer). Áp dụng kỹ thuật xoay-kéo đưa đầu phá đi ngược trở về máy khoan theo một tốc độ 3-5ft/ph tùy theo địa chất khu vực thi công sẽ có tốc độ khác nhau để phù hợp với các tầng địa chất đường khoan đi qua cùng với một lượng dung dịch khoan có hàm lượng tương thích bơm vào để tạo ra đường hầm phục vụ kéo ống.

- Trong trường hợp địa chất khu vực thi công là bùn sét thì tốc độ khoan doa khoảng 5 ft/ph tức là khoảng 1,5m/ph.

- Trường hợp gặp tầng địa chất khu vực thi công là sét cứng, dẻo thì tốc độ khoan sẽ là 3ft/ph.

Đầu phá ngược có đường kính D=1,2~1.5x đường kính ống (tối thiểu bằng 120% đường kính ống cần kéo đường hầm). Việc vận hành đầu phá phải tuân thủ quy trình được tính toán dựa trên tài liệu địa chất công trình nhằm đảm bảo độ bền vững thành vách của đường hầm để duy trì lượng dung dịch khoan bên trong có chất lượng tốt.

Các bước chính:

Ø  Khoan định hướng;

Ø  Khoan doa mở rộng đường hầm;

Ø Khoan doa tạo vách bằng đầu phá kết hợp kéo ống vào vị trí.

 Phương án lựa chọn máy móc thi công khoan ngầm robot

Xác định đây là một trong những công trình lớn và đầu tiên thi công ở Việt nam vì vậy về giải pháp thiết bị Công ty CP Tư vấn đầu tư & Thiết kế xây dựng Minh Phương sẽ nhập máy XZ 3600 với công suất kéo và đẩy 360 tấn để đảm bảo đủ công suất thi công cho đoạn dài nhất là 1000m. Đồng thời thuê chuyên gia nước ngoài có kinh nghiệm đã thi công những tuyến ống tương tự cùng cán bộ công nhân của Công ty CP Tư vấn đầu tư & Thiết kế xây dựng Minh Phương để thi công đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Máy khoan XZ 3600 dùng thi công tuyến qua sông, những đoạn ngắn hơn có chiều dài <= 330m sẽ dùng máy  GD700-LS -1 là 70 tấn để đảm bảo tiến độ cho dự án

Ø Thông số tính toán. Tính toán cho đoạn dài nhất qua sông lớn: 1000m:

- Lực kéo và lực đẩy Max của máy XZ 3600 là 360tấn.

- Tốc độ khoan kéo ống  ≈ 3-5ft/ph

-Khối lượng của đường ống HDPE D1000 dày 72,5mm ≈ 220kg/m, theo thiết kế Lmax = 1000m vậy TL_ốngmax= 220kg/m*1000m = 220 tấn 

Khi kéo ống trên con lăn và khi ống vào đường hầm (có dung dịch khoan và dung dịch bôi trơn) hệ số ma sát là ≈ 0,25, còn ống trên bờ đặt trên con lăn hệ số ma sát là 0,2. Tính chung Hms = 0,25.

- Khối lượng của cần khoan ≈20kg/m vậy TL_{cần khoan}= 1000*20= 20 tấn.

Tổng trọng lượng ống và cần khoan: Ttotal = 220t + 20t = 240 tấn.

Ø Lực kéo là: L = Hms x Ttotal = 240*0,25 = 60 tấn ≈ 16% lực kéo của máy ( lực kéo của máy 360 tấn). Hệ số an toàn: Hat = 360:60 =6 lần => vậy đảm bảo.

 

4.2. Công nghệ thi công khoan bằng máy khoan kích ngầm

 Các bước thi công khoan bằng máy khoan kích ngầm

Bước 1: Chuẩn bị mặt bằng: dọn dẹp, đo đạc định vị tim tuyến, lắp dựng hàng rào biển báo, phân luồng giao thông.

Bước 2: Đo đạc và định vị tim tuyến ống.

Bước 3: Lắp đặt máy khoan dẫn hướng D110 để định hướng tim tuyến ống. Mũi khoan có gắn định vị kể kiểm soát vị trí và hướng khoan.

Tháo mũi khoan dẫn hướng, lắp đặt xích kéo và tời kéo tải trọng 60T. Lắp đặt mũi các mũi khoan liền các đoạn ống bao. Lắp đặt hệ kích đẩy 120T. Trong đó:

Bước 4: Mũi khoan điều khiển bằng bơm thủy lực có mô men xoắn 80kN.m.

Bước 5: Tiến hành khoan và kích kéo ống: tiến hành khoan với tốc độ khoảng 50cm/h. Vừa khoan vừa tăng dần lực tời kéo và kích ống để kéo ống và mũi khoan về phía trước. Tiến hành căn chỉnh định vị chính xác đoạn ống bao đầu tiên.

Đất được chuyển ra ngoài bằng hệ guồng xoắn ốc.

Các đoạn ống tiếp theo được liên kết hàn chắc chắn với đoạn ống trước mới tiếp tục tiến hành khoan kéo đẩy.

Tiến hành khoan tuần tự đến khi hoàn thành lỗ khoan.

Bước 6: Tháo dỡ máy khoan và bàn giao.

 Yêu cầu thi công khoan kích ngầm

Việc thi công kích đẩy gồm nhiều các bộ môn kết hợp với nhau để thực thi theo đúng phương án thiết kế đã đặt ra. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa các bộ môn sẽ đóng vai trò trong việc giảm thiểu rủi ro và sự cố.

- Cần đảm bảo nguồn điện dự phòng để không xảy ra mất điện, để quá trình thi công được liên tục …

- Trong quá trình thi công cần bố trí các thiết bị quan trắc: Sự di chuyển đúng hướng của máy đào và trục ống dẫn nước; Lún của nền đường cần được quan trắc. Khi có hiện tượng cần báo cáo ngay cho các bên để tìm hướng giải quyết

- Trường hợp gặp mực nước ngầm, cần xem xét thêm lực đẩy nổi ống (minh họa như hình vẽ dưới). Lực này có thể làm ảnh hưởng tới sự hướng đào của máy, làm thay đổi ma sát giữa ống cống và thành đất xung quanh và do đó ảnh hưởng tới lực cắt đầu máy và lực đẩy kích.

- Các thông số khoan: tổng lực kích đẩy, tốc độ kích đẩy, moment cắt đất, tốc độ lấy đất ra khỏi mặt máy đào cần được theo dõi liên tục trong quá trình khoan. Tốc độ múc đất và tốc độ đẩy của kích cần điều chỉnh thích hợp với moment xoắn cắt đất.

- Việc dừng máy có thể làm tăng lực kích đẩy khi bắt đầu kích, do đó cần dự liệu và quan trắc giá trị này.

- Lực đầu máy khoan cần lớn hơn áp lực chủ động và nhỏ hơn áp lực bị động nhằm tránh sự trồi của đất.