Khoan ngầm định hướng ngang HDD trong thi công ngầm

Khoan định hướng ngang (HDD) là một trong những phương pháp khoan ngầm phổ biến nhất được sử dụng để lắp đặt đường ống, ống dẫn hoặc cáp ngầm mà không cần đào rãnh hở, thường được các thành phố và công nhân xây dựng sử dụng để lắp đặt các tiện ích và hệ thống ống nước ngầm. Không giống như cài đặt ngầm truyền thống, khoan ngầm định hướng HDD không yêu cầu rãnh mở để hoàn thành.

Các phương pháp xây dựng không rãnh như khoan định hướng ngang đã trở nên phổ biến do tác động thấp mà nó gây ra đối với các tòa nhà và người đi lại, lắp đặt, cũng như môi trường, trong quá trình xây dựng.

Khoan ngầm định hướng ngang là gì?

Khoan ngầm định hướng ngang HDD là một phương pháp xây dựng mà một đường hầm được khoan xuyên qua mặt đất để có thể lắp đặt đường ống, ống dẫn hoặc dây cáp mà không cần đào rãnh.

Bước đầu tiên trong quá trình cài đặt HDD là thiết lập trang web khởi chạy. Một giàn khoan được thiết lập tại chỗ, cung cấp chuyển động quay và lực đẩy cho máy khoan. Cần khoan kết nối máy khoan với mũi khoan và chiều dài cần khoan bổ sung được thêm vào khi mũi khoan tiến qua lỗ khoan. Mũi khoan được chọn dựa trên loại đất để mang lại tiến độ hiệu quả nhất có thể khi nó cắt xuyên qua mặt đất.

Sau khi mũi khoan đi hết quãng đường tới điểm đích, giai đoạn đầu tiên đã hoàn thành và bước tiếp theo là mở rộng kích thước lỗ khoan bằng cách kéo mũi doa trở lại đường hầm. Mũi khoan được tháo ra khỏi đầu dây khoan và được thay thế bằng dụng cụ doa. Có thể cần một số lần doa để mở đường kính của lỗ khoan lên xấp xỉ 1,5 lần đường kính của ống sản phẩm. Khi đạt được điều này, ống sản phẩm có thể được lắp đặt. Ống sản phẩm được kéo trở lại qua lỗ khoan giống như cách sử dụng dụng cụ doa. Một đầu kéo và xoay bây giờ được gắn vào cuối dây khoan. Đường ống được gắn vào đầu kéo và từ từ được kéo lại qua lỗ khoan để hoàn thành việc lắp đặt.

Vì khoan định hướng ngang yêu cầu cả hai bên lối vào và lối ra, nên có nhiều thiết bị cần thiết tùy thuộc vào mỗi bên. Đối với điểm nhập cảnh, nhân viên phụ cần:

·         Đơn vị điện và máy phát điện

·         Máy bơm nước

·         Cung cấp bùn khoan

·         Bể trộn bùn

·         Bơm bùn và giá đỡ ống khoan

·         Ống khoan

·         Giàn khoan chính

·         Nếu có bùn thì cần phải xử lý bùn và có hệ thống làm sạch.

Về điểm xuất cảnh, nhân viên phụ cần:

·         Cắt bể lắng

·         Các bể chứa bùn thoát ra

·         Con lăn và thiết bị xử lý đường ống

·         Bùng nổ bên

·         Kệ ống

·         Ống sản phẩm

Các thiết bị khác cần thiết bao gồm đường ống, thiết bị sơn, hàn và thử nghiệm.

Sơ lược về lịch sử khoan ngầm định hướng ngang

Ý tưởng đằng sau công nghệ khoan ngang định hướng HDD được nảy sinh khi Martin Cherrington quan sát việc lắp đặt đường dẫn khí bằng máy khoan cầm tay vào những năm 1960. Martin đã phát triển khái niệm khoan dẫn hướng, cuối cùng đã xây dựng một giàn khoan được thiết kế riêng và thành lập công ty của riêng mình.

 Bước đột phá lớn của HDD đến vào năm 1971 khi Martin sử dụng giàn khoan của mình để lắp đặt một đường dẫn khí 4 ”bên dưới sông Pajaro cho Công ty Điện & Khí Thái Bình Dương (PG&E). Đó là một cuộc vượt biển dài 500 feet, mất khoảng một tháng để hoàn thành, nhưng thành công của dự án này đã mở ra tiềm năng của ngành xây dựng về tiềm năng của công nghệ khoan ngầm kéo ống HDD.

Kể từ đầu những năm 1980, công nghệ cho công nghệ khoan ngầm HDD đã phát triển rộng rãi. Trong những năm đầu phát triển của Martin, họ sẽ phải đào "ổ gà" dọc theo đường khoan để xác minh độ sâu và hướng của mũi khoan. Kể từ đó, các phương pháp đo lường và điều khiển quỹ đạo ổ cứng phức tạp đã làm cho công nghệ trở nên mạnh mẽ và hiệu quả hơn.

Các thành phần giàn khoan định hướng ngang

Đối với bản thân giàn khoan ngang định hướng, có một vài thành phần chỉ phụ thuộc vào kế hoạch khoan tổng thể. Bao gồm cần khoan và các mũi khoan.

Cần khoan, còn được gọi là thân khoan, có nhiều chiều dài khác nhau, phổ biến nhất là 3.0, 4.6 và 9.1 mét. Các phân đoạn có luồng nữ và nam ở các đầu đối diện để cho phép gắn vào nhau. Chiều dài tổng thể của thanh được tính toán dựa trên góc vào và ra tính bằng độ, độ sâu tính bằng mét, chiều dài của chướng ngại vật cần vượt qua và bán kính đường cong tính bằng mét cho cả điểm vào và điểm ra. Các tính toán phải được xem xét cẩn thận vì vượt quá bán kính uốn cong có thể gây ra hư hỏng cho thanh và cuối cùng là hỏng hóc. Việc hỏng hóc dẫn đến tốn thêm chi phí thay thế và thời gian ngừng hoạt động của máy.

Nhóm công nhân tham gia khoan định hướng sẽ quyết định việc lựa chọn đầu khoan.

Đối với nền đất yếu, chẳng hạn như đất sét, đá vôi mềm, đá phiến sét, cát rời và lớp nền đỏ, tốt nhất nên dùng dao kéo hoặc mũi cắt cố định. Các mũi khoan này là một khối rắn duy nhất quay cùng với dây khoan. Không có ổ trục và công nhân có thể sử dụng chất lỏng cắt hoặc không khí để loại bỏ phần đất bị hỏng.

Đối với nền đất cứng hoặc trung bình, chẳng hạn như đá vôi, canxit, đá vôi cherty, đá phiến sét cứng, đá bùn hoặc đá dolomit, tốt nhất là máy cắt cán ba hình nón. Hình dạng, góc độ và chất liệu quyết định việc sử dụng chúng. Những chiếc răng có khoảng cách rộng rãi dài dành cho nền đất trung bình trong khi những chiếc răng ngắn hơn, khít nhau được tạo ra để phá vỡ đất cứng. Các mỏ đất cứng và trung bình sử dụng dung dịch khoan để đào đá dăm.

Các bước cần thiết cho khoan định hướng ngang HDD

Đối với khoan định hướng ngang, có bốn bước cần thiết để hoàn thành. Để bắt đầu, đó là lập kế hoạch trước địa điểm. Sau đó, việc lập kế hoạch được thực hiện bằng cách khoan lỗ thí điểm, mở rộng trục bằng doa, và sau đó kéo lại dây ống.

Lập kế hoạch trước địa điểm

Lập kế hoạch trước địa điểm bắt đầu bằng một báo cáo địa kỹ thuật. Báo cáo này bao gồm một cuộc kiểm tra các cuộc khảo sát địa chất trong quá khứ. Ngoài việc xem xét thông tin lịch sử, các nhà khảo sát lấy mẫu của mặt đất trong các khoảng thời gian ngẫu nhiên. Người khảo sát có thể thu thập các mẫu này thông qua máy khoan định hướng cầm tay hoặc máy khoan định hướng HDD. Các mẫu đất sau đó được gửi đi phân tích, trong đó cho biết vị trí, độ cao, độ sâu của ví dụ. Báo cáo trả về với các chỉ dẫn về loại đất gặp phải ở mỗi độ sâu.

Ngoài phân loại đất, báo cáo địa kỹ thuật cho biết độ bền của đất và bất kỳ điều kiện nước ngầm nào. Các kỹ sư sử dụng thông tin này để lập kế hoạch cho hệ thống thoát nước bổ sung và áp lực nâng hoặc thấm nền có thể xảy ra.

Sau khi báo cáo địa kỹ thuật hoàn tất, các kỹ sư xác định các điểm vào và ra cho giàn khoan định hướng HDD. Họ sử dụng dữ liệu báo cáo để lập bản đồ đường khoan. Sau khi hoạch định tuyến đường, các nhà hoạch định dự án sẽ tinh chỉnh các điểm vào và ra.

Khoan lỗ thí điểm

Sau khi tất cả việc lập kế hoạch trước mặt bằng đã hoàn tất, đã đến lúc mang thiết bị đến hiện trường và thiết lập nó cho phù hợp. Báo cáo địa kỹ thuật cho biết khả năng chịu lực của đất, vì vậy công nhân được đảm bảo không mang máy móc quá nặng đến công trường. Kết quả khảo sát cũng giúp các kỹ sư trong việc lựa chọn các bit và chiều dài thanh phù hợp cho công việc.

Khi thiết bị đã vào vị trí, công nhân khoan một lỗ thí điểm dọc theo con đường đã định trước. Một đầu dò nằm gần bit sẽ gửi các số đọc trở lại bộ điều khiển theo định kỳ. Các giá trị này chỉ ra tọa độ dọc và ngang của lỗ. Các bài đọc này liên quan đến điểm vào ban đầu. Các nhà khai thác sử dụng chúng để đảm bảo chúng đang đi đúng hướng và tránh đi chệch hướng.

Thường thì trong khi khoan lỗ thí điểm, công nhân sẽ bơm dung dịch khoan vào lỗ. Chất lỏng này giúp tạo sự ổn định cho lỗ khoan và vận chuyển các cành khoan ra ngoài. Nó cũng giúp làm sạch phần tích tụ trên mũi khoan và làm mát mũi khoan đồng thời giảm ma sát giữa mũi khoan và tường.

Mở rộng lỗ.

Khi mũi khoan xuyên qua mặt đất vị trí lối ra, lỗ xuống, công nhân sẽ tháo cụm lỗ xuống. Sau đó, họ gắn một mũi doa sau vào dây khoan. Sợi dây được kéo trở lại qua lỗ khoan, mở rộng đường kính. Để đạt được đường kính mong muốn, công nhân có thể phải thực hiện thêm các đường đi qua dây bằng doa. Không phải tất cả các lỗ thí điểm đều cần mở rộng. Đường ống có đường kính nhỏ hơn không sử dụng doa. Điều này là do lỗ thí điểm có kích thước phù hợp để kéo dây ống trở lại.

Sự thoái lui của chuỗi ống

Dây ống là đoạn kéo, dài hơn chiều dài mũi khoan định hướng một chút. Dây được kéo qua các con lăn vào lỗ thoát và được kéo trở lại giàn cho đến khi toàn bộ dây ống di chuyển qua lỗ khoan. Thường thì mảnh này được nối với mũi doa. Lớp phủ bên ngoài trên dây ống có thể nhìn thấy được và cho phép công nhân kiểm tra dây chuyền xem có bị hư hại khi hoàn thành kéo lại.

Các công nhân sau đó hoàn thành việc kiểm tra nội bộ để đảm bảo không có hư hỏng nào đối với đường ống trong quá trình rút. Khi đường ống được xác nhận thành công, thiết bị được xuất xưởng và tháo dỡ. Các dự án khoan định hướng ngang yêu cầu lập kế hoạch cẩn thận.

Các báo cáo địa kỹ thuật cho phép các nhà lập kế hoạch xác định loại mũi khoan sẽ sử dụng, độ dài cần thanh và địa điểm có thể quản lý thiết bị nặng. Khi đã có kế hoạch, công nhân có thể khoan lỗ thí điểm và mở rộng để sử dụng đường ống.

Ưu và nhược điểm của khoan ngầm định hướng HDD là gì?

Khoan ngầm HDD có lợi thế rõ ràng so với các phương pháp lắp đặt đường ống truyền thống. Có thể điều hướng bên dưới các chướng ngại vật như đường xá, sông ngòi và các khu vực sinh thái nhạy cảm mà không ảnh hưởng đến môi trường hoặc người sử dụng.

Quỹ đạo cũng có thể linh hoạt hơn với các đường cong thay vì giới hạn ở các đường thẳng.

Việc sử dụng dung dịch khoan mang lại một số rủi ro cho quá trình HDD. Có thể xảy ra hiện tượng xả đáy, nơi dung dịch khoan đẩy qua thành hầm và rò rỉ ra đất xung quanh và có thể dẫn đến nhiễm bẩn nước ngầm. Chất lỏng khoan cũng phải được xử lý theo cách có thể chấp nhận được với môi trường sau khi dự án hoàn thành.

Một ưu điểm chính của HDD so với các phương pháp không rãnh khác là hoạt động được thực hiện từ bề mặt mà không cần các lỗ vào và ra. Hiệu quả tổng thể của phương pháp này khiến nó trở thành một trong những phương pháp nhanh nhất để lắp đặt đường ống ngầm.

Phương pháp HDD không được sử dụng trên đất sỏi hoặc đất tơi xốp. Kích thước hạt của lỗ hỏng trong những trường hợp này không có lợi cho việc lơ lửng trong dung dịch khoan, đây là yêu cầu quan trọng để HDD thành công.

Các dự án thích hợp để khoan định hướng ngang HDD thích hợp nhất để lắp đặt các đường ống bên dưới sông, đường hoặc các khu vực sinh thái nhạy cảm. Máy khoan có thể thiết lập góc của mũi khoan xuống đất để tạo ra một vòng cung điều hướng gọn gàng đường đi mong muốn.

Những cải tiến trong việc kiểm soát hướng của các giàn HDD liên tục được phát triển. Khi công nghệ cải tiến, phương pháp này sẽ vẫn là một lựa chọn phổ biến cho một số ứng dụng ngày càng tăng.

Bạn có sử dụng khoan định hướng ngang không?

Khoan định hướng ngang (HDD), còn được gọi là doa định hướng, là một kỹ thuật xây dựng rãnh không tác động tối thiểu được sử dụng để lắp đặt các đường ống ngầm, ống dẫn, dây cáp hoặc bất kỳ tiện ích nào khác dọc theo một con đường được xác định trước.

Hướng dẫn miễn phí của chúng tôi sẽ cung cấp cho các chuyên gia trong ngành hiểu biết sâu hơn về Khoan định hướng HDD và cách áp dụng kiến thức đó vào việc xây dựng không rãnh.