CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG TRONG THI CÔNG NGẦM HIỆN ĐẠI

Vai trò ngày càng lớn của công nghệ khoan định hướng trong hạ tầng đô thị

Khoan ngang có dẫn hướng (Horizontal Directional Drilling – HDD) và khoan kích đẩy ống (Pipe Jacking) là hai công nghệ thi công ngầm không đào mở hiện đại, được áp dụng rộng rãi trong các dự án cấp thoát nước, cáp quang, đường ống dầu – khí, cống hóa hạ tầng và các công trình giao cắt đường bộ – đường sắt – sông rạch.

Nhờ ưu điểm thi công nhanh, độ chính xác cao, ảnh hưởng tối thiểu đến môi trường và không làm gián đoạn giao thông, HDD ngày càng được các chủ đầu tư, nhà thầu và cơ quan quản lý ưu tiên lựa chọn. Tuy nhiên, hiệu suất và tuổi thọ của giàn khoan phụ thuộc mạnh mẽ vào chất lượng vận hành, bảo trì và tính đúng đắn của thiết kế đường khoan, đặc biệt đối với các tuyến khoan qua đường, qua sông có độ phức tạp cao.

Bài viết phân tích các giải pháp đảm bảo hiệu quả của thiết bị khoan định hướng, kết hợp với việc trình bày những điểm kỹ thuật cốt lõi khi thi công HDD qua đường và qua sông – hai tình huống điển hình nhất trong thi công ngầm đô thị.

Chăm sóc thiết bị khoan: nền tảng của mọi dự án HDD

Thiết bị khoan định hướng vận hành trong điều kiện tải trọng cao, mô-men xoắn lớn và nhiệt độ biến thiên mạnh. Cần khoan, motor, bit cắt, hệ thống bơm bùn, bộ định vị là các bộ phận chịu ứng suất liên tục.

Việc bảo dưỡng, kiểm tra định kỳ, thay thế vật tư hao mòn đúng kế hoạch và vận hành trong giới hạn kỹ thuật cho phép là yếu tố quyết định:

• Tăng tuổi thọ thiết bị
• Giảm nguy cơ sự cố trên tuyến khoan
• Duy trì năng suất khoan ổn định
• Hạn chế chi phí sửa chữa – dừng máy không kế hoạch

Đặc biệt, đối với các tuyến qua đường và qua sông, việc dừng máy hoặc kẹt cần giữa tuyến sẽ gây hậu quả kỹ thuật và tài chính rất lớn, nên quản lý thiết bị là tuyến phòng thủ đầu tiên.

Mẹo khắc phục sự cố trong quá trình vận hành

Dù lập kế hoạch chi tiết, các sự cố vẫn có thể xảy ra. Nhận diện sớm và xử lý đúng cách là chìa khóa.

3.1 Các dấu hiệu sự cố phổ biến

• Mất hom (mất tín hiệu định vị): xảy ra khi khoan sâu, đi dưới vật cản kim loại lớn, giao cắt sông, hoặc tại khu vực có nhiễu điện từ.
• Tăng áp lực bùn bất thường: có thể do sập thành hố khoan, mạt khoan không được mang ra ngoài đầy đủ, hoặc bit gặp chướng ngại vật cứng.
• Đèn hiệu nóng: báo hiệu ma sát tăng, dung dịch khoan không đủ làm mát, bit mòn hoặc cần khoan bị kẹt.
• Lực kéo (pullback) tăng đột ngột: cho thấy ma sát với hố khoan tăng, đường cong thiết kế không hợp lý hoặc ống bị siết.

3.2 Một số giải pháp xử lý

• Giảm tốc độ đẩy, tăng lưu lượng bùn, cho hệ thống “nghỉ” để hạ nhiệt.
• Back-ream (mở rộng lại đoạn hố khoan) nếu lực kéo lớn và không giảm.
• Kiểm tra thông số bùn (độ nhớt, tỷ trọng), bổ sung bentonite hoặc polymer.
• Điều chỉnh góc khoan để tránh vùng địa chất xấu hoặc chướng ngại vật nghi ngờ.

Đảm bảo người vận hành có đào tạo đúng chuẩn

Người vận hành giàn khoan HDD là “người cầm lái” của cả tuyến. Những lỗi phổ biến nếu vận hành thiếu kinh nghiệm:

• Đẩy bit quá nhanh, vượt giới hạn bán kính cong của đường ống → gấp khúc, khó kéo ống.
• Điều chỉnh góc khoan không hợp lý khi qua đường, qua sông, dẫn đến độ sâu không đảm bảo, hoặc vượt quá chiều dài cho phép của bit.
• Không kiểm soát tốt mối quan hệ giữa lực đẩy, mô-men xoắn và lưu lượng bùn.

Đào tạo bài bản cần bao gồm:

• Hiểu rõ biểu đồ cong cho từng loại ống (HDPE, thép, ống bọc).
• Kỹ năng đọc và hiểu dữ liệu từ hệ thống định vị (locator/gyro).
• Kỹ thuật xử lý sự cố khi khoan dưới công trình quan trọng như cầu, đường cao tốc, tuyến Metro.

Hiểu và đánh giá điều kiện địa chất trước khi khoan

5.1 Tầm quan trọng của khảo sát địa chất

Đối với các tuyến HDD qua đường, qua sông, khảo sát địa chất là bắt buộc:

• Tránh khoan vào lớp đá cứng bất ngờ.
• Tránh vùng cát rời, bùn yếu dễ sập thành.
• Xác định chiều sâu tối thiểu dưới đáy sông để tránh xói lở, lộ ống.

5.2 Ảnh hưởng đến lựa chọn bit và bùn

• Đất sét: cần bùn có tính ổn định tốt, tránh “balling” (đất bám bit).
• Đất pha sỏi: mài mòn mạnh, yêu cầu bit Tri-cone hoặc PDC, bùn có độ bôi trơn cao.
• Đá cứng: cần motor công suất lớn, bit chuyên dụng, tốc độ tiến chậm.

Địa chất phức tạp đồng nghĩa với yêu cầu cao hơn về tay nghề, thiết bị và phương án dự phòng.

 Xoay cần khoan – giải pháp giảm mài mòn và kéo dài tuổi thọ

Ống khoan là phần hao mòn nhiều nhất do ma sát liên tục với thành hố khoan, đặc biệt tại các đoạn cong, đoạn vào – ra bờ sông, hoặc vị trí qua dưới móng đường.

Xoay vị trí các đoạn cần trong chuỗi theo chu kỳ:

• Giúp mài mòn đều, tránh một số đoạn bị “chết sớm”.
• Duy trì độ bền toàn chuỗi khi kéo ống dài.
• Giảm nguy cơ bể ren, gãy thân ống trong lúc pullback.

Sử dụng dung dịch khoan – yêu cầu không thể thỏa hiệp

Dung dịch khoan không chỉ là “chất bôi trơn” mà thực chất là hệ thống hỗ trợ sự sống cho hố khoan.

7.1 Vai trò của dung dịch khoan

• Giảm ma sát giữa cần – ống – thành hố khoan.
• Mang mạt khoan ra khỏi hố.
• Ổn định thành hố trong đất yếu, cát rời, bùn ven sông.
• Làm mát bit và motor khoan.

Khoảng cách khoan xa, tuyến qua sông, qua đường với chiều dài lớn mà không dùng bùn đúng cách gần như chắc chắn sẽ dẫn đến sự cố.

7.2 Chất lượng dung dịch và nguồn nước

Ngay cả khi công thức bùn đúng, nguồn nước kém chất lượng (nhiều ion Ca²⁺, Mg²⁺, tạp chất) cũng:

• Làm giảm hiệu quả hoạt tính của bentonite, polymer.
• Gây kết tủa, tạo cặn trong đường ống bơm.
• Tăng ăn mòn thiết bị.

Nên kiểm tra tối thiểu độ đục, độ cứng nước và dùng hệ thống lọc trước khi pha bùn.

Kỹ thuật HDD qua đường giao thông

Khoan qua đường bộ, đường cao tốc, đường sắt là ứng dụng rất phổ biến của HDD. Đặc điểm kỹ thuật:

8.1 Yêu cầu chung

• Độ sâu an toàn dưới đáy kết cấu đường: thường 1,5–3 m (tùy tiêu chuẩn).
• Không làm lún, nứt mặt đường.
• Không gián đoạn giao thông.
• Không xâm phạm hành lang của các tuyến ống – cáp hiện hữu.

8.2 Kỹ thuật thiết kế tuyến

• Điểm vào (entry pit) và ra (exit pit) phải nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng móng đường.
• Đường cong pilot được thiết kế với bán kính cong phù hợp với đường kính và loại ống.
• Hạn chế tối đa các đoạn cong ngắn, gấp, vì sẽ gây tăng lực kéo trong giai đoạn kéo ống.

8.3 Quản lý rủi ro

• Định vị, dò tìm tất cả hạ tầng ngầm hiện hữu trước khi khoan.
• Trong suốt quá trình khoan, bộ phận locator phải kiểm tra liên tục liên quan đến tim tuyến và độ sâu.
• Có kịch bản ứng phó khi gặp nền đường yếu (bù bùn, điều chỉnh đường cong).

Kỹ thuật HDD qua sông

Khoan qua sông là một dạng công trình có mức độ rủi ro và yêu cầu kỹ thuật cao hơn nhiều so với khoan qua đường.

9.1 Các thách thức chính

• Độ sâu tuyến khoan phải đảm bảo an toàn đối với xói lở đáy sông, tàu thuyền, nạo vét.
• Địa chất thay đổi phức tạp giữa hai bờ và lòng sông.
• Nguy cơ mất dung dịch vào các lớp rỗng ngầm.
• Áp lực thủy tĩnh lớn khi tuyến đi sâu.

9.2 Nguyên tắc thiết kế tuyến HDD qua sông

• Tuyến thường được thiết kế theo dạng cung sâu, điểm thấp nhất nằm dưới đáy sông khá xa, tránh vùng xói lở.
• Độ sâu tối thiểu (cover) được tính toán dựa trên mực nước thấp nhất, xói lở dự kiến và chiều sâu tác động của dòng chảy.
• Bán kính cong đảm bảo không vượt quá giới hạn cong của ống, đồng thời đủ "mềm" để lực kéo không tăng đột biến.

9.3 Đặc điểm vận hành

• Dung dịch khoan phải có tính ổn định cao, giữ thành tốt.
• Lưu lượng bùn cao hơn so với tuyến trên cạn.
• Thiết bị định vị có thể sử dụng hệ thống gyroscope khi tín hiệu truyền qua mặt nước bị hạn chế.
• Kế hoạch dự phòng khi xảy ra mất dung dịch hoặc kẹt bit phải chuẩn bị từ đầu.

Khoan ngang bằng bộ kích (Pipe Jacking) – khi nào nên dùng?

(Phần này giữ lại nội dung chính sếp đã đưa, chỉ tinh chỉnh một chút câu chữ, không thay cấu trúc.)

Khoan ngang (bộ đẩy ống có kích) là phương pháp đặt ống bằng cách khoan ngầm theo đường thẳng giữa hai ô (giếng) – giếng xuất phát và giếng đón. Thiết bị khoan được đặt trong giếng xuất phát, ống vỏ được kích đẩy dần trong lòng đất đồng thời vật liệu đào được vận chuyển ngược về giếng xuất phát.

10.1 Hiệu suất

• Đường kính: lên đến 1000 mm.
• Chiều dài: lên đến khoảng 80 m (tùy thiết bị và địa chất).
• Thổ nhưỡng: áp dụng cho nhiều loại địa hình.

10.2 Ưu điểm

• Ít hoặc không gây tiếng ồn đáng kể.
• Ít hoặc không rung, phù hợp khu vực nhạy cảm.
• Khả năng dẫn hướng tốt.
• Khả năng đẩy được nhiều loại ống: PP, GRP, thép, bê tông.

10.3 Nhược điểm

• Công tác chuẩn bị, lắp đặt giếng kích phức tạp.
• Yêu cầu diện tích mặt bằng nhất định.
• Công tác xử lý vật liệu đào, bùn thải nhiều.

 So sánh HDD và Pipe Jacking trong các tình huống sử dụng

• Khi cần đi đường cong, qua sông, chiều dài lớn → HDD có lợi thế.
• Khi tuyến ngắn, thẳng, đường kính lớn, yêu cầu cứng vững cao → Pipe Jacking là lựa chọn phù hợp.

Hai công nghệ không loại trừ nhau, mà bổ trợ cho nhau trong chiến lược “no-dig” hiện đại.

 An toàn và tuân thủ – yêu cầu tối thượng của mọi dự án khoan ngầm

Thi công HDD và khoan kích đòi hỏi hệ thống quản lý an toàn bài bản:

• Quy trình HSE cụ thể cho khoan ngầm.
• Đào tạo an toàn cho tất cả nhân viên.
• Giám sát rung động, lún, chuyển vị cho khu vực gần công trình.
• Kế hoạch ứng phó sự cố bùn tràn, kẹt cần, gãy ống.

Các nhà thầu được chứng nhận ISO, có chương trình an toàn đã chuẩn hóa, thường được ưu tiên lựa chọn trong các dự án quan trọng.

Tài năng địa phương – sức mạnh toàn cầu

Một nhà thầu khoan định hướng chuyên nghiệp phải là sự kết hợp giữa:

• Lực lượng kỹ sư, công nhân địa phương hiểu địa chất, thủy văn và hạ tầng.
• Hệ thống kỹ thuật, thiết bị, kinh nghiệm thi công tích lũy từ nhiều dự án quy mô lớn.
• Khả năng huy động nhân lực, thiết bị, vật tư xuyên vùng, đa dự án.

Mô hình “tài năng địa phương, sức mạnh toàn cầu” cho phép các nhà thầu như Minh Phương Corp triển khai các dự án khoan ngầm phức tạp mà vẫn đảm bảo an toàn, tiến độ và hiệu quả kinh tế.

Hiệu quả của thiết bị khoan định hướng không phải là kết quả ngẫu nhiên, mà là thành quả của một hệ thống gồm: thiết kế tuyến phù hợp (đặc biệt khi qua đường, qua sông), lựa chọn đúng thiết bị – dung dịch khoan, vận hành trong giới hạn kỹ thuật, bảo dưỡng khoa học, giám sát địa chất và xây dựng văn hóa an toàn.

Trong bối cảnh hạ tầng ngầm ngày càng dày đặc, yêu cầu bảo vệ môi trường, hạn chế đào mở và giữ an toàn cho giao thông, công nghệ HDD và khoan kích sẽ còn giữ vai trò trung tâm trong chiến lược phát triển đô thị thông minh và bền vững. Việc đầu tư vào kỹ thuật – con người – thiết bị là con đường duy nhất để nâng cao hiệu quả và uy tín của các nhà thầu khoan ngầm tại Việt Nam.