I. Giới thiệu về công nghệ khoan ngang định hướng

I.1. Lịch sử phát triển

Khoan ngang định hướng (Horizontal Directional Drilling, viết tắt là HDD) là phương pháp thi công lắp đặt đường ống bằng cách khoan ngầm có kiểm soát, có thể điều khiển hướng mũi khoan theo hướng được định sẵn. Công nghệ ra đời vào năm 1960 tại Los Angeles, xuất phát từ ý tưởng của kỹ sư Cherrington, khởi nguồn công nghệ thi công khoan ngang dẫn hướng được ứng dụng trong công nghệ khai thác dầu khí hiệu quả với chi phí thấp ở Hoa Kỳ. Công nghệ khoan HDD được phát triển ở Việt Nam và trong những ngày đầu tiên của nó đã cách mạng hóa việc lắp đặt ngầm đường ống vượt qua các con sông, đường quốc lộ, đường cao tốc. Khoan ngang định hướng lần đầu tiên được thực hiện thành công ở Việt Nam vào đầu những năm 2006, tuy nhiên chỉ giới hạn với độ dài tương đối ngắn. Kể từ năm 2016, công nghệ khoan HDD đã có sự phát triển nhanh chóng, với những giàn khoan lớn trên thị trường hiện nay, việc vượt qua chiều dài hơn 1.000m đã được thực hiện thành công, cho phép đặt đường ống không rãnh có đường kính lên đến khoảng 1400mm ở hầu hết các dạng đất.

I.2. Phạm vi ứng dụng và ưu điểm của công nghệ khoan ngang định hướng

Khoan định hướng ngang bản chất là sử dụng mũi khoan có thể điều khiển tạo ra lỗ trong nền đất, sau khi mũi khoan đi lên mặt đất, lắp đường ống cần chôn ngầm vào mũi khoan và kéo ngược lại máy khoan. Cùng sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ này đã được hoàn thiện, cải tiến và ứng dụng rộng rãi trong việc lắp đặt ngầm các công trình cấp và thoát nước, đường ống dầu khí, đường cáp ngầm điện, đường cáp ngầm viễn thông…

So với phương án lắp đặt đường ống bằng phương pháp đào hở, thi công khoan ngang định hướng HDD có nhiều ưu điểm vượt trội như:

-                     Lắp đặt được các đường ống đi xuyên qua đường bộ, đường sắt, sông, kênh mương... mà không cần phá dỡ và hoàn trả, hay di dời các kết cấu, công trình trên mặt đất và tiện ích ngầm, chiếm dụng mặt bằng thi công ít.

-                     Giảm thiểu tối đa ảnh hưởng tới môi trường và đời sống xã hội của dân cư xung quanh khu vực thi công.

-                     Thời gian thi công nhanh, hiệu suất làm việc cao.

II. Biện pháp thi công khoan ngang định hướng

II.1. Khảo sát địa kĩ thụât

1. Khảo sát đường ống ngầm

Theo dữ liệu mạng lưới đường ống ngầm hiện trường do dự án cung cấp, mạng lưới đường ống ngầm hiện trường sẽ được kiểm tra lại để nắm bắt chính xác sự phân bố và độ sâu chôn lấp của các tuyến ống ngầm và cơ sở hạ tầng khác, đồng thời cung cấp cơ sở sở thiết kế chính xác cho quỹ đạo lỗ dẫn hướng.

2. Khảo sát địa hình

Theo tuyến đường đã được phê duyệt, trục lỗ khoan được xác định theo địa hình và tuyến đường của khu vực xây dựng, khoảng cách và hướng của các điểm hiệu chuẩn trên mặt đất được hiệu chỉnh theo hướng của trục khoan với cao độ mặt đất (hoặc chênh lệch độ cao) của mỗi điểm hiệu chuẩn làm cơ sở để theo dõi và điều chỉnh hướng mũi khoan một cách chính xác.

3.Khảo sát địa chất tại chỗ

Nắm vững đặc điểm địa tầng của khu vực công tác khoan đặt ống ngầm và cung cấp các thông số cho quá trình khoan.

4. Bảng thông số hướng dẫn lý thuyết thiết kế

Vẽ sơ đồ thiết kế định tuyến đường ống và thiết kế sơ đồ mặt cắt quỹ đạo đường ống, phản ánh các kết quả khảo sát trên trên sơ đồ và lập phương án xử lý.

Sơ đồ thiết kế định tuyến đường ống

II.2. Trình tự khoan ngang định hướng

1. Đào hố thế

Tùy theo độ sâu khoan của các tuyến đã xác định, có thể phải hạ cao độ vị trí đặt máy khoan để giảm khoảng cách đặt máy L đến vị trí điểm đầu tuyến. Kích thước hố đào phải đảm bảo việc máy lên xuống dễ dàng, đủ không gian thao tác trong thi công, có biện pháp chống sạt lở. Trong trường hợp phải đào hố thế, nhà thầu sẽ bố trí hố thu nước và bơm đảm bảo việc thoát nước cho hố đào.

2. Di chuyển máy đến vị trí thi công

Vị trí đặt máy được xác định cách điểm đầu tuyến theo địa hình thực tế đảm bảo khi mũi khoan đi từ điểm đầu đến điểm cuối là một đường thẳng với cao độ và độ dốc theo thiết kế. Căn cứ để xác định vị trí đặt máy L dựa vào độ sâu khoan thực tế H và đặc tính kỹ thuật của máy. Với độ sâu H ≈ 5m, khoảng cách L được xác định vào khoảng 25m.

Sơ đồ và bảng tính toán vị trí đặt máy

3. Đào hố thu nước thải

Trong quá trình thi công, nước thải (nước+bùn) sẽ có tại điểm đầu, điểm cuối. Tại hai vị trí này cần thiết phải đào hố để thu và xử lý nước thải.

Đào hố thu gom nước thải

4. Khoan tạo lỗ

- Đặt mũi khoan với góc nghiêng lớn nhất (≈16,7⁰), khoan thẳng xuống đến cao độ điểm uốn (cách cao độ mũi khoan tại điểm đầu khoảng 1,8m-hình 7).

Khoan tạo lỗ

- Điều khiển mũi khoan hướng lên trên với góc nghiêng lớn nhất. Khoan chậm, kiểm tra cao độ của mũi khoan tại các điểm hiệu chuẩn trên mặt đất, căn cứ vào các cao độ này, điều chỉnh hướng mũi khoan sao cho cao độ mũi khoan đúng theo thiết kế.

Điều khiển mũi khoan hướng lên trên

- Tiếp tục khoan đến điểm cuối với cao độ và độ dốc theo thiết kế. Trong quá trình khoan, sử dụng thiết bị định hướng mũi khoan kiểm tra vị trí thực tế của mũi khoan tại các điểm hiệu chuẩn để điều chỉnh hướng mũi khoan.

- Khi mũi khoan đến điểm cuối, điều khiển mũi khoan hướng lên trên với góc nghiêng lớn nhất cho đến khi mũi khoan thoát khỏi nền đất.

Kiểm tra vị trí mũi khoan trong nền đất

5. Doa mở rộng lỗ

- Sau khi khoan tạo lỗ xong, lắp đầu doa vào cuối cần khoan. Quay và kéo cần khoan về phía máy để mở rộng lỗ khoan.

- Trong trường hợp phải doa nhiều lần để lỗ khoan đạt đường kính cho công tác kéo ống, phải lắp các đoạn cần khoan nối liên tiếp sau đầu doa trong quá trình kéo cần khoan để tiến hành doa lỗ lần tiếp theo. Sau khi đầu doa được kéo thoát khỏi mặt đất, lắp đầu doa tiếp theo (có đường kính lớn hơn) vào đoạn cuối cần khoan để tiếp tục quá trình mở rộng lỗ.

- Quá trình kéo ống được tiến hành đồng thời với lần doa lỗ cuối cùng (đường kính lỗ sẽ đạt 120%-130% đường kính ống).

Doa mở rộng lỗ khoan

6. Kéo ống

- Căn cứ vào chiều dài thực tế lỗ khoan được xác định trong phiếu theo dõi thi công và bản vẽ thiết kế, tiến hành tổ hợp và hàn nối ống để đảm bảo chiều dài kéo ống. Hai đầu ống sử dụng nắp bịt tránh bùn chảy vào trong ống gây tắc.

- Ống sau khi hàn được đưa vào vị trí kéo. Trong trường hợp đường ống to, dài, sử dụng con lăn kê dưới ống để giảm lực kéo ống.

- Ống được nối sau đầu doa qua khớp nối chuyên dụng, khớp nối này đảm bảo cho ống không quay cùng đầu doa.

Kéo ống

- Vận hành cần khoan quay và kéo về phía máy, ống được kéo theo vào trong lỗ khoan. Quá trình kéo ống tiến hành chậm, đều, thường xuyên quan sát đồng hồ đo áp lực kéo để xử lý kịp thời các tình huống bất thường xẩy ra trong thi công.

- Quá trình kéo ống kết thúc thi đầu ống thoát khỏi nền đất.

7. Kết thúc thi công

- Xử lý nước thải trước khi thải ra hệ thống thoát nước chung.

- Hoàn trả mặt bằng thi công.

- Nghiệm thu và bàn giao tuyến ống.

III. Kết luận

Công nghệ khoan ngang định hướng là công nghệ xây dựng không đào, ít tác động đến môi trường, chi phí dự án thấp và tốc độ thi công nhanh. Nó có các đặc điểm của tính thực tế mạnh mẽ, ứng dụng rộng rãi và hiệu quả tốt. Trong các dự án đường ống ngầm đô thị trong tương lai, công nghệ khoan định hướng sẽ ngày càng được sử dụng nhiều hơn.