Kỹ thuật HDD khoan ngầm qua sông - Kỹ thuật khoan ngầm kéo ống qua sông

Phải mất rất nhiều thời gian để một đường ống đi qua con sông chính của hệ thống thoát nước lớn nhất Miền Bắc thông qua khoan định hướng ngang (HDD). Để đạt được kỳ tích, chủ sở hữu đường ống nước thải ngầm đã phải điều hướng các vùng nước của địa chất, kỹ thuật, máy móc xây dựng và các cơ quan tỉnh và địa phương.

Nỗ lực tuyệt vời đã dẫn đến việc cài đặt thành công 12-in. đường ống dẫn đường kính kéo dài gần 7.700 ft qua sông Hồng và hai con đê ngăn lũ tỉnh. Việc vượt biển là nền tảng của một đường ống dài 26 dặm để vận chuyển nước muối từ một vòm muối ở trên bờ tây của sông Hồng đến một nhà máy chlor-kiềm mới ở bờ đông đối diện của sông tại phía nam.

Trong khi vượt sông Hồng bằng phương pháp khoan định hướng HDD là một thành tựu đáng kể, thì yếu tố bổ sung là khoan dưới hai con đê ngăn lũ tỉnh đã làm cho dự án này trở thành một thành tựu đặc biệt. Để tăng thêm độ phức tạp cho dự án, hai giàn khoan định hướng ngang HDD đã bắn các lỗ thí điểm từ hai phía đối diện của sông và cắt nhau 165 ft dưới sông.

Kỹ thuật bảo vệ khoan định hướng ngang ngần qua song qua đường

Khoan dưới đê là một quá trình xây dựng và kỹ thuật được quy định và chặt chẽ. Trong quá trình thi công khoan định hướng, áp lực dung dịch khoan cần thiết để loại bỏ các hom ra khỏi lỗ khoan có khả năng làm đứt gãy đất, tạo ra một con đường giải phóng dung dịch khoan xuống bề mặt đất (thường được gọi là “vô tình quay trở lại dung dịch khoan”). Nếu điều này xảy ra dưới một con đê điều tiết, vết nứt có thể tạo ra khả năng cho nước thấm từ phía lũ và dưới đê sang phía được bảo vệ trong một trận lũ lụt trong tương lai. Đường thấm này có thể dẫn đến xói mòn phá hoại làm ảnh hưởng đến sự ổn định của đê. Một dự án như giao lộ này liên quan đến việc thiết lập một đường dây liên lạc sớm và liên tục với  trong suốt quá trình kỹ thuật, cấp phép và xây dựng.

Với tư cách là kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và khoan định hướng trong dự án, anh Minh đã hoàn thành một nghiên cứu địa chất chi tiết trên máy tính để bàn, một chương trình thăm dò kỹ lưỡng dưới bề mặt và thiết kế khoan định hướng để giảm nguy cơ đứt gãy thủy lực và giải phóng bề mặt của dung dịch khoan. Ngay trong quá trình thiết kế, nghiên cứu trên máy tính đã được hoàn thành để đánh giá các điều kiện đất dự kiến ​​trong khu vực. Nghiên cứu đã xác định khả năng có một lớp cát dày đặc trong khu vực sắp xếp khoan định hướng được đề xuất. Lớp cát, nếu có, sẽ cung cấp một nền đất ổn định để khoan định hướng có thể được thiết kế.

Để mô tả đầy đủ các điều kiện đất dưới bề mặt cho thiết kế khoan định hướng ngang HDD và hoàn thành việc đánh giá khả năng đứt gãy thủy lực, một chương trình thăm dò địa kỹ thuật mở rộng đã được thực hiện. Chương trình này bao gồm khoan bảy borings ở độ sâu lên đến 160 ft và tăng cường sáu thử nghiệm xuyên thấu hình nón (CPT) đến độ sâu lên đến 200 ft. cát pha và cát pha có mật độ trung bình đến rất đặc.

Lớp cát bên dưới cung cấp lớp đất phù hợp để thiết kế đường băng qua sông bằng phương pháp khoan định hướng HDD, nhưng nhóm thiết kế của Anh Minh ’khoan định hướng ngang HDD đã khuyến nghị lắp đặt vỏ bọc xuyên qua lớp bùn và đất sét yếu ở cả hai phía lối vào và lối ra để giảm nguy cơ đứt gãy thủy lực ở các loại đất mềm hơn.

Kỹ thuật một giải pháp khoan ngần kéo ống qua sông qua đường

Việc mô hình hóa khả năng đứt gãy thủy lực của quá trình hình thành đất và giải phóng bề mặt dung dịch khoan liên quan đến việc thể hiện các đặc tính của đất, công cụ và đặc tính dung dịch khoan của nhà thầu khoan ngầm HDD. Mô hình dẫn đến việc thiết lập áp suất dung dịch khoan tối đa cho phép trở thành yêu cầu cấp phép và phải được đo trong quá trình thi công. Trong phân tích đứt gãy thủy lực thông thường, áp suất dung dịch khoan tối đa cho phép được tính bằng cách chia áp suất giới hạn hình thành đất cho hệ số an toàn. Đối với dự án này, áp suất giới hạn hình thành được chia cho hệ số an toàn  yêu cầu là hai. Hệ số an toàn cố định này dẫn đến một phạm vi thay đổi của áp suất dung dịch khoan cho phép trên toàn bộ khoan định hướng trong đó áp suất dung dịch khoan cho phép thay đổi tương ứng với giới hạn hình thành đất.

Do chiều dài của khoan định hướng dưới sông Hồng và cả hai con đê là gần 7.700 ft, nên áp suất dung dịch khoan dự kiến ​​cần thiết để loại bỏ các hom ra khỏi lỗ khoan đã tăng cao hơn áp suất dung dịch khoan cho phép trước khi đến điểm thoát. Do đó, việc lắp đặt khoan định hướng được thiết kế để sử dụng phương pháp khoan lỗ giao nhau. Điều này yêu cầu khoan định hướng phải được khoan từ cả hai phía của căn chỉnh và giao nhau trong khi các yếu tố an toàn cao hơn yêu cầu của .

Thông qua quá trình cấp phép, đã xem xét kế hoạch thiết kế và xây dựng của kỹ thuật khoan ngang HDD, bao gồm cả việc lắp đặt vỏ và sử dụng phương pháp giao cắt lỗ thí điểm để giảm nguy cơ gãy thủy lực dưới đê yêu cầu tài liệu toàn thời gian về các hoạt động xây dựng và giám sát áp suất hình khuyên của lỗ xuống.

Điểm nổi bật về xây dựng kỹ thuật khoan ngầm

Vào ngày 15 tháng 1 năm 2013, Minh Phương Corp bắt đầu xây dựng khoan định hướng bằng cách cài đặt 16-in. đường kính ống vách ở cả hai phía lối vào và lối ra. Để lắp đặt vỏ, công ty Minh Phương đã khoan lỗ thí điểm một khoảng cách xác định, doa lỗ phụt, sau đó xoay vỏ vào vị trí bằng máy khoan ngang HDD. Các vỏ bọc được lắp đặt ở độ sâu từ 65 đến 70 ft dưới mặt đất xuyên qua lớp đất sét mềm và vào lớp cát dày đặc. Vỏ ở phía lối vào dài khoảng 278 ft và dài khoảng 259 ft ở phía lối ra.

Sau khi lắp đặt vỏ, các hoạt động lỗ thí điểm bắt đầu từ cả hai phía đầu vào và lối ra. Các áp suất hình khuyên lỗ quan sát được duy trì dưới áp suất dung dịch khoan cho phép theo quy định của giấy phép . Kiểm lâm đã khoan khoảng 3.848 ft từ phía lối vào và 3.830 ft từ phía lối ra và hoàn thành lỗ thí điểm giao nhau dưới sông Hồng - trong khoảng 50 ft nước và khoảng 115 ft dưới đường bùn của sông. Công ty Minh Phương sử dụng hai sà lan neo ở sông Hồng để định vị các dây cuộn khảo sát thứ cấp, được sử dụng để xác định vị trí hai bit lỗ hoa tiêu cho lỗ hoa tiêu giao nhau.

Làm việc theo nhóm giúp hoàn thành dự án thành công bằng phương pháp khoan ngầm kéo ống qua sông

Sau khi hoàn thành lỗ thí điểm giao nhau, Công ty Minh Phương kéo thành công 12-in. đường kính ống với lớp lót PVC được lắp đặt sẵn xuyên qua lỗ đã khoan, hoàn thành việc lắp đặt khoan định hướng đầu tiên dưới sông Hồng và hai con đê . Cuối cùng, đường ống dài 7.678 ft băng qua sông Hồng đã thành công. Làm việc theo nhóm là chìa khóa để thực hiện dự án đầy thử thách này. Anh Minh lãnh đạo kỹ thuật thiết kế phương án khoan ngang HDD trong khi các thành viên khác trong nhóm bao gồm: Tuấn, Hùng, Dũng, Đông; Dung dịch chất lỏng DCS; Anh Minh; Kỹ thuật khoan định hướng; Công nghệ khoan ngang. Tất cả các thành viên trong nhóm muốn gửi lời cảm ơn đến sự hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp từ Quận Đống Đa.

QUY TRÌNH THI CÔNG KHOAN NGẦM HDD KÉO ỐNG VƯỢT SÔNG DẪN NƯỚC – PHÂN TÍCH KỸ THUẬT CHI TIẾT

1. Tổng quan về yêu cầu kỹ thuật của công trình khoan ngầm vượt sông dẫn nước

Các công trình khoan ngầm kéo ống vượt sông dẫn nước thường thuộc nhóm công trình hạ tầng kỹ thuật trọng điểm, có vai trò bảo đảm cấp nước ổn định, liên tục cho khu dân cư, khu công nghiệp hoặc hệ thống cấp nước liên vùng. Đặc thù của các công trình này là tuyến ống phải đi xuyên qua lòng sông, nơi có điều kiện địa chất phức tạp, chịu ảnh hưởng của dòng chảy, xói lở và mực nước biến động theo mùa.

Yêu cầu cốt lõi của công trình bao gồm:

• Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho tuyến ống trong suốt vòng đời khai thác.

• Không làm thay đổi hình thái lòng sông, không ảnh hưởng đến dòng chảy và môi trường sinh thái.

• Không làm gián đoạn giao thông thủy và các hoạt động kinh tế – xã hội liên quan.

• Đảm bảo độ chính xác cao về vị trí, cao độ và hướng tuyến của đường ống.

Trong các phương pháp thi công hiện nay, khoan ngầm định hướng ngang HDD là giải pháp đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên khi được thiết kế và triển khai đúng quy trình kỹ thuật.

2. Cơ sở lựa chọn công nghệ khoan ngầm HDD cho công trình vượt sông

Khoan ngầm HDD là phương pháp thi công không đào mở, sử dụng hệ thống khoan định hướng để tạo lỗ khoan cong hoặc gần ngang trong lòng đất, sau đó kéo tuyến ống vào vị trí thiết kế. Đối với công trình vượt sông dẫn nước, HDD cho phép:

• Đặt tuyến ống ở độ sâu lớn hơn đáy sông, trong lớp địa tầng ổn định.

• Tránh hoàn toàn việc thi công trực tiếp trong lòng sông.

• Giảm thiểu rủi ro sạt lở, xói mòn và ô nhiễm nguồn nước.

Việc áp dụng HDD không chỉ là lựa chọn công nghệ mà còn là yêu cầu bắt buộc trong nhiều dự án do các cơ quan quản lý môi trường và giao thông thủy đặt ra.

3. Công tác khảo sát phục vụ thiết kế khoan ngầm HDD vượt sông

3.1 Khảo sát địa chất – địa kỹ thuật

Khảo sát địa chất phải được thực hiện với mật độ và độ sâu phù hợp với quy mô công trình. Các nội dung khảo sát bao gồm:

• Khoan khảo sát địa chất tại hai bờ sông và giữa lòng sông.

• Xác định chiều dày các lớp đất, thành phần hạt, độ chặt, sức kháng cắt và tính thấm.

• Xác định mực nước ngầm, áp lực nước lỗ rỗng và biến động theo mùa.

• Đánh giá sự tồn tại của các lớp đất yếu, cát bão hòa nước, sỏi cuội hoặc đá phong hóa.

Kết quả khảo sát là cơ sở để xác định độ sâu chôn ống, bán kính cong tối thiểu và lựa chọn dung dịch khoan phù hợp.

3.2 Khảo sát thủy văn và hình thái lòng sông

Khảo sát thủy văn nhằm đánh giá:

• Lưu lượng dòng chảy trung bình và cực đại.

• Mực nước cao nhất, thấp nhất và biên độ dao động theo mùa.

• Hiện tượng xói lở đáy và bờ sông.

• Khu vực bồi lắng và thay đổi hình thái lòng sông.

Tuyến khoan HDD phải được bố trí nằm ngoài vùng ảnh hưởng trực tiếp của xói lở để đảm bảo an toàn lâu dài.

4. Thiết kế kỹ thuật tuyến khoan HDD vượt sông dẫn nước

4.1 Thiết kế hình học tuyến khoan

Thiết kế tuyến khoan cần xác định:

• Điểm vào và điểm ra của mũi khoan tại hai bờ sông.

• Góc vào và góc ra (thường trong khoảng 8–20 độ).

• Độ sâu lớn nhất của tuyến khoan tại vị trí giữa sông.

• Bán kính cong phù hợp với khả năng chịu uốn của ống dẫn nước.

Độ sâu chôn ống thường được lựa chọn sao cho đỉnh ống nằm thấp hơn đáy sông tối thiểu từ 5–10 m, tùy điều kiện địa chất và yêu cầu bảo vệ công trình.

4.2 Thiết kế đường kính lỗ khoan và phương án mở rộng

Đường kính lỗ khoan cuối cùng phải lớn hơn đường kính ngoài của ống từ 20–40% để:

• Giảm ma sát trong quá trình kéo.

• Tạo điều kiện lưu thông dung dịch khoan.

• Hạn chế nguy cơ kẹt ống.

Việc mở rộng lỗ khoan được thiết kế theo nhiều cấp doa nhằm kiểm soát lực kéo và ổn định thành lỗ.

5. Chuẩn bị mặt bằng và tổ chức thi công

5.1 Chuẩn bị mặt bằng hai bờ sông

Mặt bằng thi công cần đáp ứng:

• Không gian đủ lớn để bố trí máy khoan HDD, hệ thống trộn dung dịch và bãi lắp ráp ống.

• Nền đất được gia cố để chịu tải trọng máy móc và lực kéo lớn.

• Biện pháp thoát nước, chống sạt lở và bảo vệ bờ sông.

5.2 Chuẩn bị tuyến ống dẫn nước

Ống dẫn nước (thép, gang dẻo hoặc HDPE) phải được:

• Lắp ráp hoàn chỉnh trên bờ theo chiều dài tuyến khoan.

• Kiểm tra chất lượng mối hàn, mối nối.

• Kiểm tra khả năng chịu lực kéo và biến dạng cho phép.

6. Giai đoạn khoan dẫn hướng

Khoan dẫn hướng là giai đoạn quyết định thành công của toàn bộ công trình.

• Mũi khoan dẫn hướng có đường kính nhỏ được khoan theo quỹ đạo thiết kế.

• Hệ thống định vị cho phép theo dõi liên tục vị trí, cao độ và phương vị mũi khoan.

• Các hiệu chỉnh hướng khoan được thực hiện ngay khi phát hiện sai lệch.

Trong quá trình khoan, dung dịch khoan được bơm liên tục để:

• Bôi trơn mũi khoan.

• Vận chuyển mùn khoan.

• Gia cố thành lỗ khoan.

7. Giai đoạn mở rộng lỗ khoan

Sau khi hoàn thành khoan dẫn hướng, lỗ khoan được mở rộng theo từng cấp:

• Mỗi cấp doa tăng đường kính một mức nhất định.

• Việc doa ngược được thực hiện từ bờ ra về phía bờ vào.

• Các thông số mô men xoắn, lực kéo và lưu lượng dung dịch được giám sát liên tục.

Mục tiêu của giai đoạn này là tạo lỗ khoan ổn định, đồng đều, sẵn sàng cho quá trình kéo ống.

8. Giai đoạn kéo ống dẫn nước

Quá trình kéo ống là bước cuối cùng và có mức độ rủi ro cao nhất:

• Ống được liên kết với đầu kéo thông qua khớp xoay.

• Việc kéo được thực hiện liên tục, không dừng đột ngột.

• Lực kéo được kiểm soát không vượt quá giá trị cho phép của ống.

Dung dịch bôi trơn có thể được bổ sung để giảm ma sát và hạn chế xáo trộn địa tầng.

---

9. Kiểm soát rủi ro và bảo vệ môi trường

Trong suốt quá trình thi công, cần thực hiện:

• Quan trắc áp suất dung dịch khoan để tránh trào dung dịch ra lòng sông.

• Quan trắc biến dạng bề mặt và bờ sông.

• Thu gom và xử lý dung dịch khoan thải đúng quy định.

10. Hoàn thiện, nghiệm thu và đưa công trình vào khai thác

Sau khi hoàn thành kéo ống:

• Thiết bị được tháo dỡ, mặt bằng được hoàn trả.

• Tuyến ống được kiểm tra vị trí, cao độ và độ kín.

• Công trình được nghiệm thu theo hồ sơ thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

11. Kết luận

Quy trình thi công khoan ngầm HDD kéo ống vượt sông dẫn nước là một chuỗi giải pháp kỹ thuật tổng hợp, đòi hỏi trình độ thiết kế cao, tổ chức thi công chặt chẽ và quản lý rủi ro nghiêm ngặt. Việc tuân thủ đầy đủ các bước từ khảo sát, thiết kế đến thi công và nghiệm thu là điều kiện tiên quyết để đảm bảo an toàn, độ bền và hiệu quả lâu dài cho công trình cấp nước vượt sông trong điều kiện phát triển hạ tầng hiện đại.