Nguyên lý làm việc và công nghệ khoan định hướng ngang HDD

Khoan định hướng ngang (còn được gọi là công nghệ Horizontal Directional Drilling (HDD) hoặc khoan ngầm bằng robot dẫn hướng) ban đầu được giới thiệu từ công nghệ khoan dầu,

Ngày đăng: 08-12-2020

1,694 lượt xem

Nguyên lý làm việc và công nghệ khoan định hướng ngang HDD

Khoan định hướng ngang (còn được gọi là công nghệ Horizontal Directional Drilling (HDD) hoặc khoan ngầm bằng robot dẫn hướng) ban đầu được giới thiệu từ công nghệ khoan dầu, chủ yếu được sử dụng để vượt qua các chướng ngại vật như sông, hồ và các tòa nhà. Đặt đường ống dẫn dầu khí đường kính lớn, đường dài. Nó có đặc điểm là thời gian xây dựng ngắn, chi phí xây dựng thấp, bề mặt hư hỏng nhỏ và ô nhiễm môi trường thấp. Công nghệ khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm được sử dụng rộng rãi và có ý nghĩa thúc đẩy lớn.

Đây là lần đầu tiên khoan định hướng ngang được áp dụng trong việc xây dựng lắp đặt các đường ống ngầm dẫn nước thải tại khu công nghiệp (đặc biệt là việc xây dựng các đường ống dẫn nước thải đường kính lớn DN800mm). Trong trường hợp điều kiện địa chất kém sau khi chôn lấp ở các khu công nghiệp, khó khăn của việc xây dựng khoan đặt ống ngầm đường ống dẫn nước thải là một vấn đề nan giải. Công nghệ khoan định hướng ngang đặt đường ống ngầm cung cấp một giải pháp tốt cho việc xây dựng đường ống dẫn nước thải.

1 Tổng quan về dự án

Dự án đường ống kỹ thuật xử lý nước thải khu công nghiệp. 15 đường ống dẫn nước thải trên 13 con đường bao gồm: các đường ống nước thải có đường kính danh nghĩa ≤400mm sử dụng ống gấp nếp hai vách. DN300mm, DN400mm, DN500mm, DN600mm, DN800mm, DN1000mm, tổng chiều dài 17,91km, xả nước thải tự nhiên kiểu trọng lực. Chiều sâu đào từ 2 ~ 6m, đường kính ống càng lớn thì chiều sâu đào càng lớn.

2 Nguyên lý làm việc và quy trình khoan định hướng ngang lắp đặt đường ống ngầm

2.1 Nguyên lý cấu tạo của khoan định hướng ngang và khoan định hướng bằng robot dẫn hướng

Khoan ngang bằng robot dẫn hướng chủ yếu được thực hiện bằng máy khoan ngang cắt có trợ lực. Nếu đồng thời cho dây khoan và quay thì mặt phẳng nghiêng sẽ mất phương hướng và làm thẳng lỗ, nếu chỉ quay dây khoan thì phản lực tác dụng lên mặt nghiêng làm cho mũi khoan đổi hướng. Có một đầu dò hoặc máy phát trong bit thí điểm.

2.2 Ưu điểm và nhược điểm của khoan định hướng ngang HDD

Ưu điểm: Gây nhiễu bề mặt nhỏ, tốc độ thi công nhanh, hướng đặt đường ống có thể kiểm soát và độ chính xác thi công cao.

Nhược điểm: Mặt bằng yêu cầu lớn, khó thi công trên lớp đất sỏi không kết dính, thường phù hợp với nhiều tầng đất khác nhau, không có sỏi lớn.

2.3 Quy trình thi công khoan định hướng ngang trong Công nghệ khoan ngầm kéo ống

Chuẩn bị thi công → Đo đạc và thiết lập → Lắp đặt thiết bị → Neo đậu → Thiết bị bùn → Thi công lỗ dẫn hướng → Thi công doa → Kéo lùi đường ống.

3 Công nghệ đĩa cứng trong thực hiện dự án khoan ngầm lắp đặt đường ống dẫn nước thải

Sau đây tập trung vào việc xây dựng các đường ống kéo ống w33-w40 của Asian Highway. Hướng dẫn kiểm soát quá trình thi công khoan đặt ống ngầm bằng công nghệ khoan định hướng ngang HDD có robot hướng dẫn cho thấy chiều dài ống dùng một lần là 203m.

3.1 Điều kiện địa chất công trình khoan đặt ống ngầm HDD

Lớp mặt là cát đen dày 3 ~ 4m. Có đất sét bột, sét bột hoặc sét cục bộ, hàm lượng nước 19,8-43,9, độ nén trung bình và dẻo mềm.

3.2 Lựa chọn thiết bị khoan xây dựng đường ống DN800 (khoan, doa, ống khoan)

Theo điều kiện địa chất của khu vực, máy khoan ngầm WITTMANNd80 × d100 của Mỹ được lựa chọn, được trang bị máy bơm bùn phù hợp và sử dụng ống khoan nhập khẩu. Máy doa sử dụng loại doa cắt nhanh, cần 6 cấp độ d350, d550, d650, d750, d850 và d950. Đất sét bùn của khu công nghiệp thích hợp cho mũi doa cắt nhanh.

3.3 Bùn thông qua bùn BAROID của Mỹ

Tỉ lệ trộn dung dịch bentonite: Trộn 45kg bentonite (BORE-GEL) cho mỗi mét khối nước trong 15-30 phút. Theo điều kiện địa chất, khi loại vữa trên vẫn không đạt yêu cầu thì cho từ từ 1L chất ổn định thành lỗ rỗng (EZ-MUD) và 3,8L chất hoạt động bề mặt (PENETROL). Và tiếp tục khuấy trong 15-30 phút.

3.4 Lựa chọn ống

Chọn Shandong Yanggu Hengtai Pipe Industry DN800 × 30,6mm ống PE. Độ cứng vòng ≥12,5kN / m2. Giá trị tiêu chuẩn của độ bền kéo: không nhỏ hơn 50MPa, giá trị thiết kế của độ bền kéo: không nhỏ hơn 37,5MPa. Độ cứng uốn theo chu vi: không nhỏ hơn 8kN / m2, ứng suất kéo cho phép của đường ống khống chế là 35MPa.

3.5 Neo giàn khoan

Việc neo giữ giàn khoan định hướng ngang hợp lý là điều kiện tiên quyết để khoan thành công..

3.6 Cấu tạo lỗ dẫn hướng

Kết cấu của lỗ dẫn hướng là mấu chốt hình thành nên góc tới của lỗ dẫn hướng và góc tới của điểm tới được xác định theo quỹ đạo đã thiết kế. Đo đạc cẩn thận và lựa chọn một cách khoa học góc phương vị trên trục để lỗ khoét sát quỹ đạo thiết kế. Ngoài ra, trong quá trình xây dựng lỗ thí điểm, các kỹ thuật viên hiện trường đảm bảo rằng độ lệch đường cong không vượt quá phạm vi thiết kế quy định.

3.7 Cấu tạo doa (doa trước ở mọi cấp độ)

Sau khi hoàn thành lỗ hoa tiêu, kỹ thuật viên cần kiểm tra lại chất lượng lỗ hoa tiêu theo hồ sơ ban đầu của người điều hành và kiểm tra quỹ đạo thiết kế ban đầu. Khi lỗ hoa tiêu đạt yêu cầu chất lượng, tháo mũi khoan, nối mũi khoan ngược và nối hộp chuyển để mở rộng lại lỗ. Doa được thiết kế để kéo lại và doa 6 lần theo thứ tự d350mm, d550mm, d650mm, d750mm, d850mm, d950mm

Thiết bị doa được kéo lại và doa. Chú ý đến trọng lượng riêng của bùn khi làm sạch các lỗ để đảm bảo chất lượng của bùn. Người vận hành máy khoan ngang cần chú ý đến sự thay đổi của dụng cụ để phán đoán tình hình trong lỗ. Và ghi lại, dựa trên dữ liệu ghi lại, kỹ thuật viên phân tích tác động của việc loại bỏ lỗ và quyết định xem có thể đặt đường ống hay không.

3.8 Kéo đường ống ngầm trở lại

Sau khi bắt đầu kéo, hoạt động cần trơn tru và đều, và tốc độ tối đa không vượt quá 0,82m / phút. Trong quá trình vận hành, hãy quan sát những thay đổi của áp suất ngược và phân tích chúng kịp thời để đảm bảo sự thành công của đường ống.

4 Vấn đề cần chú ý trong xây dựng khoan đặt ống ngầm

4.1 Những vấn đề cần chú ý khi khoan định hướng ngang lắp đặt đường ống ngầm

Trong quá trình khoan định hướng ngang, mũi khoan gặp phải đá hoặc cuội nhỏ, quỹ đạo khoan có thể sai lệch đáng kể so với quỹ đạo thiết kế, khó lường trước được độ lệch của mũi khoan. Người vận hành nên ngừng khoan ngay lập tức và kiểm tra vị trí của mũi khoan. Lúc này nên giảm trọng lượng của mũi khoan và cấp liệu từ từ, để mũi khoan từ từ đi qua khu vực này.

4.2 Các lưu ý khi rút ống sau khi mở rộng trở lại

(1) Mũi doa không được ở trong lỗ khoan quá lâu.

(2) Trong quá trình kéo ống chậm, lực căng quá mức có thể gây ra các lỗ trong lỗ khoan hoặc làm mềm đất xung quanh ống. Mũi doa càng lớn thì khả năng lún càng lớn, cần quan sát và phòng tránh bất cứ lúc nào trong quá trình thi công.

5. Kết luận

Do điều kiện địa chất, đáy đường ống dẫn nước thải cũng có thể giải quyết bằng công nghệ kích ống truyền thống, tuy nhiên kích ống cần phải làm hố làm việc. Hầu như không thể xây dựng hố kích bằng phương pháp đào đơn giản. Tuy nhiên, thời gian xây dựng và chi phí sẽ đội lên rất nhiều. Về điều kiện thi công khoan đặt ống ngầm, chiều dài tối đa của đường ống kéo một lần của dự án xử lý nước thải, hiệu quả ứng dụng tốt (cần đặc biệt chú ý đến kiểm soát cao độ của đường ống), không chỉ giải quyết được các vấn đề của công nghệ đào truyền thống mà còn giảm giá thành xây dựng công trình khoan ngầm kéo ống. Đồng thời, tiến độ thi công khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm này cũng được đẩy nhanh hơn rất nhiều. Nó cung cấp một kinh nghiệm tham khảo nhất định cho việc xây dựng các dự án tương tự và đáng được phát huy và áp dụng.