Chiều dài khoan tối đa của phương pháp khoan HDD

CHIỀU DÀI KHOAN NGẦM TỐI ĐA CHO PHÉP TRONG CÔNG NGHỆ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG NGANG (HDD)

Công nghệ khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD) đã trở thành một trong những phương pháp thi công ngầm quan trọng nhất trong xây dựng hạ tầng cấp nước, thoát nước, điện lực, viễn thông và đường ống dẫn dầu – khí. Bắt đầu xuất hiện từ những năm 1960 tại Hoa Kỳ, do kỹ sư Martin Cherrington khởi xướng, HDD mở ra một kỷ nguyên mới cho thi công công trình ngầm không đào rãnh (No-Dig Technology).

Điểm mạnh của HDD là khả năng thi công trong các điều kiện mà phương pháp đào hở không khả thi:

• Băng qua đường cao tốc
• Vượt sông, kênh, mương
• Vượt qua công trình kiến trúc, di tích
• Thi công trong đô thị đông đúc
• Không làm gián đoạn giao thông

Một trong các tiêu chí quan trọng nhất đánh giá năng lực của nhà thầu HDD là chiều dài khoan tối đa mà họ có thể thực hiện. Chiều dài này quyết định:

• Khả năng vượt chướng ngại thiên nhiên
• Năng lực kéo ống
• Quy mô dự án
• Loại thiết bị cần sử dụng
• Tính khả thi và chi phí

Bài viết này phân tích chuyên sâu về chiều dài khoan tối đa cho phép trong công nghệ HDD, các yếu tố ảnh hưởng, giới hạn kỹ thuật, kinh nghiệm quốc tế và ứng dụng thực tiễn trong điều kiện Việt Nam.

2. Chiều dài khoan tối đa của HDD phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Không có một con số cố định áp dụng cho mọi trường hợp. Chiều dài tối đa phụ thuộc vào tổ hợp nhiều yếu tố kỹ thuật, bao gồm:

2.1. Công suất máy khoan

Công suất máy khoan được phân loại theo lực kéo/kéo lại (Pullback Force):

Nhóm máy	Lực kéo	Chiều dài khoan phù hợp
Nhỏ	5–20 tấn	< 150 m
Trung bình	20–60 tấn	150–400 m
Lớn	60–200 tấn	400–1.200 m
Siêu lớn	200–500 tấn	1.200–2.500 m

Những dự án siêu dài vượt sông lớn như Mississippi (Mỹ) hay Rhine (Đức) sử dụng máy công suất 350–500 tấn.

2.2. Loại đất và địa chất

Địa tầng ảnh hưởng mạnh đến chiều dài:

• Đất sét – đất thịt: phù hợp nhất, lực kéo thấp → chiều dài đạt tối đa
• Cát rời – bùn: nguy cơ sập thành → khó đạt chiều dài lớn
• Sỏi – cuội: tăng ma sát → giảm chiều dài
• Đá cứng: cần DTH → chiều dài phụ thuộc năng lực đầu khoan

Chiều dài càng lớn thì lực ma sát tăng theo cấp số nhân, vì vậy đất mềm ổn định giúp kéo dài tuyến khoan.

2.3. Đường kính ống cần lắp đặt

Đường kính càng lớn → diện tích tiếp xúc càng lớn → lực kéo tăng mạnh → giảm chiều dài tối đa.

Quy tắc kinh nghiệm:

• Ống 110–160 mm HDPE → đạt > 800 m
• Ống 315–400 mm HDPE → 400–700 m
• Ống 500–630 mm HDPE → 250–500 m
• Ống 800–1.000 mm thép → 150–350 m

2.4. Bán kính cong tối thiểu cho phép

HDD không khoan đường thẳng hoàn toàn, phải có độ cong để điều hướng.

Bán kính cong phụ thuộc:

• Loại cần khoan
• Độ cứng ống kéo
• Loại đầu khoan

Nếu độ cong quá lớn → tăng lực ma sát → giảm chiều dài tối đa.

2.5. Dung dịch khoan (Bentonite / Polymer)

Dung dịch khoan tốt sẽ:

• Giảm ma sát
• Ổn định thành hầm
• Tăng khả năng kéo ống nặng

Dung dịch khoan kém → tăng ma sát → giảm 20–40% chiều dài tối đa.

2.6. Kinh nghiệm nhà thầu

Kỹ năng vận hành quyết định 30–40% thành công.

Nhà thầu nhiều kinh nghiệm có thể:

• Tối ưu dung dịch khoan
• Điều chỉnh tốc độ, lực kéo
• Xử lý địa chất phức tạp
• Giảm tối đa sai lệch hướng

3. Chiều dài khoan tối đa theo tiêu chuẩn và kinh nghiệm quốc tế

Theo thống kê các dự án HDD lớn trên thế giới:

• Chiều dài 800–1.000 m: tương đối phổ biến cho ống HDPE 160–315 mm
• Chiều dài 1.200–1.600 m: sử dụng máy khoan 150–250 tấn
• Chiều dài trên 2.000 m: thuộc nhóm “siêu trường” (Mega HDD)

Các kỷ lục HDD thế giới:

• 3.540 m – Dự án kéo ống 24 inch qua sông ở Louisiana (Mỹ) – máy 500 tấn
• 4.100 m – Dự án HDD vượt biển tại Hà Lan – ống thép 42 inch
• 2.700 m – Dự án HDD vượt sông Rhine

=> Đây là các tuyến siêu dài, yêu cầu thiết bị công suất rất lớn và đội ngũ kỹ sư quốc tế.

4. Chiều dài khoan tối đa trong điều kiện Việt Nam

Phần lớn các dự án HDD tại Việt Nam có chiều dài như sau:

Loại ống	Chiều dài phổ biến	Chiều dài tối đa thường đạt
Ống điện lực 110–160 mm	200–500 m	700–800 m
Ống viễn thông	150–300 m	500–600 m
Ống HDPE cấp nước 250–400 mm	150–400 m	400–600 m
Ống HDPE 500–630 mm	120–250 m	250–450 m
Ống thép D400–D800	80–200 m	200–300 m
Tuyến vượt sông	150–600 m	800–1000 m (máy 80–120 tấn)

Các dự án lớn như:

• HDD vượt sông Sài Gòn
• HDD tuyến ống dẫn dầu – khí
• HDD qua khu công nghiệp, đường cao tốc

đã đạt chiều dài 600–1000 m tùy đường kính và địa chất.

5. Các giới hạn kỹ thuật chi phối chiều dài tối đa

5.1. Lực kéo cực đại của máy

Khi lực kéo ống vượt quá giới hạn:

• Ống có thể bị kéo đứt
• Mối hàn HDPE bị phá vỡ
• Mũi khoan không tiến được
• Cần khoan bị xoắn hoặc gãy

=> Đây là giới hạn quan trọng nhất.

5.2. Ma sát đường hầm và độ võng

Ma sát tăng theo:

• Chiều dài
• Đường kính
• Góc cong
• Loại đất

Công thức ước tính lực kéo:

F_kéo = f × L × D

Trong đó:

• f = hệ số ma sát
• L = chiều dài
• D = đường kính

=> L càng tăng → F_kéo tăng theo tuyến tính → tới giới hạn máy.

5.3. Ổn định thành hầm

Khi kéo ống quá dài:

• Nguy cơ sập thành
• Mất dung dịch khoan
• Thành hầm biến dạng
• Tắc lỗ khoan

Đặc biệt trong đất cát bão hòa hoặc đất nhiễm mặn.

5.4. Vị trí đặt máy và mặt bằng thi công

Để khoan tuyến dài:

• Cần mặt bằng kéo dài cho cần khoan (20–40 m)
• Cần không gian lắp ống và hàn nối

Tại đô thị, mặt bằng hạn chế là yếu tố giới hạn chiều dài đáng kể.

5.5. Nhiệt do ma sát khi kéo ống HDPE

Ống HDPE nhạy cảm với:

• Nhiệt độ cao
• Lực kéo lớn
• Ma sát quá mức

Nếu vượt giới hạn → ống biến dạng, co kéo hoặc cháy bề mặt.

6. Chiều dài khoan tối đa khuyến nghị cho từng nhóm dự án

6.1. Tuyến ống nước đô thị

• Đường kính 160–315 mm
• Chiều dài an toàn: 200–500 m
• Tối đa: 600–800 m

6.2. Tuyến cáp điện lực trung thế

• Đường kính tay áo 160–250 mm
• An toàn: 150–300 m
• Tối đa: 500–700 m

6.3. Tuyến ống công nghiệp (khí – dầu – hóa chất)

• Ống thép 400–630 mm
• An toàn: 100–250 m
• Tối đa: 300–450 m

6.4. Tuyến vượt sông – kênh

• Yêu cầu máy 60–120 tấn
• An toàn: 300–700 m
• Tối đa: 800–1.200 m

Chiều dài khoan tối đa của phương pháp HDD không phải một con số cố định, mà là kết quả của sự tổng hòa giữa:

• Công suất máy khoan
• Điều kiện địa chất
• Đường kính ống
• Dung dịch khoan
• Bán kính cong
• Kinh nghiệm nhà thầu

Trong điều kiện Việt Nam, các tuyến HDD phổ biến đạt:

• 200–600 m đối với dự án đô thị
• 600–1.000 m đối với dự án vượt sông hoặc công nghiệp
• Các tuyến trên 1.200–2.000 m chỉ thực hiện bởi nhà thầu có thiết bị siêu lớn và kinh nghiệm quốc tế.

HDD tiếp tục là công nghệ quan trọng trong thi công ngầm hiện đại, mở ra khả năng vượt địa hình phức tạp mà phương pháp đào mở không thể thực hiện, đồng thời tiết kiệm chi phí, đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường.

Chiều dài khoan tối đa của phương pháp khoan HDD

Công nghệ khoan ngang từ lâu đã không còn xa lạ. Rất nhiều công ty cung cấp các dịch vụ khoan khác nhau. Khi các phương pháp đặt rãnh tiêu chuẩn không hoạt động, khoan định hướng ngang trở thành một cơ hội duy nhất. Ý tưởng này được công bố vào năm 1960 tại Mỹ bởi Martin Cherrington, người đã thành lập công ty đầu tiên chuyên về công nghệ không rãnh.

Khả năng của đường ống không rãnh phụ thuộc vào chiều dài khoan tối đa. Có thể đặt đường ống dẫn khí đốt dưới các công trình kiến ​​trúc, đồ vật có giá trị văn hóa cao, đường cao tốc bằng phương pháp HDD. Trong một số trường hợp, khoan định hướng ngang mang lại những lợi thế đáng kể. Ví dụ, việc sử dụng ổ cứng cho phép tiết kiệm chi phí so với phương pháp đào hào, trong khi đào rãnh sâu (từ 1,5 m). Để lựa chọn nhà thầu thích hợp, cần xác định các khả năng khoan rãnh.

Công nghệ khoan ngang HDD

Ngày nay công nghệ không rãnh đang phát triển nhanh chóng. Do hiệu quả kinh tế và nhiều lựa chọn, các kỹ sư cung cấp nhiều loại thiết bị để xây dựng đường ống không rãnh với các mức giá khác nhau.

Các phương pháp HDD khác nhau ở sự hiện diện của các đường ống vỏ, khả năng khoan rửa, khả năng điều khiển.

Sự khác biệt cơ bản của công nghệ khoan định hướng ngang là không có rãnh giữa điểm khoan bắt đầu và kết thúc.

Nhìn chung, công nghệ HDD bao gồm một số giai đoạn:

• Khoan lỗ thí điểm.

Ở giai đoạn này, định tuyến chính cho liên lạc được thực hiện bằng cách sử dụng một đầu khoan. Ở các giàn khoan tầm trung hiện đại, quá trình này nằm dưới sự điều khiển trực tiếp của người vận hành, người có thể nhận tín hiệu về vị trí của đầu khoan bằng cách sử dụng thiết bị định vị. Người vận hành có thể điều chỉnh hướng chuyển động của đầu khoan, điều này có thể tạo ra điểm kết thúc tại địa điểm dự án.

Mũi doa được kết nối với giàn khoan thay cho đầu khoan đối với doa giếng. Với sự giúp đỡ của nó, giếng tăng đường kính đến kích thước yêu cầu. Đối với đặt đường dây tiện ích theo phương pháp HDD, đường kính giếng tối ưu lớn hơn đường kính ống 30%.

• Đặt đường ống.

Đường kính đặt ống

Để đặt đường ống không có vật cản, đường kính ống phải nhỏ hơn kích thước giếng một chút. Đường kính của các giếng được sản xuất phụ thuộc nhiều vào loại giàn khoan. Đường kính giếng mở rộng dẫn đến rút ngắn đường ống.

Độ dài tối thiểu và tối đa của quá trình chuyển đổi là bao nhiêu?

Khả năng khoan định hướng ngang đủ lớn. Chiều dài mũi khoan có thể từ trăm mét đến vài km, tùy thuộc vào đặc tính kỹ thuật của giàn khoan. Khoảng cách lớn nhất được xác định bằng tổng chiều dài của các cần khoan, được sử dụng trong các phương tiện khoan.

Xem thêm các bài viết khác

 

GỌI NGAY – 0903649782 - 028 35146426 

ĐỂ ĐƯỢC TƯ VẤN 

CÔNG TY CP TV ĐẦU TƯ VÀ THIẾT KẾ XÂY DỰNG MINH PHƯƠNG

Địa chỉ: 28 B Mai Thị Lựu, P. Tân Định, TPHCM

Chi nhánh: 2.14 Chung cư B1,số 2 Trường Sa, P Gia Định, TPHCM

ĐT: (08) 35146426 - (08) 22142126  – Fax: (08) 39118579 - Hotline 090 3649782 - 0907957895