CHỌN CÁC THIẾT BỊ KHOAN, KHOAN LỖ VÀ CÔNG NGHỆ TRONG CUỘC ĐIỀU TRA KỸ THUẬT ĐỊA PHƯƠNG

KHOAN NGẦM HDD VÀ VIỆC LỰA CHỌN THIẾT BỊ KHOAN, PHƯƠNG PHÁP KHOAN TRONG CÔNG TÁC ĐIỀU TRA KỸ THUẬT

Trong các dự án xây dựng hạ tầng, giao thông, công nghiệp – đặc biệt là các dự án có yếu tố thi công ngầm bằng khoan định hướng ngang (Horizontal Directional Drilling – HDD) – việc điều tra kỹ thuật địa phương (điều tra địa chất) đóng vai trò nền tảng quyết định hiệu quả thi công và an toàn công trình. Công tác khảo sát địa kỹ thuật cung cấp thông tin về:

·        Cấu trúc và phân bố các tầng đất

·        Độ sâu các lớp địa chất

·        Trạng thái cơ lý của đất – đá

·        Vị trí mực nước ngầm

·        Những chướng ngại ngầm như đá tảng, bùn hữu cơ, vật liệu lẫn sỏi cuội

·        Độ ổn định khi khoan và kéo ống

Dữ liệu khảo sát địa chất quyết định đến việc lựa chọn thiết bị khoan, công nghệ khoan, dung dịch khoan và biện pháp thi công HDD. Do đó, bài viết này phân tích sâu các yếu tố kỹ thuật trong lựa chọn thiết bị khoan, phương pháp khoan và công nghệ khoan phù hợp với từng thành tạo địa chất.

Vai trò của thiết bị khoan trong điều tra kỹ thuật địa phương

Thiết bị khoan dùng trong khảo sát địa chất là hệ thống máy móc – thiết bị đồng bộ, được thiết kế để tạo ra các lỗ khoan hình trụ nhằm:

·        Lấy mẫu đất nguyên dạng và mẫu biến dạng

·        Thử nghiệm cơ lý đất (SPT, CPT, nén ngang…)

·        Đo mực nước ngầm

·        Ghi nhận thay đổi địa tầng

·        Lấy mẫu cấu trúc bê tông hoặc đá nền công trình

Khi thi công HDD, kết quả khảo sát này giúp:

·        Xác định lực kéo – lực đẩy khi khoan

·        Lựa chọn mũi khoan (kim cương, carbide, tricone…)

·        Quy định đường kính doa phù hợp

·        Dự báo nguy cơ mất dung dịch khoan hoặc sụt lún mặt đường

2.1. Cấu tạo hệ thống thiết bị khoan khảo sát

Một hệ thống thiết bị khoan hoàn chỉnh bao gồm:

·        Giàn khoan (Rig): bộ phận chính tạo lực xoay và lực nén.

·        Bơm khoan: cung cấp dung dịch khoan để mang mùn đất, ổn định thành lỗ.

·        Máy nén khí: dùng khi khoan khô hoặc khoan phá đá.

·        Động cơ – máy phát điện: cung cấp năng lượng cho hệ thống.

·        Tháp khoan (Derrick/Tower): hỗ trợ nâng – hạ cần khoan.

·        Bộ cần khoan: truyền lực xoay và lực đẩy xuống mũi khoan.

·        Mũi khoan: phá vỡ đất – đá theo từng công nghệ.

·        Ống mẫu – ống chống: lấy mẫu nguyên dạng hoặc chống sập thành hố.

Tùy theo chế độ vận hành, thiết bị được phân loại thành:

·        Dạng lắp ráp tại chỗ: công suất lớn, phù hợp địa hình cố định.

·        Dạng kéo – bán cơ động: sử dụng cho hầu hết các công trình khảo sát.

·        Dạng tự hành: di chuyển linh hoạt trong khu vực đô thị, công trường hẹp.

2.2. Phân loại thiết bị khoan theo mục đích sử dụng

·        Khoan địa chất công trình: dùng trong điều tra nền móng, phục vụ các dự án công nghiệp – cầu – cảng – nhà cao tầng – đường bộ.

·        Khoan giếng thủy văn: chuyên xác định mực nước ngầm.

·        Khoan công trình xây dựng: nghiên cứu đặc tính nền trong phạm vi nhỏ.

·        Khoan lấy lõi: khoan sâu vào tầng đá để lấy mẫu nguyên khối.

·        Khoan kiểm định bê tông: xác định chất lượng kết cấu hiện hữu.

Trong thi công khoan ngầm HDD, các thiết bị hỗ trợ khảo sát này đóng vai trò cung cấp dữ liệu nền để lựa chọn chính xác:

·        Đường kính mũi khoan

·        Dung dịch bentonite và polymer

·        Lực kéo cần thiết

·        Cự ly doa mở rộng

Phương pháp khoan trong điều tra địa chất và ứng dụng với HDD

Phương pháp khoan là tổng hợp các kỹ thuật phá vỡ đất – đá ở đáy lỗ khoan để tạo ra lỗ khoan cần thiết. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp giúp:

·        Lấy mẫu chất lượng tốt

·        Giảm rủi ro sập thành hố

·        Tiết kiệm thời gian và chi phí

·        Nâng cao độ tin cậy trong phân tích nền đất

3.1. Các phương pháp khoan phổ biến

(1) Khoan quay tuần hoàn dương

Dung dịch khoan được bơm từ phía trên xuống đáy lỗ khoan và mang mùn khoan lên theo không gian giữa cần khoan và thành lỗ. Phù hợp với:

·        Đất mềm – sét – cát pha

·        Khoan có yêu cầu lấy mẫu sâu

·        Các giếng khảo sát tiêu chuẩn

(2) Khoan tuần hoàn ngược

Dung dịch được bơm vào không gian giữa thành lỗ và cần khoan, sau đó mùn đất đi ngược lên thân cần khoan. Áp dụng khi:

·        Đường kính lỗ khoan lớn

·        Địa tầng lẫn sỏi – cuội

·        Cần tốc độ khoan cao

(3) Khoan xoay (Rotary Drilling)

Dùng khi cần phá đá mềm đến trung bình.

(4) Khoan đập – khoan gầu

Áp dụng cho tầng đất cực mềm, bùn, tầng cát rời.

(5) Khoan búa DTH (Down The Hole)

Sử dụng khí nén và búa đập tốc độ cao phá đá cứng như granite, basalt.

Đây là công nghệ đặc biệt quan trọng trong HDD khi cần xử lý:

·        Đá cứng nằm dưới đường quốc lộ

·        Đá lẫn trong tầng cát

·        Khối đá rời gây mắc kẹt mũi khoan

3.2. Phân loại theo lõi mẫu

·        Khoan có lấy lõi (Core drilling): phù hợp với địa tầng phức tạp, dự án cần phân tích sâu.

·        Khoan không lõi: dùng khi không cần mẫu nguyên dạng, hoặc khoan qua đất không ổn định.

3.3. Phân loại theo vật liệu mài mòn

·        Khoan kim cương: hiệu quả cao khi khoan đá cứng.

·        Khoan hợp kim carbide: dùng cho đá phong hóa, đá mềm.

·        Khoan hạt mài (grit drilling): khoan bê tông hoặc kết cấu nhân tạo.

Công nghệ khoan HDD và mối liên hệ với khảo sát địa chất

Thi công khoan ngầm HDD phụ thuộc gần như hoàn toàn vào chất lượng dữ liệu khảo sát địa kỹ thuật. Các yếu tố cần xác định bao gồm:

4.1. Độ sâu và loại đất

·        Đất mềm: dễ khoan, phù hợp HDD thông thường.

·        Đất pha sỏi – đá dăm: cần mũi khoan đặc chủng.

·        Địa tầng đá cứng: phải dùng mũi khoan kim cương hoặc búa DTH.

Thông tin này giúp:

·        Tính toán lực kéo ống

·        Xác định dung dịch khoan và tỉ lệ polymer

·        Lập đường cong hướng tuyến khoan phù hợp

4.2. Mực nước ngầm

Nếu mực nước ngầm cao:

·        Nguy cơ mất dung dịch khoan tăng

·        Thành lỗ khoan dễ sụt

·        Cần bentonite độ nhớt cao để ổn định

4.3. Dự báo chướng ngại vật ngầm

Các chướng ngại vật thường gặp:

·        Đá tảng

·        Ống ngầm cũ

·        Cọc bê tông còn sót

·        Khoảng rỗng do đất yếu bị xói rỗng

Các chướng ngại này đe dọa:

·        Gãy cần khoan

·        Chệch hướng

·        Mắc kẹt đầu khoan

·        Mất dung dịch khoan

4.4. Xác định thiết bị HDD phù hợp

Dựa vào dữ liệu khảo sát, kỹ sư lựa chọn:

·        Máy khoan công suất 10–20 tấn cho ống nhỏ

·        Máy khoan 30–80 tấn cho các tuyến dài và đường kính lớn

·        Máy khoan công suất trên 100 tấn khi khoan xuyên đá hoặc dưới sông

Việc chọn không đúng công suất gây:

·        Không kéo được ống

·        Tắc hầm

·        Hư thiết bị

·        Phải khoan lại từ đầu

Lựa chọn mũi khoan, dung dịch khoan và chế độ khoan cho HDD

5.1. Lựa chọn mũi khoan

Đất mềm – sét – cát

·        Dùng mũi khoan chèo (paddle bit)

·        Tốc độ khoan cao, ít ma sát

Đất pha sỏi – cuội

·        Dùng mũi khoan Tri-Hawk hoặc mũi hợp kim carbide

Địa tầng đá cứng

·        Dùng mũi khoan kim cương

·        Hoặc búa phá đá DTH

5.2. Dung dịch khoan

Dung dịch khoan là yếu tố quyết định thành công HDD.

Các loại phổ biến:

·        Bentonite: tạo lớp màng ổn định thành hầm

·        Polymer: giảm ma sát, tăng độ nhớt

·        Hỗn hợp bentonite + polymer: dùng cho địa chất phức tạp

Dung dịch khoan đảm nhiệm:

·        Mang đất – đá vụn ra ngoài

·        Giữ thành hầm ổn định

·        Giảm nhiệt cho đầu khoan

·        Tăng độ trơn khi kéo ống

5.3. Chế độ khoan

·        Tốc độ quay (RPM)

·        Lực đẩy mũi

·        Tốc độ tiến mũi

·        Lưu lượng dung dịch

Chế độ khoan phải được điều chỉnh theo từng loại đất.

Công nghệ khoan cho các thành tạo địa chất khác nhau

6.1. Trong đất bùn – sét yếu

·        Dùng khoan quay tuần hoàn dương

·        Tăng bentonite

·        Kiểm soát áp lực để tránh sụt lún

6.2. Trong cát pha – cát rời

·        Cần polymer cao

·        Kiểm soát mất nước

·        Tránh tốc độ khoan quá cao gây xói lở

6.3. Trong đất pha sỏi – đá dăm

·        Dùng mũi khoan hợp kim

·        Doa nhiều cấp đường kính

·        Hạn chế rung trong đô thị

6.4. Trong đá cứng

·        Dùng DTH hammer

·        Tốc độ khoan thấp nhưng lực đập lớn

·        Kiểm soát mảnh đá bằng khí nén

Công tác điều tra kỹ thuật địa phương là bước bắt buộc và mang tính quyết định trong mọi dự án xây dựng có ứng dụng công nghệ HDD. Việc lựa chọn đúng:

·        Thiết bị khoan

·        Công nghệ khoan

·        Phương pháp khoan

·        Mũi khoan

·        Dung dịch khoan

sẽ đảm bảo thi công HDD an toàn, chính xác và hiệu quả trong mọi điều kiện địa chất.

Sự kết hợp giữa khảo sát địa chất chuẩn mực và ứng dụng công nghệ HDD hiện đại cho phép thi công các tuyến ống kỹ thuật dưới đường giao thông, sông suối, mương rạch và khu công nghiệp với độ rủi ro thấp nhất.

HỌN CÁC THIẾT BỊ KHOAN, KHOAN LỖ VÀ CÔNG NGHỆ TRONG CUỘC ĐIỀU TRA KỸ THUẬT ĐỊA PHƯƠNG

Nhiệm vụ cơ bản của kỹ thuật địa phương là tìm ra các tính chất, chiều sâu, phân phối và các kỹ thuật khác của khu vực xây dựng, để cung cấp các thư mục vật lý và cơ khí cụ thể chính xác và các phân tích về kỹ thuật tiếp theo.

Hôm nay, tôi muốn giới thiệu với quý vị sự lựa chọn các thiết bị khoan dầu khí, khảo sát khoan và công nghệ trong cuộc điều tra kỹ thuật địa phương.

Chọn các thiết bị khoan, khoan lỗ và công nghệ trong cuộc điều tra kỹ thuật địa phương.

1.   Thiết bị khoan cần thiết cho khoan

Trong việc dò tìm kỹ thuật địa phương, các công cụ khoan móc được dùng để điều khiển các công cụ khoan từ bề mặt đến mặt dưới lòng đất để tạo các hố phóng theo hình trụ. Các mẫu kim loại, đất và nước ở chiều sâu khác nhau được lấy bằng cách khoan và gửi đến phòng thí nghiệm để phân tích để lấy dữ liệu cơ bản.Do sự bao quát và công nghệ phức tạp của việc khảo sát địa phương, không chỉ lớp lớp và ranh giới xác định nên được chia chính xác, mà còn phải thực hiện kiểm tra nội địa và các bộ thu thập đất yên tĩnh.Mức công nghệ khoan và việc chọn các phương pháp khoan đều đóng vai trò quan trọng trong chất lượng của toàn bộ cuộc khảo sát.

Các thiết bị khoan là tổng số các thiết bị kỹ thuật cần thiết để hoàn thành khoan, bao gồm cả giàn khoan, bơm khoan, bộ nén khí, máy điện lực và bộ phận truyền, cũng như cái tháp khoan tương ứng và thiết bị xoắn ống. Dựa theo chế độ nạp, nó có thể được chia thành dạng lắp ráp và dạng lắp ráp. Trước có thể được chia thành dạng cố định, kiểu kéo và kiểu tự động tùy theo khả năng di chuyển. Dựa trên việc sử dụng các thiết bị khoan địa phương, nó có thể được phân chia thành địa chất kỹ thuật, giếng thủy, kỹ sư xây dựng, khoan lõi và lấy mẫu. Kỹ thuật khoan địa chất thường được sử dụng trong việc điều tra địa chất kỹ thuật và khai thác các tòa nhà công nghiệp và dân sự, cầu, đường bộ và hải cảng. Thiết bị khoan giếng theo hydro được sử dụng đặc biệt trong việc khoan khoan các hố và giếng theo khảo sát hydro. Trang bị khoan cho công trình kỹ thuật có nhiều dụng cụ và các đặc điểm khác nhau. Các thiết bị khoan lõi và bộ khoan lấy mẫu có thể khoan vào đá, lớp đất hay cấu trúc bê tông để thử nghiệm.

2.   Phương pháp khoan

Phương pháp khoan là thuật ngữ chung của tất cả các phương pháp và kỹ thuật được sử dụng để phá vỡ lỗ / đá đáy khi khoan dưới lòng đất trong kỹ thuật khoan hoặc khoan. Theo công nghệ khoan, nó có thể được chia thành: khoan quay tuần hoàn dương, khoan tuần hoàn ngược, khoan rung, khoan khoan, khoan hình nón (gầu) đột, khoan chìm và khoan bộ gõ. Theo liệu lõi được sử dụng trong quá trình khoan, nó có thể được chia thành khoan rút lõi và khoan không lõi. Theo chất mài mòn được sử dụng để phá vỡ đá trong quá trình khoan quay, nó được chia thành khoan cacbua xi măng, khoan hạt và khoan kim cương.

3.    Công nghệ khoan cho các thành tạo khác nhau

Lớp đất dính , lớp cát, lớp cuội

1 Lớp đất dính (đất dẻo mềm / cứng)

Có cường độ thấp, khả năng chịu nén cao và hệ số thấm thấp, độ bền thixotropy và lưu biến cao đối với đất sét mềm. Nó có thể sử dụng khoan búa gõ nặng và khoan mũi khoan dài / ngắn. Nếu môi trường khoan dưới mực nước ngầm, có thể sử dụng khoan đục lỗ hoặc khoan xoay bộ gõ. Hiệu quả của việc khoan bằng bộ gõ búa nặng tương đối thấp và làm xáo trộn sự hình thành trong một phạm vi nhất định gần đáy lỗ. Trong khoan mũi khoan, cần khoan được điều khiển bởi động cơ để quay mũi khoan vào hình dạng dưới tác động của trọng lượng lên mũi khoan. Hình dạng dần dần bị cắt theo đường xoắn ốc và các mảnh vụn đất được cắt và cạo trở lại lỗ dọc theo lưỡi xoắn ốc. Phương pháp này mang lại hiệu quả khoan Cao và không cần vệ sinh thiết bị. Trong quá trình thi công, trước tiên nên khoan mũi khoan với tốc độ chậm, để mũi khoan cắt vào đất sau đó chuyển sang tốc độ trung bình có thể tăng tốc độ khoan và giảm lực cản nâng mũi khoan.

2 Lớp cát

Công nghệ khoan của lớp này có mối quan hệ lớn với kích thước hạt cát, và nó bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nước ngầm. Khoan xoắn ốc phù hợp với môi trường địa chất có hàm lượng cát cao, cát chủ yếu là cát mịn phù sa, nếu phải khoan lỗ sâu thì có thể sử dụng mũi khoan đường kính nhỏ trong giai đoạn sau của công trình. Trong trường hợp có cát bùn và đất dính hỗn hợp, nên giảm tốc độ khoan, giảm áp lực khoan và điều chỉnh lượng bơm ở mức vừa phải.

3 Lớp đá cuội

Công nghệ khoan của lớp này bị ảnh hưởng bởi độ dày, độ chặt, hàm lượng nước và điều kiện lấp đất dính, nên lựa chọn công nghệ khoan khác nhau cho các điều kiện hình thành khác nhau. Khi chiều dày địa tầng không lớn, có thể sử dụng khoan quay để bảo vệ thành bùn, khi chiều dày địa tầng lớn và hàm lượng sét thấp thì có thể sử dụng khoan theo ống. Trong quá trình khoan các lớp cát và đá cuội, bùn chất lượng cao có thể ngăn chặn hiệu quả sự sụp đổ của thành lỗ.

4.     Nhân viên thăm dò

Tình hình địa chất rộng lớn và địa chất thay đổi của Việt Nam là một thách thức lớn với việc điều tra kỹ thuật địa phương. Với việc phát triển khoa học và công nghệ hiện đại, đã phát triển kỹ thuật khoan dầu khí cho các môi trường địa chất khác nhau. Do môi trường địa chất phức tạp, khó sử dụng một phương pháp hay dữ liệu nhất định như một tiêu chuẩn. Dựa trên khu vực được khảo sát và nhu cầu các công việc, các công nghệ khoan khác nhau nên được so sánh hoàn to àn và chọn một cách mềm dẻo các phương pháp khoan công nghệ. Trong quá trình xây dựng, phải chú ý đến việc thu thập dữ liệu về khu vực và khu vực gần đó, và dự án phải được sửa lại kịp thời để đạt được mục đích giảm bớt đi đường vòng và thăm dò khoa học.

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 Đa Kao, Q 1, TPHCM

Chi nhánh: 2.14 Chung cư B1,số 2 Trường Sa, P 17, Q Bình Thạnh, TPHCM

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