Khoan định hướng ngang là một công nghệ độc đáo

công nghệ khoan ngang định hướng (HDD: Horizontal Directional Drilling) — phương pháp đặt đường ống ngầm không cần đào rãnh — tập trung vào khi nào nên sử dụng, nguyên lý công nghệ, ưu điểm, ứng dụng và các loại thiết bị tiêu biểu.

Khoan định hướng ngang là một công nghệ độc đáo

Khoan định hướng ngang (HDD) là một trong những công nghệ hiện đại nhất trong lĩnh vực lắp đặt đường ống, cáp ngầm và hệ thống tiện ích dưới mặt đất mà không cần mở rãnh rộng – tức là phương pháp không gây mất mặt bằng lớn và giữ nguyên hiện trạng cảnh quan bề mặt. Nhờ vậy, HDD được xem như một giải pháp ưu việt cho các đường ống ngầm hoặc cáp, đặc biệt là trong các khu vực đông dân, vùng giao thông phức tạp, qua sông, hồ, đầm lầy hoặc các khu vực địa chất nhạy cảm.

Khi nào thì khoan ngầm được sử dụng?

Có nhiều kiểu đặt đường ống ngầm khác nhau – từ đào rãnh truyền thống đến các phương pháp không rãnh (trenchless). Tất cả các phương pháp này vẫn đang phát triển và cải tiến. Trong số đó, khoan ngang định hướng (HDD) đã và đang được ứng dụng rộng rãi khi những điều kiện thi công đặt ống truyền thống gặp phải khó khăn hoặc không khả thi.

Các tình huống thích hợp để dùng HDD bao gồm:

• Khu vực gần đường sắt, cao tốc hoặc các tuyến giao thông lớn, nơi việc đào rãnh sẽ làm gián đoạn giao thông, ảnh hưởng kinh tế hoặc an toàn giao thông.
• Khu vực có sông, hồ, đầm lầy hoặc đất nền mềm, nơi việc đào rãnh thông thường sẽ gây xói lở, ô nhiễm môi trường hoặc ảnh hưởng đến hệ sinh thái.
• Các khu đô thị đông dân cư, nơi mặt bằng bị hạn chế hoặc gần các công trình hiện hữu như nhà cao tầng, công trình hạ tầng kỹ thuật, tuyến cáp điện – viễn thông – mạng – dẫn khí …
• Khi địa hình hoặc môi trường trú đóng không cho phép đào mở rộng vì yếu tố bảo tồn cảnh quan, bảo vệ cây xanh, không muốn phá vỡ mặt đường, vỉa hè, khuôn viên công viên…

Việc sử dụng HDD đảm bảo bề mặt cảnh quan vẫn giữ nguyên vẹn — bao gồm cây xanh, lòng đường, mặt vỉa hè, các công trình ngầm hiện có — và tránh phải mở rãnh lớn.
Đối với nhiều dự án đặt đường ống hoặc cáp ngầm hiện nay, phương pháp này được xem như một giải pháp “không rãnh” để giảm thiểu rủi ro, chi phí phục hồi mặt bằng và thời gian thi công.

HDD là một “cuộc cách mạng” công nghệ trong ngành xây dựng

Công nghệ khoan định hướng ngang bắt đầu xuất hiện từ những năm 1980 và trải qua giai đoạn phát triển lẫn nhiều hoài nghi trước khi được chấp nhận rộng rãi và ghi nhận là một phương pháp đáng tin cậy, tiết kiệm và hiệu quả trong lắp đặt đường ống ngầmNhững năm gần đây, HDD đã thực sự thực hiện một “cuộc cách mạng” trong ngành hạ tầng ngầm. Sự phát triển của cầu nối đô thị, nhu cầu cấp nước, cấp khí, viễn thông, cáp quang, hệ thống điện và thoát nước đã mở ra cơ hội lớn cho HDD. Bên cạnh đó, HDD còn được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt như bảo vệ catốt của đường ống khí đốt, đặt ống dẫn hóa chất hoặc lắp đặt qua địa hình phức tạp.

Nhiều loại khoan ngang HDD

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, các nhà sản xuất và đơn vị thi công đã phát triển nhiều loại thiết bị HDD khác nhau, từ giàn nhỏ dùng cho đô thị với lực kéo vài tấn đến các giàn công suất lớn có thể kéo lực lên đến hàng trăm tấn. Thực tế cho thấy hơn 90% giàn khoan đang hoạt động thuộc loại nhỏ và trung bình (lực kéo lên đến 25 tấn) dùng cho các công trình đô thị, tuy nhiên cũng có những giàn lớn hơn dùng cho đường ống lớn, chiều dài lớn. Ví dụ, có giàn HDD có khả năng đặt đường ống đường kính lên tới 1.200 mm và chiều dài tới 2.000 m trong một lần thi công. Khoan định hướng ngang với thiết bị lớn như vậy cho phép thi công qua sông, hồ lớn hoặc tuyến đường dài dưới sâu mà không cần đào mở. Vấn đề hiện nay là các kỹ sư vẫn tiếp tục phát triển giàn khoan nhỏ gọn hơn nhưng đạt hiệu quả cao hơn để phù hợp với các công trình đô thị hiện đại.

Nguyên lý và các giai đoạn thi công HDD

1. Khảo sát và lập phương án

Trước khi thi công, cần khảo sát địa hình, địa chất, các công trình ngầm hiện có (cáp điện, viễn thông, ống cấp nước, ống dẫn khí) và lập phương án khoan chi tiết. Việc sử dụng thiết bị định vị dưới đất (GPR – Ground Penetrating Radar) hoặc khảo sát địa chất là cần thiết để xác định lớp đất, tầng nước ngầm, đá, rỗng hoặc vùng yếu nền.

2. Giai đoạn khoan dẫn hướng (Pilot hole)

Đây là bước đầu tiên của quá trình HDD. Mũi khoan dẫn có đường kính nhỏ (pilot hole) được khoan từ hố xuất phát tới hố thu theo quỹ đạo đã thiết kế. Trong quá trình này, sử dụng dung dịch khoan như bentonite hoặc polymer để bôi trơn, làm mát và vận chuyển mảnh vụn khoan ra khỏi lỗ. Hệ thống định vị như “walk-over locator” hoặc thiết bị dẫn hướng dây từ có thể được dùng để theo dõi và điều chỉnh quỹ đạo khoan

3. Giai đoạn mở rộng lỗ khoan (Reaming / enlarge hole)

Sau khi khoan dẫn hoàn tất, dụng cụ mở rộng được kéo lại qua lỗ đã khoan để mở rộng đường kính lỗ tới kích thước phù hợp với ống sẽ kéo vào. Việc mở rộng này thường yêu cầu quay thiết bị, bơm dung dịch khoan liên tục để ổn định thành lỗ và vận chuyển mảnh khoan ra ngoài

4. Giai đoạn kéo ống (Pull‑back)

Cuối cùng, ống dẫn được nối sẵn rồi gắn vào đầu khoan và kéo ngược lại từ điểm thu tới điểm xuất phát thông qua lỗ khoan đã mở rộng. Trong khi kéo, dung dịch khoan tiếp tục bơm để giảm ma sát giữa ống và thành lỗ khoan, đồng thời giúp xử lý mảnh vụn còn lại. Việc kéo ống cần thiết bị trọng tải lớn và hệ thống kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo ống không bị xoắn, cong hoặc bị hư hại

Ưu điểm và giới hạn của phương pháp HDD

Ưu điểm

• Giảm thiểu ảnh hưởng đến mặt bằng: không phải đào rãnh mở dài, giữ nguyên mặt đường, cây xanh, cảnh quan.
• Giảm thiểu gián đoạn giao thông và hoạt động dân sinh.
• Thời gian thi công thường ngắn hơn so với phương pháp truyền thống đào rãnh.
• Có khả năng vượt qua các chướng ngại vật như sông, hồ, đường cao tốc, đường sắt mà không ảnh hưởng tới hoạt động bề mặt.
• Thích hợp với các khu vực đô thị đông đúc hoặc các khu vực địa hình phức tạp.
• Có khả năng kiểm soát cao về quỹ đạo khoan, độ sâu và vị trí đặt ống

Hạn chế và thách thức

• Chi phí đầu tư thiết bị HDD lớn, đặc biệt là giàn khoan lớn và thiết bị dẫn hướng.
• Yêu cầu khảo sát địa chất kỹ lưỡng và điều kiện địa chất phải được xác định rõ; gặp lớp đá cứng, rỗng hoặc nước ngầm mạnh có thể gây khó khăn.
• Cần dung dịch khoan và phải quản lý chất thải khoan (cuttings) và dung dịch sử dụng để tránh ô nhiễm môi trường.
• Có giới hạn về đường kính ống, chiều dài khoan và độ sâu nhất định; nếu vượt quá có thể không hiệu quả hoặc phát sinh rủi ro lớn.
• Kỹ thuật khoan và kéo ống yêu cầu lực kéo lớn và kiểm soát xoắn, uốn ống – nếu không sẽ gây hư hỏng ống hoặc gây tai nạn công trường.

Ứng dụng thực tế và triển vọng phát triển

Khoan định hướng ngang được ứng dụng rộng rãi trong các công trình cấp nước, cấp khí, viễn thông, cáp quang, cáp điện, đặt ống dẫn dầu – hóa chất và các công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm khác. Ví dụ, khi đặt đường ống phục vụ khu công nghiệp, qua sông hoặc khu đô thị, HDD là giải pháp tối ưu.

Triển vọng phát triển của HDD rất lớn khi hạ tầng đô thị ngày càng phát triển, yêu cầu thi công ngầm không phá vỡ cảnh quan và hoạt động xã hội ngày càng cao. Các thiết bị HDD nhỏ gọn hơn, công suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện môi trường đang được nghiên cứu và phát triển. Nhiều nghiên cứu hiện đại cũng ứng dụng công nghệ cảm biến, định vị thời gian thực và tự động hóa để nâng cao độ chính xác của HDD

Kết luận

Khoan định hướng ngang (HDD) không chỉ là một phương pháp đặt ống ngầm, mà là một công nghệ tiên tiến đóng vai trò then chốt trong phát triển hạ tầng hiện đại và bền vững. Khi được áp dụng đúng cách, HDD giúp giải quyết những giới hạn của phương pháp đào rãnh truyền thống, đồng thời bảo vệ môi trường và cảnh quan đô thị.

Mặc dù còn tồn tại một số thách thức, nhưng với sự phát triển liên tục của thiết bị, công nghệ dẫn hướng, giải pháp quản lý dung dịch khoan và kiểm soát môi trường, HDD sẽ tiếp tục là lựa chọn hàng đầu cho các dự án đường ống ngầm, đặc biệt tại những khu vực phức tạp và khó thi công.

Nếu bạn cần chuyển bài viết này thành file Word chuẩn, slide trình chiếu công nghệ, hoặc bổ sung mẫu hồ sơ thực hiện HDD, xin vui lòng cho biết để tôi hỗ trợ thêm.

Khoan định hướng ngang là một công nghệ độc đáo

Khi nào thì khoan ngầm được sử dụng?

Có một số kiểu đặt đường ống ngầm. Tất cả đều không đứng yên mà không ngừng phát triển và hoàn thiện. Gần đây, công nghệ độc đáo theo cách riêng của nó đã được đưa vào hoạt động. Nó là một công nghệ đặt ống tại những nơi không thể đào rãnh. Việc đặt đường ống như vậy có thể được sử dụng trong khu vực lân cận của đường sắt, gần đường cao tốc, hồ, đầm lầy và sông. Nó cũng được áp dụng ở các khu vực đông dân cư của các thành phố lớn.

Phương pháp này liên quan đến việc sử dụng các thiết bị đặc biệt cho phép đáp ứng những thách thức lớn nhất. Ngày nay việc đặt ống không có rãnh được sử dụng trong các trường hợp cần lắp đặt đường dây thông tin liên lạc và hệ thống cáp ở những nơi nghiêm cấm đào. Trước khi hoạt động của HDD bắt đầu, quá trình nghiên cứu chất lượng cao về thành phần của nó được thực hiện, tất cả các quyền cần thiết sẽ được cấp, các giai đoạn công việc chính được lên kế hoạch, v.v.

HDD là một cuộc cách mạng công nghệ trong ngành xây dựng

Công nghệ khoan định hướng ngang (HDD) đã được biết đến từ những năm 1980, nhưng họ đã phải trải qua thái độ hoài nghi và không tin tưởng trước khi được công nhận xứng đáng và đạt được danh tiếng về một phương pháp đặt ngầm đáng tin cậy và tiết kiệm đường ống dẫn.

Ngành công nghiệp HDD đã và đang phát triển ổn định trong suốt những năm gần đây. Công nghệ này đã thực hiện một cuộc cách mạng thực sự trong lĩnh vực lắp đặt các tiện ích ngầm. Sự tăng trưởng của nhu cầu đối với dịch vụ đô thị, lắp đặt viễn thông, cáp quang, cáp điện và điện thoại, cấp nước và khí đốt, hệ thống thoát nước đã mở ra triển vọng lớn cho phương pháp khoan định hướng ngang. Ngoài ra, HDD còn được sử dụng để lắp đặt bảo vệ catốt của đường ống khỏi sự ăn mòn và ổn định đất.

Nhiều loại khoan ngang HDD

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, các nhà sản xuất đã phát triển và sản xuất nhiều loại thiết bị HDD khác nhau, trong đó sử dụng những thành tựu mới nhất của công nghệ động cơ, thiết bị điện tử và thủy lực: từ giàn nhỏ với lực kéo từ 2 tấn cho các công trình thành phố đến mạnh những chiếc, phát triển lực kéo hơn 500 tấn và có khả năng đặt một đường ống có đường kính lên tới 1200 mm và chiều dài 2000 m cùng một lúc. Cần lưu ý rằng trên 90% số lượng giàn khoan đang sản xuất và đang hoạt động thuộc loại nhỏ và trung bình (với lực kéo lên đến 25 tấn). Ngày nay, các kỹ sư đang tập trung vào việc sản xuất các giàn khoan để đạt được hiệu quả tối đa với kích thước tối thiểu.