Công nghệ thi công đào hở - nhiều hạn chế
Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển tại các đô thị diễn ra ngày càng nhanh, đi cùng với đó là hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là hệ thống cáp viễn thông - điện lực được hình thành đồng bộ, cơ bản đáp ứng nhu cầu đời sống, tạo nền tảng phát triển đô thị bền vững. Tuy vậy, quá trình phát triển các công trình kỹ thuật cũng phát sinh một số vấn đề như: mất mỹ quan đô thị, tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ… Để khắc phục cơ bản các vấn đề nêu trên thì việc hạ ngầm các tuyến cáp viễn thông - điện lực là giải pháp cần quan tâm xem xét trong thời gian tới.
Hiện nay, để hạ ngầm hệ thống các tuyến cáp thường sử dụng công nghệ thi công đào hở (hình 1). Công nghệ này được thực hiện theo các bước: đào rãnh - chôn lấp ống - hoàn thiện và trả lại mặt bằng. Quá trình triển khai thực tế cho thấy, công nghệ này có nhiều nhược điểm như: rất khó để phòng tránh hiện tượng lún, nứt từ bề mặt; không ngăn được thấm nước vào công trình - yếu tố có thể làm giảm tuổi thọ của các tuyến cáp, gây chập điện hoặc gây nhiễu đối với cáp viễn thông; thời gian thi công kéo dài, phát sinh bụi bẩn làm ảnh hưởng lớn đến môi trường và giao thông khu vực; cần một lượng lớn nhân công lao động… Ngoài ra, công nghệ đào hở còn làm tăng chiều dài tuyến cáp do không thể đi tắt qua các công trình, vật cản, dẫn đến phát sinh nhiều chi phí [1-3]. Đặc biệt, công nghệ này không thể sử dụng ở những khu vực danh thắng, di tích lịch sử hoặc những nơi bị điều chỉnh bởi Luật Di sản…
Hình 1. Hiện trạng hệ thống cáp và phương pháp thi công hiện nay.
Để khắc phục các tồn tại nêu trên, việc tìm kiếm một phương pháp thi công mới, phù hợp với hiện trạng các hệ thống tuyến cáp viễn thông - điện lực tại các thành phố ở nước ta là rất cần thiết và có tính cấp bách.
Công nghệ không đào
Công nghệ không đào đã được các nước phát triển ứng dụng rộng rãi trong thi công hệ thống hạ tầng kỹ thuật trong thành phố [4]. So với các phương pháp thi công khác, công nghệ không đào ra đời tương đối muộn nhưng đã có bước phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Việc áp dụng công nghệ thi công này đã tạo ra bước đột phá trong thi công xây dựng mạng lưới đường ống phục vụ hạ ngầm các tuyến cáp, cũng như hệ thống thoát nước. Đặc điểm và cũng là ưu thế lớn nhất của công nghệ này chính là việc không cần phải đào từ bề mặt địa tầng (đào hở) mà vẫn có thể thi công các đường ống ngầm xuyên qua đường bộ, đường sắt, sông, thậm chí có thể đi xuyên qua dưới đế móng của các công trình xây dựng (hình 2). Do đó, đây là một phương pháp thi công an toàn, hiệu quả, tiết kiệm và bảo vệ môi trường, nhất là đối với các thành phố lớn có mật độ dân cư đông, áp lực giao thông lớn.
Hình 2. Mô phỏng quá trình thi công hạ ngầm cáp bằng công nghệ không đào.
Hình 3. Một số model máy khoan theo công nghệ không đào điển hình.
Hình 4. Một số hình ảnh thi công thực tế.
Phương pháp và trình tự thi công
Một số công tác chuẩn bị kỹ thuật cần chú ý trước khi thi công: khi tiến hành, đội ngũ thi công cần chú ý một số công tác kỹ thuật sau:
- Thăm dò điều kiện địa tầng của hướng tuyến: công tác thăm dò cần dựa vào hồ sơ thiết kế, thi công mạng lưới hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật có sẵn tại nơi dự định lắp đặt hệ thống cáp ngầm, được cung cấp bởi các cơ quan liên quan. Quá trình điều tra, khảo sát cần phải làm rõ các thông tin như: loại công trình hạ tầng kỹ thuật, loại và vật liệu tuyến ống, độ sâu và mật độ phân bố của nó để làm căn cứ lập phương án thiết kế thi công hướng đào.
- Đo đạc địa hình, địa mạo: căn cứ vào điều kiện địa tầng đã thu thập được tiến hành thiết kế, trình các cơ quan quản lý nhà nước liên quan phê duyệt hướng tuyến làm căn cứ thi công. Tiếp đó, khảo sát địa hình hướng tuyến để xác định khoảng cách và vị trí dự kiến bắt đầu khoan, phương vị từ trên mặt đất, bố trí các mốc dọc có ghi cao độ theo hướng tuyến để thể hiện cao trình cần khoan đi qua, làm cơ sở điều chỉnh hành trình của mũi dẫn hướng trong quá trình thi công.
- Thăm dò địa chất khu vực thi công: công tác này được thực hiện bởi các mũi khoan khảo sát địa chất dọc theo hướng tuyến, nhằm xác định các thông tin địa tầng khu vực như: điều kiện địa chất, địa chất thủy văn khu vực dự kiến lắp đặt hệ thống cáp.
Các bước thi công:
- Thi công lỗ khoan dẫn hướng: mũi khoan dẫn hướng là mũi khoan nhỏ có kích thước từ 60-120 mm (hình 5A, B), được khoan trước có tác dụng để tạo lối mở, dẫn đường được thực hiện từ mặt đất, trùng với phương hướng tuyến theo một góc nghiêng đã được xác định trước (hình 2). Tại vị trí điểm tới (điểm mũi khoan lên khỏi mặt đất, nằm trên hướng tuyến thiết kế), tiến hành đào giếng để thu nhận mũi khoan dẫn hướng tới. Các mũi khoan dẫn hướng ngoài tác dụng như một mũi khoan thông thường còn được lắp đặt các cảm biến có chức năng phát tín hiệu để có thể xác định chính xác vị trí mũi khoan trong suốt hành trình khoan. Kết hợp với số liệu về tình hình địa chất, hiện trạng các công trình ngầm, các kỹ thuật viên có thể điều chỉnh các tham số như: tốc độ khoan, góc phương vị, góc lệch so với hướng tuyến thiết kế… để tránh chướng ngại vật. Việc ổn định vách lỗ khoan được thực hiện bằng cách bơm dung dịch khoan (bentonite) thông qua cần khoan (hình 5C) tại các lỗ nhỏ trên mũi khoan bởi bơm áp lực cao là một bộ phận của máy khoan được đặt trên mặt đất.
(A) Mũi khoan trong đá. (B) Mũi khoan trong đất. (C) Cần khoan.
Hình 5. Cần và các loại mũi khoan dẫn hướng.
- Thi công rút cần mở rộng lỗ khoan: sau khi hoàn tất công tác khoan định hướng, mũi khoan dẫn hướng được thay thế bằng mũi khoan doa hay còn gọi là mũi khoan mở rộng (hình nón). Mũi khoan doa có đường kính lớn nhất có thể đạt đến D800 (đường kính 800 mm) (hình 6). Mũi khoan mở rộng có độ cứng lớn, khả năng chống mài mòn cao do trên bề mặt lưỡi cắt được hàn các hạt vonfram theo hình xoắn ốc. Cơ chế mở rộng lỗ khoan được thực hiện bằng cách kéo rút ngược cần khoan, kết hợp xoay mũi khoan doa để mở rộng lỗ khoan. Giống như mũi khoan định hướng, trong quá trình khoan mở rộng, dung dịch Bentonite được bơm với áp lực cao từ trên mặt đất xuống thông qua cần khoan ra các lỗ nhỏ được bố trí trên các bề mặt rãnh cắt có tác dụng giúp tránh kẹt mũi khoan, làm giảm nhiệt độ do ma sát khi khoan, tăng tốc độ và khả năng ổn định vách lỗ khoan, hạn chế hiện tượng sập lở vách lỗ khoan. Sau khi mũi khoan doa được kéo về đến vị trí máy khoan (giếng xuất phát), mũi khoan doa mới có đường kính lớn hơn sẽ được lắp vào cần khoan để tiếp tục mở rộng lỗ khoan, quá trình mở rộng lỗ khoan có thể lặp đi lặp lại theo chu kỳ đẩy - kéo rút ngược trở lại các mũi khoan doa cho đến khi lỗ khoan đạt đến đường kính thiết kế (lỗ khoan sau khi doa mở rộng theo kinh nghiệm có đường kính bằng 1,5 d, với d - là đường kính ống chứa hệ thống cáp ngầm).
Hình 6. Các loại mũi khoan doa mở rộng lỗ khoan.
- Thi công kéo rút ống: sau khi kết thúc quá trình mở rộng lỗ khoan, kỹ thuật viên cần làm sạch lỗ khoan. Quá trình làm sạch lỗ khoan cần chú ý bảo vệ vách lỗ khoan, kiểm tra kỹ vách khoan và đảm bảo không có vật cản trong lỗ khoan mới. Trước khi tiến hành kéo rút ống cần được kiểm tra kỹ các thông số: chủng loại, đường kính, chất lượng các đường hàn và đặc biệt chú ý các hư hỏng có thể có trong quá trình vận chuyển (hình 7). Thông thường, lỗ khoan sau khi mở rộng có đường kính lớn hơn nhiều so với đường kính ống dự định lắp đặt. Trong lỗ khoan có lớp bùn bôi trơn, vừa làm giảm lực cản khi kéo rút ống lại vừa giảm ma sát làm mòn ống. Đối với công đoạn thi công này, kỹ thuật viên vận hành máy khoan cần chú ý khống chế lực kéo và tốc độ kéo nhằm phòng tránh các hư hỏng ống có thể xảy ra.
Hình 7. Thi công kéo rút ống HDPE.
Ưu và nhược điểm của công nghệ không đào
Ưu điểm: vì không cần đào từ bề mặt địa tầng nên công nghệ này có một số ưu điểm nổi bật như:
- Do mặt cắt công trình hình tròn, chôn sâu do đó ít chịu rủi ro về lún bề mặt và ảnh hưởng các công trình dọc theo tuyến cáp.
- Tiết kiệm được kinh phí giải phóng mặt bằng, di dời các công trình, vật cản. Rút ngắn được chiều dài cáp/công trình so với phương pháp đào hở do có thể đi tắt vượt các chướng ngại vật.
- Ngăn chặn được sự xâm nhập, thẩm thấu của nước ngầm do sử dụng ống HDPE có độ bền cao, dễ cung ứng; các mối nối ống được hàn nhiệt kín, thuận tiện cho việc vận hành, sửa chữa các tuyến cáp; giảm tối đa nguy cơ bị điện giật do rò điện.
- Việc chuẩn bị mặt bằng phục vụ thi công, vận hành máy tương đối đơn giản (phù hợp với trình độ lao động hiện nay của nước ta).
- Vật liệu phục vụ thi công tương đối phổ biến.
- Giảm tối thiểu việc chỉnh trang mặt bằng và không phát sinh nhiều bụi, tiếng ồn làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
Nhược điểm:
- Công nghệ không đào có vốn đầu tư ban đầu tương đối cao, lại chưa được nhiều doanh nghiệp trong nước biết đến, hoặc đã biết nhưng còn tâm lý “dè dặt” khi triển khai các công nghệ mới.
- Không thể thay đổi nhanh được hướng tuyến hoặc cao trình đặt đường ống chứa cáp, việc thao tác hiệu chỉnh phức tạp, tốn kém.
- Đối với các tuyến cáp nằm trong các khu phố cổ, di tích lịch sử… thì công trình ngoài chịu tác động bởi các quy định của pháp luật trong lĩnh vực xây dựng và đầu tư thì còn chịu tác động bởi các Luật di sản, Luật quy hoạch nên quá trình phê duyệt dự án rất phức tạp, cần nhiều thời gian nên có thể làm nản lòng các nhà đâu tư.
- Muốn làm chủ công nghệ này bước đầu đòi hỏi phải đào tạo được một đội ngũ thợ lành nghề.
- Hiện nay, tại Việt Nam chưa có nhà phân phối thiết bị nên sẽ gặp ít nhiều khó khăn trong việc sửa chữa, tìm kiếm phụ tùng thay thế và vật tư tiêu hao
Kết luận và kiến nghị
Từ những phân tích về hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đối với việc sử dụng công nghệ không đào so với phương pháp đào hở có thể thấy, việc áp dụng công nghệ không đào để có thể thi công hạ ngầm hàng nghìn km các tuyến cáp viễn thông - điện lực tại các thành phố ở nước ta, đặc biệt hai thành phố lớn Hà Nội và TP Hồ Chí Minh là hoàn toàn khả thi. Đây cũng là cơ hội lớn cho các doanh nghiệp thuộc ngành xây dựng nâng cao trình độ, tiếp cận được với các công nghệ mới của thế giới, áp dụng vào thực tiễn Việt Nam. Tuy vậy, để công nghệ này được sử dụng rộng rãi ở nước ta, các cơ quan chuyên môn, quản lý nhà nước cần quan tâm tháo gỡ một số vướng mắc sau:
- Xây dựng, hoàn thiện hệ thống định mức kinh tế - kỹ thuật để có căn cứ lập dự toán phương án thi công đối với dạng công trình ngầm có tiết diện nhỏ thi công bằng công nghệ không đào.
- Cần sửa đổi một số quy định về đầu tư, triển khai dự án, cho cơ chế thí điểm (nếu cần) để công nghệ này có thể được sử dụng rộng rãi trong thời gian tới.
- Có các chính sách hỗ trợ về vốn đầu tư ban đầu, thuế… để các doanh nghiệp có thể đầu tư thiết bị, chuyển giao công nghệ thi công hiệu quả.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] http://www.evn.com.vn/d6/news/Ha-Noi-se-ha-ngam-100-luoi-dien-trung -ap-tu-vanh-dai-3-vao-trung-tam-6-13-19563.aspx
[2] http://baodautu.vn/ha-noi-dau-tu-10000-ty-dong-ha-ngam-cap-dien-va-vi en-thong-d46374.html
[3] http://www.evn.com.vn/d6/news/Ngam-hoa-luoi-dien-o-TP-Ho-Chi-Min h-6-12-19061.aspx
[4] https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=63ecc075264f1 16a0418b318dcb0cd0e&site=xueshu_se.
[5] D.M Abraham, H.S. Baik, S. Gokkale (2002), Development of a Decision Support System for Selection of Trenchless Technonogies to Minimize Impact of Utility Construction on Roadway, Purdue University, West Lafayette, 169pp.