Tối ưu hóa và nâng cấp quy trình khoan cho giàn khoan xoay: thích ứng với các giải pháp khoan và nâng hiệu quả, phù hợp với nhiều loại địa chất khác nhau.

Trong thi công các dự án móng cọc như cầu đường sắt cao tốc, móng nhà, và hệ thống giao thông đường sắt đô thị, chất lượng và hiệu quả khoan của máy khoan xoay quyết định trực tiếp đến thời gian thi công, tỷ lệ đáp ứng khả năng chịu tải của móng cọc và tổng chi phí thi công. Điều kiện địa chất ở các khu vực thi công khác nhau rất đa dạng, và sự phân bố của lớp đất sét mềm, lớp sỏi cát, lớp đá phong hóa, lớp đá cứng và lớp đá vôi phức hợp cũng khác nhau. Công nghệ khoan đông cứng đơn truyền thống dễ gặp phải một loạt các vấn đề trong thi công, chẳng hạn như kẹt mũi khoan, sụp đổ thành lỗ, lắng đọng quá mức, mài mòn nghiêm trọng dụng cụ khoan, v.v. Với việc liên tục nâng cao yêu cầu về chất lượng và hiệu quả của các dự án cơ sở hạ tầng, việc thi công tinh gọn, khoan tiêu chuẩn hóa và giảm chi phí vận hành và bảo trì đã trở thành những yêu cầu cốt lõi trong thi công móng cọc. Tối ưu hóa quy trình khoan của giàn khoan xoay dựa trên các điều kiện địa chất khác nhau, kết hợp các thông số khoan chuyên dụng, lựa chọn dụng cụ khoan và các biện pháp hỗ trợ thi công là chìa khóa cốt lõi để đảm bảo chất lượng khoan ổn định, liên tục nâng cao hiệu quả thi công khoan và giảm tổn thất do làm lại.

Tình hình hiện tại của ngành xây dựng móng cọc: địa chất phức tạp và biến đổi liên tục buộc phải tối ưu hóa công nghệ khoan theo phương pháp lặp đi lặp lại.

Hiện nay, công trường xây dựng móng cọc cho cơ sở hạ tầng trong nước trải rộng trên nhiều khu vực, với địa hình, dạng địa mạo và cấu trúc địa chất phức tạp và đa dạng. Hầu hết các công trường không có cấu tạo địa chất đồng nhất, mà là các lớp địa chất hỗn hợp phân bố xen kẽ, với sự khác biệt đáng kể về độ cứng, độ chặt và độ thấm giữa các tầng trên và tầng dưới. Việc thi công bằng giàn khoan quay truyền thống thường dựa vào kinh nghiệm của người vận hành để thiết lập tốc độ khoan, mô-men xoắn và tốc độ di chuyển, dẫn đến tiêu chuẩn quy trình không nhất quán và tính linh hoạt vận hành thấp. Trong các lớp đất mềm, các vấn đề như khoan quá sâu, giảm đường kính, và sự xáo trộn và sụp đổ thành lỗ dễ xảy ra. Trong các tầng cát sỏi, các vấn đề như rò rỉ bùn, sụp đổ lỗ khoan và khó xả xỉ dễ xảy ra. Trong các tầng đá cứng, các vấn đề như khoan chậm, gãy răng khoan, và khoan bị kẹt và vùi lấp thường xuyên xảy ra. Khả năng thích ứng quy trình không đủ không chỉ làm giảm đáng kể hiệu quả khoan tổng thể mà còn dễ dẫn đến các khuyết tật về chất lượng như sai lệch độ thẳng đứng của lỗ khoan và độ dày lớp trầm tích quá mức. Việc làm lại và sửa chữa sau đó tốn nhiều thời gian và công sức, cùng với việc phát sinh thêm vật tư tiêu hao trong quá trình xây dựng. thiết bị Chi phí bảo trì và nhân công cao đang hạn chế nghiêm trọng việc hoàn thành các dự án móng cọc đúng thời hạn và đạt chất lượng cao. Ngành công nghiệp cần khẩn trương triển khai các kế hoạch tối ưu hóa quy trình khoan địa chất chuyên ngành.

Tối ưu hóa công nghệ cho đất mềm và tầng đất bùn: Đảm bảo sự ổn định của lỗ khoan và bảo vệ thành giếng là phương pháp chính, tiến hành liên tục và chậm rãi để giảm thiểu sự xáo trộn.

Đất mềm và đất phù sa là những điều kiện địa chất có đặc điểm đất mềm, độ ẩm cao, cấu trúc đất tơi xốp và khả năng chịu áp lực yếu. Khi khoan bằng giàn khoan xoay, các vấn đề như co ngót thành lỗ, sụp đổ lỗ và xáo trộn quá mức ở đáy lỗ rất dễ xảy ra. Trọng tâm của công tác thi công là ổn định thành lỗ, giảm thiểu sự xáo trộn đất và đảm bảo việc xả đất diễn ra suôn sẻ. Trong quá trình tối ưu hóa, cần phải từ bỏ thói quen thi công nhanh và mạnh, thay vào đó áp dụng phương thức khoan tốc độ thấp, mô-men xoắn thấp, tốc độ không đổi và tiến độ chậm. Độ sâu của mỗi bước khoan cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh gây xáo trộn quá mức đất xung quanh do áp lực hướng xuống đột ngột của cần khoan. Đồng thời tối ưu hóa các thông số tỷ lệ bùn, tăng tỷ lệ keo và độ nhớt của bùn một cách thích hợp, tăng cường khả năng chịu áp lực của lớp bảo vệ thành lỗ bằng bùn, tạo thành một lớp màng bùn dày đặc trên bề mặt thành lỗ, ngăn chặn sự thấm nước ngầm và ngăn ngừa sụp đổ thành lỗ từ nguồn gốc.

Việc lựa chọn dụng cụ khoan phù hợp với gầu xúc cát đáy đôi trọng lượng nhẹ, sử dụng phương pháp khoan nhanh ở độ sâu nông và phương pháp loại bỏ đất để giảm thời gian gầu khoan ở trong lỗ và tránh hoạt động kéo dài làm xáo trộn đất thành lỗ. Giảm tốc độ nâng và hạ trong quá trình khoan. khoan Quy trình này nhằm tránh vấn đề hút chân không và sụp đổ thành giếng do nâng vật nhanh. Trong quá trình khoan, mực nước bên trong giếng phải được duy trì liên tục ở độ cao ổn định, và cần bổ sung bùn và nước kịp thời để duy trì cân bằng áp suất bên trong giếng. Bằng cách tối ưu hóa và điều chỉnh toàn bộ quy trình, có thể đảm bảo tính đều đặn của việc khoan trong các lớp đất mềm, ngăn ngừa việc phải làm lại các giếng bị co ngót và sụp đổ, và liên tục nâng cao hiệu quả khoan liên tục trong điều kiện thi công ổn định, giảm thời gian ngừng hoạt động để khắc phục sự cố và sửa chữa.

Tối ưu hóa công nghệ tạo hình thấm cho mỏ cát và sỏi: tăng cường bảo vệ tường bùn, kiểm soát chặt chẽ các khâu quan trọng để ngăn ngừa sụp đổ và rò rỉ.

Lớp đất cát sỏi có các hạt rời rạc, độ xốp cao và độ thấm mạnh, tạo nên một cấu tạo phức tạp với nhiều khó khăn trong việc tạo lỗ khoan cho móng cọc. Thi công dễ gặp các vấn đề như rò rỉ bùn, thành lỗ không ổn định, sụp đổ lỗ khoan và khó khăn trong việc làm sạch trầm tích sỏi. Hiệu suất khoan luôn thấp và tỷ lệ thất bại cao. Trọng tâm của việc tối ưu hóa quy trình trong điều kiện địa chất này tập trung vào việc tăng cường bảo vệ thành lỗ và chống rò rỉ, xả xỉ hiệu quả và khoan trơn tru, hoàn toàn khắc phục những nhược điểm của phương pháp thi công truyền thống với nồng độ bùn không đủ và nhịp khoan hỗn loạn. Ở giai đoạn đầu thi công, cần chuẩn bị trước loại bùn bảo vệ thành lỗ đặc biệt có mật độ cao, độ nhớt cao và độ ổn định cao, và nếu cần thiết phải thêm các chất phụ gia chống thấm để bịt kín các lỗ rỗng của lớp cát, ngăn ngừa hiệu quả sự thất thoát bùn và dòng chảy ngược nước ngầm, tạo nền móng vững chắc cho thành lỗ.

Quá trình khoan sử dụng công nghệ khoan phân đoạn gián đoạn, với khoan theo từng đoạn, xả xỉ theo từng đoạn và bảo vệ thành giếng theo từng đoạn, nhằm tránh việc khoan liên tục trong thời gian dài gây mất cân bằng ứng suất trên thành giếng. Chọn gầu xúc cát có rãnh gia cường chống trượt. khoan Các răng cưa giúp tăng khả năng kẹp và đẩy sỏi, giảm sức cản khoan do sự tích tụ sỏi ở đáy lỗ khoan. Kiểm soát chặt chẽ tốc độ và áp suất khoan, ngăn ngừa áp suất mù gây rung lắc ống khoan, va chạm và hư hỏng thành lỗ. Ở giai đoạn sau của quá trình tạo lỗ khoan, một quy trình làm sạch thứ cấp sẽ được thêm vào để làm sạch triệt để cát và sỏi tích tụ ở đáy lỗ khoan, đảm bảo độ dày trầm tích đạt tiêu chuẩn. Thông qua tối ưu hóa quy trình có mục tiêu, vấn đề rò rỉ bùn cứng đầu trong các tầng cát và sỏi được giải quyết hiệu quả, giảm số lần chậm trễ và làm lại công trình, đồng thời cải thiện đáng kể tỷ lệ đạt tiêu chuẩn của việc khoan lỗ đơn và hiệu quả thi công khoan tổng thể.

Tối ưu hóa quy trình xử lý đá phong hóa: thích ứng thông số động, chuyển đổi mượt mà giữa quá trình khoan xen kẽ đá mềm và đá cứng.

Các lớp đá bị phong hóa hoàn toàn, phong hóa mạnh và phong hóa vừa phải là các tầng địa chất hỗn hợp phổ biến trong xây dựng cơ sở hạ tầng. Các lớp đá có sự phân bố xen kẽ giữa các lớp mềm và cứng, mức độ phong hóa không đồng đều và có nhiều lớp xen kẽ. Trong quá trình khoan, các vấn đề như rung lắc giàn khoan, lệch cần khoan, sai lệch lớn về độ thẳng đứng của lỗ khoan và tốc độ khoan không ổn định dễ xảy ra, không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng hình thành lỗ khoan mà còn hạn chế tiến độ thi công tổng thể. Cốt lõi của việc tối ưu hóa quá trình hình thành nằm ở việc điều chỉnh động các thông số khoan, chuyển đổi mô-men xoắn, tốc độ và chế độ áp suất theo thời gian thực dựa trên độ cứng phong hóa của lớp đá, đạt được quá trình khoan chuyển tiếp mượt mà trong các tầng địa chất mềm và cứng, và tránh các sự cố thi công do các thông số không đổi gây ra.

Khi đi vào lớp đá phong hóa mềm, tăng tốc độ quay vừa phải, giảm áp suất và nhanh chóng đẩy nhanh quá trình khoan; Khi gặp các lớp đá phong hóa cứng, ngay lập tức giảm tốc độ và tăng mô-men xoắn đầu ra, khoan chậm ở tốc độ thấp để phá vỡ đá một cách ổn định, tránh khoan tốc độ cao gây hư hại răng khoan và biến dạng ống khoan. Được trang bị gầu khoan có răng cắt phù hợp với loại đá, thay thế răng khoan bị mòn kịp thời theo độ cứng của đá để tránh làm cùn và làm chậm nhịp độ khoan. Giám sát độ thẳng đứng của lỗ khoan theo thời gian thực trong quá trình thi công, điều chỉnh kịp thời tư thế cần khoan trong trường hợp bị lệch và sớm tránh việc phải sửa chữa và làm lại sau này. Bằng cách thích ứng linh hoạt các thông số và điều chỉnh quy trình theo thời gian thực, có thể đạt được việc khoan liên tục và ổn định các lớp đá phong hóa, cân bằng giữa độ chính xác và tốc độ khoan, nâng cao hiệu quả thi công tổng thể.

Tối ưu hóa quy trình xử lý các tầng đá cứng phức tạp: từ phá đá xoắn thấp đến xoắn cao, nghiền phân loại để giảm tổn thất thiết bị.

Các tầng đá cứng có độ bền đá cao, cấu trúc đặc chắc và độ cứng cao, khiến cho việc phá vỡ đá bằng giàn khoan quay trở nên vô cùng khó khăn. Các kỹ thuật khoan truyền thống không chỉ có tốc độ khoan cực kỳ chậm mà còn dễ gây ra các vấn đề như mài mòn nhanh răng khoan, biến dạng cần khoan do ứng suất và hư hỏng hệ thống thủy lực do quá tải. Chi phí bảo trì thiết bị cao và thời gian thi công kéo dài. Cốt lõi của việc tối ưu hóa công nghệ khoan đá cứng tuân thủ các nguyên tắc thi công tốc độ thấp, mô-men xoắn cao, nghiền có phân cấp và tiến độ dần dần, từ bỏ phương thức thi công mở rộng bằng cách khoan mạnh một cách mù quáng, và hướng tới mục tiêu chính là giảm thiểu tổn thất thiết bị và nâng cao hiệu quả phá đá.

Duy trì tốc độ khoan thấp trong suốt quá trình khoan, dựa vào mô-men xoắn cao của giàn khoan để từ từ mài và phá vỡ đá. Tuyệt đối không được khoan mạnh ở tốc độ cao vì có thể gây quá tải cho thiết bị. Chọn dao cắt lăn có răng hoặc dụng cụ khoan phá đá chuyên dụng để tăng khả năng phá vỡ đá cứng. Áp dụng phương pháp nghiền nhiều lớp và phân cấp, kiểm soát hợp lý độ sâu của mỗi lần phá đá để tránh tắc nghẽn và vùi lấp do khoan quá sâu. Kiểm tra kịp thời độ mòn của dụng cụ khoan trong các khoảng thời gian thi công, thường xuyên thay thế răng khoan bị hư hỏng và tránh vận hành liên tục không hiệu quả sau khi dụng cụ khoan bị mòn. Đồng bộ hóa và tối ưu hóa hoạt động và bảo dưỡng hệ thống thủy lực của thiết bị để đảm bảo công suất đầu ra ổn định và giảm thời gian ngừng hoạt động do sự cố. Thông qua tối ưu hóa quy trình, hoạt động khoan đá cứng có thể được hoàn thành nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời giảm tỷ lệ hỏng hóc của thiết bị và chi phí thay thế các bộ phận dễ hư hỏng, đạt được sự cân bằng giữa việc nâng cao chất lượng và hiệu quả đồng thời giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng.

Tối ưu hóa tổng thể công trình hỗ trợ: kiểm soát toàn diện quy trình đảm bảo cải tiến liên tục hiệu quả khoan.

Bên cạnh việc tối ưu hóa quy trình khoan cho các đặc điểm địa chất, việc quản lý toàn bộ quá trình thi công và tối ưu hóa vận hành và bảo dưỡng thiết bị là những nền tảng quan trọng để đảm bảo nâng cao hiệu quả khoan của giàn khoan xoay trong dài hạn. Tiến hành khảo sát địa chất và công tác thăm dò ngay từ giai đoạn đầu thi công, nắm bắt chính xác sự phân bố các tầng địa chất tại công trường, lập kế hoạch và lựa chọn trước các loại dụng cụ khoan và thông số quy trình khoan, tránh các hoạt động thi công thiếu định hướng. Chuẩn hóa quy trình vận hành của nhân công, loại bỏ các thao tác bất hợp pháp, khoan thô sơ và các hành vi khác, thống nhất và chuẩn hóa kỹ thuật thi công, giảm thiểu tổn thất hiệu quả do lỗi vận hành của con người. Lập sổ bảo dưỡng thiết bị hàng ngày, thường xuyên kiểm tra tình trạng cần khoan, hệ thống thủy lực và các bộ phận dễ hư hỏng của gầu khoan, tiến hành bảo dưỡng và thay thế trước để tránh hỏng hóc và thời gian ngừng hoạt động của thiết bị.

Kết nối hợp lý các quy trình khoan, làm sạch lỗ, nâng lồng thép và đổ bê tông, giảm thời gian chờ kết nối quy trình và đạt được sự kết nối thi công liền mạch. Dựa vào thiết bị giám sát thi công thông minh, việc giám sát thời gian thực các dữ liệu cốt lõi như độ sâu khoan, độ thẳng đứng, mô-men xoắn và tốc độ cho phép điều chỉnh kịp thời công nghệ thi công và dự đoán sớm các nguy cơ thi công. Thông qua việc tối ưu hóa quy trình toàn diện và đầy đủ, kết hợp với điều chỉnh quy trình địa chất chuyên biệt, một hệ thống thi công hoàn chỉnh và hiệu quả cho giàn khoan xoay đã được hình thành, cải thiện đáng kể tiến độ và chất lượng tổng thể của việc thi công móng cọc.