Những lợi thế của việc sử dụng máy khoan hầm viễn thông cho xây dựng ngầm là gì?

Lắp đặt ít xáo trộn nhờ máy khoan vi mô

Máy khoan vi mô đã cách mạng hóa việc xây dựng ngầm bằng cách cho phép lắp đặt chính xác với mức độ xáo trộn bề mặt tối thiểu. Phương pháp này loại bỏ nhu cầu đào bới quy mô lớn, làm cho nó trở nên lý tưởng trong các môi trường đô thị đông dân cư nơi mà việc gián đoạn giao thông, cơ sở hạ tầng và cộng đồng cần được giảm thiểu.

Cách thức khoan vi mô giảm thiểu xáo trộn bề mặt tại các khu vực đô thị

Thi công micro tunneling hoạt động khác biệt so với các phương pháp đào hở truyền thống. Thay vì đào những hố lớn khắp nơi, phương pháp này sử dụng các máy khoan hầm điều khiển từ xa, hay còn gọi tắt là TBMs. Những thiết bị này vừa đào xuyên qua đất vừa đồng thời lắp đặt các ống dẫn hoặc ống bao. Nhóm Cơ sở Hạ tầng Đô thị đã thực hiện một báo cáo năm ngoái cho thấy phương pháp này giúp giảm khoảng 85 phần trăm mức độ gián đoạn trên mặt đất so với các kỹ thuật đào thông thường. Các thành phố thực sự được hưởng lợi vì không cần phải phá dỡ nhiều công trình. Giao thông vẫn duy trì lưu thông bình thường hầu hết thời gian, hệ thống đường ống ngầm được bảo vệ an toàn khỏi hư hại, và tiếng ồn phát sinh ra khu dân cư cũng giảm đáng kể. Lấy ví dụ về thi công vỉa hè. Với các phương pháp không cần đào rãnh hiện đại này, các tuyến đường có thể duy trì hoạt động lâu hơn. Các doanh nghiệp có thể tiếp tục mở cửa thay vì phải đóng cửa hàng tuần liền, điều này khiến tất cả các bên liên quan đều hài lòng.

Vai trò của GIS và BIM trong việc lập kế hoạch các tuyến lắp đặt ít ảnh hưởng môi trường

Khi tìm ra tuyến đường tốt nhất cho công việc dưới lòng đất, Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) và Mô hình hóa thông tin tòa nhà (BIM) là những thay đổi trò chơi. Chúng giúp lập bản đồ những gì nằm bên dưới bề mặt bao gồm các đường ống, cáp, loại đất, và các yếu tố môi trường khác quan trọng. Sau đó, các kỹ sư có thể lập kế hoạch đường khoan tránh những nơi có vấn đề như khu phố cũ hoặc đường đông đúc nơi xây dựng sẽ gây đau đầu. Sự kỳ diệu thực sự xảy ra khi các hệ thống này thu thập dữ liệu trực tiếp trong quá trình hoạt động. Theo các nghiên cứu gần đây từ tạp chí Geospatial Engineering Journal được công bố năm ngoái, cách tiếp cận này giảm gần 92% số vụ va chạm ngẫu nhiên vào các tiện ích ngầm. Sự chính xác như vậy giúp tránh sự chậm trễ và thiệt hại tốn kém.

Nghiên cứu trường hợp: Cài đặt hệ thống điện ngầm ở một thành phố lớn ở bờ biển phía Tây

Ở một trong những thành phố lớn dọc theo bờ biển phía Tây, các kỹ sư gần đây đã cải tiến các đường ống nước thải cũ chạy dưới một đường phố đông đúc ở trung tâm thành phố bằng các kỹ thuật đào đường hầm nhỏ. Cách tiếp cận này đã cắt giảm lượng đất bẩn khổng lồ - khoảng 17 nghìn xe tải - và cắt giảm đáng kể việc đóng đường. Thay vì đối phó với các đội xây dựng phá đường phố trong cả năm như sẽ xảy ra với các phương pháp đào cổ điển, khu vực chỉ bị đóng cửa trong khoảng hai tuần tổng cộng. Sau khi hoàn thành, các quan chức thành phố đã kiểm tra với cư dân và tìm thấy một điều khá ấn tượng: hầu hết các khiếu nại về đau đầu giao thông trong quá trình xây dựng đã biến mất. Bản đánh giá cơ sở hạ tầng đô thị đã công bố những phát hiện này vào năm 2023, nhấn mạnh cách các giải pháp kỹ thuật hiện đại có thể tạo ra sự khác biệt như vậy trong môi trường đô thị mà không gây hỗn loạn cho những người đi lại hàng ngày.

Việc áp dụng ngày càng tăng trong các dự án cơ sở hạ tầng thành phố

Theo báo cáo mới nhất về Thành phố bền vững từ năm 2024, khoảng 40% thành phố Mỹ đang chuyển sang các kỹ thuật đào đường hầm nhỏ cho tất cả các loại công việc dưới lòng đất ngày nay. Sao lại thế? Bởi vì nó tốt hơn nhiều trong việc tránh thiệt hại cho các cấu trúc hiện có trong khi làm công việc đúng cách. Điều này có ý nghĩa khi xem xét các mục tiêu bền vững đô thị vì ít gián đoạn hơn có nghĩa là đèn xanh nhanh hơn từ các chính quyền địa phương về những cải tiến cần thiết. Hãy lấy Chicago làm ví dụ họ đã thực sự bao gồm việc đào đường hầm nhỏ trong kế hoạch dài hạn của họ để sửa chữa các đường ống và cáp cũ trên toàn thành phố. Điều tương tự cũng xảy ra ở Denver, nơi các quan chức muốn nâng cấp hệ thống tiện ích mà không làm rối loạn các doanh nghiệp hoặc các mô hình giao thông trên đường phố.

Hiệu quả chi phí của đường hầm vi mô so với các phương pháp truyền thống

Giảm chi phí lao động và sửa chữa địa điểm

Những con số nói ra một câu chuyện khá rõ ràng khi nói đến máy đào đường hầm nhỏ so với phương pháp cắt mở trường học cũ. Chúng ta đang nói về khoảng 30 đến 50% ít lao động hơn cần thiết cho các dự án này dựa trên những gì ngành công nghiệp nói chung báo cáo. Tiền tiết kiệm thực sự đến từ việc không phải đào đường và sửa lại. Hãy nghĩ về nó bề mặt đường, vỉa hè, thậm chí cả vườn cũng bị hư hại trong quá trình khai quật. Các thành phố thường chi khoảng 740.000 đô la để sửa chữa những thứ này sau khi xây dựng theo truyền thống theo một số nghiên cứu từ Ponemon vào năm 2023. Hãy đặt nó vào góc nhìn. Các hoạt động đào bới truyền thống thường cần từ 15 đến 20 người chỉ để lấp đầy hố và dọc đường lại. Trong khi đó, việc đào đường hầm nhỏ hoạt động khác với các thiết bị khoan tự động xử lý hầu hết công việc loại bỏ bụi bẩn. Chỉ có 3 đến 5 kỹ thuật viên thực sự đang ở chỗ giám sát mọi thứ khác.

Tiết kiệm thời gian và hoàn thành dự án nhanh hơn

Các dự án sử dụng khoan hầm vi mô hoàn thành nhanh hơn 40–60% nhờ hoạt động liên tục và giảm thiểu can thiệp thủ công. Một nghiên cứu năng suất năm 2023 cho thấy việc lắp đặt 1.000 feet đường ống mất 12 ngày khi dùng phương pháp khoan hầm vi mô, so với 21 ngày khi dùng phương pháp đào hở. Tốc độ này giúp giảm chi phí thuê thiết bị như máy xúc và xe ben từ 18.000–25.000 USD mỗi tháng.

Nghiên cứu điển hình: Thay thế đường ống nước chính tại Toronto so với Phương pháp Đào hở

Dự án nâng cấp đường ống nước trị giá 12 triệu USD tại Toronto sử dụng khoan hầm vi mô đã hoàn thành trước tiến độ 8 tuần, tránh được khoản phí 2,1 triệu USD do phải điều hướng giao thông và gián đoạn hoạt động kinh doanh. Trong khi đó, một dự án đào hở tương tự ở cùng thành phố đã phát sinh 3,8 triệu USD chi phí lao động làm thêm giờ và sửa chữa khẩn cấp mặt đường sau khi đụng phải cáp viễn thông chưa được đánh dấu.

Phân tích chi phí vòng đời để lập hồ sơ dự thầu tốt hơn và tăng lợi tức đầu tư

Các mô hình chi phí vòng đời cho thấy chi phí bảo trì trong 20 năm của phương pháp khoan vi mô thấp hơn 55% so với các phương pháp truyền thống. Các mối nối ống được lắp đặt bằng hệ thống khoan định hướng có ít hơn 60% rò rỉ, làm giảm tần suất sửa chữa. Các nhà thầu sử dụng những mô hình này báo cáo tỷ lệ thắng thầu cao hơn 22% đối với các dự án đô thị, vì các thành phố ưu tiên độ bền cơ sở hạ tầng dài hạn hơn là chi phí ban đầu.

Lợi ích Môi trường và Tính Bền vững của Máy Khoan Vi mô

Dấu chân Carbon Thấp hơn Do Giảm Việc Vận chuyển Thiết bị và Vật liệu

Một cái nhìn gần đây về ngành công nghiệp vào năm 2023 cho thấy các máy khoan vi mô có thể giảm lượng khí thải xây dựng khoảng 40% so với các kỹ thuật đào hở truyền thống. Tại sao? Bởi vì mức độ đào bới ít hơn nhiều và vật liệu không cần phải vận chuyển đi xa. Danh sách thiết bị cũng được rút ngắn đáng kể, giảm từ 60 đến 70%. Thay vì đào các rãnh dài khắp nơi, công nhân chỉ cần tạo các điểm vào và ra. Ngoài ra, những cỗ máy này hoạt động trong một hệ thống kín, giúp ngăn ngừa ô nhiễm đất. Điều này đồng nghĩa với việc không phải tốn chi phí xử lý sau này và nguồn nước ngầm quý giá của chúng ta được bảo vệ khỏi các chất độc hại.

Bảo tồn các hệ sinh thái nhạy cảm: Nghiên cứu điển hình về tuyến vượt qua vùng đất ngập nước ở Florida

Một dự án cơ sở hạ tầng gần đây tại Florida đã cho thấy kỹ thuật khoan vi mô có thể tốt cho môi trường đến mức nào khi họ lắp đặt một đường ống dẫn dài 1,9 km dưới khu đất ngập nước được bảo vệ mà không làm ảnh hưởng đến thực vật phía trên. Thông thường, loại công việc này sẽ đòi hỏi phải rút nước khỏi khoảng 6 hécta đất đầm lầy, nhưng với kỹ thuật khoan định hướng của họ, họ đã duy trì được khoảng 93% hệ thực vật địa phương nguyên vẹn, dựa trên kết quả khảo sát sau khi hoàn thành thi công. Lợi ích lớn nhất? Không có dòng chảy trầm tích nào gây ô nhiễm các tuyến đường thủy lân cận, do đó nguồn nước vẫn sạch đủ để đáp ứng các tiêu chuẩn của EPA mà mọi người hiện nay đều quan tâm.

Cân bằng việc sử dụng năng lượng và lợi ích sinh thái trong các hoạt động khoan vi mô

Khoan vi mô thực tế tiêu thụ nhiều hơn khoảng 20 đến 30 phần trăm năng lượng cho mỗi foot so với các phương pháp đào thông thường. Tuy nhiên, khi xem xét tổng thể theo thời gian, thì vẫn có những lợi ích môi trường thực sự. Một số nghiên cứu từ năm ngoái đã chỉ ra rằng tác động của công nghệ này trong việc bảo tồn hệ sinh thái và giảm phát thải đã bù đắp được lượng năng lượng tiêu thụ thêm chỉ trong vòng ba đến năm năm sau khi hoàn thành xây dựng. Ngày nay, các công ty đang lắp đặt các hệ thống giám sát giúp tiết kiệm điện năng. Họ điều chỉnh tốc độ khoan tùy theo điều kiện địa chất phát hiện được dưới lòng đất, nhờ đó đã giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng khoảng 15%.

Xu hướng bền vững trong xây dựng hạ tầng ngầm đô thị

Các thành phố hiện ưu tiên khoan vi mô trong 68% các dự án quản lý nước mưa, như được ghi nhận trong các báo cáo cơ sở hạ tầng gần đây. Sự chuyển dịch này phù hợp với Mục tiêu Phát triển Bền vững 11 của Liên Hợp Quốc (Thành phố bền vững), thúc đẩy việc áp dụng các phương pháp không đào hào giúp giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị bằng cách bảo tồn tán cây trưởng thành trong quá trình nâng cấp hệ thống tiện ích.

Độ Chính Xác Cao, Kiểm Soát và An Toàn trong Các Dự Án Khoan Vi Mô

Hệ Thống Định Vị Bằng Tia Laser và Giám Sát Thời Gian Thực để Khoan Chính Xác

Các máy khoan vi mô mới nhất mang lại độ chính xác đáng kinh ngạc nhờ hệ thống định vị dẫn đường bằng tia laser, giúp chúng duy trì vị trí chỉ lệch 10 milimét so với kế hoạch. Các hệ thống này hoạt động song song với các bảng điều khiển giám sát theo dõi đồng thời khoảng 20 yếu tố khác nhau như lực tác động từ đầu cắt, mức áp suất trong hỗn hợp vữa và độ thẳng của các ống dẫn. Người vận hành có thể phát hiện sự cố gần như ngay lập tức và điều chỉnh khi cần thiết. Theo các nghiên cứu gần đây, cách bố trí này giúp tiết kiệm chi phí vì ngăn ngừa những sai sót tốn kém xảy ra, đặc biệt quan trọng khi đào dưới các thành phố đông đúc, nơi việc va phải các đường ống hoặc cáp cũ sẽ gây hậu quả nghiêm trọng đối với cả đội thi công lẫn cư dân địa phương.

Vận Hành Bằng Điều Khiển Từ Xa Giảm Thiểu Nguy Cơ Phơi Nhiễm Nguy Hiểm Cho Người Lao Động

Từ các vị trí an toàn trên mặt đất, các kỹ sư vận hành điều khiển máy khoan hầm vi mô để không ai phải làm việc ở phần đầu nguy hiểm của các đường hầm nơi sự cố có thể xảy ra. Các nghiên cứu về an toàn cho thấy phương pháp này giảm gần hai phần ba nguy cơ tai nạn khi xử lý các điều kiện đất phức tạp hoặc vấn đề thấm nước. Những con số này được lấy từ các báo cáo an toàn ngành công nghiệp theo dõi các sự cố loại này theo thời gian. Dữ liệu được mã hóa theo thời gian thực cho phép các kỹ sư điều chỉnh tốc độ của máy khoan và pha trộn hỗn hợp vữa phù hợp, đồng thời theo dõi liên tục thông tin từ các cảm biến ổn định nền đất về những dịch chuyển ngầm tiềm ẩn.

Nghiên cứu điển hình: Lắp đặt định hướng bằng tia laser tại khu vực động đất ở San Francisco

Một dự án gần đây dưới Khu Phố Tài Chính ở San Francisco yêu cầu lắp đặt các tuyến đường ống chịu được động đất xuyên qua vùng địa chất hỗn hợp. Các hệ thống định hướng bằng tia laser duy trì độ chính xác căn chỉnh 99,4% trên quãng đường 1,2km, di chuyển trong phạm vi cách các đường hầm BART đang hoạt động và nền móng lịch sử chưa đến 2 mét. Hoạt động hoàn thành sớm sáu tuần so với kế hoạch mà không xảy ra sự cố an toàn hay gián đoạn dịch vụ nào.

Tích hợp Trí tuệ Nhân tạo và Giao thức An toàn Dư thừa Nâng cao Độ tin cậy

Các thuật toán trí tuệ nhân tạo tiên tiến hiện nay có thể dự đoán nhu cầu bảo trì thiết bị trước khi xảy ra sự cố 72 giờ, giảm 43% thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch trong các chương trình thử nghiệm năm 2023. Các hệ thống an toàn ba lớp dư thừa—bao gồm van xả áp tự động và các gioăng kín khẩn cấp cho đường hầm—cung cấp lớp bảo vệ đa tầng chống lại nguy cơ ngập nước hoặc hỏng hóc cơ khí, đảm bảo an toàn liên tục cho dự án ngay cả trong điều kiện thủy địa chất phức tạp.

Khả năng thích ứng của các Máy khoan hầm vi mô trong các loại địa chất khác nhau

Tính linh hoạt kỹ thuật cho các điều kiện đất, đá và hỗn hợp

Các máy khoan hầm vi mô khá hiệu quả trong việc xuyên qua các lớp đất đá ngầm cứng đầu như lớp sét mềm trộn lẫn với các cấu trúc đá vỡ. Cách chúng hoạt động thực ra rất thông minh – phần lớn có đầu cắt điều chỉnh được và hệ thống bùn giúp duy trì sự ổn định khi đi qua các loại địa chất khác nhau. Điều này rất quan trọng vì các phương pháp đào truyền thống đơn giản là không thể xử lý được những thay đổi liên tục về thành phần đất. Theo một nghiên cứu được công bố năm ngoái trên Tạp chí Kỹ thuật Địa kỹ thuật, các công trường xây dựng chuyển sang sử dụng các hệ thống khoan hầm tiên tiến này đã giảm được khoảng hai phần ba lỗi lệch trục so với phương pháp đào rãnh cũ. Điều đó cũng đồng nghĩa với việc tiết kiệm đáng kể. Một nhà thầu mà chúng tôi phỏng vấn cho biết đã tiết kiệm khoảng bốn mươi ngàn đô la cho mỗi kilômét được đào ở những khu vực có điều kiện địa chất phức tạp, nơi đá bị vỡ vụn hoặc đất dịch chuyển thất thường.

Nghiên cứu điển hình: Lắp đặt đường ống thoát nước xuyên núi tại Thụy Sĩ

Lấy dự án cống Alpine ở Thụy Sĩ làm ví dụ về mức độ linh hoạt của các phương pháp này. Các kỹ sư đã sử dụng thiết bị khoan vi mô để xuyên qua các lớp đá vôi trộn với đất băng tích trên sườn dốc khoảng 15 phần trăm. Điều gì khiến công trình này thành công? Máy được trang bị hệ thống lái linh hoạt có thể điều chỉnh liên tục lực cắt khi điều kiện dưới lòng đất thay đổi. Họ đã duy trì độ chính xác vị trí trong phạm vi sai số chỉ 2% trên toàn bộ chiều dài gần 1,2 km của đường hầm, mà không làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái núi alpine nhạy cảm phía trên mặt đất. Kể từ đó, các dự án tương tự đã xuất hiện tại dãy Andes và một số khu vực thuộc dãy Himalaya, nơi cộng đồng cần cải thiện hệ thống vệ sinh nhưng cũng không muốn phá hủy môi trường tự nhiên xung quanh.

Ứng dụng Toàn cầu và Điều chỉnh Máy theo Địa hình

Các vận hành viên hiện nay triển khai các cấu hình tối ưu hóa theo địa hình:

• Dao cắt đầu hợp kim carbide dành cho đá lửa mài mòn ở các vùng núi lửa
• Các đoạn vỏ bọc mở rộng được dùng cho các đồng bằng phù sa dễ xảy ra hiện tượng hóa lỏng đất
• Chất phụ gia cryogenic dạng bùn để ổn định lớp đất đóng băng vĩnh cửu trong các triển khai tại vùng Bắc Cực

Những điều chỉnh này cho phép các dự án đáp ứng tiêu chuẩn phân loại đất ISO 14688-2 trên sáu châu lục, với các công trình lắp đặt tại đồng bằng ngập lụt ở châu Á đặc biệt thành công trong việc duy trì độ chính xác căn chỉnh dưới 10mm/m trong lớp bùn bão hòa nước.

Bảo đảm tính bền vững tương lai cho các dự án bằng Công nghệ Đào hầm vi mô Mô-đun

Các nhà sản xuất thiết bị hàng đầu hiện nay đang triển khai các hệ thống mô-đun, cho phép đội thi công thay thế các đầu cắt, hệ thống định hướng và bơm vữa trong khoảng thời gian khoảng 8 giờ, hơn kém chút ít. Các nhà thầu rất ưa chuộng điều này vì họ có thể điều chỉnh thiết bị tại chỗ khi gặp phải điều kiện địa chất bất ngờ trong quá trình thi công. Con số cũng chứng minh rõ điều đó—các báo cáo ngành công nghiệp năm 2024 cho thấy chi phí chuyển đổi đã giảm khoảng 74% nhờ vào sự linh hoạt này. Các thành phố đang xử lý hệ thống ống dẫn và đường hầm cũ ở những khu vực có điều kiện đất dễ dịch chuyển ngày càng có xu hướng áp dụng phương pháp khoan hầm vi mô (micro tunneling) để nâng cấp cơ sở hạ tầng. Điều này hoàn toàn hợp lý, bởi chẳng ai muốn đào xới mặt đường chỉ để sửa chữa những sự cố dưới lòng đất mà trước đó không lường trước được.

Câu hỏi thường gặp

Khoan hầm vi mô là gì?

Khoan hầm vi mô là một phương pháp xây dựng không đào rãnh, sử dụng các máy đào hầm điều khiển từ xa để lắp đặt các đường ống hoặc ống dẫn với mức độ làm gián đoạn bề mặt và đào bới tối thiểu.

Khoan hầm vi mô giảm thiểu sự gián đoạn bề mặt như thế nào?

Khoan ngầm vi mô giảm thiểu sự xáo trộn bề mặt bằng cách tránh các hố đào quy mô lớn thường thấy trong phương pháp đào hở, từ đó duy trì lưu lượng giao thông và giảm tiếng ồn tại các khu vực đô thị.

Máy khoan ngầm vi mô có lợi cho môi trường không?

Có, chúng giảm đáng kể lượng khí thải carbon và tiêu thụ năng lượng, bảo tồn các hệ sinh thái nhạy cảm, đồng thời hạ thấp nguy cơ ô nhiễm đất, khiến chúng trở thành lựa chọn thân thiện với môi trường.

Có thể sử dụng khoan ngầm vi mô trong mọi loại điều kiện đất không?

Có, máy khoan ngầm vi mô được trang bị các tính năng linh hoạt phù hợp với nhiều điều kiện đất khác nhau, bao gồm đầu cắt điều chỉnh được và hệ thống vữa bùn giúp chúng thích nghi với các địa chất biến đổi.

Việc khoan hầm vi mô có hiệu quả về chi phí không?

Khoan ngầm vi mô mang lại hiệu quả về chi phí nhờ nhu cầu lao động thấp hơn, hoàn thành dự án nhanh hơn, giảm chi phí khôi phục mặt bằng và chi phí bảo trì vòng đời thấp hơn so với các phương pháp truyền thống.