Trước khi thiết bị vào công trường cho một giếng cấp nước sâu, yếu tố thực sự quyết định công việc sau đó có suôn sẻ hay không thường không phải là mẫu máy khoan, mà là liệu vài bộ tài liệu và vài điều kiện hiện trường đã được hoàn tất hay chưa: tầng chứa nước nằm ở độ sâu khoảng bao nhiêu, đường kính lỗ khoan thành giếng cần lớn đến mức nào, tầng rời phía trên được giữ thành bằng cách nào, máy nén khí có theo kịp không, thiết bị vào theo tuyến đường nào, mặt bằng có đủ chỗ để bố trí không. Những việc này nếu bổ sung sau khi khởi công thường có chi phí cao hơn nhiều so với việc xác nhận một lần trên giấy.
Dưới đây theo hai tuyến “tài liệu” và “điều kiện hiện trường”, liệt kê các nội dung đáng được đối chiếu từng hạng mục trước khi khởi công, đồng thời lấy tài liệu công khai của WR500SE làm tham chiếu để giải thích điều kiện nào trong số đó liên quan trực tiếp đến năng lực thiết bị, điều kiện nào thuộc phạm vi dự án phải xác nhận riêng. Bài viết không đề cập đến trường hợp dự án cụ thể, thứ tự liệt kê chỉ mang tính tham khảo.
Nhóm tài liệu thứ nhất: độ sâu thiết kế và thông tin tầng chứa nước
Độ sâu của giếng cấp nước sâu không phải là đặt ra một con số trước rồi tìm thiết bị, mà được quyết định cùng lúc bởi vị trí tầng chứa nước, nhu cầu lưu lượng và tài liệu thủy văn địa phương. Trước khi khởi công ít nhất phải có được hai loại thông tin: một là tài liệu thủy văn khu vực hoặc hồ sơ thành giếng của các giếng lân cận, dùng để phán đoán khoảng độ sâu đại khái của tầng chứa nước chính; hai là độ sâu thiết kế của giếng này và lưu lượng dự kiến.
Tác dụng của hai thông tin này là tạo căn cứ phán đoán cho năng lực thiết bị, chứ không phải để mỗi giếng đều khoan đến giới hạn của thiết bị. Tài liệu WR500SE ghi độ sâu khoan tối đa 500 m, đường kính lỗ khoan 140–350 mm, có thể dùng cho các dự án nước ngầm tầng trung sâu như giếng sâu nông thôn, giếng tưới nông nghiệp, giếng nước công nghiệp và cấp nước khu mỏ. Tài liệu đồng thời nêu rõ, độ sâu khoan cấp 500 mét không có nghĩa là mỗi dự án đều phải khoan đến độ sâu giới hạn, độ sâu thi công thực tế nên được xác định dựa trên vị trí tầng chứa nước và tài liệu thủy văn địa phương. Vì vậy, tài liệu về độ sâu thiết kế và độ sâu tầng chứa nước thuộc nội dung phải hoàn tất trước tiên trước khi khởi công, độ sâu khoan của thiết bị chỉ là tham chiếu về phạm vi bao phủ.
Nhóm tài liệu thứ hai: kết cấu thân giếng và đường kính thành giếng
Đường kính thành giếng, quy cách ống giếng, vị trí ống lọc và bố trí đoạn chắn nước quyết định đường kính lỗ khoan phải mở lớn đến mức nào, cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn bộ dụng cụ khoan và ống chống. Trước khi khởi công cần xác định rõ: đường kính lỗ khoan kết thúc, có khoan mở rộng theo cấp hay không, đường kính ngoài của ống giếng và độ sâu hạ ống, đoạn ống lọc nằm trong khoảng độ sâu nào.
Phạm vi đường kính lỗ khoan của WR500SE là 140–350 mm, cần khoan hỗ trợ ba loại đường kính ngoài 102 / 108 / 114 mm, chiều dài có thể chọn 1,5 / 2 / 3 / 6 m. Đặt các thông số này cùng với kết cấu thân giếng để xem xét, có thể phán đoán sơ bộ tổ hợp dụng cụ khoan có không gian phù hợp hay không; nhưng một giếng cụ thể nên chọn đường kính ngoài và chiều dài cần khoan nào vẫn cần kết hợp với đường kính lỗ khoan, độ sâu lỗ khoan, địa tầng và không gian hiện trường để xác định, bản thân tài liệu không đưa ra câu trả lời duy nhất.
Nhóm tài liệu thứ ba: tổ hợp địa tầng và công nghệ khoan
Tình huống thường gặp của giếng cấp nước sâu là phần trên là đất, cát hoặc sỏi cát, phần dưới đi vào tầng đá. Hai loại đoạn lỗ khoan có yêu cầu công nghệ khác nhau, trước khi khởi công nên chuẩn bị mô tả cột địa tầng hoặc hồ sơ khoan của giếng lân cận, dùng để phán đoán có cần ống chống, giữ thành bằng dung dịch khoan hay không, và tầng đá phía dưới có áp dụng khoan bằng búa đập lỗ khoan (DTH) hay không.
- Tầng phủ rời phía trên: tài liệu nêu rõ có thể tùy theo dự án mà áp dụng ống chống, dung dịch khoan hoặc các phương thức giữ thành khác, trước tiên thiết lập miệng lỗ khoan ổn định và đoạn lỗ khoan phía trên, sau đó mới đi vào tầng đá phía dưới. Khi tầng rời dày, nên cân nhắc trước hệ thống dung dịch khoan ở giai đoạn phối hợp thiết bị.
- Tầng phong hóa và địa tầng xen kẽ cứng mềm: dễ xuất hiện hiện tượng rơi khối thành lỗ và co đường kính, khi thi công cần điều chỉnh thông số theo mô-men xoay, lực cản đẩy và sự thay đổi của mùn trào ngược, khi cần thiết sử dụng ống chống cho đoạn lỗ khoan không ổn định phía trên.
- Đá cứng nguyên vẹn: sau khi phối hợp búa đập lỗ khoan và máy nén khí phù hợp, WR500SE có thể dùng cho các tầng đá tương đối nguyên vẹn như đá hoa cương, đá bazan, đá vôi, đá sa thạch. Thi công đá cứng nên duy trì bôi trơn búa đập lỗ khoan và xả mùn ổn định.
- Khe nứt, đới phá hủy và địa tầng rò khí: có thể gây rơi khối, rò khí, kẹt cần khoan và mùn trào ngược bất thường. WR500SE được trang bị chức năng hỗ trợ bơm bọt, có thể cải thiện xả mùn trong một số địa tầng khô, khe nứt và rò khí; khi rò khí nghiêm trọng, nên xử lý tổng hợp kết hợp bọt, ống chống và lưu lượng máy nén khí.
Trên đây là mối quan hệ tương ứng địa tầng được liệt kê trong tài liệu, thuộc tham chiếu về hướng công nghệ. Một giếng cụ thể có cần dùng ống chống, dung dịch khoan hay bọt hay không phải do dự án phán đoán dựa trên địa tầng thực tế và điều kiện thủy văn.
Nhóm điều kiện thứ tư: máy nén khí và phối hợp cấp khí
Nếu tầng đá phía dưới áp dụng khoan DTH bằng búa đập lỗ khoan, máy nén khí không phải là hạng mục tùy chọn mà là thiết bị phối hợp bắt buộc phải hoàn tất trước khi khởi công. Tài liệu WR500SE đưa ra áp suất làm việc khuyến nghị 1,7–3,5 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 17–42 m³/min. Tài liệu đồng thời nhắc nhở, khi đường kính lỗ khoan tăng, tầng đá cứng hơn, độ sâu lỗ khoan tăng hoặc độ cao so với mực nước biển tăng, cần lưu lượng khí dồi dào hơn, không thể chỉ nhìn áp suất định mức.
Vì vậy trước khi khởi công nên xác nhận: lưu lượng khí thải thực tế và áp suất của máy nén khí dự định sử dụng có nằm trong khoảng trên hay không, độ cao và nhiệt độ hiện trường có ảnh hưởng đến năng lực cấp khí thực tế hay không, chiều dài đường ống và đầu nối có tổn thất áp suất rõ rệt hay không. Các hạng mục này thuộc điều kiện phối hợp, không phải phần mà bản thân máy khoan có thể thay thế.
Nhóm điều kiện thứ năm: mặt bằng, chân chống và tuyến chuyển trường
Trước khi thiết bị đến hiện trường, cần xem qua một lượt mặt bằng và tuyến đường. Trọng lượng toàn máy WR500SE khoảng 9,5 T, kích thước ngoài khoảng 6150 × 2200 × 2600 mm, sử dụng tháp khoan ống lồng hành trình dài 6,6 m. Tài liệu nêu rõ, do áp dụng cấu hình hành trình dài, trước khi vận chuyển nên xác nhận chiều dài xe và phương thức cố định. Điểm này phải được hoàn tất trong bố trí vận chuyển trước khi khởi công.
Về điều kiện hiện trường, tốc độ di chuyển của thiết bị khoảng 2,5 km/h, khả năng leo dốc tối đa tham khảo 30°, kết cấu bánh xích phù hợp với đường nông thôn, đất đá khu mỏ và mặt bằng không bằng phẳng thông thường. Tài liệu đồng thời lưu ý, khi leo dốc và chuyển trường thực tế nên xem xét trọng tâm toàn máy, độ trơn ướt của mặt đất và trạng thái vận chuyển của tháp khoan, không thể chỉ dựa vào góc tối đa để phán đoán an toàn. Hành trình chân chống 1,6 m, có thể chống đỡ và san phẳng trên mặt bằng không bằng phẳng nhẹ; nền đất mềm nên tăng thêm tấm đệm, tránh chân chống lún sau khi thi công lâu. Những điều này đều thuộc nội dung cần cân nhắc cùng lúc trong chuẩn bị mặt bằng trước khi khởi công.
Nhóm điều kiện thứ sáu: phối hợp cần khoan, ống chống và năng lực nâng
Xử lý cần khoan và một phần công tác ống chống của giếng cấp nước sâu liên quan trực tiếp đến năng lực nâng của thiết bị. Lực nâng của WR500SE là 26 T, mô-men xoay 7500–10000 N·m, tốc độ xoay 45–130 r/min. Tài liệu nêu rõ, lực nâng 26 T có thể dùng cho việc nâng hạ cần khoan cấp 500 mét, thu hồi búa đập lỗ khoan và một phần công tác ống chống; trong lỗ khoan sâu, một khi xuất hiện co đường kính, rơi khối hoặc cặn lắng, lực cản nâng cần sẽ tăng nhanh, vì vậy năng lực nâng nên được coi là biên dự trữ cho vận hành bình thường, chứ không phải phương tiện duy nhất để xử lý mọi sự cố trong lỗ khoan.
Trước khi khởi công nên căn cứ vào đó để đối chiếu: trọng lượng của tổ hợp cần khoan dự định sử dụng ở độ sâu lỗ khoan mục tiêu, quy cách ống chống và độ sâu hạ ống, có cần phối hợp tời phụ trợ hay không. Nếu độ sâu thiết kế gần giới hạn độ sâu khoan của thiết bị, hoặc đoạn ống chống dài, nên tách riêng biên dự trữ nâng để xác nhận, chứ không mặc định là đủ dùng.
Đưa các hạng mục chuẩn bị trở lại một bảng đối chiếu
| Hạng mục chuẩn bị | Nội dung cần hoàn tất trước khi khởi công | Điểm tương ứng với tài liệu WR500SE |
|---|---|---|
| Tầng chứa nước và độ sâu thiết kế | Tài liệu thủy văn khu vực, hồ sơ thành giếng của giếng lân cận, độ sâu thiết kế và lưu lượng dự kiến | Độ sâu khoan tối đa 500 m; độ sâu thi công nên xác định dựa trên vị trí tầng chứa nước và tài liệu thủy văn |
| Kết cấu thân giếng | Đường kính lỗ khoan kết thúc, đường kính ngoài ống giếng, độ sâu đoạn ống lọc và đoạn chắn nước | Đường kính lỗ khoan 140–350 mm; cần khoan 102 / 108 / 114 mm, chiều dài 1,5 / 2 / 3 / 6 m |
| Địa tầng và công nghệ | Mô tả cột địa tầng, phương thức giữ thành phía trên, phía dưới có khoan bằng búa đập lỗ khoan hay không | Tài liệu liệt kê các hướng tương ứng như ống chống, dung dịch khoan, hỗ trợ bơm bọt |
| Phối hợp cấp khí | Lưu lượng khí thải và áp suất của máy nén khí, độ cao và tổn thất áp suất đường ống | Áp suất khí khuyến nghị 1,7–3,5 MPa, lưu lượng khí tiêu thụ 17–42 m³/min |
| Mặt bằng và chuyển trường | Đường vào công trường, chiều dài xe vận chuyển, san phẳng mặt bằng và tấm đệm | Toàn máy khoảng 9,5 T; kích thước ngoài khoảng 6150 × 2200 × 2600 mm; hành trình chân chống 1,6 m |
| Cần khoan và ống chống | Trọng lượng tổ hợp cần khoan, quy cách ống chống và độ sâu hạ ống | Lực nâng 26 T; mô-men xoay 7500–10000 N·m |
Những nội dung vẫn cần xác nhận tại hiện trường
Các tài liệu trên có thể trả lời năng lực thiết bị bao phủ đến đoạn nào, nhưng không thể thay thế phán đoán tại hiện trường. Ít nhất các loại nội dung sau phải được xác nhận riêng trước khi khởi công:
- Độ sâu thực tế và lưu lượng của tầng chứa nước mục tiêu, tài liệu không bao gồm dữ liệu thủy văn của dự án cụ thể.
- Độ dày và độ ổn định thực tế của tầng rời phía trên, quyết định phương thức giữ thành và lượng ống chống sử dụng.
- Năng lực cấp khí thực tế của máy nén khí trong điều kiện độ cao và nhiệt độ tại hiện trường dự án.
- Khả năng chịu tải và bán kính quay vòng của đường vào công trường, cũng như phương án cố định xe vận chuyển và tháp khoan hành trình dài.
- Tình trạng chịu tải của tầng đất mềm tại mặt bằng, có cần tấm đệm bổ sung hoặc thay đất hay không.
- Nếu độ sâu thiết kế gần 500 m, tải trọng thực tế của cần khoan và ống chống có còn nằm trong biên dự trữ nâng hay không.
Trước tiên ghi các tài liệu và điều kiện này lên một tờ giấy, rồi mới xem thông số thiết bị, phán đoán sẽ có căn cứ hơn. Tài liệu công khai của WR500SE có thể dùng làm một mẫu tham chiếu cho việc đối chiếu loại này: độ sâu khoan, đường kính lỗ khoan, lực nâng, mô-men xoay, khoảng cấp khí và kích thước toàn máy của nó tương ứng với một nhóm hạng mục chuẩn bị trước khi khởi công, nhưng hạng mục nào là ràng buộc, hạng mục nào còn dư địa, cuối cùng vẫn phụ thuộc vào thiết kế của giếng cụ thể và điều kiện hiện trường.