مرجع تخصصی آب و فاضلاب

حفاری افقی هدایت شده (HDD): روشها، محاسبات، ساخت دستگاه، و شیوه اجرا

۱. روشهای اجرای HDD

HDD یک فناوری بدون حفاری باز برای نصب لوله ها و کابل ها در زیر زمین با عبور از موانعی مانند رودخانه ها، جاده ها یا سازه هاست. مراحل اصلی عبارتند از:

• حفاری مرحلۀ اولیه (پایلوت هول):

  • ایجاد یک چاه کوچک (قطر ۱۰۰-۲۰۰ میلیمتر) با استفاده از مته هدایت شونده و سیال حفاری.

  • مسیر با دستگاههای مکان‌یابی الکترونیکی (مانند سیستمهای Walkover یا Wireline) ردیابی میشود.

• گشادسازی (Reaming):

  • افزایش قطر چاه با استفاده از ریمر (Reamer) به اندازۀ ۱.۵ برابر قطر لوله نهایی.

• کشش لوله (Pullback):

  • لوله (مانند HDPE یا فولاد) از انتهای مسیر به داخل چاه کشیده میشود.

۲. محاسبات کلیدی

• طراحی مسیر حفاری:

  • شعاع خمش مجاز (R):
    R=(L2)/(8×D)+D/2​
    L=طول مسیر، D=عمق حفاریL=طول مسیر،D=عمق حفاری.

  • حداکثر زاویۀ خمش: ۸-۱۵ درجه (برای جلوگیری از شکست لوله).

• محاسبۀ نیروی کشش (Pull Force):
  F=μ×W×L+Fسیال​

  • μ=ضریب اصطکاک، W=وزن لوله، L=طول مسیر

  • Fسیال=مقاومت ناشی از سیال حفاری

• فشار سیال حفاری:
  P=(Q×ρ)/A​
  Q=دبی سیال، ρ=چگالی، A=سطح مقطع چاه

۳. ساخت دستگاه و تجهیزات

• دستگاه HDD:

  • رانش و گشتاور: قابلیت رانش ۱۰۰-۱۰۰۰ تُن و گشتاور بالا برای خاکهای سخت.

  • سیستم کنترل: مانیتورینگ زاویۀ مته، فشار سیال، و موقعیت در لحظه.

• مته و ریمر:

  • مته پایلوت: مجهز به فرستندۀ موقعیت (Beacon).

  • ریمرهای مخروطی یا بالونی: برای گشادسازی چاه.

• سیستم سیال حفاری (Bentonite Slurry):

  • مخزن و پمپ: تزریق دوغاب بنتونیت برای روانکاری، خنک‌سازی، و جلوگیری از ریزش خاک.

• لوله های HDPE:

  • مقاوم در برابر خوردگی و انعطاف پذیر (با درجۀ DR مناسب).

۴. شیوه اجرا

۱. بررسی اولیه و طراحی:

• مطالعات ژئوتکنیک برای تعیین نوع خاک، سطح آب زیرزمینی، و موانع.

• طراحی مسیر با نرم‌افزارهای تخصصی (مانند BoreAid یا DrillPath).

۲. حفاری پایلوت هول:

• شروع حفاری از چالۀ ورودی با زاویۀ ۸-۱۵ درجه.

• ردیابی مسیر با دستگاه Walkover یا Gyro-Based.

۳. گشادسازی چاه:

• جایگزینی مته با ریمر و افزایش تدریجی قطر چاه.

• تزریق مداوم سیال حفاری برای پایداری دیواره.

۴. کشش لوله:

• اتصال لوله به ریمر و کشش آن از چالۀ خروجی به ورودی.

• نظارت بر فشار کشش و همترازی لوله.

۵. تست و بازرسی:

• تست فشار لوله (برای خطوط آب یا گاز).

• پرکردن فضای خالی با دوغاب سیمانی (در صورت نیاز).

۵. چالشها و راهکارها

• ریزش خاک:

  • راهکار: افزایش چگالی سیال حفاری یا استفاده از افزودنیهای پلیمری.

• برخورد با موانع (سنگ یا لولههای قدیمی):

  • راهکار: تغییر مسیر با سیستم هدایت دقیق یا استفاده از متههای الماسه.

• خمش بیش از حد لوله:

  • راهکار: کاهش سرعت کشش و انتخاب لوله با قابلیت انعطاف بالا (مانند HDPE).

۶. مزایای HDD

• حداقل تخریب سطح: مناسب برای مناطق شهری و محیط‌های حساس.

• عبور از عمق زیاد: تا ۵۰ متر عمق و ۲ کیلومتر طول.

• سرعت اجرا: نصب ۵۰۰-۱۰۰۰ متر در روز (بسته به شرایط).

۷. کاربردهای اصلی

• نصب خطوط آب، گاز، فاضلاب، و کابل های فیبر نوری.

• عبور از زیر رودخانه ها، بزرگراه ها، فرودگاه ها، و مناطق تاریخی.

HDD به عنوان یک روش پیشرفته و پایدار، جایگزین مناسبی برای حفاری باز است. موفقیت پروژه به دقت در طراحی مسیر، انتخاب تجهیزات، و مدیریت سیال حفاری وابسته است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب