ГОРНЫЕ И БУРОВЫЕ РАБОТЫ

При проведении инженерно-геологических исследований нередко прибегают к проходке горных выработок. Горные выработки проходят с целью: 1) изучения геологического строения, проявлений тектонических процессов и трещиноватости пород; 2) проведения полевых опытных работ; 3) отбора образцов пород с ненарушенной структурой и проб воды; 4) организации наблюдений за режимом подземных вод и экзогенных геологических процессов (например, выветривания). Типы горных выработок и их целевое назначение рассмотрены в табл. 7.3.
Горные выработки предпочтительнее буровых скважин. С их помощью можно наблюдать разрез горных пород и, следовательно, выявлять все детали его строения, важные в инженерно-геологическом отношении. Из них можно более качественно, с меньшими нарушениями отобрать монолиты. Недостатком горных выработок следует считать трудоемкость их проходки (особенно глубоких шурфов), необходимость в крепежном материале, специальных средствах проходки, средствах водоотлива и т. д. Вследствие этого такие виды горных выработок, как шурфы, дудки и шахты, нередко заменяются альтернативными им буровыми скважинами.

Таблица 7.3

Типы и назначение горных выработок

Тип выработки	Целевое назначение
Закопушка	Изучение пород, залегающих под почвенным слоем, под приповерхностным слоем других пород небольшой мощности (до 0,5 м). Прослеживание контактов. Отбор образцов пород
Расчистка	Изучение пород на склонах, залегающих под осыпями или делювием, изучение пород под выветрелым слоем. Отбор образцов
Канава	Изучение пород с крутым падением, вертикальной трещиноватостью, приповерхностной части зон дробления на глубинах до 3 м. Проведение наблюдений за процессом выветривания. Отбор монолитов. Проведение опытных работ
Шурф, дудка	Изучение геологического строения и состава горизонтально или полого залегающих необводненных пород на глубину до 20 м. Проведение полевых опытных работ. Отбор монолитов. Проведение режимных наблюдений
Штольня	Изучение строения пород, залегающих в склоне, кор выветривания, делювиальных и осыпных отложений, трещиноватости пород в зоне разгрузки. Проведение опытных работ и режимных инженерно-геологических наблюдений. Отбор монолитов

В ходе инженерно-геологических исследований применяют способы бурения: 1) позволяющие получить керн в виде столбика грунта с относительно ненарушенной структурой (колонковый, пневмоударный, ударно-канатный с кольцевым забоем, шнековый с кольцевым забоем, вибрационный способы); 2) дающие керн, представляющий собой грунт нарушенного строения (медленно-вращательный, шнековый и ручной ударно-вращательный способы); 3) позволяющие получить полностью разрушенный грунт в виде шлама (ударно-канатное бурение сплошным забоем и роторное).
В процессе бурения инженерно-геологических скважин должна быть обеспечена возможность: полного изучения разреза горных пород и установления положения границ слоев с высокой точностью; отбора образцов грунта требуемого диаметра, сохраняющих ненарушенное сложение и естественную влажность; проведения опытных испытаний грунтов. Вследствие этого предпочтительны способы бурения, указанные выше. Колонковым способом можно бурить скважины глубиной до 100 м и диаметром до 168 мм практически во всех породах. Колонковый способ не позволяет получать образцы пород с ненарушенной структурой из рыхлых несвязных и сильно выветрелых пород. В процессе бурения происходят их истирание и разрушение обломков. В отличие от проходки скважин в геолого-разведочном деле инженерно-геологические скважины колонковым способом проходят с ограничением скорости вращения снаряда (60-150 об/мин). Давление на забой не должно превышать 15 МПа. Бурение в обводненных породах ведут «всухую», а в сухих и мерзлых — с продувкой воздухом. Продувка воздухом обеспечивает сохранность песчаных и глинистых пород в стенках скважин, а также рыхлого заполнителя трещин. При использовании ударно-канатного способа бурения предпочтение следует отдавать бурению с кольцевым забоем. При этом можно получать образцы пород для установления разреза и определения классификационных показателей. Способ применим и для проходки скважин в песчано-глинистых породах, находящихся в мерзлом состоянии. Следует иметь в виду, что в процессе бурения скважин ударно-канатным способом могут быть пропущены слои породы мощностью до 0,2м.
Вибрационное бурение скважин — весьма производительный способ при проходке скважин глубиной до 15 м. Однако в процессе погружения бурового снаряда (особенно в водонасыщенные песчаные породы) под действием вибрации уменьшаются пористость и влажность пород (по данным Мосгоргеотреста, соответственно на 2,2 и 0,24 %) и увеличивается объемная масса. Поэтому метод рекомендуется применять для выявления разреза песчано-глинистых пород и отбора образцов без сохранения естественного сложения и влажности.
Для проходки инженерно-геологических скважин шнековым способом пригодна практически модификация бурения с кольцевым забоем. Однако и в этом случае керн, извлекаемый из магазина шнека, имеет нарушенное сложение и не сохраняет естественную влажность.
Медленно-вращательный способ бурения применяют для проходки скважин большого диаметра, при проведении инженерно-геологических изысканий с целью строительства ответственных сооружений. Данные об условиях применения различных способов бурения содержит табл. 7.4.

Таблица 7.4

Технические данные и условия применимости различных способов бурения инженерно-геологических скважин

Способ бурения	Глубина бурения, м	Диаметр скважин, мм	Условия применимости
Колонковый	до 100	33-168	Бурение «всухую» практически во всех породах; точность установления границы ±0,25 м. Средняя мощность одного пропущенного слоя — 0,32 м. Бурение с продувкой воздухом в необводненных и мерзлых породах обеспечивает отбор образцов песчано-глинистых пород (уляционно-пластификационные, слабые цементационные и механические структурные связи) с несколько нарушенной структурой и влажностью (за счет скручивания, растяжения, нагревания керна)
Ударно-канатный с кольцевым забоем	до 30	89-273; 560 и более	Песчано-глинистые породы. Возможно удлинение керна на 15-20 %. Клюющая модификация используется при бурении скважин глубиной до 15 м в песчаных породах, содержащих грубообломочный материал. Погрешность в определении положения границ до ±0,3 м. Средняя мощность одного пропущенного слоя 0,17 м
Вибрационный	до 25	89-168	Песчано-глинистые породы. Погрешность в определении границ слоев менее 0,12 м. Могут быть пропущены слои мощностью до 0,1 м. Изменяются пористость, влажность, плотность несвязных пород
Медленно-вращательный	до 30	73-650	В основном глинистые породы, устойчивые в стенках скважин. Погрешность в определении границ слоев составляет 0,5-0,75 м. Средняя мощность одного пропущенного слоя 0,3 м
Шнековый	до 30	73-230	Песчано-глинистые породы, не содержащие крупных включений (d более 0,15 м). Погрешность в определении границ между слоями ±0,66 м. При бурении поточным методом могут быть пропущены слои средней мощностью 0,38 м. При бурении рейсами погрешность в определении положения слоев ±0,41 м; может быть пропущен слой средней мощностью 0,2 м

В процессе проходки буровых скважин в условиях сложного разреза, представленного породами разных классов, рационально применять разные способы бурения в комплексе. Одна из задач, реализуемых в процессе бурения инженерно-геологических скважин, заключается в отборе образцов горных пород, в том числе сохранивших естественные структуру и влажность.
Для этого используют грунтоносы разных конструкций. По механизму взаимодействий режущей части снаряда с грунтом различают обуривающие, вдавливаемые, забивные и вибрационные грунтоносы. При отборе монолитов прочных литифицированных глин и глинистых пород твердой и полутвердой консистенции применяют обуривающие грунтоносы. Скорость вращения снаряда не должна превышать 60 об/мин, а давление на забой — 1,5-3,0 кН. Из глинистых пород, находящихся в мягко-, тугопластичной и текучей консистенции, из водонасыщенных органогенных отложений монолиты отбирают вдавливаемым грунтоносом. Если не требуется сохранения естественной структуры и влажности, то используют забивные и вибрационные грунтоносы. Образцы пород в инженерно-геологических целях отбирают с соблюдением требований ГОСТ 12071-2000 (грунты, отбор, упаковка, хранение и транспортирование). На практике применяют конструкции грунтоносов, разработанные разными организациями. Нормальный ряд грунтоносов, обеспечивающий отбор образцов песчано-глинистых пород (табл. 7.5), разработан ПНИИИС.

Таблица 7.5

Нормальный ряд грунтоносов

Тип, марка грунтоноса	Наружный диаметр, мм		Длина гильзы, мм	Грунты
	грунто- нос	гильза
Обуривающий ГО-1	160	99,5	400	Плотные и сцементированные пески, глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции, в том числе мерзлые
Обуривающий ГО-2	185	118	400
Забивной ГЗ-1	106	97	400	Глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции
Забивной ГЗ-2	125	113	400
Вдавливаемый ГВ-1	108	—	—	Глинистые грунты полутвердой и тугопластичной консистенции
Вдавливаемый ГВ-2	127	—	—
Вдавливаемый ГВ-3	116	110	450	Мягкопластичные глинистые грунты
Вдавливаемый ГВ-4	132	116	450	Глинистые грунты текуче-пластичной и текучей консистенции, рыхлые водонасыщенные пески
Вдавливаемый ГВ-5	150	108	300

 

Что можно построить без геодезии?...
Сколько это простоит без геологии?...
И как это будет выглядеть без проектирования?...

Ты знаний можешь не иметь
В какой-то области конкретной,
Но коль есть доступ в интернет,
Не жмись ты ссылочкой ответной.