Разведочныеработыпри инженерно-геологических исследованиях

Задачи разведочных работ. При инженерно-геологической съемке инженерно - геологические условия территорий в значительной степени изу­чаются путем непосредственных наблюдений за природными эле­ментами, которые проявляются в рельефе, в естественных обнаже­ниях горных пород или в существующих откосах котлованов, выемок, полувыемок и др.

Однако часто таких наблюдений бывает недостаточно для достоверного и надежного суждения об инже­нерно-геологических условиях изучаемой территории. Те или иные природные элементы, характеризующие их, часто в рельефе не проявляются, обнажений горных пород бывает мало, распре­деление их по площади неравномерное или они вообще отсутствуют, как и достаточные данные о распространении подземных вод. Поэтому наблюдения, сделанные в отдельных точках, не могут быть экстраполированы по площади территории и тем более на глубину.

Кроме того, наблюдения, выполненные в поверхностных обнаже­ниях, не дают полного представления о составе, состоянии и свой­ствах горных пород при естественной их плотности, влажности, водоносности и водообильности. Геологическое строение того или иного участка в целом, как и состав и свойства горных пород, его слагающих, часто отлича­ются большой пространственной неоднородностью и изменчиво­стью, что также затрудняет интерполяцию и экстраполяцию данных наблюдений, выполненных в отдельных точках, на зна­чительные расстояния по площади и на глубину.

Все перечислен­ное обусловливает необходимость выполнять разведочные работы. Они являются важнейшим элементом в системе инженерных изы­сканий. Разведочными работами называется комплекс видов геологи­ческих работ, выполняемых с помощью определенных техниче­ских средств (геофизических, бурения скважин, проходки горных выработок) для изучения инженерно-геологических условий того или иного участка до необходимой глубины.

Разведочные работы позволяют с той или иной степенью детальности в любой необхо­димой точке площадки устанавливать:

· геологический разрез, состав горных пород, их строение, физическое состояние и обводненность;

· выделять детали геологического строения, например распространение отдельных типов, разностей и горизонтов горных пород;

· прослеживать контакты, поверхности слоистости, скольжения, зоны тектонических нарушений, повышенной трещиноватости, выветрелости, закарстованности и др.;

· устанавливать глубину залегания и рельеф поверхности коренных пород, водоносных горизонтов, комплексов и зон, границы распространения мерзлых пород и т.д.

Разведочные работы, как правило, сопровождаются специальными наблюдениями, отбором образцов и проб горных пород, а буровые скважины и горные выработки, кроме того, могут быть использованы для выполнения опытных работ и режимных наблюдений.

Поскольку разведочные работы выполняются на определенной площади, геологическое строение которой изучается до необходимой глубины, они позволяют выявлять закономерности изменения геологического строения, свойств горных пород, распространения геологических процессов и явлений, обводненности горных по­род и др. Детальность изучения всех этих вопросов зависит от детальности разведочных работ, т. е. состава применяемых тех­нических средств, объема и плана расположения разведочных работ.

Таким образом, разведочные работы дают возможность решать как общегеологические задачи, связанные с изучением геологиче­ского строения территорий, закономерностей его пространствен­ного изменения, геологической истории формирования, развития геологических процессов и явлений и др., так и специальные за­дачи, возникающие в связи с изучением деталей геологического строения территорий, которые необходимо знать при оценке их инженерно-геологических условий, устойчивости сооружений, ус­ловий производства строительных и горных работ, развития гео­логических процессов и явлений и др.

Методы разведки. Основными техническими средствами, с помощью которых производиться разведка, являются геофизическая аппаратура, буровое и горно-проходческое обору­дование и станки. В соответствии с этим выделяются геофизиче­ские методы разведки и методы разведки путем бурения скважин и проходки горных выработок. Обычно все методы разведки применяют в комплексе, хотя и в неодинаковых масштабах на разных стадиях инженерных изы­сканий.

На начальных стадиях целесообразно и необходимо от­давать предпочтение геофизическим методам разведки, исполь­зующим наиболее транспортабельную аппаратуру, позволяющим охватывать разведкой значительные площади при сравнительно небольших затратах времени и средств, и потому наиболее эко­номичным. На последующих стадиях, при детальных и дополни­тельных исследованиях, когда результаты изучения геологиче­ского строения должны быть, возможно, более точными, необхо­димо применять разведочное бурение и горные работы.

В практике инженерных изысканий бурение скважин и про­ходка шурфов, шахт, штолен и других горных выработок явля­ются традиционными и надежными методами разведки. Однако в настоящее время недопустимо недооценивать значение геофизи­ческих методов разведки. Это самые прогрессивные и перспектив­ные методы, позволяющие уже теперь решать многие задачи с де­тальностью, достаточной для практических целей, особенно на начальных стадиях инженерных изысканий.

Роль разведочных работ в общем комплексе геологических работ, выполняемых при инженерных изысканиях. Разведочные работы выполняются на всех стадиях инженерных изысканий, однако на стадии детальных исследований при обосновании технических проектов сооружений или других инженерных работ они являются основными в изучении инженерно- геологических условий.

На стадии рекогносцировочных и пред­варительных исследований разведочные работы выполняют вна­чале с целью изучения общих, региональных геологических усло­вий территорий при инженерно-геологической съемке, т.е. с целью уточнения геологического разреза, изучения распространения четвертичных отложений, корреляции и параллелизации отложе­ний по площади, водоносных горизонтов и комплексов и общей структуры района.

Впоследствии разведочные работы выполняют для более надежного обоснования выбора первоочередного района расположения тех или иных сооружений, причем, как уже было отмечено, на этих начальных этапах наиболее широко должны использоваться геофизические методы разведки.

Бурение сква­жин и проходку горных выработок производят главным образом для получения опорных геологических разрезов, для корреляции и параллелизации отложений, а также с целью правильной интер­претации измерений физических параметров, выполняемых с по­мощью геофизических методов разведки, и проверки правильности геологических построений. Горно-буровые работы в этот период необходимы также для проверки геофизических аномалий, отбора образцов и проб горных пород для соответствующих их исследова­ний и выполнения некоторого объема опытных работ.

На стадии детальных исследований основной объем разведоч­ных работ составляют бурение скважин и горные работы. На этой стадии изучение инженерно-геологических условий, как правило, должно быть доведено до такой степени детальности, точ­ности и достоверности, при которой:

- при проектировании не возникало бы необходимости рассматривать дополнительные ва­рианты компоновки сооружений, глубины их врезки, оценки устойчивости, организации производства строительных работ и т.д. из-за неопределенности геологической характеристики и оценки территории;

- строительство гарантировалось бы от всяких геологических неожиданностей, осложняющих производство строительных работ, вызывающих изменения проектных реше­ний, стоимости сооружений и сроков их возведения.

Такие задачи можно решать только более надежными методами разведки - бурением скважин, проходкой горных выработок, выпол­нением опытных и других необходимых работ. Объем этих работ, план расположения разведочных выработок и методика их про­ведения должны быть такими, чтобы получить наиболее полное представление о природной неоднородности и изменчивости геоло­гических условий.

Эти требования могут выполняться, если соблюдается нормаль­ная последовательность инженерных изысканий, когда разведке предшествует региональное площадное изучение инженерно-гео­логических (и в том числе структурно-тектонических) условий, когда разведочные работы непрерывно (ежесменно, ежедневно) сопровождаются построением геологических разрезов, карт, ана­лизом материалов, т. е. полевой камеральной обработкой.

Только на основе такого анализа можно определять назначение каждой скважины, каждой горной выработки и прогнозировать, на какой глубине и в какой последовательности будут вскрыты те или иные геологические образования.

Все перечисленное показывает, что роль разведки в общем ком­плексе геологических работ, выполняемых при изысканиях для строительства, трудно переоценить. Отдавая пред­почтение горно-буровым работам на стадии детальных исследова­ний, в комплексе с ними необходимо применять и геофизические методы разведки, и другие виды работ, в частности для изучения геологического разреза и свойств горных пород по разведочным выработкам (каротаж), степени их разрушенности (кавернометрия), сопротивления горных пород резанию (искиметрия), подземных вод и растворов (резистивиметрия), определения наклона сква­жин (инклинометрия) и др.

Горно-буровые работы нередко выполняют в значительных объе­мах и на стадии дополнительных исследований, при обосновании рабочих чертежей, с целью уточнения различных инженерно-ге­ологических данных, необходимых для решения конкретных прак­тических задач строительства. Эти разведочные работы должны давать соответствующие материалы для окончательной характе­ристики и оценки инженерно-геологических условий исследуемого участка.

Применение геофизических методов разведки. Геофизической разведкой называется один из видов геологических работ, выполняемых с помощью геофизических приборов для изучения геологических условий территорий, некоторых геологических процессов и явлений и свойств горных пород.

В практике инженерных изысканий геофизические методы получают все большее и большее применение, так как позволяют решать сле­дующие задачи.

1. Выявлять структурно-тектонические особенности района или участка, разделять их на части в зависимости от расположе­ния тех или иных геологических структур, крупных тектоничес­ких нарушений и т.д.

2. Изучать геологический разрез, выделять в нем комплексы пород четвертичных, покровных и складчатого фундамента; вы­делять и прослеживать распространение однородных толщ и раз­ностей горных пород по простиранию и мощности.

3. Изучать распространение четвертичных отложений и рельеф поверхности коренных пород, глубоких врезов (размывов и переуглублений).

4. Выделять и изучать распространение зон выветривания и разрушения горных пород.

5. Выявлять и прослеживать распространение зон повышен­ной трещиноватости, тектонических нарушений и дроблений, крутопадающих образований различного петрографического со­става.

6. Выявлять глубину залегания и распространения водопро­ницаемых и водоупорных горных пород.

7. Исследовать глубину и условия залегания подземных вод, направление и скорость их движения и устанавливать области питания и разгрузки.

8. Изучать глубину залегания, мощность, распространение многолетней мерзлоты и ее строение (наличие таликов).

9. Изучать глубину залегания и распространение участков закарстованных горных пород, выявлять карстовые полости и примерный состав их заполнителя.

10. Устанавливать расположение заброшенных подземных гор­ных выработок, катакомб, остатков или частей сооружений.

11. Выявлять мощность и распространение оползневых накоп­лений, искусственно отсыпанных пород и отвалов.

12. Производить поиски и предварительную разведку неко­торых видов минеральных строительных материалов.

13. Исследовать влажность, плотность, деформационные свой­ства (динамический модуль общей деформации) и сейсмическую жесткость горных пород.

14. Исследовать напряженное состояние горных пород.

Из этого перечня видно, какой широкий круг общих и специ­альных задач позволяют решать геофизические методы разведки.

Все они, как известно, основаны на изучении физических полей Земли, т.е. областей пространства геологической среды, каждая точка которого характеризуется теми или иными физическими свойствами горных пород. Поэтому изучение распределения фи­зических полей сопровождается изучением в их пределах соответ­ствующих свойств горных пород.

Геофизические методы разведки позволяют успешно решать задачи только тогда, когда наблюдается определенная неодно­родность геологической среды, т.е. в тех случаях, когда в ее пре­делах горные породы существенно различаются по физическому состоянию (влажности, разрушенности, трещиноватости, закарстованности и др.) и свойствам (удельному электрическому со­противлению, плотности, скорости распространения упругих ко­лебаний, магнитной восприимчивости и др.).

При инженерных изысканиях необходимым условием примене­ния геофизических методов разведки являются достаточно боль­шие размеры геологических объектов (толщи и слои горных пород, участки территорий и др.) и неглубокое их залегание от поверх­ности земли.

Важным фактором для успешного их применения являются также низкий уровень электрических и механических помех на застроенных территориях, благоприятные условия для создания надежных заземлений при применении электроразведки и четких возбуждений упругих колебаний при применении микро­сейсморазведки.

В практике инженерных изысканий применяют многие геофизические методы - электрические, сейсмические, гравиме­трические, магнитометрические и ядерные, но наиболее широкое применение пока получили методы электрические (электрораз­ведка), сейсмические (сейсморазведка) и ядерные.

Из электроразведочных методов в практике инженерных изы­сканий наиболее часто применяют методы, основанные на различ­ной способности горных пород проводить постоянный электрический ток: вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), электрическое профилирование (ЭП) и изучение горных пород в буровых скважинах методом сопротивлений - электрический каротаж (ЭК). В отдельных случаях применяют метод кругового вертикального электрического зондирования (КВЭЗ) и метод заряженного тела (ЗТ). Параметрами, определяющими распро­странение постоянного электрического тока в горных породах являются их удельное электрическое сопротивление (однородные породы) и кажущееся удельное электрическое сопротивле­ние (неоднородные и анизотропные породы).

Факторами, определяющими удельное электрическое сопротивление горных пород, являются:

• принадлежность их к опре­деленным генетическим и петрографическим группам;
• структура и текстура;
• пористость, выветрелость, трещиноватость, кавернозность;
• влажность и водоносность;
• минерализация насыща­ющих их вод;
• температура.

Из всех этих факторов наибольшее влияние на электрическое сопротивление горных пород в условиях их естественного залегания оказывают удельное сопротивление насыщающей их воды, ее количество, минерализация и темпера­тура.

При инженерных изысканиях электроразведочные методы имеют самое широкое применение. Примерный перечень задач, ко­торые можно решать этими методами, приведен в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Примерный перечень задач, решаемых методами электроразведки

Задачи	Методы
ВЭП	ЭП	ЭК	КВЭЗ	ЗТ
Расчленение геологического разреза	+	+	+	-	-
Определение: - распространения четвертичных отложений	+	+	+	-	-
- глубины залегания и рельефа поверхности коренных пород	+	+	+	-	-
Установление: - мощности зоны выветривания и зон повышенной трещиноватости, тектонических нарушений	+	+	+	-	-
- крутопадающих образований различного петрографического состава	+	+	+	+	-
- глубины и условий залегания подземных вод	+	+	+	+	-
- распространения водопроницаемых и водоупорных горных пород	+	+	-	-	-
- глубины залегании, мощности и распространения многолетней мерзлоты и ее строения	+	+	+	+	-
- глубины залегания и распространения закрстованных пород	+	+	+	+	-
- мощности и распространения оползневых накоплений	+	+	-	+	-
- направления и скорости движения подземных вода	-	-	-	-	+
Оценка коррозионной активности горных пород	+	+	-	-	-

Основой сейсморазведочных методов является скорость распро­странения упругих волн, возбуждаемых в горных породах взры­вами, ударами или вибрационными установками. Поэтому основ­ным параметром свойств горных пород, определяющим при­менение сейсморазведки, является их способность распространять с определенной скоростью упругие волны: продольные V_р, попе­речные V_s и поверхностные V_r.

В зависимости от используемых диапазонов частот упругих волн различают методы: сейсмические (< 200…300 гц), акусти­ческие (от 200…300 до 10 000…20 000 гц) и ультразвуковые (> 10 000…20 000 гц).

При региональных исследованиях, связан­ных с изучением глубинных геологических структур, применяют обычно методы низкой частоты (<15…20 гц), при изучении струк­тур, расположенных на меньшей глубине (первые сотни метров), - средней частоты (< 50…60 гц) и при изучении приповерхностных частей геологического разреза на глубинах от единиц метров до 50-100 м (сейсморазведка малых глубин) - микросейсмические методы высокой частоты (< 200…300 гц) и акустические.

При выполнении детальных исследований в горных выработках и сква­жинах применяют ультразвуковые методы, которые также яв­ляются основными при изучении упругих свойств скальных и полускальных горных пород в лабораторных условиях.

В зависимости от решаемых задач сейсмические исследования производят:

· по отдельным протяженным профилям;

· по сети профилей (площадные исследования);

· по коротким профилям;

· в горных выработках по профилям, проложенным по их подошве или стенкам;

· просвечиванием, т.е. изучают скорости распространения упругих волн через определенный объем горных пород, расположенный между горными выработками или буро­выми скважинами;

· путем изучения горных пород в скважинах (каротаж сейсмический и ультразвуковой).

В полевой сейсморазведке главными являются методы отра­женных волн (MOB), преломленных волн (МПВ) и корреляцион­ный метод преломленных волн (КМПВ). Последний метод при инженер­ных изысканиях имеет самое широкое применение.

Сейсморазведка применяется главным образом для решения двух групп задач: для изучения геологического строения террито­рий и для изучения физического состояния и физико-механических свойств горных пород.

При изучении геологического строения территорий обычно представляется возможным:

• опре­делять глубину залегания коренных пород;
• выявлять распро­странение характерных геологических структур;
• расчленять геологический разрез коренных пород и прослеживать, отдельные толщи по площади;
• выявлять тектонические нарушения, зоны повышенной трещиноватости и ослабления в горных породах;
• выделять и прослеживать зоны выветривания горных пород.

При изучении физического состояния и свойств горных пород определяют:

• плотность горных пород и ее изменение на глубину и по профилю, их неоднородность и анизотропность;
• динамические характеристики упругих свойств горных пород (динамический модуль упругости и модуль общей деформации);
• сейсмическую жесткость горных пород - волновые сопротивления;
• напряженное состояние горных пород в условиях естественного залегания.

Ядерные методы разведки подразделяются на две группы:

- методы, основанные на изучении естественной радио­активности горных пород, подземных и поверхностных вод и воздуха;

- методы, в которых используются явления, возникающие в результате искусственного облучения горных пород ней­тронами (элементарные частицы ядра, не имеющие электрического заряда), или гамма-излучением.

Естественная радиоактивность горных пород обусловлена на­личием в составе их породообразующих минералов примесей, включений и других минеральных и органических образований радиоактивных элементов — урана, тория, продуктов их распада, а также калия и др. Спонтанный распад ядер таких элементов со­провождается излучением особого рода частиц, образующих альфа (α), бета (β) и гамма (γ) излучение.

Гамма-частицы по сравнению с другими обладают большей проникающей способностью, поэтому именно гамма-излучение чаще используется при решении гео­логических задач ядерными методами.

Для документации разреза скважин с целью повышения документации гидрогеологических скважин применяются радиоактивные элементы («меченые» атомы). Использование этого метода с применением автоматически действующего прибора позволяет вести более точно документацию скважин, закладываемых на воду, особенно в районах распространения песчано-глинистых отложений, где расчленение толщи по литологическим разностям другим способом весьма затруднительно.

Для выявления слабоводообильных водоносных горизонтов применяют откачиваемый глинистый раствор, содержащий радиоактивные элементы. При откачке раствора часть радиоактивных элементов, проникая в процессе бурения в трещиноватые и пористые породы, будет вымыта вместе с водой в скважину.

После откачки интервалы наиболее пористых и трещиноватых пород окажутся наиболее промытыми и, следовательно, будут наименее радиоактивными. Таким образом, повторный каротаж дает возможность выявить участки минимумов сопротивления, которые могут оказаться водонасыщенными (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Разрез буровой скважины с гамма-каротажной кривой:

а) - до введения (1); б) – после введения радиоактивного изотопа и промывки (2); в) – спустя четыре дня (3)

Различные горные породы обладают различной радиоактивностью и соответственно гамма- излучением, что дает возможность при изучении геологического разреза и прослеживании его по простиранию разделять горные породы на толщи, слои, зоны и разности.

Интенсив­ность гамма-излучения I γ измеряется в гаммах. Одна гамма равна мощности дозы облучения в 1 мкр/ч (рентген - доза гамма-излуче­ния, при котором 1 см³ вещества поглощает 100 эрг энергии).

Бурение скважин при инженерных изыска­ниях. Бурение скважин является самым распространенным видом разведочных работ при инженерных изысканиях. Объем разведоч­ного бурения при выполнении изысканий на строительных пло­щадках отдельных сооружений достигает нескольких десятков тысяч метров.

Вкрупных городах в связи с широким размахом строительства объектов самого различного назначения объем еже­месячных буровых работ достигает многих тысяч метров.

С помощью разведочных работ решаются, как общегеологические задачи, связанные с изучением геологического строе­ния территории, так и задачи специальные, направленные на изу­чение деталей их геологического строения, гидрогеологических условий, свойств горных пород, условий развития геологических процессов и др. Все эти задачи в значительной мере или полно­стью можно решать по данным бурения скважин.

В отличие от других видов разведки (геофизических и проход­ки горных выработок) бурение разведочных скважин можно выпол­нять в самых различных геологических условиях - на суше и на акватории, в сухих и обводненных горных породах, на любую необходимую глубину и получать достаточно достоверную и на­дежную информацию об инженерно-геологических условиях.

Кроме того, буровые скважины широко используются для про­изводства различных опытных работ, выполняемых с целью спе­циального изучения свойств горных пород и водоносных горизон­тов, и для режимных наблюдений. Их используют также при вы­полнении некоторых видов строительных работ, например при строительном водопонижении, устройстве водонепроницаемых за­вес, дренажей, свайных фундаментов, искусственном уплотне­нии и укреплении горных пород и др.

Бурение скважин произ­водят также для обеспечения постоянного или временного питье­вого и технического водоснабжения населенных пунктов и произ­водственных объектов. Все это и определяет большой объем буре­ния при инженерных изысканиях.

В практике инженерных изысканий бурение разведочных скважин производят разными диаметрами - от 36 мм (зондировочные скважины комплектом «Мечта геолога») до 156 мм (6") и 205 мм (8"), а специальные скважины от 600 до 1500 мм (сква­жины-шахты) и на разную глубину - от первых метров до 100-150м и более.

Скважины условно подраз­деляют на мелкие - до 10 м, средней глубины - от 10 до 30 м, глубокие - от 30 до 100 м и весьма глубокие - более 100 м.

При инженерно-геологических исследованиях бурение сква­жин должно обеспечивать:

· изучение всего геологического разреза независимо от мощ­ности слоев, прослойков, линз горных пород, пересекаемых сква­жиной, т. е. полноту разреза;

· точное установление положения геологических границ, пере­секаемых скважиной, - контактов, поверхностей наслоения, слан­цеватости, границ зон, положения слабых прослойков, трещин, пустот, мерзлых пород, водоносных горизонтов и др.;

· сохранение, минимальную нарушенность естественного сло­жения, влажности и вообще физического состояния горных пород, извлекаемых из скважины в виде керна и образцов, для полной и достоверной их характеристики и оценки;

· возможностьотбора проб горных пород c любой глубины для изучения их состава, строения и физико-механических свойств;

· возможность выполнения комплекса наблюдений за изменением физического состояния горных пород по глубине, за появ­лением и установившимся уровнем подземных вод, верхней и нижней границ мерзлых пород;

· производство в скважинах опытных работ для изучения свойств горных пород и водоносных горизонтов;

· использование скважин для организации режимных (ста­ционарных) наблюдений геотермических, за режимом подземных вод, деформациями горных пород и др.

Таковы основные требования, которые должны выполняться при бурении разведочных скважин на инженерных изысканиях. Заметим, что при производстве этих работ буровые скважины иног­да подразделяют на разведочные, инженерно-геологические, гео­технические, гидрогеологические и др.

Бурение скважин является важнейшим видом геологоразведочных работ, а каждая скважина разведочной. Поэтому каждую скважину надо использовать для получения полной и всесторонней информации об инженерно-геологических условиях изучаемого участка.

В зависимости от решаемых задач конструкция отдель­ных скважин и способ их бурения могут отличаться от других, но это не означает, что если из некоторых скважин отобрать пробы горных пород для определения их плотности и влажности, то они становятся инженерно-геологическими, а другие, если в них заме­рен уровень подземных вод или произведена их откачка, - гид­рогеологическими.

Из всех наиболее распространенных способов бурения скважин - колонкового, ударно-канатного кольцевым забоем, виб­рационного, медленно-вращательного, шнекового и ручного ударно-вращательного - первые два являются наиболее эффективными при инженерных изысканиях, обеспечивающими более полное соблюдение перечисленных требований.

Колонковый способ бурения скважин применим в любых горных породах и практически на любую глубину, требующуюся для решения инженерно-геологических задач. По существу, он является единственным при бурении в скальных и полускальных породах. В песчаных и глинистых породах, устойчивых в стенках скважин, и в таких же породах, но мерзлых колонковым спосо­бом рекомендуется бурить скважины небольшой глубины (до 30 м) диаметром 108…219 мм, без промывки («всухую»).

Менее эффективен этот способ бурения в глинистых породах неустой­чивой консистенции и в обводненных песчано-галечных. Бурить скважины всухую рекомендуется обычными ребристыми твердо­сплавными коронками при скорости вращения снаряда не более 60…80 об/мин при равномерном давлении на коронку.

В скальных и полускальных породах колонковые скважины бурят твердосплав­ными, алмазными и дробовыми коронками как всухую, так и с промывкой водой или глинистыми растворами.

В практике инженерных изысканий в настоящее время все шире применяют бурение с продувкой забоя скважин сжатым" воздухом. Опыт показывает, что этот способ бурения имеет сле­дующие преимущества перед другими: исключается необходимость в организации водоснабжения, лучше сохраняется естественное физическое состояние горных пород, в том числе и мерзлых и значительно повышается производительность.

Для повышения выхода керна и лучшей его сохранности при колонковом способе бурения скважин необходимо применять оптимальные режимы бурения - скорость вращения снаряда (об/мин), давление на коронку (кгс/см²) и расход промывочной жидкости (л/мин) или давление сжатого воздуха. Рекомендации по выбору этих параметров приводятся в соответствующих курсах и руководствах по разведочному бурению.

При бурении скважин колонковым способом на инженерных изысканиях теперь наиболее широко применяют следующие буровые установки и станки: установку поискового бурения УПБ-25, самоходные буровые установки УГБ-50М, СБУДМ-150-ЗИВ, СБУЭм-150-ЗИВ, УРБ-2А и УРБ-ЗАМ и стационарный станок вращательного колонкового бурения ЗИФ-ЗООМ. Кроме названных применяют и другие, в том числе и те, которые уже сняты с производства.

Ударно-канатный способ бурения скважин кольцевым забоем дает хорошие результаты при бурении почти в любых мягких связных (глинистых) и рыхлых несвязных (песчано-галечных) породах. Диаметр скважин может изменяться от 89 до 273 мм и более, а глубина - от 5…10 до 30…100 м.

Опыт показывает, что при этом способе бурения достигаются высокая точность и досто­верность разведки и обеспечивается возможность соблюдения всех требований, предъявляемых к бурению скважин для инженерно- геологических целей.

Для бурения скважин ударно-канатным способом применяют буровые агрегаты и самоходные установки УГБ-50М, т.е. те же, которые применяют и при колонковом бурении, а также широко используют буровую пенетрационную установку УПБ-15М (конструкции Гидропроекта), буровой ударно-канатный станок БУКС-ЛГТ (конструкции Ленгипротранса), ударно-канатную буровую установку БУВ-1Б и самоходную легкую буровую установку ЛБУ-50.

Вибрационным способом можно бурить скважины глубиной до 15…20 м и диаметром от 89 до 168 мм. Этот способ бурения при­меним только в однородных песчано-глинистых породах, не содер­жащих крупнообломочных включений и устойчивых в стенках буровых скважин.

Этот метод позволяет получать достаточно точные дан­ные о геологическом разрезе, но не обеспечивает сохранность есте­ственного сложения и физического состояния горных пород, поэтому из таких скважин невозможен отбор монолитов. Для этого требуется дополнительное соответствующее оборудование, при использовании которого существенно снижается производи­тельность бурения.

Для бурения скважин вибрационным способом используют самоходные буровые установки АВБ-2М, ВБУ-63 и СВБУ-ЛГВХ и другие конструкции, предложенные многими организациями.

Бурение скважин медленновращательным и шнековым способами по сравнению с перечисленными отличается малой точностью и достоверностью получаемых данных о геологическом разрезе и физическом состоянии горных пород. При этих способах бурения невозможен отбор проб горных пород естественного сложения; они малоэффективны при инженерных изысканиям.

Эти способы применимы для бурения скважин только в песчано-глинистых породах, устойчивых в стенках скважин, не содержащих крупнообломочных включений, глубиной до 30 м и диаметром до 219 мм и несколько большим. Бурение производят самоходными установками УГБ-50М, переносными УБП-25 и др.

щ я щ Ш

п1 а

Ручной ударно-вращательный способ бурения скважин постепенно выходит из применения в связи с его большой трудоемкостью, однако он пока остается незаменимым при бурении неглубоких скважин на труднодоступных участках, при небольшом объеме работ.

При инженерных изысканиях наиболее рациональными являются колонковый, ударно-канат­ный кольцевым забоем и вибрационный способы бурения, выбор которых зависит от конкретных геологических условий и решае­мых задач.

При инженерно-геологических исследованиях буре­ние скважин в большинстве случаев следует производить диамет­рами, большими, чем, например, при разведке месторождений твердых полезных ископаемых.

Наиболее оптимальный началь­ный диаметр 168 мм, конечный 108 мм, переходные 146 и 127 мм. Эти диаметры позволяют получать керн, образцы и пробы горных пород лучшей сохранности естественного сложения и пробы, вполне пригодные для любых лабораторных исследований физико-механических свойств.

Буровые скважины таких диаметров по­зволяют получать вполне точные и достоверные сведения об инже­нерно-геологических условиях, и, кроме того, они вполне пригодны для выполнения различных опытных работ и режимных стацио­нарных наблюдений.

В отдельных случаях, при сложном геологи­ческом разрезе и значительной мощности четвертичных отложе­ний, закарстованности коренных пород, при необходимости вы­полнения специальных опытных и режимных наблюдений, оправ­данным надо считать бурение разведочных скважин начальным диаметром 219 и 273 мм.

При проектировании весьма ответствен­ных сооружений производят проходку скважин-шахт колонковым способом диаметром до 1500 мм, глубиной до 30…40 м. Точность и достоверность получаемых при этом результатов является прак­тически абсолютной.

Для получения керна, образцов и проб горных пород лучшей сохранности естественного сложения при бурении скважин необ­ходимо обращать внимание на выбор длины рейсов. Как правило, чем слабее породы (малая плотность, высокая влажность, выветрелые, слоистые, трещиноватые и т. д.), тем меньшей длины рей­сами (до 20…40 см) следует вести бурение.

С той же целью необ­ходимо соблюдать определенный режим промывки скважин. На интервалах отбора проб горных пород, а также при пересечении слабых неустойчивых слоев, прослойков и линз бурение следует производить всухую, на этих же интервалах нельзя допускать подлива воды в скважины для облегчения бурения или прогрева мерзлых пород.

На точность и достоверность получаемых геологических дан­ных большое влияние оказывает крепление скважин обсадными трубами. Крепление скважин уменьшает зашламованность керна, обеспечивает безаварийность бурения, позволяет более точно фиксировать глубину появления подземных вод и установившиеся их уровни, а также число, положение и мощность водоносных горизонтов и зон.

Проходка горных выработок.В составе разводочных работ при инженерных изысканиях большую роль играют горные работы. Горные выработки позволяют получать наиболее точные и достоверные геологические данные. Когда необходимо установить степень точности и достоверности геологических данных, получаемых, например, при съемке, разведке геофизи­ческими методами или при бурении скважин, то их сравнивают сданными, получаемыми при проходке горных выработок, так как при соблюдении определенных условий их проведения и доку­ментации эти данные являются практически абсолютно точными и достоверными.

На начальных стадиях изысканий наиболее часто делают зако­пушки, расчистки, канавы, проходят неглубокие шурфы и дудки. На стадиях детальных изысканий проходят более глубокие шурфы и дудки, а при проектировании таких ответственных сооружений, как туннели, плотины, электростанции, - штольни и шахты.

Расчистки, канавы и особенно, штольни наиболее целесообразно проводить при благоприятных условиях рельефа - на склонах, в откосах, хотя расчистки и канавы можно успешно применять и на равнинных участках для прослеживания горизонтов, слоев, зон, контактов и т. д.

Все другие виды горных выработок - зако­пушки, шурфы, дудки, шахты - можно проводить в любых условиях рельефа, исходя из целей и назначения каждого из них. В целом объем горных работ при инженерных изысканиях обычно невелик. От общего числа разведочных выработок или объема горно-буровых работ горные выработки составляют не более 10%.

Горные работы – это наиболее трудоемкий и дорогой вид разве­дочных работ. Проходка шурфов, дудок, штолен и шахт часто со­пряжена с большими геологическими трудностями - неустойчи­востью горных пород и большой их обводненностью, необходи­мостью применения мощных средств крепления выработок, водо­отлива, специальных методов проходки (предварительного водопонижения, замораживания, применения щитов, кессонов и др.).

Кроме того, для проходки глубоких горных выработок необходимо иметь специальное оборудование, применять взрывные работы и т.д., что в условиях производства инженерных изысканий трудно. Все это в значительной степени ограничивает применение горных работ при инженерных изысканиях, несмотря на то что они по­зволяют получать наиболее точные и достоверные геологические данные.

Горные работы при инженерных изысканиях обычно применяют в следующих случаях:

· когда геоморфологические и геологичес­кие условия благоприятны для проходки неглубоких выработок (закопушек, расчисток, канав, мелких шурфов и дудок), проходка которых не вызывает больших трудностей, не требует применения сложного оборудования и технических средств, но резко повышает эффективность геологических работ;

· когда при выполнении обычных изысканий для различных видов строительства необхо­дим контроль за точностью и достоверностью геологических дан­ных, получаемых при выполнении других видов работ, и отбор проб горных пород лучшей сохранности естественного сложения и физического состояния для исследования их физико-механичес­ких свойств, горные выработки при этом используют также для выполнения в них опытных работ;

· когда при проектировании ответственных сооружений (плотины, туннели и др.) необходима кроме уточнения и контроля получаемых геологических данных решать специальные задачи - выделять зоны и подзоны вывет­ривания, зоны съема пород и врезки сооружений, зоны разуплот­нения горных пород, интенсивной их трещиноватости, закарстованности, прослеживать крупные тектонические нарушения, про­изводить в этих выработках различные опытные работы с целью изучения прочностных и деформационных свойств горных пород, измерения их естественного напряженного состояния и др.

К проходке разведочных горных выработок при инженерных изысканиях необходимо предъявлять определенные требования. Ее следует вести так, чтобы получать более точные сведения:

· о геологи­ческом разрезе и условиях залегания горных пород, поверхностей и зон ослабления, тектонических разрывов и нарушений;

· достовер­ные данные о физическом состоянии горных пород; производить отбор проб, горных пород при полной сохранности естественного сложения и физического состояния;

· производить в горных вы­работках различные опытные работы; иметь возможность оцени­вать устойчивость горных пород, условия их эффективной про­ходки и крепления, строительную категорию и крепость;

· дают возможность апробирования новых способов, методов и средств для выполнения строительных и горных работ.

С этой целью необходимо производить проходку разведочных горных выработок по опреде­ленному графику, с остановками, с ограничениями для производ­ства взрывных и других работ, нарушающих состояние пород и искажающих геологические данные.