Способы бурения
В ходе инженерно-геологических исследований применяют способы бурения:
- позволяющие получить керн в виде столбика грунта с относительно ненарушенной структурой (колонковый, пневмоударный, ударно-канатный с кольцевым забоем, шнековый с кольцевым забоем, вибрационный способы);
- дающие керн, представляющий собой грунт нарушенного строения (медленно-вращательный, шнековый и ручной ударно-вращательный способы);
- 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 0,2 м.
Вибрационное бурение скважин — весьма производительный способ при проходке скважин глубиной до 15 м. Однако в процессе погружения бурового снаряда (особенно в водонасыщенпые песчаные породы) под действием вибрации уменьшаются пористость и влажность пород (поданным Мое гор геотреста, 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 (коагуляционно-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 грубо- обломочный 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 < 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 мо- гут 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 |
