1.4 Проходка горных выработок

При проведении инженерно-геологических исследований нередко прибегают к проходке горных выработок с целью:

установления или уточнения геологического разреза;

определения глубины залегания уровня грунтовых вод;

отбора образцов грунтов для определения их состава, состояния и свойств;

отбора проб подземных вод для химического анализа;

проведения полевых исследований свойств грунтов, определения гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и зоны аэрации;

производства геофизических исследований;

выполнения стационарных наблюдений при мониторинге;

выявления и оконтуривания зон проявления экзогенных процессов.

Виды, глубины и условия применения горных выработок приведены в табл. 1.2:

Таблица 1.2

Виды горных выработок и условия их применения [12]

Вид горных выработок	Максимальная глубина, м	Условия применения
Закопушки	0,6	Для вскрытия грунтов при мощности перекрывающих отложений более 0,5м
Расчистки	1,5	Для вскрытия грунтов при мощности перекрывающих отложений более 1,0м

Окончание табл. 1.2

Вид горных выработок	Максимальная глубина, м	Условия применения
Канавы	2,0	Для вскрытия грунтов при мощности перекрывающих отложений более 1,5м
Шурфы и дудки	20	Для вскрытия грунтов, залегающих горизонтально или моноклинально
Шахты	Определяется программой	В сложных инженерно-геологических условиях
Штольни	То же	То же

Проходка горных выработок осуществляется для оценки инженерно-геологических условий в целом. Число выработок, их глубина и места заложения определяются главным образом геологического характера: необходимостью выяснения условий залегания грунтов и построения типичных геологических разрезов, указывающих на состояние грунтов различного литологического состава состояния и физико-механических свойств; необходимостью выявления и оконтуривания грунтов, характеризующихся особыми в строительном отношении свойствами и т.д. Таким образом, горные выработки должны обеспечивать высокую точность изучения геологического строения. [12]

Горные выработки предпочтительнее буровых скважин. С их помощью можно более качественно с меньшими нарушениями отобрать монолиты. Недостаток горных выработок – трудоемкость их проходки (особенно глубоких шурфов), необходимость в крепежном материале, специальных средствах проходки, средствах водоотлива и т.д. Вследствие этого горные выработки часто заменяются буровыми скважинами.

При инженерно-геологических изысканиях применяются следующие способы бурения:

1. Дающие керн в виде столбика грунта с относительно ненарушенной структурой (колонковый, пневмоударный, ударно-канатный с кольцевым забоем, шнековый с кольцевым забоем, вибрационный способ);

2. Дающие керн, представляющий собой грунт нарушенного строения (медленно-вращательный и ручной ударно-канатный способ);

3. Позволяющие получить полностью разрушенный грунт в виде шлама (ударно-канатное роторное бурение сплошным забоем).

В процессе бурения инженерно-геологических скважин должна быть обеспечена возможность изучения состава, строения и свойств грунтов, их текстурных особенностей и трещиноватости скальных пород в природных условиях залегания.

Данные об условиях применения различных методов приведены в табл. 3. В процессе проходки буровых работ скважин в условиях сложного разреза, представленного породами разных классов, рационально комплексировать разные способы бурения с минимальным диаметром скважин 108 мм в песчано-глинистых и скальных грунтах.

Высокая точность установления границ слоев грунтов различного литологического состава достигается при описании геологического разреза в шурфах, проходимых горным или буровым способом. При бурении скважин малого диаметра, когда нет возможности непосредственно осматривать системы скважин, точность фиксирования границ слоев может существенно колебаться, величины колебания положения границ слоев, полученных при разных способах бурения приведены в табл. 1.3, 1.4.

Таблица 1.3

Способ бурения	Соотношение слоев по плотности	Точность фиксации контактов слоев, м	Средняя мощность одного пропущенного слоя, м
Вибрационный	I II III	±0.11 ±0.12 ±0.1	0.1
То же клюющий	I II III	±0.19 ±0.29 ±0.19	0.18
Ударно-канатный кольцевым забоем (забивной)	I II III	±0.22 ±0.15 ±0.31	0.17

Окончание табл. 1.3

Колонковый «всухую»	I II III	±0.22 ±0.24 ±0.24	0.22
То же, безнасосный	I II III	±0.27 ±0.36 ±0.38	0.3

Таблица 1.4

Способ бурения	Глубина бурения, м	Диаметр скважин, м	Условия применения
Колонковый	До 100	33-168	Бурение «всухую» практически во всех породах; точность установления границы ±0,25 м. Средняя мощность одного пропущенного слоя 0,22 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 и 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 15м в песчаных породах, содержащих грубообломочный материал. Погрешность в определении положения границ до ±0,3 м. Средняя мощность одного пропущенного слоя 0,17 м.

Окончание табл. 1.4

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 несвязанных пород
Медленно-вращательный	До 30	73-650	В основном глинистые породы, устойчивые в стенках скважин. Погрешность 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.