Инженерно-геологические изыскания при обустройстве нефтяных и газовых месторождений. Учебное пособие

Поскольку практически все компоненты геологических условий существенно влияют на методику инженерно-геологических исследований, при их планировании необходимо проводить тщательное изучение инже- нерно-геологических условий.

Выделяют следующие экономические условия:

характер и размещение населённых пунктов, структура народного хозяйства района исследований;

население, характер его занятости и социальная структура;

пространственная структура хозяйственного освоения территории, транспортная сеть (водные и воздушные пути сообщения, дороги).

Обозначенные факторы влияют на бытовые условия полевой партии, снабжение горючими и строительными материалами, источники энергии, условия передвижения сотрудников и транспортировки материалов и оборудования. Экономические условия должны найти отражение в программе инженерно-геологических исследований, сметно-финансовых расчётах и календарном плане работ [2].

11

2.2. Организация инженерно-геологических исследований

Инженерно-геологические исследования разделяются на подготовительный, полевой и камеральный периоды.

Подготовительный период. Главное содержание подготовительного периода – подготовка к проведению полевых и камеральных работ. Период включает в себя следующие этапы:

Началом подготовительного периода следует считать получение ин- женерно-геологической организацией технического задания заказчика (этап 1) и оформленного разрешения на проведение инженерногеологических (инженерных) изысканий.

Техническое задание включает:

-сведения о сооружении общего характера (название и местоположение объекта, общая характеристика, этап изыскания, стадия проектирования);

-технические характеристики сооружений (класс, этажность, типы

иразмеры фундаментов, глубина их заложения, наличие подземных сооружений различного назначения);

-предполагаемое напряжение (среднее и дифференцированное) по подошве или нагрузку на единицу площади (длины) фундамента;

-особенности технологического процесса и др.

К техническому заданию прилагаются:

график сроков выполнения изысканий;

топографический план;

генеральный план проектируемого комплекса сооружений;

схема трасс коммуникаций.

Получив техническое задание, исполнитель изучает проработки проектировщика, выполненные в рамках предыдущей стадии. Затем следует проведение сбора и обобщения материалов, содержащих актуальную Ин- женерно-геологическую информацию (этап 2) (отчётов об инженерногеологических исследованиях, материалов среднемасштабных государственных съёмок, аэрокосмофотоматериалов и других актуальных документов). Результирующими выходными материалами 2 этапа являются:

карта фактического материала;

база данных;

таблицы дешифровочных признаков;

предварительные карты;

тектоническая и геоморфологическая схемы;

описание геологической изученности.

Анализ материалов (этап 3) позволяет сформулировать основные положения рабочей геологической гипотезы, в том числе, и гипотезы о формировании инженерно-геологических условий района предстоящих полевых

12

работ. На базе совместного анализа рабочей гипотезы и предварительных проработок проектировщика формулируются основные задачи, которые должны быть решены в процессе инженерно-геологических изысканий.

После этого руководителем инженерно-геологических изысканий составляется программа (этап 4). В программе излагается содержание рабочей гипотезы:

геологическое строение;

состав и свойства пород;

тектоническое строение и трещиноватость;

геоморфологический облик местности, гидрогеологические условия, проявления экзогенных геологических процессов;

формирование компонентов инженерно-геологических условий и их пространственная изменчивость.

На основании задач изысканий обосновываются комплекс методов и технологическая схема изысканий, Объёмы работ и сроки проведения. Сметно-финансовая часть программы предусматривает расчёт трудовых и материальных затрат, расчёт потребности в транспорте на полевых работах, обоснование в случае необходимости строительства временных зданий и сооружений, спецификацию необходимых оборудования и материалов, сетевой или календарный график проведения всех работ (включая камеральные), требования по обеспечению техники безопасности.

После согласования с заказчиком программа утверждается руководством инженерно-геологической организации. На основании программы составляют план организационно-технических мероприятий. В соответствии с ним проводят организационно-хозяйственную подготовку партии к проведению полевых работ (этап 5):

оснащение оборудованием;

полевым снаряжением;

техническими средствами;

укомплектование партии кадрами;

организация транспортировки снаряжения к месту полевых работ. В полевой период реализуются работы, предусмотренные програм-

мой, включая предварительную камеральную обработку материалов, осуществляемую в полевых условиях. В процессе предварительной камеральной обработки вычерчивают колонки буровых скважин, оформляют документацию выработок, составляют предварительные карты и разрезы, графики полевых испытаний грунтов (зондирования, прессиометрии и др.), предварительно обрабатывают и интерпретируют данные полевых испытаний. Камеральный период (окончательная обработка материалов и подготовка отчетных документов) начинают с составления акта о приемке полевых материалов, предварительно обработанных в поле. В лаборатории определяют состав пород и показатели физико-механических свойств грунтов. В камеральных условиях обрабатывают данные лабораторных испытаний, проводят статистическую обработку количественных данных,

13

проверку однородности выборок, законов распределения, уточнение границ геологических тел, подсчет статистик, математическое моделирование полей геологических параметров и др.

По мере завершения этапов обработки фактического материала подготавливаются графические материалы и составляются главы отчёта. После рецензирования отчетные материалы рассматриваются техническим советом. Одобренный отчет направляется заказчику [2].

2.3. Отчетные инженерно-геологические материалы

Отчётные инженерно-геологические материалы являются носителями инженерно-геологической информации, потребляемой в процессах планирования, проектирования, строительства и эксплуатации природнотехногенной системы.

Главными отчётными материалами являются следующие:

отчёты об инженерно-геологических исследованиях и инженерногеологические заключения;

карты и разрезы;

схемы размещения опытных работ и схемы сппинфов;

математические модели распределения компонентов инженерногеологических условий, модели полей геологических параметров, представляемые в графической или аналитической форме;

графики и диаграммы, иллюстрирующие взаимосвязи между геологическими параметрами, корреляционные поля и матрицы;

графики сечения полей геологических параметров по главным направлениям изменчивости;

графики опытных работ;

зарисовки и фотографии.

Отчеты об инженерно-геологических исследованиях и инженер-

но-геологические заключения. Выделяют следующие виды инженерногеологических отчётов:

отчет об инженерно-геологических изысканиях для проектирования сооружения;

отчет об инженерно-геологической съемке;

отчет о проведении опытных инженерно-геологических (опытностроительных) работ;

отчет о режимных инженерно-геологических наблюдениях. Несмотря на то, что содержание отчёта об инженерно – геологиче-

ских исследованиях не унифицировано и в значительной мере зависит от этапа хозяйственной деятельности, от рабочей гипотезы, цели работ и вида строительства, можно выделить следующие основные его части:

Общую часть. В ней обосновывается геологическая гипотеза о формировании инженерно-геологических условий района строительства.

14

Специальную часть. Она представляет собой специализированное объектам описание инженерно-геологических условий территории, границы которой обусловлены инженерной задачей (площадь варианта, строительная площадка, участок трассы).

Инженерно-геологическую записку к проекту сооружения. Она содержит оценку геологических условий строительства и эксплуатации проектируемого сооружения, прогноз развития и функционирования ПТС

ивыводы.

Графические приложения.

Общая часть отчёта состоит из следующих разделов:

Введение. Содержит описание инженерной задачи и задачи инже- нерно-геологических исследований, данные о видах и объемах проведенных инженерно-геологических изысканий, сроках их выполнения, организации работ, составе исполнителей.

Физико-географический очерк, в нем описываются географиче-

ское и административное положение района, рассматриваются природные (в том числе геологические) и экономические условия, определяющие методику изысканий, их стоимость и сроки проведения работ; морфологический облик, гидрографическую сеть, климатические условия.

Геологическая изученность. В разделе рассматривается развитие геологической гипотезы в хронологической последовательности.

Стратиграфия. В разделе снизу-вверх рассматриваются геологический разрез и горные породы. С большей детализацией описываются породы, оказывающие влияние на оценку условий строительства или эксплуатации проектируемых сооружений.

Тектонические условия и история развития района. Рассматрива-

ется формирование современного тектонического строения района на фоне истории геологического развития.

Геоморфологическая структура района. Описывается формиро-

вание геоморфологического облика района и его рельефа с позиции совместного проявления главнейших экзогенных и эндогенных геологических процессов, а также свойств горных пород.

Гидрогеологические условия. Описывается соотношение водовмещающих пород и относительных водоупоров, условия залегания подземных вод и их гидравлическая связь, гидродинамические условия, химический состав и агрессивность.

Экзогенные геологические процессы. В разделе приводится описа-

ние проявлений процессов, свойств областей с неустойчивой структурой, условий экзогенных геологических процессов, их интенсивности, внешних

ивнутренних причин.

Полезные ископаемые. Описываются месторождения полезных ископаемых, в том числе месторождения строительных материалов, которые могут быть использованы при строительстве.

15

Экологическое состояние территории. Рассматриваются свойства внешних оболочек и литосферы, определяющие их современное состояние; оцениваются основные техногенные процессы, являющиеся причинами ухудшения свойств окружающей среды и др.

Специальная часть отчёта состоит из следующих разделов:

Введение. В разделе изложены данные о типе и конструкции сооружения, требованиях к геологической среде, предъявляемых при проектировании сооружения.

Методика выполнения работ и обработки полученных материа-

лов. Рассматриваются методы и обосновывается правильность их применения в конкретных условиях. Детально обсуждаются методы обработки данных, обосновываются геологические и статистические критерии однородности, способы проверки законов распределения, подсчета статистик, выбора статистических критериев.

Далее следует специализированное в масштабе этапа инженерногеологических изысканий описание свойств геологической среды – компонентов инженерно-геологических условий.

Геологическое строение. В разделе описывается та часть геологической среды, которая будет взаимодействовать с сооружением.

Свойства пород и их пространственная изменчивость. Примени-

тельно к выделенным геологическим телам рассматриваются показатели свойств с обоснованием статистик; закономерности пространственной изменчивости свойств на базе анализа структуры полей геологических параметров или их сечений по главным направлениям изменчивости.

Гидрогеологические условия. Рассматриваются гидрогеологическая структура (отношения водовмещающих пород и относительных водоупоров), гидродинамические характеристики (питания, движения, разгрузки подземных вод), химический состав и агрессивность подземных вод, их влияние на экзогенные процессы.

Экзогенные геологические процессы. Обсуждаются виды процес-

сов, их распространение, свойства областей с неустойчивой структурой, внешние и внутренние причины, интенсивность проявления, тенденции развития при осуществлении планируемой деятельности.

Инженерно-геологическое заключение. Дается инженерно-

геологическая оценка изученной области геологической среды и обсуждаются альтернативные варианты решения инженерно-геологической задачи.

Выводы. Основные выводы по всем разделам отчёта.

Список материалов: литературных, архивных, фондовых. Составля-

ютсявалфавитномпорядкевсоответствиисутвержденныминормативами. Отчёт также сопровождается графическими приложениями: инже-

нерно-геологическими картами, разрезами, моделями полей геологических параметров.

Геологическая карта – это графическая модель литосферы, отображающая её пространственную структуру и свойства.

16

Инженерно-геологические карты – это карты, на которых отобра-

жены наборы компонентов инженерно-геологических условий или данные результата их инженерно-геологической оценки.

По группам масштабов они подразделяются на:

мелкомасштабные (1:1000000 и мельче), используются при макроэкономическом планировании, составлении схем расселения, схем развития и размещения отраслей народного хозяйства.

среднемасштабные (1:500000 – 1:100 000), используются для со-

ставления схем развития и размещения отраслей промышленности, а также для вариантных проработок (выбор варианта трассы линейного сооружения).

крупномасштабные (1:50000 и крупнее), используются для решения вопросов проектирования сооружений, вариантных проработок (сравнение вариантов), выделения участков индивидуального и типового проектирования на трассах линейных сооружений, составления генеральных планов городов, разработки компоновочных решений (масштаб 1:5000 и крупнее).

Карты инженерно-геологических условий общего назначения могут составляться по единой общепринятой методике, в таком случае они называются унифицированными. Специальные карты инженерногеологических условий обычно не являются унифицированными. В зависимости от числа отображаемых на карте компонентов инженерногеологических условий различают много- и монокомпонентные (частные) карты. Н. В. Коломенский предложил составлять общие унифицированные карты инженерно-геологических условий. Они должны удовлетворять следующим требованиям:

Содержать данные, позволяющие предсказать, какие инженерногеологические процессы будут развиваться при освоении территории. Карты всех групп масштабов должны составляться по единым принципам и различаться только категориями показываемых на них таксономических единиц.

Карты одного масштаба должны составляться по единой методике

ииметь одну и ту же легенду.

Условные обозначения геологического строения, тектоники, гидрогеологии должны быть общегеологическими и отвечать обозначениям, принятым в соответствующих науках геологического цикла.

Карты должны быть по возможности более простыми, с тем, чтобы ими мог пользоваться специалист по планированию или проектированию.

Унифицированные инженерно-геологические карты составляются в рамках государственного инженерно-геологического картирования, проводимого в комплексе с геологической и гидрогеологической съемками среднего масштаба.

Инженерно-геологический разрез – графическая модель верти-

кального сечения литосферы, отображающая её пространственные структуры и свойства – компоненты инженерно-геологических условий.

17

В отличие от геологического и гидрогеологического разрезов инже- нерно-геологический разрез должен отображать следующие компоненты:

геологическое строение,

минеральный и гранулометрический состав пород,

тектоническое строение и трещиноватость пород,

геоморфологическую структуру,

гидрогеологическое строение,

гидродинамические и химические характеристики подземных вод,

проявления экзогенных геологических процессов, показатели свойств грунтов.

Разрезы также разделяются по масштабам. Глубина разреза определяется глубинностью исследований. Разрезы к карте инженерногеологических условий ориентируют по главным направлениям изменчивости. На разрезах показывают те же геологические тела, что и на картах. По результатам детальной инженерно-геологической разведки разрезы со-

ставляют по расчётным сечениям, осям и контурам сооружения. На раз-

резах выделяют МГТ-3 и дают для них оценки средних значений показателей сжимаемости или прочности (в зависимости от схемы расчёта основания). По данным статистической обработки показателей свойств составляют формализованные инженерно-геологические разрезы, на которых показывают границы зон сферы взаимодействия и выделяют инженерногеологические элементы. Формализованные инженерно-геологические разрезы следует рассматривать как основу расчётной схемы.

Инженерно-геологическое заключение составляется по результа-

там инженерно-геологической рекогносцировки, а также детальной инже- нерно-геологической разведки.

Обязательными его элементами являются:

данные о методике, объемах и сроках проведения работ;

сведения о физико-географических и инженерно-геологических условиях обследованной территории, предварительной оценке ЭГП и возможных изменениях структуры и свойств геологической среды при строительстве и эксплуатации зданий, сооружений, а также об экологических последствиях их функционирования;

рекомендации по дальнейшим инженерно-геологическим и эколо- го-инженерно-геологическим изысканиям.

Заключение по результатам инженерно-геологической разведки содержит описание инженерно-геологических условий предполагаемой сферы взаимодействия (объем до 25 страниц) и приложения в виде инже- нерно-геологических разрезов (в том числе формализованных) по расчётным сечениям сферы взаимодействия, таблиц нормативных и расчётных значений характеристик грунтов и других графических и табличных материалов. Графические и табличные материалы также прилагаются к заключению [2].

18

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ

Объёмы и состав инженерно-геологических изысканий зависят от стадии инженерно-геологических изысканий, категории сложности инже- нерно-геологических условий, степени её изученности, вида строительства, типа зданий и сооружений, их назначения, площади исследуемой территории, уровня ответственности проектируемых сооружений. Уровни ответственности наиболее часто встречаемых сооружений в пределах месторождений нефти и газа приведены в приложении.

При инженерно-геологических изысканиях при обустройстве месторождений нефти и газа основными нормативными документами являются СП – 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства», а также актуализированная редакция СНиП 11-02-96 – СП 47.13330.2012 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения». В настоящем учебном пособии использован последний документ, в связи с тем, что инженерно-геологические изыскания при обустройстве месторождений нефти и газа часто проводятся в одну стадию и СП 47.13330.2012 более удобен и применяется в первую очередь при проектировании этого вида строительства.

Цель данной главы пособия ознакомить студентов с составом изысканий для подготовки документов территориального планирования и документации по планировке территории и принятия решений относительно выбора площадки строительства или варианта трассы и подготовки проектной документации.

В связи с тем, что большинство месторождений нефти и газа Тюменской области расположены в Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком округах, приведены требования относительно содержания технического отчёта при выполнении изысканий в следующих районах:

в районах развития многолетнемёрзлых пород;

распространения набухающих грунтов;

органоминеральных и органических грунтов;

засоленных грунтов;

техногенных грунтов;

развития склоновых процессов;

развития процессов переработки берегов рек, озер, морей и водохранилищ;

на подтапливаемых территориях;

на подрабатываемых территориях.

В СП 47.13330.2012 инженерно-геологические изыскания рассматриваются вместе с инженерно-геотехническими. Данные изыскания долж-

19

ны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий района (площадки, участка, трассы) проектируемого строительства:

рельеф;

геологическое строение;

геоморфологические условия;

гидрогеологические условия;

состав, состояние и свойства грунтов;

геологические и инженерно-геологические процессы;

изменение условий освоенных (застроенных) территорий. Изыскания также включают составление прогноза возможных изме-

нений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой с целью получения необходимых и достаточных материалов для проектирования, строительства, инженерной защиты и эксплуатации объектов.

Инженерно-геологические изыскания в основном выполняют для построения инженерно-геологической модели с целью принятия кон-

структивных и объемно-планировочных решений, выбора типов фундаментов, а также оценки опасных инженерно-геологических процессов и получения исходных данных для разработки схемы инженерной защиты и мероприятий по охране окружающей среды.

При необходимости выбора площадки (трассы) объекта капитального строительства инженерно-геологические изыскания выполняют с целью получения данных об инженерно-геологических условиях территории или акватории, необходимых для принятия основных проектных решений.

Совместно с другими основными видами изысканий инженерногеологические изыскания могут выполняться для обоснования документов территориального планирования или планировки территории, с целью выделения зон ограничений застройки по опасным инженерно-геологическим процессам.

Инженерно-геотехнические изыскания выполняются для отдель-

ных объектов капитального строительства на площадках с изученными инженерно-геологическими условиями с целью построения расчётной геомеханической модели взаимодействия проектируемого здания или сооружения с основанием.

При одноэтапном выполнении инженерных изысканий для подготовки проектной документации инженерно-геотехнические изыскания выполняют в составе инженерно-геологических изысканий.

В данном пособии рассматривается состав только инженерногеологических изысканий. При необходимости написания курсовой или дипломной работы по инженерно-геотехническим изысканиям следует использовать соответствующие разделы СП 47.13330.2012.

20