1.5 Інженерно-геологічні та гідрогеологічні вишукування

Найбільш економічне та технічно доцільне розміщення різних будівель й споруд, що входять в комплекс магістральних трубопроводів, багато в чому визначається точністю оцінки інженерно-геологічної обстановки, встановленням несприятливих природних факторів для проектування та здійснення необхідних профілактичних заходів, що забезпечують стійкість, довговічність й надійність роботи конкретних об'єктів.

Під інженерно-геологічною обстановкою мається на увазі комплекс природних процесів та явищ в їхньому взаємному сполученні і взаємодії, що прямо чи побічно можуть впливати на умови будівництва й експлуатацію трубопроводу, а саме:

• рельєф та геоморфологія району або дільниці;

• умови залягання та склад ґрунтів;

• глибина залягання та потужність водоносних горизонтів;

• фізичні властивості та хімічний склад підземних вод;

• ступінь тріщинуватості, структурні та текстурні особливості й фізико-механічні властивості ґрунтів;

• фізико-геологічні процеси та явища (ерозія, карст, зсуви, осідання), розвиток яких тісно зв'язане з кліматом та іншими природними факторами.

Вивчення всіх цих процесів вимагає постановки комплексних інженерно-геологічних та гідрогеологічних вишукувань. Методики, об’єми та їх детальність визначаються етапами проектування, призначенням трубопроводу, складністю інженерно-геологічних умов.

На етапі складання ТЕО будівництва трубопроводу здійснюється: збір матеріалів по довідниках, фондових документах; вивчення аерофотоматеріалів, а для найбільш складних дільниць проводиться інженерно-геологічне обстеження із метою обґрунтування вибору оптимального напрямку траси та збору даних для проектування.

На етапі технічного проекту інженерно-геологічні вишукування включають: інженерно-геологічну маршрутну зйомку в смузі траси трубопроводу; пошукові роботи вздовж траси і на переходах через ріки, яри, болота та інше; пошук та розвідку місцезнаходження будівельних матеріалів; лабораторні дослідження властивостей зразків ґрунтів та проб води.

На етапі робочих креслень ведуться детальні інженерно-геологічні вишукування, що складаються з інженерно-геологічної зйомки мірилом 1:10000 згідно остаточно затвердженій трасі з метою представлення суцільного геологічного профілю зі відбитими межами всіх літологічних різновидностей ґрунтів, із врахуванням рельєфу місцевості та можливого збільшеного заглиблення трубопроводу.

Крім того проводяться додаткові й контрольні обстеження складних дільниць та переходів, більш повні лабораторні аналізи ґрунтів й підземних вод, суцільне визначення корозійної активності ґрунтів вздовж траси.

Одноетапні вишукування для техно-робочого проектування виконуються, як правило, для трубопроводів невеликої довжини (до 30-50) км в рівнинній місцевості із нескладною геологічною характеристикою та малими водостоками.

Склад та об’єм інженерно-геологічних вишукувань, при одноетапному проектуванні, повинні забезпечувати всі вимоги необхідні для обґрунтування технічного проекту й робочих креслень.

На технічно нескладних об'єктах склад робіт може бути скороченим, що вказується в завданні на вишукування, але повинен забезпечувати розробку всіх конструктивних рішень, зв'язаних із природними умовами будівництва.

Лінійна частина. Із всього об’єму вишукувань, пов’язаних з проектуванням магістрального трубопроводу найбільшу частину представляють лінійні трасові інженерно-геологічні вишукування, що складаються з попередніх, польових, завершальних робіт та остаточної камеральної обробки матеріалів.

На етапі ТЕО. Інженерно-геологічна характеристика траси магістрального трубопроводу для всіх конкурентноздатних варіантів, що представляються на основі зібраних й опрацьованих картографічних, архівних та літературних матеріалів, у першу чергу матеріалів інженерно-геологічних і гідрогеологічних зйомок, а також вишукувань проведених попередніми роками, для раніше запроектованих та збудованих трубопроводів, доріг (автомобільних, залізничних), ліній електропередач та інше. При цьому особлива роль приділяється матеріалам аерофотозйомки, що дозволяють різко прискорити процес підготовки необхідних вихідних даних для проектування. Вибір оптимальних напрямків трас трубопроводів на цьому етапі проводиться за допомогою ПЕОМ згідно вимог СНиП 2.03.05-85.

Кінцевим висновком про найбільш прийнятні варіанти траси в складних природно-кліматичних – зокрема в складних умовах передує комплексне аеровізуальне обстеження за вибраними напрямками трубопроводу в малодосліджених місцевостях, в гірських районах, на важкодоступних територіях, а іноді й наземне візуальне обстеження найбільш складних дільниць із погляду інженерно-геологічних та гідрогеологічних умов.

На даному етапі особливе значення має картографічний матеріал. Значне полегшення та спрощення задачі може бути досягнуто завчасною розробкою та використанням комплексу карт, що висвітлюють інженерно-будівельні умови даних районів, дільниць найбільш перспективних до будівництва трубопроводів.

У розділі ТЕО матеріали зв'язані із інженерно-геологічними дослідженнями, з описом геолого-літологічної будови та гідрогеологічних умов проходження траси рекомендується представляти в табличній формі, виділяючи такі визначальні показники, як сумарні довжини дільниць, що перетинають заболочені й заводнені землі, барханні та дюнні піски, солончаки, валуни, полички, скельні ґрунти та інше. Також повинні бути приведені зведення про наявність та характер карсту, багаторічної мерзлоти, сейсмічності району, загальна оцінка ґрунтів за корозійною активністю, перспективи використання родовищ місцевих будівельних матеріалів та підземних вод із метою забезпечення водопостачання.

На етапі технічного проекту. На цьому основному етапі проектування роль інженерно-геологічних вишукувань найбільш відповідальна, особливо в тих випадках, коли геологічні умови визначають напрямок траси. При цьому, як правило, недостатньо встановити характер несприятливих фізико-геологічних процесів, а необхідно виявити причини інтенсивності та площі поширення цих процесів, визначити степінь впливу їх на міцність магістрального трубопроводу, дати прогноз впливу будівництва трубопроводу на подальший хід зазначених процесів.

Польові лінійні інженерно-геологічні пошуки полягають у проведенні маршрутної інженерно-геологічної зйомки, геологорозвідувальних та гідрогеологічних робіт.

Окомірною зйомкою охоплюється смуга шириною в 100 м (по 50 м від осі траси вправо та вліво) вздовж всієї траси трубопроводу, включаючи нескладні переходи. На дільницях з більш складними інженерно-геологічними умовами, на середніх й великих переходах, ширина смуги зйомки збільшується до меж, що дозволяють в комплексі вивчити геологічні явища, які можуть вплинути на стійке положення трубопроводу.

В процесі маршрутної інженерно-геологічної зйомки дається опис елементів рельєфу, по яких проходить траса (умови проходження на вододілах, схилах із вказуванням крутизни в градусах, через яри, балки, водостоки та інше.); геологічні явища в смузі зйомки (карст, зсуви, розмиви, барханні та дюнні піски, солончаки, локальна та суцільна багаторічна. мерзлота), виявляються дільниці із періодичним поверхневим заводненням тривалістю понад 20 діб, заболочені дільниці, встановлюються їхні межі в найбільш несприятливі періоди року.

Особливу увагу варто приділяти гідрогеологічній стороні обстеження, виявленню ґрунтових вод та їхнього положення із прогнозом в річному розрізі часу, степені зволоженості різних літологічних різностей ґрунтів. При цьому рекомендується широко використовувати природні оголення, існуючі колодязі, кар'єри та інше.

Обсяг бурових та гірничо-прохідних робіт вздовж траси та на переходах визначається наявністю, повнотою та надійністю попередньо зібраних матеріалів, а також складністю природних умов проходження траси.

На дільницях із поширеними скельних ґрунтами та на заболочених дільницях геологічні пошуки проводяться з таким розрахунком, щоб була можливість визначення не тільки довжини несприятливих відрізків траси, але й глибини залягання скельних порід, потужність зони залягання торфу, характер стійких ґрунтів із яких вони складені (на глибину не менш 1м).

На валунних полях не тільки, що знаходяться безпосередньо на поверхні але і в шурфах, встановлюють максимальні та ті, що найчастіше зустрічаються розміри валунів, їхню кількість на одиницю довжини траси. Виділяються дільниці, які складені ґрунтами із галькою або щебенем розміром більше 40 мм і з вмістом їх більше 5%.

Переходи через балки, яри та водостоки вибираються на прямолінійних дільницях з спокійними, добре задернованими, стійкими схилами. Проходження траси поблизу вершин ярів, що розвиваються, допускається на відстані не менш 150 м, а для яких процес розвитку завершився — не менш 50 м. Прокладання траси на зсувних дільницях, косогорах із нахилом більш 12⁰ не рекомендується.

Переходи через залізничні та автомобільні дороги здійснюються прямолінійними дільницями, які повинні перетинати дороги під кутом від 70⁰ до 90⁰. Якщо під полотном дороги залягають скельні або пливунні ґрунти, то необхідно проводити відбір проб не тільки на створах переходів, але і на прилеглих дільницях, для встановлення найбільш сприятливих умов перетину цих штучних перешкод. Всі дані, що фіксовані в процесі маршрутної зйомки, повинні мати точну прив'язку до кілометрів й населених пунктів, природних рубежів, доріг та інше.

Використання в даний час, для лінійних вишукувань, геофізичних та аерофотометодів різко скорочують терміни проведення вишукових робіт та об’єми натурних вишукувань з одночасним підвищенням надійності одержаних вихідних даних.

В результаті проведених інженерно-геологічних вишукувань на етапі технічного проекту в звіті дається інженерно-геологічна характеристика траси з описом характерних дільниць, із відображенням всіх особливостей (заболоченість, заводненість, наявність нестійких ґрунтів, наявність багаторічної мерзлоти, засоленість, скупчення валунів, наявність кочових пісків із вказуванням напрямку переміщення останніх та інше.).

В звіті приводяться загальні дані про переходи через природні та штучні перешкоди, складається зведена довідка про інженерно-геологічні умови вздовж траси трубопроводу згідно форма, що приводиться в табл. 1.1.

На основі інженерно-геологічних вишукувань на спрямлений профіль траси трубопроводу в мірилі 1:100000 або 1:50000 наноситься геологічний розріз в вертикальному мірилі 1:200 у загальноприйнятих умовних позначеннях із відображенням рівнів ґрунтових вод (на дату вишукувань) і у відповідних графах – інженерно-геологічна характеристика дільниці:

• тип ґрунту із вказуванням консистенції (для зв'язаних ґрунтів); ступінь вологості (для незв'язних);

• номера групи за об'ємною вагою; наявність включень валунів;

• вмісту гальки або щебеню крупнистою більш 40 мм в відсотках (якщо більш 5%, то необхідно проводити підсипку дна траншеї м'яким ґрунтом).

В відомостях переходів через природні та штучні перешкоди, у відповідних графах, висвітлюється:

• в відомості про водостоки та водойми дається інформація про ґрунти із яких складаються береги, заплави, русло;

• в відомості про балки та яри — геологічна будова схилів та дна;

- в відомості про болота та заводнені дільниці — довжина та найбільша потужність торфу (м), тип болота, допустиме навантаження на поверхню болота ( в МПа або в кгс/см²), довжина дільниці із поверхневим заводненням більше 20 діб в році та рівень (висота) ґрунтових вод;

• в відомостях про перетин трубопроводом залізних та автомобільних доріг — ґрунтові умови переходу. При наявності скельних або ґрунтів пливунів в основі переходів на відмітках закладення трубопроводу до кожного із таких переходів дається обґрунтована (на основі результатів буріння) та довідка про недоцільність (неможливості) обходу обраних створів. Це правило поширюється на всі залізниці та автодороги I-IV категорій;

• в відомості гірських та косогірських дільниць — будівельна характеристика ґрунтів.

Таблиця 1.1 – Довідка про інженерно-геологічні умови вздовж траси трубопроводу

Показники	Одиниц виміру	Варіанти траси
		І	ІІ	ІІІ
Загальна довжина Ґрунти вздовж траси в межах глибини закла-дання траншеї. Кількість валунів в середньому вздовж траси (масою більше 50 кг). Довжина гірських діль-ниць із відповідними нахилами. Довжина боліт вздовж трасі (по типам). Довжина заводнених дільниць із врахуванням можливого рівня під-вищення води. Довжина дільниць із наявністю багаторічної мерзлоти. Довжина дільниць, які потребують влашту-вання подушки із м’яких ґрунтів.	км Із розподілом на групи, % до загаль-ного об’єму по діль-ницях або в цілому вздовж траси. м3 /км км км км км км

На етапі робочих креслень. Проводяться детальні інженерно-геологічні вишукові роботи згідно затвердженого варіанту траси. Основна мета цих вишукувань — відзначення меж основних геолого-літологічних різнотипностей ґрунтів вздовж траси трубопроводу та з'ясування гідрогеологічних умов для представлення суцільного геологічного профілю із врахуванням рельєфу місцевості та збільшення заглиблення труб в характерних точках траси.

На лінійній частині траси задаються свердловини та шурфи вздовж осі траси в середньому через 300 м (як правило, з розрахунку три на 1км) на глибину (3-5) м в залежності від характеру рельєфу та зміни умов згідно зовнішніх ознак, із врахуванням діаметра трубопроводу. Шурфи задаються на складних в геологічному відношенні дільницях, а також для відбору проб монолітів ґрунтів з непорушеною структурою (1% від кількості виробіток).

На дільницях із близьким до поверхні землі заляганням скельних порід свердловини або шпури влаштовуються частіше з кроком у 100 м. Глибина свердловин визначається рівнем заляганням покрівлі скельних порід. При цьому бажане можливе більше заглиблення в скельні породи для оцінки ступеня їх вивітреності. Рекомендується в даних випадках (приблизно 5%) виробіток проходити шурфуванням.

На переходах через струмки й потічки із слабовираженним руслом та пологими схилами задаються, в більшості випадків, трьома свердловинами: одна в руслі (глибиною приблизно 3 м) і по одній на берегах (приблизно в (10-20) м від берми на глибину приблизно 4 м). На струмках й потічках з глибоковрізанним руслом глибина берегових свердловин повинна бути збільшена до (5-6) м.

На переходах через яри, балки з пологими схилами без виражених виступів у рельєфі задаються однією свердловиною по тальвегу (глибиною близько 3 м) і по одній в 50 м від тальвегу вверх по схилах (на глибину 4-5 м). При наявності крутих схилів із явно вираженими враженими виступами пошукові свердловини задаються в виступах на відстані порядку 10 м від краю на глибину до 10 м (в залежності від висоти виступу).

При наявності на переходах процесів розмиву тимчасовими або постійними водостоками схилів, руслових берегів або виступів то такі дільниці обстежиться протягом всього активного процесу для вияснення причин їхнього розвитку. Фіксуються оголення всі порід, вивчаються геотехнічні властивості ґрунтів шляхом відбору проб із порушеною та непорушеною структурою.

При перетинанні залізничних та автомобільних доріг роботи із вишукування проводяться вздовж двох сторін переходу в (10-20) м від основи насипу на глибину 5 м (із збільшенням її при перетинанні дороги у виїмці до 7-10 м). При близькому до поверхні землі заляганні скельних або пливунних ґрунтів кількість розвідувальних свердловин збільшується для детального виявлення геологічного розрізу в створі обраного на етапі технічного проекту переходу. При цьому необхідно враховувати, щовисота до верху труби захисного кожуха повинне бути не менш 3 м від підошви рельси залізниці або покриття проїзної частини автодороги та не менш 0,5 м від основи насипу дна кювету або резерву.

При прокладанні траси на косогорах із нахилами більше 12° свердловини та шурфи на цих дільницях влаштовують через (50-100) м на глибину до 5м.

Для всіх характерних дільниць відбираються моноліти ґрунтів для лабораторних геотехнічних дослідженні з метою перевірки схилів на стійкість.

Всі свердловини та шурфи, які були влаштовані в процесі проведення вишукових робі повинні мати прив'язку до пікетів. На дільницях з високим рівнем ґрунтових вод відбирають проби води для визначення їхнього агресивного впливу на метал труб та бетон. Лінійні польові геологорозвідувальні роботи об’єднуються, як правило, із геофізичними так, як від обсягу та вірогідності результатів залежить необхідна кількість пошукових свердловин та шурфів.

Підсумком камеральної обробки лінійних інженерно-геологічних вишукувань є складання розділу звіту, що включає:

• опис методики та об’ємів виконаних інженерно-геологічних робіт;

• детальну інженерно-геологічну характеристику дільниць траси із складними умовами;

• повздовжні профілі вздовж траси в мірилі 1:10000 (горизонтальний) із нанесенням геологічного розрізу в мірилі 1:200 (вертикальний) із вказуванням рівнів ґрунтових вод, групи ґрунтів, інженерно-геологічних характеристик та питомого електроопору згідно геофізичних даних;

• каталог пошукових свердловин, шпурів та шурфів;

• журнал пошарового опису пошукових свердловин та шпурів;

• зведену таблицю геотехнічних випробувань ґрунтів;

• зведену таблицю хімічних аналізів ґрунтових вод з оцінкою їхньої агресивності до металу труб та бетону.