4.44. Рекомендуется применять следующие виды механического бурения:
ударное бурение (в основном ударно-канатное бурение станками УГБ-3УК, УГБ-4УК, Б-2 «Уралец» и др.) - в нескальных грунтах на глубину до 100-150 м и на большую глубину в скальных грунтах; при очистке забоя желонкой скорость ее подъема должна исключать подсасывание грунта через нижний конец обсадной трубы; при проходке грунтов, в которых возможно образование пробок, в полости обсадной трубы следует поддерживать уровень воды, превышающий статический уровень подземных вод; допустимо добавлять в скважину жирную пластическую глину, если она не вызывает глинизации водоносного слоя; в нескальных грунтах возможно использование грейферного бурения;
Рис. 37. Восстающая скважина
1 - шарошечное долото; 2 - переходник с обратным клапаном; 3 - фильтр; 4 - оголовок скважины с выпускной задвижкой; 5 - кондуктор; 6 - водоносный слой; 7 - скальная порода; 8 - подземная выработка
Рис. 38. Сквозной фильтр
1 - надфильтровые трубы; 2 - местный песчаный грунт; 3 - песчано-гравийная обсыпка; 4 - фильтровые звенья; 5 - переходная муфта; 6 - задвижка; 7 - перфорированная труба ограждения
Рис. 39. Система водопонижения со сквозными фильтрами
1 - сквозные фильтры; 2 - подземные выработки; 3 - шахтный ствол и подземная насосная станция с водосборниками
вращательное колонковое бурение с промывкой чистой водой или продувкой воздухом станками ЗИФ-300, ЗИФ-600, ЗИФ-1200 и др. для скважин в скальных грунтах диаметром до 200 мм; при колонковом бурении может быть допущена глинистая промывка: при бурении перекрываемых слоев, в которых водопонижение не требуется, и в случаях, когда опытным путем доказана возможность эффективной разглинизации скважин;
вращательное бурение сплошным забоем с механической подачей разрушенной породы на поверхность - шнековое бурение - станками УГБ-50М, УГБ-1ВС и др. для скважин глубиной до 50 м при отсутствии твердых прослоев, валунов, вязких и липких глинистых грунтов;
вращательное бурение с вращателем у забоя - реактивно-турбинное бурение - с использованием станков УГБ-600, БУ-75Бр, «Уралмаш-125» и других для глубоких скважин (более 100 м) большого диаметра (более 500 мм);
вращательное бурение сплошным забоем с промывкой или продувкой воздухом с вращателем на поверхности - роторное бурение станками УРБ-3АМ, УРБ-3А2, 1БА15В и др.
Роторное бурение возможно с применением нескольких технологий:
а) с прямой промывкой глинистым раствором для бурения скважин диаметром до 500 мм при бурении по перекрываемым слоям и когда опытным путем подтверждена возможность эффективной разглинизации и с обязательным ее выполнением в зоне установки фильтра (применяемый глинистый раствор должен соответствовать свойствам разрабатываемых грунтов);
б) с промывкой чистой водой или продувкой воздухом - в устойчивых грунтах;
Рис. 40. Вакуум-скважина
1 - отстойник; 2 - электродвигатель; 3 - кожух; 4 - насос; 5 - обратный клапан; 6 - стабилизатор динамического уровня; 7 - кабель; 8 - поверхность водоупора; 9 - фильтр; 10 - напорный трубопровод; 11 - трубка прибора для измерения уровня воды в скважине; 12 - надфильтровая труба; 13 - муфта; 14 - «пояс»; 15 - глиняный тампон; 16 - трубка вакуумметра; 17 - вентиль; 18 - манометр; 19 - вакуумметр; 20 - крышка; 21 - трубка для подключения вакуум-насоса
в) с обратной промывкой чистой водой (всасывающее бурение) - для скважин глубиной до 300 м и диаметром до 1000 мм и более при отсутствии включений валунов, больших скоплений крупной гальки и при залегании уровня подземных вод на глубине 3 м и ниже от поверхности земли.
При бурении с промывкой в набухающих грунтах должны применяться специальные реагенты, препятствующие набуханию; в крепких грунтах к промывочной жидкости следует добавлять понизители твердости.
В соответствующих условиях вышеуказанные способы могут применяться и в различных сочетаниях.
Диаметр бурения под фильтровую колонну принимается по наружному диаметру предусмотренной проектом фильтрующей обсыпки. При применении фильтров без обсыпки диаметр бурения должен быть больше диаметра фильтра на 50-100 мм.
В процессе бурения скважин следует отбирать образцы и определять зерновой состав грунтов, уточнять литологический разрез в месте скважины, а при бурении без крепления выполнять электрокаротаж для уточнения интервалов установки фильтров.
В неустойчивых грунтах скважины при бурении должны закрепляться обсадными трубами. В телескопическом креплении скважин предусматриваются, как правило, следующие колонны обсадных труб: шахтовое направление, кондуктор, технические колонны. Нижняя часть каждой колонны оборудуется короткой утолщенной трубой (0,4-0,5 м) с коническим срезом (башмак).
При ударном бурении в неустойчивых грунтах крепление скважин должно производиться одновременно с разработкой грунтов, при этом башмак обсадной колонны должен опережать забой скважины не менее чем на 0,5 м.
При опускании в незакрепленную скважину колонны обсадных труб зазор между ними и грунтом в зависимости от геологического разреза, типоразмеров породоразрушающего инструмента, высоты незакрепленного участка скважины и способа цементирования затрубного пространства (при необходимости в нем) принимается:
при диаметре труб до 700 мм 80-100 мм
» » » более 700 мм 100-150 »
Конечный диаметр бурения скважин для сквозных фильтров должен назначаться с учетом размещения в скважине прибора для определения координат ее забоя.
В скважинах, предназначенных для установки в них насосов с трансмиссионным валом, отклонение от вертикали не должно превышать 0,005 от глубины скважины.
Колонны обсадных труб для временного закрепления стенок скважины, не предусмотренные на период ее работы в водопонизительной системе, должны извлекаться. В колоннах обсадных труб, предусмотренных проектом для оставления в грунте на период эксплуатации скважины, должна извлекаться их свободная часть. При этом верхний обрез обсадной трубы, остающейся в скважине, должен находиться выше башмака предыдущей колонны не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем на 5 м при большей глубине скважины; кольцевой зазор между оставшейся частью колонны и предыдущей колонной обсадных труб должен быть зацементирован (так же, как и все затрубное пространство остающейся трубы) или заделан сальником.
Цементирование затрубного пространства остающихся в грунте обсадных труб при вращательном бурении производится при помощи центрального става бурильных труб с цементировочной головкой или через заливочные трубки, опущенные в затрубное пространство.
Для цементирования применяется тампонажный цемент (ГОСТ 1581-78) плотностью от 3,05 до 3,2 г/см3.
Водоцементное отношение (В/Ц) цементных растворов принимается в пределах 0,4-0,5. Для ускорения схватывания цементного раствора применяются добавки специальных ускорителей в количестве 1-2 % от массы сухого цемента.
В случае агрессивности подземных вод по отношению к цементному камню для цементирования обсадных колонн применяются специальные химически стойкие цементы.
При значительных объемах работ приготовление цементного раствора и цементирование обсадных колонн производится с помощью цементосмесительных машин и цементировочных агрегатов, а при небольших объемах с помощью глиномешалок и насосов буровых установок.
4.45. Гидравлическое погружение в грунт обсадных и непосредственно фильтровых колонн применяется в песках, в том числе и гравелистых, и в супесях.
Эффективность подмыва в сильно поглощающих воду гравелистых грунтах увеличивается, если к воде, размывающей грунт, добавляется сжатый воздух.
Область применения подмыва расширяется, если оборудовать погружаемую колонну разрушающим грунт наконечником и сочетать подмыв с ударным и вращательным действием, подъемом, свободным спуском и вращением труб. В этом случае возможно проходить и более тяжелые грунты. Еще более эффективно сочетание подмыва с вибрационным действием.
Вибропогружение возможно сочетать с удалением грунта из полости погружаемой колонны с помощью эрлифта.
4.46. Обсадные трубы, на которых монтируется оголовок скважины, должны иметь превышение над поверхностью земли не менее чем на 500 мм.
Сквозные фильтры в своей нижней части оборудуются выпуском с задвижкой.
4.47. Выбор способа бурения, бурового оборудования и временного крепления указанных в п. 4.37 типов водопонизительных скважин производится с учетом вышеприведенных рекомендаций и в зависимости от местных гидрогеологических условий и требований проекта.
4.48. Бурение горизонтальных скважин на откосах котлованов целесообразно производить гидравлическим способом с одновременным задавливанием фильтровой колонны с помощью специальных станков (см. рис. 35).
Горизонтальные лучевые скважины выполняются задавливанием при помощи гидродомкратов (допускается с вращением) звеньев фильтровых или обсадных труб с одновременным удалением грунта из забойной части скважины. Грунт в виде шлама поступает в отверстия буровой головки, которой оборудуется первое звено труб.
Рис. 41. Схемы устройства горизонтальных скважин
а - вдавливание фильтра с удалением грунта перед забоем под действием гидростатического напора; б - то же, с применением обсадных труб; в - вдавливание фильтра под защитой обсадных труб с размывом грунта на забое и устройством песчано-гравийной обсыпки гидравлическим способом; г - вдавливание фильтра с толстостенной трубой при размыве грунта в забое
1 - фильтр; 2 - трубы для транспортировки размываемого грунта на забое скважины; 3 - обсадная труба; 4 - труба для гидроразмыва грунта; 5 - песчано-гравийная обсыпка; 6 - толстостенная труба
Помимо этого способа могут применяться вращательные, виброударные и другие виды бурения.
Звенья труб лучевых скважин соединяются между собой при помощи сварки, резьбы или захватов (щеколд). Длина звеньев труб может колебаться от 0,5 до 2,5 м, диаметр - от 50 до 300 мм.
Устройство горизонтальных скважин вдавливанием в грунт фильтров (рис. 41, а) применяется преимущественно в разнозернистых песчано-галечных грунтах крупностью 0,5 ≤ d60 ≤ 50 мм. При этом фильтровые трубы подбираются с учетом их прочности, которая должна быть достаточной для восприятия усилия от домкратов.
Устройство горизонтальных скважин с использованием обсадных труб (рис. 41, б) применяется в мелких песках, супесчаных и суглинистых грунтах. После обсадки скважины и установки в ней фильтров обсадные трубы извлекаются. Этот способ дает возможность в соответствии с тем или иным составом грунта использовать разнообразные фильтры: тонкостенные стальные, в том числе с антикоррозионным покрытием, пластмассовые, асбестоцементные, гончарные, песчано-гравийные, из пористых материалов и т.д. Одной из модификаций данного метода является устройство песчано-гравийного фильтра путем намыва песчано-гравийной массы в кольцевое пространство между обсадной и фильтровой трубами (рис. 41, в).
Для удаления грунта от забоя горизонтальной скважины при задавливании фильтровой колонны внутри нее устанавливается труба, по которой разжиженный грунт стекает в шахтный колодец, откуда он впоследствии удаляется.
Возможно задавливание в грунт толстостенной сплошной трубы, установленной внутри фильтровой колонны (рис. 41, г), при этом внутренняя полость скважины используется для транспортировки грунта.
Устройство скважин может быть выполнено подмывом - подачей в забой по специальной трубе воды под давлением.
Центральный ствол лучевого водозабора сооружается одним из обычных способов, применяемых при строительстве шахт и колодцев.
Количество лучевых гнезд в стенке колодца должно быть в 1,5-2 раза больше расчетного числа лучей на случай замены или устройства дополнительных горизонтальных скважин в целях увеличения эффекта водопонижения.
При резкой неоднородности слоев на участке закладки лучевого водозабора направление, число и длины отдельных лучей должны отвечать требованиям рационального решения поставленной задачи водопонижения. При этом возможно наклонное направление лучевых скважин, которые могут быть восходящими и нисходящими.
4.49. Скважины из подземных выработок бурятся специальными станками, например НКР-100. Они могут устраиваться так в скальных, так и в нескальных грунтах. Неглубокие самоизливающиеся скважины в нескальных грунтах могут выполняться забивкой или задавливанием фильтровой колонны в потолок, стенки или дно горной выработки (забивные фильтры).
4.50. Перед установкой фильтра в пробуренную скважину необходимо очистить ее от шлама, промыть водой и произвести контрольный замер глубины скважины. Фильтры должны быть проверены на отсутствие повреждений.
Расположение фильтров по глубине скважины должно отвечать требованиям проекта и геологическому разрезу, уточненному в процессе бурения водопонизительной скважины. При необходимости изготовления фильтров на месте они должны быть выполнены по проекту, разработанному проектной организацией.
4.51. Однослойная песчано-гравийная обсыпка, как правило, устраивается после установки фильтра в скважину.
При двухслойной обсыпке применяются кожуховые или корзинчатые фильтры, в конструкцию которых входит первый (внутренний) слой обсыпки. Второй (наружный) слон обсыпки устраивается после погружения кожухового или корзинчатого фильтра в скважину.
Кожуховые и корзинчатые фильтры могут быть применены при требовании однослойном обсыпки (см. табл. 9). В этом случае в зоне установки фильтра зазор между ним и стенкой скважины заполняется материалом, по гранулометрическому составу аналогичным примененному в кожуховом или корзинчатом фильтре (см. примеч. табл. 9).
При устройстве обсыпок после установки в скважине фильтра подача песчано-гравийного материала должна производиться равномерно и непрерывно. После очередного подъема трубы над ее нижним краем должен оставаться слой песчано-гравийного материала высотой не менее 0,5 м.
