ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ, ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ. БУРЕНИЕ СКВАЖИН
6.6. Бурение скважин должно производиться в строгом соответствии с проектом.
Разбивку осей скважин под замораживающие колонки следует производить от основных осей сооружения. Допустимое отклонение от проекта ±5 см.
Для бурения скважины под замораживающие колонки могут применяться установки ударного и вращательного способов бурения. При вращательном способе бурения с глинистым раствором скважина должна быть ниже глубины замораживания на величину отстоя шлама, но не менее 1 м.
В процессе бурения скважин под замораживающие колонки необходимо принимать меры для предупреждения отклонений скважины от проектного направления установкой кондукторов и соблюдением режима бурения. Максимальные отклонения скважин, а, устанавливаются проектом, но не должны превышать:
для вертикальных скважин глубиной до 50 м - 1 % их глубины H;
при глубине свыше 50 м по формуле a = 0,5 + 0,002H;
для наклонных - 2 %.
Замер кривизны производится через каждые 30 м. При глубине скважин до 50 м для измерения кривизны можно пользоваться теодолитом с эксцентренной трубой, а глубже - инклинометрами ВНИМИ-И-447Д и ВДГ*.
* Николаенко В. Г., Соловьев В. Н. Маркшейдерские работы при сооружении вертикальных стволов. - М.: Недра, 1977.
В случае отклонения скважины от проектного направления свыше допустимого надлежит исправить кривизну с применением кривых переводников или пробурить скважину вновь. Как исключение допускаются к приемке скважины, пробуренные с отклонением от проектного направления, если фактическое положение смежных, также отклонившихся скважин, обеспечит своевременное смыкание и проектную толщину ледогрунтовой стенки.
В проекте может быть предусмотрено бурение дополнительных замораживающих скважин в количестве не более 10 % их общего числа при глубине замораживания до 100 м и не более 20 % при глубине замораживания свыше 100 м, для наклонных - соответственно 20 и 25 %.
Для бурения скважин вращательным способом преимущественно пользуются станками ЗИФ-650А, ТУНБ-150 и др. Эти станки удобны для бурения скважин под любым углом к горизонту.
Для бурения вертикальных замораживающих скважин вращательным способом с промывкой скважин глинистым раствором применяют станки УРБ-ЗАМ, СБУ-150-ЗИВ, ЗИФ-650А, ЗИФ-300М и др.
При бурении вертикальных скважин большое распространение получил станок вращательного бурения со сплошным и кольцевым забоем и промывкой глинистым раствором марки УРБ-ЗАМ (установка разведочного бурения). Технические характеристики станков вращательного бурения приведены в прил. 30 (табл. 1).
Установка УРБ-ЗАМ представляет собой компактный агрегат, основные механизмы которого смонтированы на грузовой автомашине марки МАЗ-200.
6.7. Ударный способ применяют для бурения вертикальных скважин. Грунты в забое скважины при ударном способе бурения разрушаются ударами долота, присоединяемого к бурильным трубам и канатам.
Для бурения замораживающих скважин ударным способом применяют преимущественно станки типа УКС-22М, УКС-30М и др. Техническая характеристика ударно-канатных станков приведена в прил. 30 (табл. 2).
6.8. При бурении замораживающих скважин вид и параметры промывочной жидкости определяются проектом производства работ в зависимости от характеристики пересекаемых пород.
Одним из основных условий для успешного ведения буровых работ является высокое качество глинистого раствора, который должен:
выносить на поверхность разбуренные частицы грунта;
удерживать разбуренные частицы грунта во взвешенном состоянии, препятствуя осаждению их и как следствие прихватку инструмента (бурового снаряда);
глинизировать стенки скважины для поддержания их устойчивости, особенно при прохождении слабых грунтов;
оказывать гидростатическое давление на стенки скважины для предохранения их от обвала;
удерживать гидростатическое давление воды в породах;
охлаждать режущий инструмент;
задерживать выпадение частиц грунта в скважине при остановке циркуляции.
6.9. Глинистый раствор при температуре плюс 15 °С должен иметь следующие свойства:
удельный вес - 1,15-1,25 г/см3 по ареометру;
вязкость - 20-25 с по стандартному полевому вискозиметру типа СПВ-5;
коллоидальность - 95-97 % по градуированному стеклянному цилиндру емкостью 100 см3;
содержание песка не выше 4-5 % по отстойнику Лысенко.
6.10. Для приготовления глинистого раствора используют глиномешалки горизонтальные вместимостью 1-4 м3 и вертикальные вместимостью 0,3-0,7 м3. Частота вращения глиномешалки не должна превышать 35-40 об/мин.
Таблица 41
|
Удельный вес глинистого раствора, г/см3 |
Содержание глины в растворе, % |
Потребное количество на 1 м3 раствора |
|
|
|
|
глины в воздушно-сухом состоянии |
воды, л |
|
1,14 |
20 |
230 |
910 |
|
1,17 |
25 |
290 |
880 |
|
1,2 |
30 |
360 |
840 |
|
1,24 |
35 |
430 |
810 |
|
1,29 |
40 |
520 |
770 |
Соотношение глины и воды на 1 м глинистого раствора указано в табл. 41.
При бурении скважин очень часто используют естественные промывочные жидкости, которые образуются в процессе бурения. При этом возможны два случая: когда перед бурением приготавливают некоторое количество (20-30 м3) промывочной жидкости, которая в процессе бурения обогащается разбуренной породой и дальнейшее бурение осуществляется на естественном растворе, и когда в верхней части геологического разреза залегают глины.
В последнем случае бурение начинается на воде, а промывочная жидкость образуется в процессе бурения.
Применение бурения на естественных промывочных жидкостях обусловливается наличием в геологическом разрезе значительных пластов глин, суглинков, глинистых мергелей, глинистых сланцев и других им подобных пород.
Важным требованием при бурении с естественными промывочными жидкостями является обеспечение хорошего контроля за их качеством и осуществление при необходимости регулировки свойств промывочной жидкости добавлением в нее воды и обработкой химреагентами.
Кроме того, в процессе и после окончания бурения необходимо следить за состоянием каждой скважины.
Если стенки скважины устойчивы, не обрушаются и спуск труб замораживающей колонки на проектную глубину проходит нормально, без остановок (что возможно при качественной глинистой корке), то состав жидкости является приемлемым.
В противном случае необходимо срочно принимать меры по улучшению качества промывочной жидкости обработкой ее химреагентами или заменой на искусственную жидкость из хороших глин.
6.11. Скважины разбивают по контуру выработки (окружности или прямоугольнику). Для создания правильного направления при бурении скважин в устье каждой скважины устанавливают и надежно закрепляют в грунте направляющие трубы-кондукторы. Все работы должны производиться под наблюдением геодезиста (маркшейдера).
6.12. Скорость восходящего потока глинистого раствора принимают в пределах 0,3-0,5 м/с и более в зависимости от увеличения скорости бурения. Количество глинистого раствора, требуемого при бурении скважин, определяется проектом.
6.13. При бурении скважин следует руководствоваться Производственной инструкцией по безопасным методам работ для рабочих, обслуживающих буровые установки при бурении замораживающих и технических скважин (М.: Изд-во Шахтспецстроя, 1976).
Производство работ по бурению скважин должно осуществляться в соответствии с геолого-техническим нарядом, а его отработка выполняется на первых 3-5 скважинах.
ЗАМОРАЖИВАЮЩИЕ КОЛОНКИ И ИХ МОНТАЖ
6.14. По окончании бурения скважины следует немедленно погружать замораживающую колонку. В скважинах, пробуренных с обсадными трубами, извлечение последних необходимо производить после опускания замораживающих колонок.
Тип труб и конструкция замораживающих колонок должны быть определены проектом.
6.15. После маркшейдерского определения глубины скважины и подтверждения того, что искривление скважины не превышает допустимой величины, приступают к монтажу и опусканию колонок в скважины.
Каждую трубу замораживающей колонки перед спуском в скважину необходимо проверить, нет ли в ней каких-либо дефектов, а также очистить внутреннюю поверхность от грязи.
Каждое соединение труб обязательно подвергается опрессовке.
6.16. Порядок опускания и монтажа замораживающих колонок следующий - в скважину опускают первое звено труб, имеющее на нижнем конце башмак, на верхнем конце трубы под муфтой закрепляют хомут, который после опускания первого звена опирается на кондуктор. К первому звену с помощью муфты, навинчиваемой на резьбовой смазке Р-2, присоединяют следующее звено.
6.17. Трубы следует соединять на полную длину резьбы, с тем чтобы их торцы соприкасались. Затем к свободному концу трубы присоединяют переходную муфту, а к ней ручной пресс и колонку наполняют водой. Давление воды должно быть доведено до 2,5 МПа (25 ат) и не должно падать в течение 5 мин. В зимний период для испытаний колонки применяют 10 %-ный водный раствор хлористого кальция.
6.18. После опрессовки тщательно осматривают соединения. Если осмотр показал полную водонепроницаемость соединения, то пресс отключают и проверенное звено опускают в скважину.
Указанный процесс монтажа и испытания производится при опускании каждого следующего звена труб.
6.19. Контрольный осмотр соединений труб выполняет сменный инженер (или механик), который дает разрешение бригаде монтажников опускать очередное звено труб.
Результаты опрессовки соединений труб заносят в специальный журнал и паспорт данной колонки.
6.20. Несмотря на предварительную опрессовку соединений, во время спуска колонки в скважину могут произойти частичные ее нарушения. Поэтому после опускания колонки производят еще одно испытание на водонепроницаемость соединений.
С этой целью после сборки колонку заливают водой на полную ее глубину (в зимнее время - 10 %-ным раствором хлористого кальция). Уровень жидкости в колонке замеряет маркшейдер, чтобы жидкость не испарилась, колонку плотно закрывают деревянной пробкой и обмазывают глиной. Замер колебаний уровня жидкости в колонке производят ежедневно в течение трех суток. Все замеры фиксируют в специальном журнале и паспорте. Если уровень жидкости в колонке в течение трех суток снизился более чем на 3 мм на каждые 50 м глубины, то колонку извлекают из скважины и опускают ее после вторичной опрессовки.
6.21. Гидрологические и термометрические скважины бурят тем же способом, что и скважины для замораживания. Гидрологическую скважину используют для контроля за процессом смыкания отдельных ледогрунтовых цилиндров в замкнутое ограждение.
В процессе промерзания водоносных грунтов объем льда увеличивается на 9 %, вода, находящаяся в грунтах замкнутого пространства, начинает вытесняться, вследствие чего уровень воды в гидрологической скважине поднимается, что свидетельствует о смыкании ледогрунтового ограждения.
Конструкция гидрологической скважины определяется проектом.
В термометрическую скважину опускают трубу с конусом и соединение последующего звена испытывают на водонепроницаемость аналогично замораживающей колонке.
На буровые работы и работы по опусканию и испытанию замораживающих колонок составляются паспорта скважин и замораживающих колонок (см. прил. 31).
ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ИХ МОНТАЖ
6.22. Для искусственного замораживания грунтов применяют холодильные установки с использованием в качестве хладагента преимущественно аммиак. При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается использовать фреон и жидкий азот.
Холодильная установка должна быть снабжена контрольно-измерительными приборами, в том числе мановакуумметрами, термометрами, дистанционными указателями уровня хладагента и холодоносителя, предохранительными клапанами.
При монтаже трубопроводов нагнетательные линии должны иметь уклон 1-2 % в сторону конденсатора, а всасывающие линии - уклон 0,5 % в сторону испарителей.
6.23. В процессе монтажа холодильной установки должно быть проведено индивидуальное гидравлическое или пневматическое испытание устанавливаемых аппаратов с освидетельствованием и регистрацией их в соответствии с правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
6.24. Совокупность холодильной машины и вспомогательного оборудования и устройств, предназначенных для искусственного замораживания грунтов, представляет собой холодильную установку.
В холодильной промышленности применяют аммиачные, фреоновые и другие установки в зависимости от используемого хладагента.
Для искусственного замораживания грунтов при сооружении фундаментов, коллекторов и др. подземных сооружений пользуются преимущественно аммиачными холодильными установками, так как необходимая температура охлаждения рассола часто не превышает минус 20-25 °С. В особых случаях применяют низкотемпературное замораживание до температуры минус 40-45 °С.
6.25. Холодильная машина состоит из компрессора, испарителя, конденсатора и регулирующего вентиля.
Схема работы холодильной установки представлена на рис. 70.
По трубе «а» из конденсатора течет жидкий аммиак, имеющий высокое давление (обычно 0,8-1,2 МПа) и температуру 20-30 °С после прохода через узкое отверстие регулирующего вентиля давление аммиака снижается до 0,15-0,2 МПа и он попадает в испаритель, где за счет теплопритока от рассола кипит при низкой температуре (-20 - -25 °С), а рассол охлаждается.
