Горные инженерно-геологические работы

Главным недостатком чисто геологических методов рекогносцировки и съёмки можно считать поверхностное описание инженерно-геологической ситуации. Инженер-геолог лишь мыслью проникает в недра на необходимую для решения основных проектных вопросов глубину. Учитывая сложность геологического строения и ответственность инженерно-геологических заключений, от которых зависит стоимость и надёжность сооружений, такого аналитического проникновения недостаточно. Основание необходимо непосредственно увидеть, взять из него образцы для лабораторных определений характеристик грунтов. Часто необходимо испытать сжимаемость, прочность, водопроницаемость грунтов основания непосредственно на месте их залегания. Всё это требует внедриться в изучаемый массив горных пород. Геология и инженерная геология располагают двумя способами внедрения в массив горных пород. Первый из них горный – проходка шурфов и других горных выработок с поверхности земли на глубину. Второй способ – бурение скважин с поверхности или из горных выработок.

Рассмотрим горный способ внедрения. Главный способ горных работ на инженерных изысканиях – проходка шурфов.

Шурф - это неглубокая горная выработка, выкопанная вручную в дисперсных грунтах. Стандартное сечение шурфа на поверхности земли 1х2м. Шурф имеет примерно вертикальные стенки. Он мало сужается с глубиной. Глубина шурфов чаще всего не более 3м, но иногда проходят шурфы до 10м глубиной и более. Глубина шурфа зависит от ряда факторов. Во-первых, она определяется задачами разведки. Чаще всего нужно изучить разрез на глубину10 и до 20м. На такую глубину шурфы проходить опасно. Устойчивость стенок ограничивает глубину шурфа, не позволяет пройти его на требуемую глубину. Это второй фактор. Иногда шурфы проходят с креплением, но по ряду причин крепление применяют редко. В глинистых, в частности, лёссовых грунтах на глубину до 20 м вместо шурфов проходят дудки, которые отличаются от шурфов круглым сечением при малом диаметре порядка 0,7м. Стенки дудок более устойчивы в силу их формы и размера. В-третьих, глубина шурфа ограничена уровнем подземных вод, так как с отливом проходить шурфы обычно не удаётся.

Шурф удобная для геолога форма вскрытия основания. В него можно спуститься. В стенках его геолог видит сравнительно большую обнаженную площадь нужного ему разреза. Грунты в стенках в ненарушенном состоянии со всеми особенностями их неоднородности. В шурфе он может решить ряд стоящих перед ним задач, а именно: определить перечень вскрытых горных пород и пространственные формы их залегания, взять образцы ненарушенных глинистых грунтов и взять кольцом пески для определения их плотности - важнейшего их классификационного показателя. При наличии подземных вод на забое удаётся определить и глубину залегания подземных вод и взять пробу воды для химического анализа. По пробе воды определяют её агрессивность по отношению к бетону, стали, свинцу, алюминию, как к материалам, используемым в подземных частях сооружений, включая инженерные сети. Шурф также пригоден для проведения полевых испытаний грунтов на сжимаемость, прочность, водопроницаемость.

После окончания проходки шурфа обязательно проводится подробная документация шурфа с зарисовкой стенок в масштабе, с указанием мест отбора образцов грунтов и фотографированием.

В ходе геологической практики студенты проводят полевое определение коэффициента фильтрации наливом воды в шурф и отбирают кольцом пробу песка для определения плотности, выполняют зарисовку шурфа.

Названные принципиальные достоинства шурфа выгодно отличают его от буровой скважины (о скважинах будет сказано ниже). Но в сравнении со скважиной он имеет тот недостаток, что обычно не достигает нужной глубины для полного вскрытия основания. Также шурф требует времени для проходки во много раз больше, чем время проходки скважины. Но у него есть кроме названных ещё одно преимущество. Шурф можно пройти в стесненных условиях подвала или у стены реконструируемого здания со вскрытием фундамента, где не разместить буровой станок. При обследовании зданий шурфы незаменимы. При обследовании небольшого здания площадью порядка 50х10м делают, кроме буровых скважин, 10-12 шурфов со вскрытием фундаментов и отбором проб не только из грунтов, но из материалов фундамента для определения их остаточной прочности.

Кроме шурфов и дудок на изыскания применяются следующие горные выработки: расчистки, закопуши, канавы, шахты и штольни.

Расчистка – снятие на склоне тонкого слоя поверхностных отложений для документации горных пород слагающих склон с отбором образцов для лабораторных анализов грунтов.

Закопуша – снятие на площади порядка 0,25 м² или менее почвы и заглубление в подстилающие грунты но на 0,3-0,5м для для документации подпочвенных отложений.

Канава – выработка типа шурфа, но протяженностью до нескольких десятков и даже сотен метров выполняется для тех же целей, что и шурф при необходимости поиска какого-либо важного элемента геологической структуры, исследуемого массива горных пород, например, зоны дробления тектонического разрыва, поверхности смещения оползня или другого геологического тела, выраженного линией под покровом поверхностных отложений.

Шахта – вертикальная горная выработка, штольня – горизонтальная горная выработка сечением порядка 2х2м проходимая на любую требуемую глубину с креплением, при необходимости со взрывами для исследования структуры и трещиноватости скальных массивов при проектировании гидротехнических, транспортных и другого назначения объектов повышенной ответственности и особо ответственных. Массовое применение этих видов горных разведочных работ сдерживается их очень высокой стоимостью и малой скоростью проходки.

Горными работами на изысканиях должен руководить инженер, имеющий специальную подготовку и право ведения горных работ.