Что такое шурф? Параметры и назначение шурфов. Шурфы - что это такое? Устройство шурфов Техническое обследование плитного и столбчато-ленточного фундамента

Разведочные выработки проходят для выяснения геологического строения и гидрогеологических условий участка, предназначенного под строительство, установления типа и состояния пород, отбора образцов пород и проб подземных вод.

К главнейшим разведочным выработкам относят расчистки, канавы, штольни, шурфы и буровые скважины.

Расчистки, канавы и штольни относят к горизонтальным выработкам. При слабонаклонном и горизонтальном залегании слоев прокладывают шурфы и буровые скважины.

Расчистки – выработки, применяемые для снятия слоя рыхлого делювия или элювия с наклонных поверхностей естественных обнажений.

Канавы – узкие (до 0,8 м) и неглубокие (до 2 м) выработки, выполняемые вручную или с помощью техники с целью обнажения коренных пород.

Штольни – подземные горизонтальные выработки, закладываемые на склонах и вскрывающие толщи горных пород в глубине массива. Стены штольни, как правило, крепятся.

Шурфы – колодцеобразные вертикальные выработки прямоугольного (или квадратного) сечения. Шурф круглого сечения называют «дудкой». Проходку дудок легче механизировать, но по прямоугольным шурфам проще и точнее определить положение пласта в пространстве.

Шурфы помогают детально изучать геологическое строение участка, производить отбор любых по-размеруобразцов с сохранением их структуры и природной влажности. Недостатком является высокая стоимость и трудоемкость работ по отрывке шурфов, особенно в водонасыщенных грунтах. Следует отметить, что за последнее время появились специальные шурфокопательные машины, позволяющие проходить шурфы круглого сечения, например машина КШК-30, позволяющая выполнять выработки диаметром до 1,3 м и глубиной до 30 м.

Размер шурфов в плане зависит от их предполагаемой глубины. Диаметр дудок обычно не превышает 1 м.

Проходку шурфов производят путем углубления забоя и выброса грунта на поверхность вначале лопатой, далее с помощь простых подъемных механизмов. По мере углубления стенки шурфов необходимо укреплять, в противном случае, возможно их обрушение.

Характер и способ крепления зависит от устойчивости пород. Если дудки стремятся проходить в устойчивых горных породах и для них крепление обычно не требуется, то для прямоугольных шурфов в сыпучих грунтах применяют забивное крепление, в слабых грунтах при отсутствии воды (или слабом притоке) – распорное и в водонасыщенных грунтах или шурфах большой глубины – срубовое крепление.

По мере прохождения шурфа непрерывно ведут документацию – в шурфовой журнал записывают данные о вскрываемых породах, условия их залегания, появления грунтовых вод; производят отбор образцов. По всем четырем стенкам и дну делают зарисовку и составляют развертку шурфа. Это позволяет более точно определить мощность слоев и элементы их залегания.

По окончании разведывательных работ шурфы тщательно засыпают, грунт утрамбовывают, а поверхность земли выравнивают.

Буровы скважины представляют собой круглые вертикальные или наклонные выработки малого диаметра, выполняемые специальным буровым инструментом. В буровых скважинах различают устье, стенки и забой.

Бурение является одним из важнейших видов разведовательных работ, применяется в основном для исследования горизонтальных илипологопадающих пластов. С помощь бурения выясняют состав, свойства, состояние грунтов, условия их залегания. Вся эта работа основывается на исследовании образцов пород, которые непрерывно извлекаются из скважины по мере ее углубления в процессе бурения. В зависимости от способа бурения и состава пород образцы могут быть ненарушенной или нарушенной структуры. Образцы, полученные бурением, получили название керна.

К преимуществам бурения относятся: скорость выполнения скважин, возможность достижения больших глубин, высокую механизацию производства работ, мобильность буровых установок. Бурение имеет свои недостатки: малый диаметр скважин не позволяет проводить осмотр стенок, размер образцов ограничивается диаметром скважины, по одной скважине нельзя определить элементы залегания слоев.

При инженерно-геологических исследованиях применяют следующие виды бурения скважин: ручное ударно-вращательное, вращательное колонковое, вибрационное, шнековое. Во всех случаях бурение производится буровым наконечником (буром), который, соединяясь с бурильными трубами (штангами), создает буровой снаряд. Удары или вращение этого снаряда или то и другое вместе осуществляют буровыми станками, приводимыми в действие различными двигателями (механическое бурение), либо ручным бурением. Последний способ применяют в малопрочных породах и при мелком бурении.

Тип бурового наконечника зависит от прочности и особенностей породы. Так, например, для проходки скальных пород используют долота и коронки. Долотом дробят породу, ее извлекают на поверхность в виде щебня. С помощью коронок с зачеканенными в них зубьями из твердых сплавов в забое скважин вырабатывается кольцевой зазор, и образец получает форму цилиндра. В более мягких породах ту же работу выполняет пустотелый зубчатый цилиндр длиной 1-3 м, внутри которого остается порода в виде керна или колонки. Отсюда и название этого вида бурения – вращательное колонковое. В глинистых породах используют наконечники специальной конструкции – грунтоносы, диаметром не менее 100-125 мм. Это дает возможность получать образцы грунта с ненарушенной структурой в виде монолитов.

В последние годы тали применять вибрационный метод бурения, т.е. бурение с использованием вибратора для погружения бурового снаряда в породу забоя. При помощи вибро-бура можно проходит насыпные грунты, мягкие глинистые мергели и многие другие осадочные породы, но следует помнить, что глинистые грунты при этом меняют свое физическое состояние. При вибробурении невозможно зафиксировать уровень грунтовых вод.

Шнековое бурение. Шнеки – особые штанги, на поверхности которых навита стальная спираль. Шнеки соединяются в буровой снаряд, образуя непрерывный винтовой транспортер для извлечения грунта из скважины.

Разрушение забоя и подъем грунта на поверхность происходит одновременно. Этот вид бурения позволяет проходить скважины диаметром от 150 до 1500 мм.

Шнековое бурение применимо только в некоторых рыхлых породах, например типа лессовых суглинков, Этот способ отличается большой скоростью проходки, но имеет ряд недостатков: трудно определить границы различных слоев, установить уровень грунтовых вод, образцы имеют нарушенную структуру.

Проходка скважин в слабых и водонасыщенных породах затруднительна вследствие обваливания и оплывания стенок. Для их крепления применяют стальные обсадные трубы, которые опускают в скважины, после чего продолжают бурение наконечником уже меньшего диаметра.

Документация бурения осуществляется путем ведения бурого журнала, куда вносят все данные по проходке скважин и отбору образцов. Составляется буровая колонка скважины в масштабе от 1:100 до 1:500.

После завершения буровых работ устье скважины засыпается грунтом с уплотнением.

Метод шурфования для определения местоположения подземных коммуникаций осуществляется:

а) в местах, где определение подземных коммуникаций с помощью трубокабелеискателей невозможно;

б) в целях контроля данных, полученных электрометодами;

в) для уточнения и дополнения имеющихся учетных материалов и для проверки их качества.

Метод шурфования является очень трудоемким, дорогостоящим, поэтому применяют его лишь в крайних случаях, когда другие методы применить невозможно.

Места закладки шурфов намечаются только после тщательного изучения материалов на имеющиеся подземные сети и опроса технического персонала организаций, эксплуатирующих эти сети. Количество и выбор мест закладки шурфов должны быть такими, чтобы имелась полная возможность определения местоположения подземных коммуникаций. Шурфы располагают, как правило, поперек проезжей части и тротуаров в виде коротких траншей.

Места шурфовых работ на городских территориях должны быть предварительно согласованы с автоинспекцией и дорожно-мостовыми управлениями. Проходка шурфов выполняется только эксплуатирующими организациями.

Вскрытие подземных коммуникаций шурфами ведут так, чтобы исключить задержки движения транспорта. Сначала шурф роют от домов до середины проезжей части улицы и производят съемку вскрытых подземных коммуникаций, затем эту часть шурфа засыпают и разрабатывают его на остальной части поперечника. При одновременном отрытии шурфа на всем поперечнике должны быть устроены специальные мосты для передвижения транспорта и пешеходов. Контур шурфа закрепляют колышками, между которыми натягивают шнур, определяющий место разработки шурфа. После производства съемок шурфы немедленно засыпают.

На городских улицах шурфы закладываются с отвесными стенками, за пределами города допускается проходка шурфов с откосами.

В результате обследования шурфа должны быть выявлены повороты, вводы, пересечения подземных сетей и их основные технические характеристики. Назначение и вид вскрытых подземных коммуникаций обязательно устанавливаются представителями эксплуатирующих организаций.

Подземные сети, отрытые в шурфе, нумеруются от фасада здания, начиная с первого номера. Рядом с зарисовкой в абрисе расположения всех коммуникаций, обнаруженных в шурфе, дают их подробное описание и записывают наружные диаметры и размеры сечений.

При глубине заложения прокладки больше 1 м положение ее на поверхности фиксируют с помощью отвесов или реек для последующей привязки к твердым контурам или точкам съемочной сети.

Особое внимание при вскрытии подземных коммуникаций шурфами должно быть уделено соблюдению требований техники безопасности, изложенных в прил. 5.

Глава IV

СЪЕМКА СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Съемка подземных коммуникаций производится на вновь созданной или имеющейся планово-высотной геодезической основе.

Планово-высотной геодезической основой служит опорная геодезическая сеть, состоящая из пунктов триангуляции, полигонометрии, нивелирования, и съемочное обоснование. При недостаточной густоте опорной геодезической сети ее построение производится в соответствии с требованиями «Инструкции, по топографической съемке в масштабах 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000 и 1: 500», приведенными в табл. 8.

ТЕОДОЛИТНЫЕ ХОДЫ

Относительные невязки в теодолитных ходах не должны быть более 1: 2000, а абсолютные не должны превышать: на застроенной территории 0,25 м, на незастроенной - 0,4 м.

Максимальные длины теодолитных ходов не должны быть более 0,6 км на застроенной территории.

Удаленность узловых точек от пунктов триангуляции или полигонометрии 0,4-0,5 км.

При съемке в масштабе 1: 500 и 1: 1000 допускаются висячие ходы длиной не более: на незастроенной территории - 150 м при двух точках поворота, на застроенной - 150 м при масштабе 1: 1000 и 100 м - при масштабе 1: 500 при трех точках поворота.

Длина линий в теодолитных ходах должна быть не более 350м и не менее 20 м на застроенной и 40 м на незастроенной территориях.

Измерение линий обязательно производится в прямом и обратном направлениях. Линии измеряются оптическими дальномерами, стальными лентами и рулетками, причем мерные ленты и рулетки должны быть прокомпарированы, а у дальномеров определены их коэффициенты.

Углы в теодолитных ходах измеряются одним полным приемом с перестановкой лимба между полуприемами на величину, близкую к 90°. Угловые невязки в замкнутых полигонах и разомкнутых ходах не должны быть более величины, подсчитанной по формуле

n- число углов в полигоне или ходе.

Ходы, прокладываемые для съемочной основы, могут быть:

а) разомкнутыми, т. е. опирающимися своими концами на твердые точки;

б) с узловыми точками.

Для угловых измерений возможно использование теодолитов Т15, Т20, ТЗО и равноточных им

Таблица 8

МИКРОТРИАНГУЛЯЦИЯ

На местности, пересеченной и не удобной для линейных измерений, вместо теодолитных ходов съемочное обоснование может осуществляться построением микротриангуляции.

Микротриангуляция строится в виде треугольников, геодезических четырехугольников, центральных систем, а также цепочками треугольников, проложенными между двумя сторонами или двумя пунктами опорной геодезической сети.

Между базисами допускается построение не более 10 треугольников. В самостоятельной сети треугольников базисы измеряются в прямом и обратном направлениях с относительной ошибкой измерения не более 1: 10 000. Углы в сетях должны быть не менее 20°, а длины сторон - не менее 150 м.

Измерение углов в треугольниках и подсчеты допустимых ошибок осуществляются так же, как и в теодолитных ходах.

ВЫСОТНАЯ ОСНОВА

Определение отметок пунктов планового обоснования производится нивелированием.

При нивелировании возможно использование следующих инструментов: нивелиров, оптических теодолитов и теодолитов с уровнем при вертикальном круге. Целесообразно использовать современные нивелиры с самоустанавливающейея линией визирования.

Нивелирование производится отдельными ходами, системой ходов и замкнутыми полигонами между марками и реперами III и IV класса.

Невязки в полигонах или, ходах не должны превышать величины ±50 мм, а при значительных уклонах местности эти невязки будут ± 10 мм, где L - число км в ходе или полигоне, п - число станций.

Длины ходов допускаются: на застроенной территории не более 1, а на незастроенной территории - не более 1,5 км.

Подробное описание работ по созданию планово-высотного съемочного обоснования дано в «Руководстве по топографическим съемкам в масштабах 1: 5000, 1:2000, 1:1000 и 1: 500». Плановые геодезические и съемочные сети.

ПЛАНОВО-ВЫСОТНАЯ СЪЕМКА ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИИ

Съемку существующих подземных коммуникаций выполняют в масштабах 1: 5000, 1_: 2000, 1:1000 и 1:500. Выбор масштаба съемки определяется техническими инструкциями и СНиП в зависимости от вида и стадии проектирования, характера застройки и густоты действующих подземных сетей.

Плановой съемке подземных сетей подлежат: ось коммуникаций, колодцы, камеры, компенсаторы, коверы, сифоны, контрольные трубки, гидранты, углы поворота, места расположения клапанов

контрольно-измерительной аппаратуры, места присоединений и выпусков, вводы и места подключений, распределительные шкафы, трансформаторные подстанции, киоски.

При размещении подземных коммуникаций в блоках и туннелях снимается только одна сторона их, другая наносится по данным промеров. При съемке кабелей в пучках промеры производят до крайних кабелей.

Съемка подземных коммуникаций может производиться или совместно с топографической съемкой данного участка или самостоятельно при наличии готового топографического плана. При использовании готовых топографических планов производят полевую корректуру: сличение плана с ситуацией на местности, контрольные промеры и досъемку. Если поправок и досъемок предвидится более 50% содержания плана, то его вместо корректирования следует снять заново.

В зависимости от площади застройки, плотности строений и степени благоустройства съемка может быть площадная или выполняться узкой полосой вдоль трассы. Полоса съемки должна быть не менее 20 м от оси коммуникации или специально устанавливаться заданием. Съемка зоны размещения подземных коммуникаций, выполняемая обычно в масштабе 1:500 (1:1000) и редко 1: 200, состоит из детальной съемки фасадов (по улицам и проездам), дворов (внутриквартальная съемка) и всех выходов подземных коммуникаций.

Плановое положение подземных коммуникаций и относящихся к ним элементов может быть определено на незастроенной территории от точек съемочного обоснования или пунктов опорной геодезической сети, на застроенной территории-от четко выраженных контуров капитальной застройки, от точек опорной геодезической сети и съемочного обоснования.

Планово-высотная съемка подземных коммуникаций включает в себя следующие работы:

съемку выходов подземных коммуникаций;

съемку сетей, выявленных с помощью трубокабелеискателей;

съемку элементов подземных коммуникаций в шурфах.

Для крупномасштабной съемки подземных коммуникаций могут быть применены аналитический и графо-аналитический методы с использованием следующих основных способов съемки: перпендикуляров, полярного, линейных засечек, створов.

При аналитическом методе съемку (с помощью теодолита, мерной ленты, рулетки, эккера и т. п.) и составление абрисов выполняют непосредственно в поле, а плана - в камеральных условиях.

При графо-аналитическом методе съемка углов кварталов и капитальных зданий, поворотов линии застройки и других основных контуров производится аналитически, а остальных контуров, в том числе и всех выходов подземных коммуникаций,-графически на мензуле.

Съемка выходов подземных коммуникаций производится так же, как и съемка твердых контуров ситуации. При производстве съемки обязательно выдерживаются все требования, установленные «Инструкцией по топографической съемке в масштабах 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000 и 1: 500», 1973 г., в части формы засечек, длин и количества промеров, точности измерений.

При наличии специального задания центры колодцев координируются. В незастроенной территории люки колодцев и камер координируются всегда. Если координирование производится с одного пункта геодезической основы, то обязательно измеряется твердый угол, т. е. производится визирование не менее чем на два смежных пункта геодезической основы, а линии измеряют мерной лентой.

У колодцев с круглой крышкой снимается ее центр, у прямоугольных и квадратных люков и камер снимают два угла и замеряют их длину и ширину. Если прямоугольный люк примыкает к бортовому камню, то снимается один его угол и измеряется длина решетки.

При съемке подземных коммуникаций способом линейных засечек (рис. 82) делают не менее трех линейных промеров от четко выраженных деталей зданий и сооружений. Допустимые расстояния к контурам не должны превышать длины мерного прибора (ленты или рулетки).

При съемке элементов подземных коммуникаций способом перпендикуляров (рис. 83) длину перпендикуляра измеряют металлической рулеткой или лентой.

Длина перпендикуляров не должна превышать:

8 м в масштабе 1:2000;

6 м в масштабе 1: 1000;

4 м в масштабе 1: 500.

При применении эккера длину перпендикуляров можно увеличить до 60 м при съемке в масштабе 1:2000, 40 м при съемке в масштабе 1: 1000, 20 м при съемке в масштабе 1: 500.

Рис. 82. Съемка способом линейных засечек

Рис. 83. Съемка способом перпендикуляров

Перпендикуляры длиной более 4 м подкрепляют линейными засечками длиной не более 20 м. Не следует применять очень короткие перпендикуляры (менее 0,50 м), так как при этом затрудняется накладка ситуации.

Рис.84 Съемка полярным способом

Полярный способ (рис. 84) съемки элементов подземных коммуникаций применяется при значительном удалении коммуникаций от пунктов съемочного обоснования. Линии могут измеряться лентами, стальными рулетками или оптическими дальномерами ДН-10, ДНР-06 и др.

Рис. 85. Съемка способом створов:

а- створ между твердыми точками; б - створ-продолжение

Способ створных промеров (рис. 85) при съемке подземных коммуникаций применяется в основном в населенных пунктах с прямолинейной застройкой. При этом способе положение точки определяют методом перпендикуляров или засечками от линии створа между твердыми точками или на продолжении его. Расстояние от твердых точек до произвольно выбранных на линии створа определяют путем измерений с точностью не ниже 1: 2000. Длина продолженного створа не должна быть более половины расстояния между твердыми точками и не должна превышать 60 м.

Допустимые расстояния от точки стояния до снимаемых точек подземных коммуникаций при измерении лентой или оптическим дальномером составляют:

250 м в масштабе 1:2000;

180 м в масштабе 1:1000;

120 м в масштабе 1:500

Съемка подземных коммуникаций, выявленных с помощью трассоискателей, может производиться всеми известными методами, обеспечивающими точность, достаточную для составления плана горизонтальной съемки застроенных территорий в принятом масштабе, согласно требованиям инструкции.

Съемке скрытых подземных коммуникаций, кроме мест разветвлений и углов поворотов трасс, подлежат точки на прямолинейных участках не реже чем через 50 м.

Съемка подземных коммуникаций должна выполняться одновременно с работой по выявлению их с помощью трассоискателя. Закрепление найденной оси трассы производится только при наличии специального задания или невозможности производить съемку и поиск одновременно.

Данные съемки подземных сетей с помощью трубокабелеискателей сопоставляются с другими сведениями, и все расхождения анализируются. В необходимых случаях производятся вскрытия шурфами или повторные наблюдения.

При съемке подземных коммуникаций в шурфах их оси или края промеряют и привязывают линейными промерами к углам зданий, а в незастроенной территории-к пунктам геодезического обоснования.

В шурфах, открытых сплошной траншеей, делается двойной промер мерной лентой или стальной рулеткой по прямой линии между отмеченными точками на фасадах зданий или точками на линиях геодезического обоснования с фиксированием пересекаемых линий подземных коммуникаций при помощи отвеса. Концы прямой линии привязываются к точкам геодезического обоснования или к точкам опорной застройки.

Все линейные измерения производятся по горизонталям. Если это невозможно по условиям залегания подземных коммуникаций, то предварительно производится вынесение их проекций на поверхность с помощью отвеса или выполняется нивелирование для введения поправок за наклон.

При съемке подземных коммуникаций абрисы ведутся в тетрадях (порядка 10-20 листов) форматом 13X33 см. Бумага должна быть хорошего качества, корешок прочный. Для записей применяются карандаши средней твердости.

При ведении абрисных журналов необходимо придерживаться условных обозначений подземных коммуникаций.

На титульном листе абриса указывают наименование организации, производящей съемку, номер абриса, район и дату начала и конца производства работ, фамилию производителя работ и адрес. Абрис вычерчивают в произвольном масштабе, добиваясь четкости и наглядности чертежа. Надписи и цифры должны легко читаться. Прямые линии вычерчивают по линейке, кривые - тщательно от руки. Ошибочные записи не стирают, а зачеркивают и надписывают верные.

После съемки колодцев производятся контрольные измерения между центрами люков стальной мерной лентой или рулеткой.

Контроль полноты и правильности съемки подземных сетей осуществляется непосредственно в поле. Основными факторами при этом являются наличие необходимых вводов и выводов в здания и сооружения, отсутствие необоснованных изломов у трубопроводов, совпадение с видимым следом коммуникации. Расхождения вновь определенных точек с ранее нанесенной трассой при проведении контрольных измерений не должны превышать 0,4 мм в масштабе составляемого плана и для точек, координаты которых определены аналитически, не более половины диаметра трубопровода (при прокладках трубопроводов диаметром менее 20 см допустимые расхождения 10 см).

Высотная съемка элементов подземных коммуникаций производится с целью определения отметок их заложения.

Исходной высотной геодезической основой для производства вертикальной геодезической съемки служат реперы и марки нивелирования I-IV классов.

Точность построения высотной опорной сети зависит от величины уклона самотечных сетей. Если на территории съемки подземных коммуникаций имеются самотечные линии с уклонами от 0,001 и более, то следует строить нивелирную сеть IV класса. Если величина уклона самотечных линий менее 0,001,.то должна создаваться нивелирная сеть III класса.

Нивелирование элементов подземных коммуникаций напорных и самотечных сетей с уклонами более 0,001 может быть определено с точностью технического нивелирования, а при уклонах менее 0,001 - с точностью нивелирования IV класса.

Нивелирование выходов подземных коммуникаций производится проложением ходов нивелирования от репера к реперу. При густой сети реперов нивелирный ход прокладывать необязательно, в этом случае нивелирование элементов подземных коммуникаций можно производить отдельными станциями, опирающимися на два репера.

Отдельно стоящие колодцы можно занивелировать от ближайшего репера без привязки к другим реперам, если расстояние до репера не превышает 100 м. Нивелирование колодцев, расположенных внутри кварталов, во дворах, производится замкнутым ходом или висячим, проложенным в прямом и обратном направлениях. Нивелированию подлежат обечайки (кольца) люков и поверхность земли (замощение) у всех колодцев. В колодцах водопровода нивелируются верх труб, дно колодца, изломы всех трубопроводов. В колодцах канализации нивелируется дно лотка и колодца. В кабельных колодцах нивелируются входы и выходы кабелей и дно. В камерах теплоснабжения нивелируются дно камеры, верх труб и низ каналов (рис. 86). В местах выпусков нивелируются урез воды и дно водостока, а также определяется его поперечное сечение.

При нивелировке подземных коммуникаций в шурфах до их разработки прокладывают ходы технического нивелирования и устанавливают рабочие реперы, от которых впоследствии ведется нивелирование подземных коммуникаций. В натуре рабочие реперы отмечают белой краской и нумеруют с № 1 в возрастающем порядке по каждой улице. Нивелировка верха подземных сетей в шурфе производится при помощи двусторонней рейки, которая устанавливается на рабочий репер, а затем последовательно - на все подземные сети.

Кроме нивелировки верха подземных сетей, должны быть пронивелированы: цоколи, обрезы фундаментов, деревянные сваи под фундаментом или низ фундамента, если они вскрыты при шурфовых работах, дно шурфа, все характерные точки тротуаров и мостовой, необходимые для построения поперечного профиля улицы.

В процессе нивелирования ведется журнал (прил. 7), в котором записываются номера занивелированных точек аналогично номерам в абрисе или на светокопии топографического плана.

Рис. 86. Нивелируемые точки:

а -колодец с трубами; б -канализационный колодец; в - колодец связи; 1 - земля у колодца; 2 -обечайка (кольцо) колодца; 3-верх трубы; 4 - вход и выход кабелей; 5 -дно колодца; 6 - лоток колодца

Что такое шурф и скважина

Что такое шурф? Отличие от скважины.

Что такое шурф и скважина в геологических изысканиях?

В отличие от шурфов, геологические скважины проделываются специальными буровыми установками, и делаются они для проведения геологических изысканий. Пробурить геологические скважины можно не ближе, чем в 1 метре к строению, поэтому они не подходят для осмотра существующего фундамента. Зато позволяют провести качественные геологические исследования.

Теперь ответим на распространенные вопросы по шурфованию.

Какие размеры шурфа в плане обычно бывают?

Какая должна быть глубина шурфа?

1. Если шурф делается непосредственно возле существующего фундамента, то его делают до подошвы фундамента (там, где фундамент опирается на грунтовое основание). Иногда, для измерения ширины подошвы существующего фундамента шурф выполняют более заглубленным – ниже подошвы фундамента на 10…20 см (Внимание! Заглублять шурф ниже подошвы фундамента можно, только если фундамент имеет удовлетворительное состояние и является достаточно сплоченной, монолитной конструкцией).

2. Если шурф делается перед началом нового строительства, то его выполняют на проектную глубину заложения будущего фундамента.

Необходимо отметить, если шурф делается глубоким в малосвязанных грунтах (например, песчаные грунты), то следует выполнять либо уклоны откосов, либо закреплять грунт деревянными щитами.

В каком месте следует выполнять шурф?

Сколько шурфов выполнять?

Надеюсь, теперь Вы разобрались с понятием шурф и стали лучше понимать строителей.

Каждый кладоискатель, который занимается поиском сокровищ в домах старой постройки, прекрасно знает, что вскрыть напластования земли традиционными методами сложно.

Также строители и ремонтники оснований понимают, что в условиях плотной городской застройки сделать качественный ремонт основания достаточно сложно, ведь неизвестно, какая глубина залегания основания, его тип и размеры, даже толщину порой сложно вычислить. Поэтому, когда нужно сделать обследование фундаментов, рекомендуется использовать технологию шурфования.

В чем суть такой технологии

Когда на здании есть видимые следы повреждения, связанные с разрушением фундамента, тогда нужно определить степень повреждения конструкции и возможности ее ремонта. В таких случаях категорически запрещено использовать бурение скважин, ведь разрушение может продолжаться. В таких случаях копают шурф в нескольких местах.

Шурф – это глубокая круглая яма, которая выкапывается на максимально возможную глубину вдоль внешней или внутренней поверхности фундамента. Когда проводится обследование фундаментов с целью ремонта или реставрации, то таких шурфов может быть около десятка, а иногда еще и больше.

Расположены шурфы симметрично по отношению к поверхности, их в большинстве случаев обустраивают на внешней стороне здания, ведь внутри копать тяжело.

Когда нужно проводить обследование оснований и фундаментов

• При плановом увеличении этажности здания;
• Изменении назначения здания, технического переоснащения производственного здания;
• Капитального или планового ремонта фундамента, связанного с возникновением видимых признаков деформации несущей конструкции;
• При появлении значительных трещин, деформаций и просадок цокольного этажа, а также фасада дома;
• При возникновении просадок, не связанных из сезонными колебаниями почвы;
• При проектировании и старте возведения неподалеку других зданий;
• Если нужно провести реставрационно-восстановительные работы в памятках архитектуры, скульптурах с пьедесталами и прочими аналогичными сооружениями.

В некоторых случаях, для обследования фундаментов и получения готового результата будет достаточно изучения технической документации на здание. Но для старых строений таких проектов просто не найти, ведь их не существует, а строительных архивов тогда не вели.

Но, когда здание дает систематические просадки, ситуация усугубляется, а также нужно проводить реставрацию существующего здания, тогда обследование фундамента делается в полном объеме. И шурфование тут будет оптимальным методом.

Причины деформации и разрушения фундаментов зданий:

• Дождевая вода, которая проникла вглубь фундамента через трещины, поры или поврежденную дренажную систему;
• Агрессивные подземные воды, загрязненные химическими веществами, которые попали вглубь основания с поврежденных канализационных коллекторов;
• Поднятые выше допустимого уровня грунтовые воды;
• Когда были допущены ошибки в проектировании основания, использовались не качественные строительные материалы и изделия, не рассчитанные на расчетные нагрузки;
• Естественное старение строительных материалов, в частности песчаника, известняка и бута;
• Через возникновение сторонней вибрации со стороны новых промышленных и административных сооружений, которая воздействует на фундамент с внешней стороны;
• Смещение грунтовых слоев, прочие причины.

Метод шурфования позволяет четко установить состав основания, его глубину заложения и состав минеральный составляющих. При шурфовании проводится отбор проб грунта и фундамента на различной глубине, проводится визуальный осмотр конструкции и отбираются пробы строительных составов. Нередко приходится полностью вскрывать фундамент с целью обследовать состояние арматурных слоев.

Как правильно устраивать шурфы

Учитывая, что шурф – это вырытая вертикально или под небольшим углом яма, которая полностью открывает поверхность фундамента, то и копать ее нужно правильно.

Места установки углублений подбираются в каждом конкретном случае индивидуально, приоритетными считаются места с четко локализованными повреждениями основания. Также шурфы могут иметь вид длинной траншеи, если нужно обследовать смежные участки ленточного основания.

При выборе места копания не нужно отталкиваться только от удобства работы. Обследование фундаментов должно проводиться в полном объеме независимо от сложности проводимых работ, ведь реконструкция и ремонт оснований всегда проводится в густонаселенных районах с плотной застройкой.

Поэтому, перед началом работ нужно предупредить окружающих, а все такие работы имеют временный характер и уже через несколько дней ямы снова засыпают грунтом.

Обследование оснований и фундаментов несет вынужденный и критичный характер в местах ясно видимых критичных повреждений. Также шурфование проводится:

Также особого внимания требуют участки, где повреждение здания считается критическим. В таких случаях шурфы устанавливают не только в аварийной зоне, но и на соседних участках с целью обнаружить надежные зоны и методом переноса нагрузки уравновесить здание.

Как правило, при реконструкции дома, обследование фундамента делается по всему периметру здания, а вот при возможной надстройке – только в конкретной зоне.

Сколько нужно делать шурфов?

• Количество зависит от степени повреждения фундамента. Если это ленточный или монолитный фундамент, тогда шурфы делают каждых 1 метр или еще ближе. Также всегда выполняют 2-3 контрольных отбора проб в независимых местах, чтобы затем сделать сравнительный анализ состава фундамента и грунта вокруг него.
• Если нужно провести только обследование, тогда делают 2-3 шурфа на каждых 10 метров длины основания.
• При устранении поступления грунтовых вод выкапываются ямы уже в заблаговременно высушенных участках подвала или цокольного этажа. А если проводится углубление подвала, тогда достаточно и одной ямы посередине каждой стены.
• В случаях обнаружения колебаний уровня основания или значительной просадки, шурфы устанавливают двухсторонние, чтобы найти причину просадки.

Все шурфы всегда выкапывают на глубину ниже подошвы основания еще минимум на полметра.

Результаты шурфования могут быть следующими:

• есть данные о глубине заложения подземной части;
• получены габаритные размеры основания;
• с лаборатории поступила информация о состоянии фундамента и степени его прочности;
• наличие дефектов и разрушения;
• класс бетона, марка камня;
• есть данные о состоянии гидроизоляции;
• можно проверить геометрию основания;
• также всегда обнаружится усиление нагрузок на конкретный участок фундамента.

Как нужно вскрывать фундаменты методом шурфования

Учитывая, что одной из стенок шурфа, который используется для обследования оснований, будет внешняя поверхность фундамента, тогда существует три основных варианта их вскрытия:

• двухсторонний – тогда шурф выкапывается по обеих сторонам симметрично и соединяется снизу подошвы. Применяется, если в наличии есть значительные деформационные проседания или при возможности влияния избыточных нагрузок от надстроенных конструкций.
• угловой – яму копают также с обеих сторон, но она не соединяется и имеет небольшой уклон. Глубина в таких случаях может быть не до самого дна подошвы. Его устраивают при одинаковых размерах железобетонного основания и отсутствия влияния осадочных процессов. При обследовании фундаментов промышленных объектов также учитывается равномерность нагрузок от смонтированного оборудования и отсутствие возможности демонтажа.
• периметрический – полное оголение всех поверхностей фундамента с трех сторон, а четвертая может не оголяться. Этот метод используется в критических ситуациях, когда нужно провести полный осмотр основания или грунта. Но вскрытие фундамента, в этом случае, допускается производить не сразу по всему периметру, а только участками, составляющими длину не более полутора метров, иначе может произойти обрушение обследуемой постройки.

Иногда возникает ситуация, когда для небольшого частного дома шурфов используется больше, чем при обследовании огромного промышленного предприятия.

Причина тут кроется в следующем: на обследование в значительной мере влияют конкретные условия проведения анализа и отбора проб, а также предварительные замеры.

Как правило, все это делают профессионалы, поэтому человеческий фактор сведен к минимуму. Бывает, что при первичном отборе проб уже возникают значительные несоответствия конструкции с технической документацией. Поэтому, нужно проводить дополнительное шурфование.

Параметры и способы проходки шурфов. По глубине разведочные шурфы делят на мелкие - до 5 м, средней глубины - от 5 до 10 м, глубокие - более 10 м. В некоторых случаях глубина шурфов достигает 40 м (из глубоких шурфов обычно проходят рассечки). Глубина шурфов определяется не только геологическими условиями, но и стадией разведки - при поисковых работах проходят мелкие шурфы; глубокие шурфы наиболее характерны для детальной разведки.
Более половины шурфов при разведочных работах проходят глубиной до 10 м. С увеличением глубины проходимых шурфов осложняется процесс проходки, повышаются затраты средств, времени и энергии на подъем, вентиляцию, водоотлив и даже крепление. В связи с возможным повышением крепости пород на больших глубинах осложняется и операция отбойки. Следовательно, при проходке глубоких шурфов вопросам совершенствования технологии и механизации работ необходимо уделять особое внимание.
Шурфы проходят прямоугольной или круглой формы поперечного сечения; выбор формы поперечного сечения шурфа производится с учетом физико-механических свойств пород, способа проходки и конструкции крепи.
Наибольшим распространением пользуются шурфы с прямоугольной формой поперечного сечения; рекомендуемые типовые сечения прямоугольных разведочных шурфов представлены на рис. 134. В шурфах с площадью сечения в проходке 2 м2 и более устраивают обычно два отделения - подъемное и лестничное. Площадь сечения шурфа в проходке выбирают преимущественно в зависимости от проектируемой глубины выработки; для шурфов большей глубины принимают большую площадь поперечного сечения в проходке. В общих случаях между этими величинами прослеживается (в пределах изменения глубины от 5 до 20 м) следующая взаимосвязь:

где Sп - площадь.поперечного сечения шурфа в проходке, м2;
Hпр - проектная глубина шурфа, м.
Площади поперечного сечения шурфов, из которых проходят рассечки, принимают несколько большими, обеспечивающими достаточно производительный подъем.
Круглую форму поперечного сечения шурфов выбирают в следующих случаях: при проходке в достаточно устойчивых породах неглубоких шурфов без крапления (называемых иногда «дудками»); при проходке шурфов в рыхлых сыпучих породах с использованием каркасно-опускной крепи; при проходке шурфов буровым способом.

При круглой форме площадь поперечного сечения шурфа используется (вследствие отсутствия углов) более полно, а конструкция крепи, основные элементы которой изготовляют из более прочных, чем дерево, материалов (например, металла), компактны. Поэтому при круглой форме размеры поперечного сечения шурфа могут приниматься меньшими, чем при прямоугольной форме.
Шурфы круглого сечения часто проходят диаметром 0,7-1,35 м, соответственно с чем площадь их поперечного сечения в проходке составляет от 0,4 до 1,5 м2.
При круглом сечении шурф может иметь не только цилиндрическую, но и «ступенчатую» форму - выработка проходится уступами разного диаметра. Диаметр каждого последующего уступа меньше диаметра предыдущего (вышерасположенного). Ступенчатая форма шурфов необходима для установки специального вида крепи - «каркасно-опуокной». Взаимосвязь между площадью поперечного сечения в проходке цилиндрического шурфа Sн и его глубиной Hпр может быть выражена следующей формулой:

При проходке круглых шурфов ступенчатой формы взаимосвязь между средней, максимальной и минимальной площадью поперечного сечения выработки выражается формулой

Зависимость же Scp от Hпр ориентировочно может быть выражена формулой

Среди способов проходки разведочных шурфов представляется целесообразным выделить следующие: с ручной отбойкой пород, с оттайкой и промораживанием пород, с применением буровзрывных работ и способом бурения. Такое разделение способов проходки шурфов позволяет характеризовать их не только в отношении средств выполнения основной производственной операции (разрушения пород), но также определяет в известной степени значение и технологию других основных операций проходческого цикла. Так, например, проходка шурфов с ручной отбойкой, осуществляемая в рыхлых или малосвязных породах, требует особого внимания к операции крепления, проветривание же выработки в известной степени утрачивает свое значение. Проходка сравнительно часто осуществляется с малой степенью механизации.
Весьма специфичен способ проходки шурфов с оттайкой мерзлых или промораживанием талых обводненных пород, включающий операции по изменению теплового режима горных пород с целью изменения их горнотехнологических свойств.
Способ проходки шурфов с буровзрывной отбойкой, применяемый в скальных породах различной крепости, характеризуется многооперационностью проходческого цикла и обычно более высокой степенью механизации. И, наконец, буровой способ, получающий в настоящее время распространение при проходке разведочных шурфов в некрепких породах, характеризуется комплексной механизацией проходческих работ и своеобразием крепления выработки.
Проходка шурфов с ручной отбойкой пород. Ручная отбойка характерна для проходки шурфов в мягких и рыхлых породах; эта операция проста и обычно не является очень трудоемкой. Отбойка осуществляется в основном лопатами и иногда кайлами; в отдельных случаях порода предварительно разрыхляется кирками, ломами или даже отбойными молотками. Сложность и трудоемкость других операций проходческого цикла зависят не только от свойств пород, но в значительной степени и от глубины проходимых шурфов.
Шурфы с ручной отбойкой проходят различной глубины, однако наибольший объем проходческих работ приходится на мелкие шурфы.
При проходке шурфов глубиной до 2,5 м операции погрузки и подъема породы исключаются из проходческого цикла - порода в этом случае выбрасывается из выработки на поверхность.
Крепление мелких шурфов, проходимых в мягких породах, часто не производится; проветривание осуществляется за счет естественной диффузии.
При проходке шурфов на большую глубину в проходческий цикл входят операции подъема породы и крепления выработки, причем последняя оказывает особенно существенное влияние на технологию проходки в рыхлых (сыпучих) породах.
Проходка шурфов в мягких породах. К подготовительным работам относят расчистку от валунов и растительного слоя рабочей площадки, размеры которой определяют с учетом размещения около устья шурфа штабелей выдаваемой из выработки породы и удобства производства работ на поверхности. Затем размечают устье шурфа и по его контуру вынимают породу на глубину до 0,5-1 м. Над устьем шурфа устанавливают проходческую раму, размеры которой в свету равны поперечным размерам шурфа. Концы элементов рамы должны выступать за пределы устья шурфа не менее чем на 0,5 м. После установки рамы начинают проходку шурфа с выкидкой породы на поверхность.
При проходке шурфа до глубины 2 м на проходческой раме монтируют ручной вороток. Подъем породы из шурфа однобадьевой, бадьи небольшой емкости (до 0,04 м3); лестница (как правило, подвесная) служит для спуска и подъема людей. Подъемные установки с механическим приводом применяют в редких случаях. При составлении геологической документации и опробовании, производимых непосредственно в шурфе, выдаваемая на поверхность порода размещается в компактном отвале около устья шурфа.
В тех случаях, когда пробы отбирают из породы, выданной из шурфа, эту породу необходимо отсыпать в отдельные штабеля, называемые иногда «проходками». Выкладка «проходок» по мере углубления шурфа производится последовательно по периметру рабочей площадки.
Шурф обычно крепят после проходки до глубины 3-4 м. Эту часть выработки чаще всего закрепляют сплошной венцовой крепью. Верхние венцы крепи выступают над устьем шурфа на 1 м и оборудуются лядами (рис. 135).
На более значительных глубинах при достаточной устойчивости пород в шурфе вместо сплошной устанавливают венцовую крепь на стойках или реже - подвесную. Над забоем выработки устраивают предохранительный полок. При поступлении в шурф воды ее удаляют, как правило, бадьями.
Проветривание шурфов, как отмечалось выше, осуществляют в основном за счет диффузий. При значительной глубине шурфов для проветривания используют ветровой напор, монтируя над устьем шурфа наклонные щиты или раструбы.
Проходческое звено обычно состоит из трех человек - проходчика и двух воротовщиков. При площади поперечного сечения шурфа более 2 м2 в забое могут одновременно работать два проходчика. В практике геологоразведочных работ проходка шурфов в мягких породах за смену составляет от 1 до 2 м; среднемесячная проходка колеблется в пределах 20-40 м.
При ликвидации шурфы засыпают, крепь в некоторых случаях полностью или частично извлекают, но чаще оставляют в выработке.

Проходка шурфов в рыхлых сыпучих породах. Существенное отличие технологии проходки шурфов в несвязных сыпучих породах, не допускающих более или менее значительных вертикальных обнажений, заключается в особенностях выполнения операции крепления выработки и конструкций крепи.
Характерной спецификой проходческих работ является применение каркасно-опускной крепи. Способ проходки шурфов с каркасно-опускной крепью (рис. 136) получил наибольшее распространение при разведке гравийных и валунно-галечных месторождений.
Конструкция крепи позволяет проходить шурфы круглого сечения уступами высотой 2-4 м; каждый уступ крепят в процессе его проходки. До начала проходки шурфа задаются его глубиной Hпр, исходя из которой с учетом выбранных параметров уступов определяют диаметр верхнего уступа (устья шурфа) по формуле

где dу - диаметр нижнего уступа, принимаемый обычно равным 0,8-1,1 м;
а" - разница диаметров смежных уступов, определяемая в зависимости от конструктивных особенностей крепи (0,2-0,3 м);
ny = Hпр/hу - число уступов в проектируемом шурфе (hy - высота уступа, принимаемая равной 2-4 м).
Придание шурфу ступенчатой формы приводит к довольно значительному увеличению его объема по сравнению с цилиндрическим шурфом.
В табл. 42 приведено сопоставление объемов шурфов цилиндрической и ступенчатой формы; расчеты выполнены при dy=1 м (диаметр цилиндрического шурфа принят равным dy); hу = 3 м и а" = 0,2 м.
После разметки на рабочей площадке контура устья шурфа устанавливают проходческую раму и монтируют деревянный или металлический копёр, оборудованный воротком и лебедкой для спуска и подъема каркасов (рис. 137).

Диаметр устья шурфа должен превышать наружный диаметр первого каркаса крепи на 10-20 см. Породу, отделяемую от забоя лопатами, выбрасывают на поверхность; выемку продолжают до предельной глубины, обеспечивающей устойчивость стенок шурфа. Затем в шурф с помощью лебедки опускают каркас, по внешнему периметру которого устанавливают доски (опалубку). Проходку шурфа на глубину первого уступа осуществляют с одновременным осаживанием каркаса и опалубки. После проходки первого уступа пространство между стенками шурфа и опалубкой забутовывают; каркас с помощью стяжек крепят к проходческой раме.
Операции проходки второго и следующих уступов шурфа осуществляют в такой же последовательности: намечают контур уступа, производят частичную выемку породы по высоте уступа, в углубление устанавливают каркас и вокруг него выкладывают опалубку, углубляют уступ, осаживая каркас кувалдой.
Применение каркасно-опускной крепи снижает трудоемкость крепления и затраты на проходку выработки, а также обеспечивает более высокую безопасность работ.

При проходке шурфов с каркасно-опускной крепью в Северо-Западном геологическом управлении достигнуты значительная экономия в расходе материалов и увеличение темпов проводки шурфов по сравнению с проходкой в таких же условиях шурфов CO сплошной венцовой крепью. Среднемесячная скорость проходки шурфов с каркасноопускной крепостью составляет 25-35 м.
Проходка шурфов с оттаиванием или промораживанием пород. При проходке шурфов в мерзлой толще осадочных пород операция отбойки становится трудоемкой в связи со значительной крепостью пород в мерзлом состоянии. Естественное или искусственное оттаивание мерзлых пород позволяет снизить трудоемкость отбойки, сводя эту операцию к ручной погрузке мягких пород в бадью. Естественное оттаивание породы, осуществляемое под влиянием солнечной радиации, является длительным процессом и может иметь практическое значение лишь при проходке в летний период значительного количества мелких шурфов, располагаемых по густой сетке. Искусственное оттаивание осуществляется «пожогом», бутом и паром.
Оттаивание пожогом применяют при проходке поисковых или разведочных шурфов в лесных местностях. Шурфы, как правило, проходят зимой, так как в теплое время года выработки затопляются грунтовыми водами. Оттаивание породы достигается при разведении непосредственно на забое шурфа костра (пожога). На один пожог расходуется от 0,2 до 0,35 м3 дров. Глубина оттаивания в зависимости от качества топлива и свойств пород составляет от 0,2 до 0,4 м. Средний расход дров составляет 0,4-0,5 м3 на 1 м3 пород. При сжигании топлива оттаивают и стенки шурфа, теряя свою устойчивость. Вследствие этого неизбежны увеличение поперечного сечения выработки, а также дополнительные работы по уборке вывалившейся из стенок породы и креплению шурфа. При значительной льдистости пород в забое скапливается вода, вследствие чего часть топлива не сгорает. С углублением шурфа недостаточно эффективная циркуляция воздуха снижает интенсивность сгорания топлива. Уборка породы может производиться после тщательного проветривания шурфа, оборки оттаявших стенок и крепления выработок.
Бутовое оттаивание заключается в следующем: камни округлой формы (бут, размер поперечного сечения 8-10 см) нагревают на поверхности в кострах, раскладываемых около устья шурфа, до температуры 200-300 °C. Суммарный объем бута в зависимости от сечения шурфа составляет от 0,5 до 1 м3. В центре забоя шурфа устраивают углубление, в него сбрасывают или складывают накаленные камни и перекрывают слоем мха для уменьшения тепловых потерь. После оттаивания, продолжающегося несколько часов, мох и бут удаляют из выработки и оттаявший слой породы мощностью 0,15-0,3 м грузят в бадью. Расход дров, идущих на нагрев бута, составляет от 0,2 м3 и более на 1 м3 пород. При бутовом оттаивании нет необходимости в искусственном проветривании шурфа, стенки выработки сохраняют устойчивость и могут не закрепляться.
Паровое оттаивание характеризуется более высокой эффективностью и может быть рекомендовано при большом объеме шурфопроходческих работ, однако в практике разведки месторождений она применяется редко. Для организации парового оттаивания необходимо следующее оборудование: паровой котел, паропровод с распределительным устройством, резиновые шланги и пустотелые буры (рис. 138). Операция парового оттаивания заключается в том, что в забой шурфа забивают на глубину 0,15-0,2 м пустотелые буры и в них подают пар. По мере оттаивания породы буры молотом загоняют в забой на глубину от 0,6 до 1,2 м и при подаче пара в течение 2-4 ч оттаивают породу.

Оттаивание мерзлых пород паром протекает весьма интенсивно, однако контуры шурфа получаются нечеткими. Выемку породы целесообразно производить по истечении 2-3 ч после отключения пара, так как в это время оттаивание продолжается за счет теплоты прогретой около буров породы. Шурф при этом способе проходки можно не крепить.
В наносах, обладающих большой фильтрационной способностью, водоприток значительно осложняет, а иногда делает вообще невозможной проходку шурфов. Одним из способов, упрощающих горные работы в этих условиях, является промораживание пород (проходка шурфов осуществляется в зимнее время при отрицательной температуре). При приближении забоя шурфа к водоносным породам и, в частности, к плывунам проходку прекращают на некоторое время, необходимое для промерзания слоя пород, вслед за этим производят проходку на глубину меньше мощности промерзшего слоя и т. д.
При проходке шурфов в мерзлых породах, перемежающихся слоями талых обводненных пород, применяют комбинированную проходку: по мерзлым породам шурф проходят с оттаиванием, по талым - с промораживанием (рис. 139), причем выемка промороженных водоносных пород осуществляется также с оттаиванием (бутовым). Применение в данном случае взрывной отбойки, сравнительно часто используемой в мерзлых породах, связано с риском затопления выработки после взрыва и не рекомендуется.

Промораживание и оттаивание пород в забое производят на относительно небольшую глубину вынимаемого за цикл слоя. Продолжительность этих операций зависит от климатических условий и применяемого способа оттаивания. Производительная работа достигается при многозабойном методе в том случае, когда проходческая бригада проходит одновременно несколько расположенных на небольшом расстоянии один от другого шурфов. Примерный график организации работ представлен на рис. 140.
Проходка шурфов с буровзрывными работами. Характеристика проходческих работ. Буровзрывную отбойку применяют при проведении шурфов в скальных и мерзлых породах. Этот способ отбойки пород применяют при проходке сравнительно неглубоких шурфов на всех стадиях разведки месторождений, при пересечении шурфами, проходимыми в мягких и рыхлых породах, отдельных пропластков пород IV и более высоких категорий крепости, при углубке шурфов в коренные породы («добивке» шурфов). Однако наиболее характерен этот способ для проходки шурфов на большую глубину в достаточно крепких породах.

Неглубокие шурфы с буровзрывными работами все еще часто проходят без механизации - ручное бурение шпуров, использование энергии ветра или ручных вентиляторов для проветривания, подъем породы ручными воротками. Это в значительной степени объясняется небольшими объемами и разбросанностью шурфопроходческих работ, отсутствием эффективных транспортных связей или, в частном случае, электроэнергии.
Проходка глубоких шурфов, как правило, является механизированным производственным процессом; степень механизации предопределяет сроки выполнения, материальные и трудовые затраты шурфопроходческих работ.
Средства механизации проходческих операций. Шпуры бурят легкими ручными пневматическими перфораторами (снабжаемыми сжатым воздухом от передвижных компрессоров, устанавливаемых у устья шурфов) или ручными электросверлами. В отдельных случаях могут найти применение мотоперфораторы (при условии соединения выхлопного патрубка с трубопроводом всасывающего вентилятора и усиленного проветривания шурфа). Механизация погрузки отбитой от забоя породы практически остается нерешенной до настоящего времени. Использование грейферных грузчиков по типу применяемых при проходке шахтных стволов затруднено из-за небольших поперечных сечений шурфов. Созданный Специальным конструкторским бюро Министерства геологии России малогабаритный грейферный грузчик ГШК-1 с емкостью грейфера 0,01 м3 и предназначенный для шурфов с площадью поперечного сечения более 2 м3 не нашел применения из-за невысокой производительности. Представляется целесообразным рекомендовать применение канатных грейферов несколько большей емкости не для погрузки породы в бадью, а уборки ее из забоя с подъемом на поверхность. В геологоразведочных партиях проходит испытание шурфопроходческий агрегат АГ-1 с гидравлическим грейфером-подъемником.
Бадьевой подъем породы осуществляют с использованием небольших подъемных кранов, некоторые конструкции которых были описаны ранее. После взрывных работ проветривают выработки небольшими центробежными вентиляторами, а водоотлив производят электрическими насосами и мотопомпами.
В геологоразведочных партиях, проводящих шурфопроходческие работы в значительных объемах, наряду с применением отдельных машин и механизмов используют комплексные агрегаты.
Агрегат ШПА-2 состоит из дизеля, компрессора, приводной подъемной и ручной вспомогательной лебедок, вентилятора и электрического генератора. В комплект оборудования входят электропила и электрооборудование: преобразователь частоты, щит управления, сигнализация, пусковые устройства, освещение. Все оборудование размещается на автомобильном прицепе.
Аналогичные шурфопроходческие агрегаты изготовляют в Западно-Казахстанской комплексной экспедиции (агрегат состоит из крана «Пионер», электрогенератора, компрессора, вентилятора, пульта дистанционного управления и сигнализации). В Якутском геологическом управлении на базе трелевочного трактора создан самоходный шурфопроходческий агрегат, снабженный подъемно-поворотным механизмом с пневматическим грейфером и компрессором. Комплекс шурфопроходческих механизмов КМШ-ВИТР состоит из электрической переносной станции с бензиновым двигателем, шурфопроходческого крана КШ-100, насоса, центробежного вентилятора и ручного электросверла. Комплекс удобен для транспортировки в условиях бездорожья, он легко разбирается на отдельные узлы массой менее 80 кг.
Технология и организация проходки. Цикл проходческих операций начинают с бурения шпуров. При проходке неглубоких шурфов с небольшой площадью поперечного сечения шпуры бурят (а в мерзлых породах выдалбливают) вручную. Глубина их обычно невелика (0,2-0,4 м при долблении шпуров ломами и менее 1 м при бурении долотчатыми бурами).
Небольшая глубина шпуров, увеличенный их диаметр при долблении (до 10-12 см) и незначительная площадь поперечного сечения выработки (до 1,25 м2) позволяют ограничиваться шпуровыми комплектами из 2-5 шпуров (рис. 141).
В шурфах большого сечения при перфораторном или электровращательном бурении шпуров их глубина достигает 1,2- 1,4 м, а расположение и количество принимаются в соответствии с выбранным типом вруба и площадью забоя.

В шурфах с площадью поперечного сечения менее 2 м2 шпуры бурит один человек; при большей площади могут одновременно работать два бурильщика. Заряжает и взрывает шпуры взрывник или проходчик, имеющий право ведения взрывных работ. Взрывание шпуров электрическое, осуществляется оно с земной поверхности с помощью взрывной машинки. При значительном количестве шпуров на операцию зарядки и взрывания отводят примерно около 30 мин (на зарядку одного шпура затрачивают 2-3 мин).
При двух- и трехсменной работе проветривание шурфа целесообразно приурочивать к перерыву между сменами; при односменной работе газообразные продукты взрыва обычно удаляются из выработки за счет диффузии или ветрового напора в течение нерабочих часов суток.
Перед началом уборки породы забой после проветривания приводят в безопасное состояние - осматривают и исправляют поврежденную при взрыве крепь; обирают незакрепленные стенки шурфа; откачивают, если это необходимо, воду, скопившуюся за время проветривания.
Породу грузят вручную или механическими грузчиками. При достаточной площади сечения шурфа для подъема породы целесообразно использовать две бадьи - во время загрузки отцепленной от подъемного каната бадьи другую, заполненную ранее породой, поднимают на поверхность, разгружают и опускают в шурф. Уборка породы занимает большую часть времени проходческого цикла.
В крепких породах, обычно характеризующихся повышенной устойчивостью, шурф крепят со значительным отставанием от забоя, и процесс крепления в цикл проходческих операций часто не включают.
Установку крепи и армирование шурфа обычно осуществляют в специально выделяемые для этого смены, после выполнения нескольких проходческих циклов.
Примерный график организации работ представлен на рис. 142.
Среднемесячная проходка шурфов достигает 30-40 м.

Проходческое звено состоит обычно из трех-четырех человек: один или двое работают в выработке, двое - на поверхности. Иногда проходческая бригада работает по многозабойному методу одновременно на проходке нескольких шурфов. При этом обеспечивается лучшая организация работ и снижаются простои, связанные со взрывной отбойкой и проветриванием.
Общие сведения о взрывном способе проходки шурфов. Проходка шурфов в относительно легко деформируемых породах, сводящаяся к образованию горной выработки за счет необратимых деформаций пород (глин, суглинков, супесей, лёссов) при взрыве заряда, получила название взрывной проходки. Во влажных глинах этот способ проходки является особенно результативным.
Технология проходки весьма своеобразна и сводится к следующему: на проектную глубину шурфа пробуривают скважину; скважина засыпается россыпным BB, в качестве инициаторов можно применять детонаторы, электродетонаторы и детонирующий шнур. После взрывания образовавшаяся выработка подлежит тщательному проветриванию. Необходимость в креплении шурфа во многих случаях отпадает, так как породы, в результате взрыва деформируясь, уплотняются и становятся достаточно устойчивыми.
В шурфах, образуемых взрывным способом, при относительно правильной круглой форме поперечного сечения диаметр выработки по ее высоте не остается постоянным, характерным также является образование в верхней части шурфа воронки выброса. Между объемом заряда (Азар) и объемом полости (Авыр), образующейся в породе после взрыва, прослеживается почти прямая зависимость Aвыр=kAзар. Величина коэффициента пропорциональности k зависит от свойств пород и взрывчатого вещества.
В практике проходки шурфов в глинах, суглинка и лёссах при использовании аммонитов коэффициент k принимают в пределах от 150 до 300. Переходя для удобства расчетов от объемов к диаметрам выработок и зарядов и принимая величину k в рекомендуемых значениях, будем иметь

Полученные расчетом данные являются ориентировочными, их следует уточнять при экспериментальных взрывах. Взрывной способ характеризуется незначительными затратами времени и материальных средств, высокой производительностью труда, применим он в тех случаях, когда шурфы используют в качестве транспортных выработок, а геологическую информацию получают при проходке из этих шурфов рассечек.
Интересна технология проходки шурфов в глинах и выветрелых глинистых туфах, принятая в Первомайской и Меркушевской ГРП Приморского геологического управления. Шурфы глубиной до 15 м с площадью поперечного сечения 1-1,25 м2 проходят с помощью буровзрывные работ, особенностью которых является применение котловых зарядов. В забое пробуривают центральный шпур, простреливают его и в образовавшуюся камеру помещают заряд массой 3-5 кг. При взрыве котлового заряда порода частично впрессовывается в стенки выработки и частично (при небольшой глубине шурфа) выбрасывается на поверхность. Уборке из шурфа подлежит всего от 25 до 50% взорванной породы.
Проходка шурфов бурением. Характеристика и условия применения проходки шурфов бурением. В течение последнего десятилетия буровой способ проходки шурфов стал внедряться в практику горноразведочных работ.
Буровой способ проходки шурфов характеризуется рядом существеннейших преимуществ, отличающих его от других способов. Проходка шурфов бурением обеспечивает значительное улучшение условий труда и безопасности работ, достижение наиболее высоких технико-экономических показателей, исключение тяжелых работ и комплексную механизацию сооружения разведочных выработок.
Улучшение условий труда и безопасности работ является следствием того, что в процессе бурения шурфа рабочий находится не в забое выработки, а на поверхности; операция крепления шурфа менее трудоемка и осуществляется быстрее; имеются предложения по механизации отбора валовых проб из забоя шурфа, при которой необходимость в пребывании человека в выработке вообще отпадает.
Высокие технико-экономические показатели проходки шурфов бурением включают в себя резкое увеличение скорости проходки, снижение трудовых и материальных затрат.
Проиллюстрируем это практическими данными одной из экспедиций Министерства геологии России, внедрившей бурение мелких шурфов в широких масштабах (табл. 43).

В настоящее время только при буровом способе можно говорить о действительно комплексной механизации проходки шурфов. Операции отбойки породы в забое, выдачи ее из выработки и размещения на поверхности в отвалы механизированы; проблема механизации возведения крепи в шурфе, имеющем правильную форму цилиндра, не является неразрешимой (уже имеется проект конструкции портативного крепеукладчика, монтируемого на буровой колонне); кроме того, в ряде случаев крепление шурфа может и не производиться. Область применения бурового способа пока ограничена некрепкими породами (I-IV категорий буримости).
В институтах ЦНИГРИ и МГРИ (Московском геологоразведочном институте) разработаны и испытываются конструкции буровых снарядов для бурения разведочных шурфов в породах средней крепости.
Применяющиеся транспортабельные буровые установки обеспечивают бурение шурфов глубиной до 30 м и более.
Буровой способ проходки особенно эффективен при значительных объемах и концентрации шурфопроходческих работ.
Применяемое оборудование. Шурфы бурят главным образом вращательным способом установками, монтируемыми на базе автомобиля, трактора или прицепа. Одни из этих установок приспособлены только для бурения шурфов, другие - универсальны, ими можно бурить шурфы и неглубокие разведочные скважины. В качестве бурового инструмента используют в основном шнековые и реже ковшовые цилиндрические буры различных конструкций. Шурфобуры предназначены для разрушения породного забоя и периодического подъема разрушенной породы на земную поверхность. Порода разрушается режущими кромками реборд шнека или днища цилиндрического бура; разрушенная порода аккумулируется на полках шнека или в цилиндрическом корпусе и вместе с буром поднимается из выработки.

Установки для бурения мелких шурфов обычно представляют собой автомобили со смонтированным на них несложным навесным оборудованием (рис. 143).
Шурфы средней глубины или глубокие бурят установками, смонтированными на шасси автомашин (рис. 144), на прицепах с самостоятельными приводами или на прицепах в комбинации с автокранами. Буровая установка УБСР-25 смонтирована на базе трелевочного трактора. Характеристика буровых установок, применяемых для бурения шурфов, дана в табл. 44.

Технология проходки и крепления шурфов. После расчистки и выравнивания горизонтальной площадки на поверхности и приведения буровой установки в рабочее состояние приступают к бурению шурфов. Производственный процесс проходки шурфа состоит из спуска бура на забой, бурения (обычно на глубину 200-400 мм), подъема бура, заполненного породой, и разгрузки его на поверхности. Продолжительность спуско-подъемных операций с увеличением глубины шурфа резко увеличивается при необходимости наращивания и разборки става буровых штанг при каждом рейсе. В некоторых установках этот недостаток устранен за счет конструкции скользящего по буровым штангам ковшового шурфобура, поднимаемого и опускаемого на тросах без разборки и наращивания штанговой колонны.
В настоящее время разработаны и проходят испытания скользящие шнековые буры и комбинированные шурфобуры конструкции МГРИ, позволяющие в два-три раза увеличить рейсовую углубку, а также производить спуско-подъемные операции без разборки буровой колонны.
Ковшовые шурфобуры разгружают или вручную, или с помощью поворотных лопастей, образующих корпус бура и поворачиваемых при разгрузке специальным гидравлическим приводом (ковшовый бур установка ЛБУ-50). Шнековые буры обычно разгружают при вращении их с повышенной скоростью (разгрузка за счет развивающейся центробежной силы). При разгрузке шурфобура устье шурфа перекрывают лядами.

Крепление шурфов, пройденных бурением, упрощается в связи с относительно правильной цилиндрической формой выработок, при этом создаются благоприятные условия для применения заранее изготовленном иногда называемой «инвентарном» крепи многоразового использования. В качестве основного крепежного материала дерево теряет свое значение и заменяется металлом или пластмассами.
Возможно применение круглой каркасно-опускной крепи, однако значительная разница в диаметре ступеней шурфа требует применения комплекта шурфобуров разных диаметров. При замене деревянных затяжек стеклопластиковыми пластинами разница в диаметрах ступеней шурфа уменьшается и при этом возможно применение одного шурфобура, снабженного расширителем.
Применение распорных разъемных колец из уголковой или швеллерной стали с деревянными или стеклопластиковыми затяжками может обеспечить крепление шурфа цилиндрической формы.
Установкой УБСР-25 шурфы бурят с обсадными металлическими трубами, служащими надежной крепью.
В практике бурения шурфов в Уральской комплексной экспедиции выработки крепят металлическими кольцами, состоящими из двух полуцилиндров, сболчиваемых между собой.
Хорошие результаты получены при производственных испытаниях кольцевой крепи из полиэтиленовых и винипластовых колец с продольными разрезами, армированных по торцам уголковой сталью. Сборка колец в колонну и установка ее в выработке производилась после окончания бурения шурфа с помощью буровой колонны, снабженной на конце опорной рамой. Крепь из стеклопластиковых цилиндров с разрезом по образующей обладает значительной упругостью и. поэтому может считаться «универсальной» - допускающей использование стандартных колец для шурфов различных диаметров (от 600 до 1150 мм). Кольца входят одно в другое на глубину 150 мм; жесткость крепи обеспечивается за счет специальных замков.
При ликвидации шурфа рассмотренные конструкции обеспечивают извлечение крепи для повторного использования.