Чем отличается шурф от скважины. Определение местоположения скрытых подземных коммуникации шурфованием

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.

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.

«Шурфы» - слово, которое изначально ассоциировалось с геологическими раскопками. В дальнейшем оно нашло свое применение в геодезии, археологии, строительстве, в инженерных исследованиях коммуникаций. Какие бывают шурфы? Что это такое? Их устройство и особенности мы рассмотрим подробнее.

Шурф: определение

Этим словом в геологии обозначали вертикальное или наклонное углубление в земле для поиска и разведки полезных ископаемых. Сечение таких устройств бывает круглое (их еще называют дудками), прямоугольное, квадратное. Основная особенность - небольшие параметры от 800 до 4000 мм, глубина – до 40 м. Эти геологические выработки применяются для спуска/подъема людей, груза в шахту/на поверхность. В рыхлых почвах эти устройства требуют фиксации балками для предотвращения осыпания.

Учитывая вышеизложенное, невозможно недооценить шурфы. Значение слова разобрали, следует рассмотреть специфику использования, виды, устройство.

Сферы применения

Выделяют четыре основных направления использования шурфов:

• для детального изучения геологического разреза;
• отбора грунтовых образцов не разрушенного монолита;
• полевых инженерно-геологических исследований;
• гидрогеологических исследований.

Как видно, сфера применения шурфов со временем сильно расширилась.

Исследовательские работы такого плана производят в двух основных направлениях:

• инженерно-геологических;
• специального назначения (используются для оценки состояния фундамента; главная цель - выяснить причину возникших деформаций).

По размерам шурфы разделяют на три группы:

• Мелкие. Глубина залегания – до 3 м. Как правило, такие устройства не требуют фиксации. Часто используются в инженерных исследованиях (около 60 %).
• Средние. Глубина составляет не более 10 м. При их устройстве уже предусматривается система вентиляции. Заглубление производят с помощью буровых установок.
• Глубокие. Параметр залегания – от 10 м. Используются для решения специальных задач.

Устройство шурфов

Для монтажа таких объектов может применяться как ручной способ, так и использование спецтехники.

Основные параметры для шурфов выбираются в зависимости от предполагаемых работ, вида грунта. Рекомендованные габариты:

• Прямоугольное, квадратное сечение: 1000 х 1250 мм, 1000 х 1500 мм, 1500 х 1500 мм, 2000 х 1500 мм. Выбираемый параметр зависит и от глубины устройства: при высоте шурфа 3000 мм - 1250 мм, 10 000 мм - 1500 мм, до 20 000 мм - 2000 мм, свыше 20 000 мм - 4000 мм.
• Круглое сечение: от 700 до 1000 мм. Дудки с углублением до 10 000 мм - диаметр не менее 650 мм, свыше 10 000 мм - от 700 до 1000 мм.

Какие бывают шурфы, что это такое, мы разобрали. Теперь рассмотрим специфику применения в строительстве.

Шурфы специального назначения

Фундамент является основой дома. От его качества и состояния зависит целостность всего строения. Поэтому своевременная оценка - важная составляющая в реставрационных и строительных работах. Шурфы для исследования применяются в следующих случаях:

• Надстройка дополнительного этажа, не учтенного в первоначальном проекте. Оценивается состояние фундамента и возможность добавочной нагрузки на него.
• Техническая переоснастка. В строительстве - замена, модернизация инженерных сетей.
• Капитального ремонта. Оценка обоснованности проведения работ.
• Появление трещин на фасаде здания, перекосов дверных проемов. Такие дефекты говорят о деформации фундамента.
• Недопустимые просадки строения. Этот недостаток может привести к полному разрушению сооружения.
• При планировании закладки нового фундамента вблизи имеющегося. Оценивается возможное негативное влияние одного на другой.

Причины возникновения деформации можно выявить через шурфы.

Значение таких исследований - возможность выявления фактора разрушения фундамента и его устранение. Главными причинами, оказывающими прямое влияние на основание здания, могут быть:

• Атмосферные осадки. Они могут накапливаться и подтачивать основание. Избыток осадков выше среднего может спровоцировать поднятие грунтовых вод, что также оказывает негативное влияние на состояние фундамента.
• Утечка воды из коммуникаций. Параллельно может проводиться исследование их состояния.
• Недочеты по уплотнению основания и обратной засыпки.
• Смещение грунтовых слоев по отношению друг к другу и прочие.

Своевременное выявление причин разрушения фундамента и их устранение могут продлить жизнь строения.

Особенности шурфов в строительстве

Факторы, влияющие на выбор места для исследования:

• наличие явной деформации на определенном участке здания;
• наиболее загруженный фрагмент строения;
• если дом многосекционный, то исследованию подвергается каждая секция;
• при наличии дополнительных опор, их также осматривают;
• при реставрации определяют места, где установлены несущие стены и опоры.

Шурфы углубляют ниже уровня фундамента, чтобы была возможность исследовать состояние основания.

Для ленточного фундамента обследование может производиться и внутри здания, и снаружи. Шурф выкапывается таким образом, чтобы был доступ к основанию.

Для столбчатых фундаментов могут быть три вида исследовательских углублений:

• Двухстороннее. Обнажают две смежные стороны опоры.
• Угловое. Также очищают две стороны основания, но до половины ширины.
• Периметрическое. Применяется в экстренных случаях, когда требуются основательные исследования и самого основания, и прилегающего грунта.

Шурфы в строительстве используются мелкого, изредка среднего углубления.

Виды исследований

Какие варианты исследований помогают производить шурфы? Что это такое? Какое это имеет значение для оценки состояния фундамента?

Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим перечень исследовательских работ:

• Глубина залегания фундамента. Соответствует ли эта величина весу, высоте строения и грунту.
• Габариты. Соответствие проектной документации.
• Тип и прочностные данные.
• Обнаружение дефектов и причины их возникновения.
• Качество используемых материалов. Выявляется с помощью забора образцов и их исследования в лаборатории.
• Сохранность и качество гидроизоляции.
• Изменение вертикали.
• Состояние основания.
• Наличие усилений.

Такие исследования помогают определить срок службы здания; возможность проведения реставрационных работ, надстройки дополнительного этажа.

Как видно, переоценить важность таких устройств, как шурф, для строительной отрасли сложно.

Негативные последствия применения шурфов

Иногда при устройстве углублений могут возникать следующие последствия:

• шум при разрушении бетонных конструкций;
• грязь и пыль;
• рост показателей влажности;
• подтопление, если не произведена своевременная откачка атмосферных вод;
• нарушение гидроизоляции основания;
• невозможность эксплуатации объектов, подлежащих обследованию;
• затруднение движения вблизи обследуемых участков.

Важно, чтобы все работы производились под руководством профессионалов. Это поможет избежать ряда негативных последствий.

Геодезические исследования и шурфы

Еще на стадии проектирования важным является результат геодезического исследования, которое позволяет определить вид грунта, глубину залегания грунтовых вод, наличие подземных инженерных сетей и прочее. Эти данные помогают определиться с типом фундамента, глубиной его залегания и инженерных сетей, с видом материалов для строительства и многое другое.

Поэтому применение исследования с помощью шурфов на этапе проектирования определяет качество и длительность срока службы будущего строения. «Какие бывают шурфы, что это такое; их устройство и особенности; важность для строительных, геодезических и инженерных работ» - тема актуальная и перспективная. С помощью этих устройств можно продлить жизнь старого строения и увеличить срок службы возводимого здания.

Подземная часть любого здания спрятана под толщей грунта, поэтому даже визуально осмотреть ее не представляется возможным, в отличие от наземных конструкций. Проведению качественного обследования фундамента существующих построек способствуют шурфы, выкопанные с наружной стороны сооружения или изнутри. Их месторасположение определяется в зависимости от конструкции самой постройки, расстояния до близлежащих строений, а также от уровня заложения подошвы фундамента.

Когда необходимо обследование подземных конструкций

Проверка состояния фундамента и основания под ним требуется в случаях:

• увеличения этажности здания;
• технической переоснастки производства;
• капитального ремонта, связанного с повышением нагрузок;
• появления значительных трещин на фасаде и перекосов проемов;
• развития недопустимых просадок;
• необходимости возведения близкорасположенных фундаментов и т.д.

Зачастую о проблемах подземной части сооружения свидетельствуют внешние повреждения на стенах, определяемые визуально, а также заклинивание сразу нескольких дверей, расположенных в одной плоскости или неподалеку друг от друга. В этих случаях специалисты дают однозначное заключение о том, что строение испытывает деформации, и происходит это, скорее всего, из-за слабости основания или начавшегося разрушения фундамента.

При капитальной реконструкции объекта, предполагающей усиление давления на грунт, в обязательном порядке требуется провести обследование его подземной части, для чего необходимо вырыть шурфы.

В ряде случаев бывает достаточно изучения технической документации. Но при ее отсутствии или возникновении значительных просадок, подтвержденных систематическими наблюдениями, а также при работах, связанных с переустройством старых строений, без непосредственного осмотра состояния фундамента и основания обойтись нельзя.

Недопустимые деформации, перекосы и просадки зданий могут происходить по разным причинам, появляющимся сразу, с годами или после оттаивания грунта. Источниками проблем становятся:

• атмосферные воды, просачивающиеся в грунт и замачивающие основание;
• подземные воды, появляющиеся в результате утечек из сетей водоснабжения или канализации, а также резервуаров и теплотрасс;
• поднявшиеся выше допустимого уровня грунтовые воды;
• недостаточно уплотненное основание или обратная засыпка;
• промораживание или вымывание грунта;
• смещение грунтовых слоев относительно друг друга и т.д.

При шурфовании отбирают пробы грунта в основании фундамента, визуально осматривают конструкцию и, при необходимости, изымают образцы материалов (бетона, раствора, камня) для дальнейших лабораторных исследований. Нередко производят вскрытие арматуры.

Правила устройства шурфов

Шурф представляет собой вырытую яму, оголяющую стенку ленточного, опору столбчатого или боковую часть плитного фундамента. Места расположения заглублений определяют, исходя из конкретных условий. Приоритетными являются проблемные участки, а в случае необходимости обследования длинномерных зон, выбор оставляют за площадками, которые менее всего могут стать помехой для прохожих или проживающих рядом людей.

Строители при разметке шурфов не должны отталкиваться только от удобства условий работы и доступности территории. Исследования практически всегда производятся в населенных районах, поэтому от присутствия пешеходов вблизи объекта избавиться не получится. Но и окружающим необходимо помнить о том, что обследование фундамента носит всего лишь временный характер, а проводимые мероприятия являются необходимыми, целесообразными и не критичными.

В обязательном порядке шурф должен закладываться в местах, где явно просматривается деформация стен. Также шурфование может производиться:

• на наиболее загруженных участках здания;
• в каждой самостоятельной части многосекционного дома;
• в зонах расположения дополнительных опор.

Особого внимания требуют площадки, где состояние грунта или фундамента определяется как аварийное. В этом случае, кроме проблемного участка осматривают надежные зоны, где устраивают шурф, после чего результаты исследования сравнивают. Для фундамента реконструируемого объекта шурфование и обследование конструкций вместе с основанием производят в местах установки несущих колонн и стен. А в случае частичной надстройки – только в районе реорганизации.

Количество шурфов зависит от начальной цели ревизии фундамента. При реконструкции или капитальном ремонте здания, не предусматривающем увеличения нагрузок, достаточно будет выполнить 2-3 контрольных шурфа. При устранении поступления воды в подвальном помещении или на первом этаже выкапывают ямы в каждом из обводненных участков, а при углублении подвала делают по одной яме возле всех стен. На наиболее загруженных зонах допускается выполнение двухсторонних шурфов.

В местах изменения уровня заложения фундамента или значительного скачка высоты сооружения нередко устраивают дополнительные шурфы.

Каждый шурф выкапывают ниже глубины заложения фундамента на полметра. В зависимости от стесненности территории и размера заглубления, стенки ямы делают с откосами или укрепляют их вертикальными щитами с распорками. Минимальная площадь днища шурфа относительно его глубины составляет:

• 1,25 м2 – до 1,5м;
• 2 м2 – от 1,5 до 2,5м;
• более 2,5 м2 – от 2,5м.

В строениях с подвалами шурфование производят с внутренней стороны, что значительно уменьшает трудовые затраты при выполнении земляных работ. Шурфы, в этом случае, имеют, как правило, глубину 0,8-1,2м и размеры по дну – 1,0*1,0м.

В результате обследования фундамента выясняют или уточняют:

• глубину заложения подземной части;
• габаритные размеры в плане;
• тип и прочность конструкции;
• наличие дефектов и разрушений;
• класс бетона и марку камня (по образцам – в лаборатории);
• состояние гидроизоляционного слоя;
• нарушение положения относительно вертикальной оси;
• факт присутствия каких-либо усилений.

Состояние искусственного и естественного основания определяют по отобранной в тех же шурфах пробе грунта. В некоторых ситуациях требуется дополнительное шурфование.

Варианты вскрытия фундаментов

Одной из стенок шурфа, предназначенного для обследования ленточного фундамента, является вертикальная поверхность самой подземной конструкции. Для отдельно стоящих столбчатых фундаментов возможно три варианта их вскрытия:

• двухстороннее – шурф выкапывается по двум смежным сторонам фундаментной железобетонной подушки;
• угловое – яма располагается также с двух сторон, но не на полную длину граней подошвы фундамента, а лишь наполовину;
• периметрическое – оголение конструкции производится с трех сторон полностью, а с четвертой – частично.

Двухсторонняя схема шурфования применяется в случае наличия в зоне выкапывания ям значительных осадочных деформаций, при асимметричной форме фундаментной подошвы, либо при рассмотрении возможности увеличения нагрузок на несущие конструкции после реконструкции объекта. Угловой шурф устраивают при одинаковых размерах сторон железобетонного основания в плане и отсутствия просадочных процессов. Для производственных строений учитывают, также, равномерность нагрузок от оборудования и недопустимость его демонтажа или перемещения на другое место в дальнейшем.

Выкапывание шурфа по периметру используют в критических ситуациях, когда требуется максимальный осмотр подземной части здания или доскональный анализ грунтовых условий. 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.

Нередки случаи, когда для небольшого по площади и этажности здания приходится выкапывать значительно больше шурфов, чем для огромного производственного цеха, имеющего схожие конструкции. Дело в том, что на процесс ответственного обследования в большей степени оказывают влияние конкретные условия, визуальные оценки, а также предварительные контрольные замеры и исследования, нежели человеческий фактор. Бывает, что при минимальной проверке выявляются значительные несоответствия подземной конструкции с технической документацией и даже предыдущими исследованиями. Тогда-то и требуются дополнительные изыскания.

Обследование фундаментов при помощи шурфов производят специализированные организации при наличии техзадания, проектной документации на проведение работ с четким указанием мест расположения и размеров приямков, а также разрешения надзорных органов.

Присутствие профессионалов и руководство инженеров при выкапывании шурфов необходимо для того, чтобы:

• лишний грунт из-под фундамента не был случайно удален во избежание дополнительных просадок;
• при подтоплении ямы могли быть быстро обследованы проблемные участки, так как при интенсивной откачке воды дополнительно вымывается порода, в том числе песчаная подушка;
• специалист смог подкорректировать размеры шурфа для возможности выполнения более точных замеров;
• были изъяты правильные пробы грунта и образцы материалов.

По окончании работ каждый шурф засыпается с послойным уплотнением. Далее, с внешней стороны восстанавливается отмостка по всем правилам, а изнутри – пол.

Негативные моменты шурфования

Перед тем как решиться на обследование фундаментов путем выкапывания шурфов, необходимо понимать, что работы повлекут за собой определенные неудобства, которые могут коснуться не только хозяина строения, но и окружающих. А именно:

• шум при разрушении отмостки или бетонного пола;
• пыль и грязь;
• появление влажности;
• вероятность подтопления при несвоевременной откачке атмосферных вод;
• повреждение гидроизоляции;
• трудности в передвижении вблизи дома;
• невозможность эксплуатации обследуемых участков.

Но, несмотря на трудности, необходимо понимать важность устройства шурфов, предусматриваемых для наглядного ознакомления с проблемами фундаментов и основания под ними. Неудобства, в этом случае, носят временный характер.