Колонковое бурение с двойной колонковой трубой: технология, снаряды и отбор керна при инженерных изысканиях

Двойная колонковая труба — буровой снаряд, в котором наружная труба несёт коронку, а внутренняя принимает керн и защищает его от размыва и истирания. Защита зависит от устройства приёмника и пути промывки; снаряд выбирают по грунтовым условиям и задаче исследования.

Два типа двойных колонковых труб и зачем разделять их вращение

По вращению керноприёмника двойные колонковые трубы имеют два исполнения: с вращающейся и невращающейся внутренней трубой. В первом обе трубы вращаются совместно, во втором подшипниковый узел позволяет наружной трубе вращать коронку, пока внутренняя продвигается без совместного вращения. Разделение вращения уменьшает истирание керна стенкой приёмника и передаваемое ему кручение; отдельное пространство для керна сохраняется в обоих исполнениях.

При колонковом бурении коронка разрушает грунт по кольцу, а оставшийся внутри столбик — кернСтолбик грунта или породы, который колонковый снаряд выбуривает и поднимает из скважины — по мере углубления снаряда поступает в керноприёмную трубу. Кернорвательный узел участвует в отделении керна и удерживает его при подъёме. Защита керна от размыва и истирания — назначение двойной трубы по ГОСТ 12071-2014, п. 3.3, но фактическая сохранность зависит от конструкции и режима бурения.

Промывка охлаждает коронку и выносит разрушенный материал — шлам. В рассматриваемых конструкциях с прямой промывкой основной поток идёт снаружи керноприёмной трубы; каналы выводят его выше или ниже кернорвателяУстройство в нижней части керноприёмной трубы: отрывает керн от забоя и удерживает его при подъёме снаряда либо исключают контакт с керном. Поэтому при выборе снаряда учитывают и вращение приёмника, и защиту материала от потока у входа в трубу.

Какие бывают двойные трубы, коронки и размеры

Типы ТДР–ТДК различаются назначением, устройством приёмника и промывкой. ГОСТ Р 51776-2001Принят постановлением Госстандарта России от 10.07.2001 № 262-ст, введён 01.01.2002. Область — геологоразведочное бурение на твёрдые полезные ископаемые. Сверено 16.10.2026 описывает их для геологоразведочного бурения на твёрдые полезные ископаемые. В инженерных изысканиях типизация объясняет инструмент; способ отбора выбирают по задаче исследования грунта.

Пять типов по ГОСТ Р 51776-2001

Типы охватывают породы от слабых размываемых до очень крепких монолитных. Характеристики — по таблицам 1–2 ГОСТ Р 51776-2001; категории I–XII приведены по этому стандарту и не заменяют классификацию грунтов.

Устройство кернорвателя также зависит от типа трубы: по таблице 2 ГОСТ Р 51776-2001 у ТДР он закрытого типа. Для ТДМ предусмотрен кернорватель типа «паук» или лепестковый, для ТДС — типа «паук» или пружинный, для ТДТ и ТДК — пружинный.

Как читать обозначение и диаметр

Буквы после типа уточняют исполнение, число — номинальный диаметр скважины. Например, ТДС-ВО-93 по ГОСТ Р 51776-2001: вращающийся приёмник, обратная циркуляция, скважина 93 мм.

Обозначения исполнений: В — вращающаяся труба, Н — невращающаяся, Р после дефиса — разрезная, Г — гильза, О — обратная циркуляция, Э — эрлифт. Пункт 3.2 допускает исполнения, отличающиеся от базовых характеристик; ТДС-ВО-93 отличается от таблицы выше.

Таблица 3 ГОСТ Р 51776-2001 рекомендует рациональные сочетания типов и номинальных диаметров скважины: ТДР — 93, 112, 132, 151 мм; ТДМ — 76, 93, 112, 132, 151 мм; ТДС — 59, 76, 93, 112, 132 мм; ТДТ — 46, 59, 76, 93, 112 мм; ТДК — 36, 46, 59, 76, 93 мм. Рекомендация учитывает геологию, трудность отбора и инструмент; она не запрещает иных сочетаний и не описывает ассортимент изготовителя.

Диаметр скважины отличается от диаметра образца. Для ТДР при скважине 93 мм таблица 4 ГОСТ Р 51776-2001 задаёт внутренний диаметр коронки по резцам 55,0 мм. Это геометрия инструмента; фактический диаметр керна оценивают отдельно и сопоставляют с требованиями лаборатории.

Как выбирают коронку

Коронку выбирают по твёрдости, абразивности и трещиноватости породы, учитывая схему промывки. Твёрдость влияет на выбор режущих элементов и состава алмазной матрицы, абразивность — на износостойкость исполнения. Эти свойства оценивают вместе, подбирая сочетание для приемлемой скорости бурения и ресурса коронки. Для мягкой, трещиноватой породы с размываемым заполнителем учитывают и выпуск промывочной жидкостиЖидкость, которую подают в скважину для охлаждения коронки и выноса шлама на поверхность : торцевые каналы отводят поток от входящего керна, снижая размыв. Геометрия каналов влияет также на вынос шлама и забивание промывочных каналов.

Твердосплавные коронки применяют для скалы мягкой и средней твёрдости, а также перекрывающих отложений. Алмазные подходят для разных условий, включая часть мягких пород. Зубчатая коронка также может иметь твердосплавные зубья.

Чем отличаются одинарный, двойной, тройной снаряды и ССК

Число труб характеризует устройство приёмника. Обозначение «снаряд со съёмным керноприёмником» (ССК) указывает на способ подъёма внутреннего узла.

Тройной снаряд добавляет вкладыш внутрь керноприёмной трубы. В одном из вариантов этот вкладыш разрезной: он поддерживает мягкий или раздробленный керн при выгрузке и переносе в лоток, помогая сохранить положение материала.

В ССК ловитель опускают через бурильную колонну, освобождают внутренний узел и поднимают его с керном; сама колонна остаётся в скважине. В обычной компоновке для извлечения керна поднимают колонну.

Как выбрать способ отбора по грунтовым условиям

Выбор начинают с лабораторной задачи: для описания грунта и лабораторных определений, допускающих нарушенное сложение, можно использовать пробу нарушенного сложения, а для испытаний, требующих сохранения природного сложения и влажности, нужен монолит. Не каждый керн отвечает требованиям к монолиту — образцу определённой формы с сохранением этих свойств.

ГОСТ 12071-2014 различает инструменты для этих задач. Рекомендуемое приложение А — о пробах нарушенного сложения из инструмента, углубляющего скважину. Для монолитов из скважин п. 4.2.4 предусматривает одинарные и двойные трубы, грунтоносы и виброзонды для указанных грунтов. Тип грунтоноса выбирают по п. 4.4.6 и рекомендуемому приложению Б.

Если исследование требует сохранения природной влажности, ГОСТ 12071-2014, п. 4.1.9, задаёт бурение без промывочной жидкости и подлива воды, с пониженной частотой вращения — не более 60 об/мин. Этот пункт допускает двойные и тройные колонковые трубы.

Пески и глинистые грунты

Для отбора монолитов из песков важна плотность, из глинистых грунтов — консистенция. Варианты инструмента приведены в рекомендуемой таблице Б.1 ГОСТ 12071-2014.

Для песков средней плотности и глинистых грунтов с показателем текучести I_L < 0,75 п. 4.2.4 ГОСТ 12071-2014 допускает виброзонд. При отборе монолита грунтоносом забой предварительно зачищают; если стенки оплывают или осыпаются, применяют обсадные трубы (п. 4.4.4).

Водонасыщение песка учитывают вместе с плотностью, устойчивостью ствола и требуемым образцом. Для плотной глины также важно, нужен ли материал для описания или монолит для испытаний.

Переслаивание глин и песков

При чередовании слоёв рекомендуем выбирать способ отбора по интервалам, заранее определив нужные пробы из каждого грунта. Если исследуют тонкие прослои и контакты, большой суммарный выход кернаОтношение длины поднятого керна к длине пройденного интервала, в процентах не восполнит потерю материала этих участков. Поэтому для оценки результата согласуют привязку проб к интервалам, описание контактов и действия при потере материала.

Для колонкового отбора монолитов ГОСТ 12071-2014, п. 4.4.8, ограничивает длину рейсаОдин спуск-подъём бурового снаряда: за рейс проходят интервал и поднимают керн в песках и глинистых грунтах величиной 0,7 м. Рейс здесь — проходка между спуском снаряда и его подъёмом с керном.

Скальные грунты, в том числе трещиноватые

Для монолитов скальных грунтов выбор между одинарной и двойной трубами зависит от устойчивости грунта к промывке и воздействию инструмента. По ГОСТ 12071-2014, п. 4.4.7, устойчивые скальные грунты отбирают одинарной трубой, остальные скальные грунты — двойной с внутренней невращающейся трубой. Если требуется сохранить природную влажность, действует приведённое выше условие п. 4.1.9 ГОСТ 12071-2014: без промывочной жидкости и подлива воды, не более 60 об/мин.

Трещиноватость оценивают вместе с этой устойчивостью. Невращающийся приёмник снижает истирание стенкой; для сохранения раздробленного материала при выгрузке учитывают также устройство вкладыша тройного снаряда.

Нарушенная проба и монолит в крупнообломочных грунтах

Для описания крупнообломочного грунта и лабораторных определений, допускающих нарушенное сложение, используют пробу нарушенного сложения; рекомендуемая таблица А.1 ГОСТ 12071-2014 указывает для её отбора желонку. Пробу берут из инструмента, которым углубляют скважину. Полученный материал позволяет описать грунт, но не подменяет монолит для испытаний, требующих сохранения природного сложения и влажности.

Для таких испытаний рассматривают отбор монолита. В общем перечне средств его получения из скважины ГОСТ 12071-2014, п. 4.2.4, называет одинарные и двойные трубы и грунтоносы; специальный грунтонос для крупнообломочных грунтов таблица Б.1 не назначает. При колонковом отборе монолита в этих грунтах п. 4.4.8 ограничивает длину рейса величиной 1,5 м. Соблюдение этого предела само по себе не подтверждает пригодность образца: для лабораторной задачи должны быть сохранены требуемые свойства.

Как подбирают установку и учитывают доступ на площадку

Установку подбирают под выбранный метод, требуемый снаряд и проектную глубину, затем проверяют подъезд, площадь и высоту рабочего пространства. При ограниченном доступе рабочие габариты малогабаритной машины сопоставляют с её возможностями по выбранной технологии. Название машины само по себе не сообщает, будет ли снаряд одинарным или двойным: изготовитель УРБ-2А2 описывает несколько способов бурения, а каталог ПБУ-2 предусматривает в том числе работу колонковыми трубами.

На объекте на Большой Пироговской в Москве мы выполнили ударно-канатное бурениеБурение сбрасыванием тяжёлого снаряда на канате: проходит крупнообломочные и валунно-галечные отложения установками ЛБУ-50 и ПБУ-2.

Для тепловой сети на Летниковской в Москве мы выполнили колонковое бурение малогабаритными установками ББУ-000 и УКБ-12/25.

Как оценить выход керна и пригодность образца для лаборатории

Выход керна показывает количество поднятого материала; пригодность для лабораторных испытаний грунта зависит от сохранения исследуемых свойств. При отборе скального керна по рейсам выход по длине рассчитывают так: длину поднятого керна делят на длину пробуренного за рейс интервала и умножают на 100 %. Например, если за рейс пройдено 0,5 м, а поднято 0,4 м керна, выход составляет 0,4 / 0,5 × 100 % = 80 %.

Для лаборатории дополнительно устанавливают интервал получения материала, сохранность требуемых свойств и возможность подготовить образцы. По ГОСТ 12071-2014, п. 4.1.3, проба для полного комплекса физико-механических свойств состоит из одного или нескольких монолитов в зависимости от намеченных лабораторных работ. Поэтому одного значения выхода недостаточно, чтобы подтвердить пригодность материала для испытаний.

Для поднятого монолита ГОСТ 12071-2014 предусматривает немедленную отметку верха и немедленную изоляцию немерзлого монолита. Тару и способ изоляции выбирают по виду образца и способу отбора; монолит снабжают этикеткой, а при перевозке защищают от резких динамических и температурных воздействий (пп. 4.1.4, 4.5.4, 4.5.6–4.5.9, 4.6.1). При повреждении изоляции или нарушении условий хранения п. 4.6.6 того же стандарта допускает использовать монолит только как образец нарушенного сложения без определения природной влажности.

Что согласовать с изыскателем до бурения

До бурения рекомендуем согласовать требования к образцам, выбор инструмента по интервалам и оценку результата:

• Какие свойства предстоит определить, где нужны монолиты и сколько материала требуется для намеченных испытаний?
• Какой способ и снаряд предусмотрены для каждого характерного интервала, когда и на каком основании их будут менять?
• Как будут привязывать керн к глубине, записывать выход и состояние материала, выполнять согласованную фотофиксацию?
• Как поступят, если из нужного слоя не получен образец требуемого качества?
• Кто отвечает за маркировку, изоляцию, условия хранения и доставку образцов в лабораторию?

Другой проект АЛЬТЕРЭКО — бизнес-центр на улице Неверовского. Для обсуждения работ в Москве и Московской области — форма заявки.

Заключение

• Двойная труба отделяет керн от наружной трубы, но сохранность зависит от вращения приёмника, промывки и грунта.
• Способ отбора выбирают под лабораторную задачу: проба для описания грунта и лабораторных определений, допускающих нарушенное сложение, и монолит с сохранёнными свойствами требуют разного подхода.
• Выход керна показывает количество поднятого материала; пригодность образца проверяют по сохранности нужных свойств и требованиям испытаний.
• До бурения согласуют инструмент по интервалам, требования к образцам, оценку результата и условия доставки в лабораторию.

Частые вопросы

Всегда ли двойная труба лучше одинарной?

Нет, выбор зависит от грунта и задачи отбора. Для монолитов устойчивых к промывке и механическому воздействию скальных грунтов ГОСТ 12071-2014, п. 4.4.7, предусматривает одинарную трубу, для остальных скальных грунтов — двойную с невращающейся внутренней трубой. Требование сохранить природную влажность дополнительно ограничивает режим по п. 4.1.9 того же стандарта: без промывочной жидкости и подлива воды, не более 60 об/мин.

Что добавляет тройной снаряд?

Вкладыш внутри керноприёмной трубы. Разрезной вкладыш поддерживает мягкий или раздробленный керн при выгрузке и переносе в лоток, помогая сохранить положение материала.

Что означает ССК?

ССК — снаряд со съёмным керноприёмником. Обозначение указывает на способ подъёма внутреннего узла с керном через бурильную колонну, которая остаётся в скважине.

При скважине 93 мм диаметр керна тоже будет 93 мм?

Нет, диаметр скважины отличается от диаметра образца. Для ТДР при скважине 93 мм таблица 4 ГОСТ Р 51776-2001 задаёт внутренний диаметр коронки по резцам 55,0 мм. Фактический диаметр керна оценивают отдельно и сопоставляют с требованиями лаборатории.

Можно ли применять промывку, если нужно сохранить природную влажность?

ГОСТ 12071-2014, п. 4.1.9, задаёт для этой задачи бурение без промывочной жидкости и подлива воды, с частотой вращения не более 60 об/мин. Двойные и тройные колонковые трубы допускаются, но это не отменяет указанные условия.

Выход керна 80 % означает, что образец пригоден для лаборатории?

Нет. При расчёте по длине 80 % означает, например, что из пройденных за рейс 0,5 м поднято 0,4 м керна. Для лаборатории дополнительно проверяют интервал отбора, сохранность исследуемых свойств и возможность подготовить образцы для намеченных испытаний.

Для чего нужна проба крупнообломочного грунта из желонки?

Проба нарушенного сложения даёт материал для описания грунта и лабораторных определений, допускающих нарушенное сложение. Желонка рекомендована для такого отбора таблицей А.1 ГОСТ 12071-2014; полученная проба не заменяет монолит для испытаний с сохранением природного сложения и влажности.

Что нужно обеспечить после подъёма монолита?

По ГОСТ 12071-2014 необходимо немедленно отметить верх и изолировать немерзлый монолит, снабдить его этикеткой и защитить при перевозке от резких динамических и температурных воздействий. При повреждении изоляции или нарушении условий хранения п. 4.6.6 допускает использовать монолит только как образец нарушенного сложения без определения природной влажности.

Смежные услуги

Инженерно-геологические изыскания Геотехнические изыскания

Рассчитать стоимость изысканий