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

Достоверность инженерно-геологического отчёта закладывается в скважине: чем выше выход и сохранность керна, тем точнее геолог восстанавливает разрез грунта — и тем меньше перестраховки в расчётах фундамента и замечаний экспертизы. Двойная колонковая труба — основной инструмент, которым этого добиваются в слабых, водонасыщенных и трещиноватых грунтах, типичных для Москвы и области.

Зачем нужна двойная колонковая труба при колонковом бурении

Качество инженерно-геологических изысканий определяется качеством отобранного керна. Керн — столбик породы ненарушенного сложения — даёт геологу возможность определить физико-механические свойства грунтов, установить точные границы слоёв и сформировать исходные данные для проектирования фундаментов. Отбор керна в скважинах — ключевая процедура при бурении скважин колонковым способом.

При колонковом бурении со слабыми, рыхлыми и трещиноватыми породами одинарный колонковый снаряд не обеспечивает требуемого качества отбора. Промывочная жидкость размывает керн, вибрация при вращении разрушает его структуру, а на поверхность вместо цельного столбика поднимаются обломки. Выход керна заметно снижается — в неблагоприятных условиях опускается до 70% и ниже, а сохранность структуры керна падает ещё сильнее: лаборатория получает образцы, по которым затруднительно достоверно определить свойства грунта, часть данных теряется.

Для решения этой проблемы применяют двойные колонковые трубы. Бурение с отбором керна через двойную трубу защищает образец от прямого контакта с промывочной жидкостью и значительно снижает механическое воздействие при проходке.

Конструкция двойной колонковой трубы

Двойной керноприёмный снаряд состоит из двух соосных труб: наружной (рабочей) и внутренней (керноприёмной). Наружная труба вращается, передавая осевую нагрузку и крутящий момент на породоразрушающий инструмент — коронку. Коронки для колонкового бурения подбираются в зависимости от крепости породы, как правило: алмазные для скальных, твердосплавные для средних, стальные для мягких грунтов. Внутренняя труба остаётся неподвижной (в большинстве современных конструкций) или вращается с пониженной скоростью.

Принципиальное отличие от одинарного снаряда: керн, поступающий во внутреннюю трубу, изолирован от потока промывочной жидкости, а воздействие вибрации от вращения наружной трубы на керн ограничено невращающейся внутренней трубой. В инженерно-геологическом бурении двойные снаряды применяют всё чаще, в том числе на стандартных объектах жилого и коммерческого строительства.

Два типа конструкции

С вращающейся внутренней трубой. Обе трубы жёстко связаны и вращаются совместно. Конструкция проще и дешевле, но защита керна ограничена. Применяется при бурении относительно устойчивых пород средней крепости.

С невращающейся внутренней трубой. Внутренняя труба установлена на подшипниковом узле и не участвует во вращении. Керн поступает в неподвижную трубу, где минимизировано воздействие вибрации и размывания. Это основной тип для инженерных изысканий в сложных грунтах.

Типы двойных колонковых труб по ГОСТ Р 51776-2001

ГОСТ Р 51776-2001 классифицирует двойные колонковые трубы на пять типов по трудности отбора керна (горно-геологические условия и физико-механические свойства пород):

Тип ТДР — для слабых, рыхлых, разрушенных, размываемых и сыпучих пород (I–III категории по буримости). Закрытый подшипниковый узел, невращающаяся керноприёмная труба, прямая схема промывки без контакта с керном.

Тип ТДМ — для мягких и раздробленных пород (IV–V категории). Невращающаяся керноприёмная труба, паук-лепестковый кернорватель.

Тип ТДС — для пород средней твёрдости различной степени трещиноватости (VI–VII категории). Открытый подшипниковый узел, паук-пружинный кернорватель.

Тип ТДТ — для твёрдых, слабо- и среднетрещиноватых пород (VIII–X категории).

Тип ТДК — для очень крепких, твёрдых, монолитных пород (XI–XII категории).

Обозначения: Т — труба, Д — двойная, далее буква типа (Р/М/С/Т/К). Варианты керноприёмной трубы: В (вращающаяся), Н (невращающаяся), Р (разрезная), Г (гильза).

Размеры колонковых труб стандартизированы ГОСТ 6238-77 (наружный диаметр от 25 до 108 мм), обсадных труб — от 73 до 146 мм. Двойные колонковые снаряды по ГОСТ Р 51776-2001 выпускаются под скважины диаметром от 36 до 151 мм; в инженерных изысканиях обычно применяют средние типоразмеры этого ряда.

Тройная колонковая труба: коротко

Тройная колонковая труба — конструкция со сменным вкладышем (лайнером) внутри невращающейся керноприёмной трубы. Применяется в мировой практике для отбора керна в крайне сложных условиях — плывуны, торф, сильно разрушенные породы. В российских инженерных изысканиях, в том числе в Москве и области, тройные снаряды используются редко: в большинстве задач достаточно двойной колонковой трубы. Для стандартных объектов жилого, коммерческого и промышленного строительства двойной снаряд обеспечивает необходимое качество отбора керна.

Сравнение: одинарный и двойной снаряды для колонкового бурения

Практика применения в инженерно-геологических изысканиях

Когда переходить на бурение двойной колонковой трубой

Двойной снаряд для инженерно-геологического бурения необходим в следующих ситуациях: при работе с водонасыщенными песками и супесями, когда поток промывочной жидкости вымывает мелкие фракции из керна; при бурении пластичных глин с прослоями песка, где одинарный снаряд «теряет» песчаные линзы; при проходке трещиноватых скальных пород, где керн раскалывается от вибрации; при необходимости отбора образцов ненарушенного сложения для лабораторных испытаний.

Двойная труба даёт нормативный выход керна там, где одинарный снаряд не справляется. СП 446.1325800.2019 требует детального расчленения геологического разреза и достоверного определения границ между слоями грунтов — двойной снаряд помогает выполнить это там, где одинарный теряет керн. В глинистых грунтах дополнительно применяют бурение «всухую» короткими рейсами — это сложившаяся практика отбора, повышающая сохранность керна.

Ориентир по типичным грунтам — итог уточняется по данным рекогносцировки и архивным материалам площадки:

Буровое оборудование АЛЬТЕРЭКО

В практике инженерно-геологических изысканий АЛЬТЕРЭКО применяются:

УРБ-2А2 — буровая установка для одноколонкового бурения. Применяется в устойчивых грунтах: плотные глины, суглинки, полускальные и выветрелые скальные грунты, где обеспечивается достаточный выход керна для нормативных требований СП 47.13330.2016 и СП 446.1325800.2019, а защита от промывки не критична.

УРБ-51 — буровая установка для колонкового бурения двойной колонковой трубой. Основной рабочий инструмент на объектах со сложными грунтовыми условиями: переслаивание глин и песков, водонасыщенные грунты, трещиноватые породы, отбор образцов ненарушенного сложения.

ПБУ — буровая установка для ударно-канатного бурения. Применяется, когда колонковый способ не оптимален: при работе с крупнообломочными грунтами, валунами, а также в ситуациях, где ударно-канатный способ даёт более представительный результат (например, в мощных водонасыщенных песчаных толщах).

Подбор установки и типа снаряда выполняется под конкретные грунтовые условия площадки по данным рекогносцировочного обследования.

Влияние на качество изысканий

При низком выходе керна геолог вынужден интерполировать: додумывать границы слоёв, усреднять свойства, закладывать повышенные коэффициенты запаса. Результат — перерасход на фундаменты или недооценка рисков, которые проявятся уже на этапе экспертизы или строительства.

При выходе керна 80–95% геолог видит реальный разрез, точнее определяет границы, отбирает представительные образцы и передаёт проектировщику те данные, на которых тот строит расчёты без интерполяций «на всякий случай». Это снижает риск замечаний экспертизы и переделок проектной документации.

Нормативная база

Рекомендации по выбору способа бурения

Одинарный колонковый снаряд (УРБ-2А2) — устойчивые породы: плотные глины, суглинки, полускальные и выветрелые скальные грунты, где сохранность керна достаточна для нормативных требований СП 47.13330.2016 и СП 446.1325800.2019.

Двойная колонковая труба (УРБ-51) — большинство задач инженерных изысканий в Москве и области: переслаивание глин и песков, водонасыщенные грунты, умеренно трещиноватые породы, отбор образцов ненарушенного сложения. Тип двойной трубы подбирается по ГОСТ Р 51776-2001 в зависимости от категории пород по буримости.

Ударно-канатное бурение (ПБУ) — условия, где колонковый способ даёт недостаточно представительный результат: крупнообломочные грунты, валунно-галечные отложения, мощные водонасыщенные пески.

Практический подход: тип снаряда и установки подбирается под грунтовые условия конкретной площадки на этапе проектирования изысканий, а не по общей схеме.

Заключение

Достоверность инженерных изысканий напрямую зависит от качества отобранного керна. Двойная колонковая труба решает задачу сохранности образцов в большинстве инженерно-геологических задач, в том числе в типичных для Москвы и области грунтовых условиях — переслаивающиеся глины и пески, водонасыщенные отложения, трещиноватые породы.

На отчёте с интерполированными данными проектировщик закладывает запасы «на всякий случай», а экспертиза возвращает документацию на доработку. Достоверный керн снимает обе проблемы: даёт проектировщику исходные данные нужной точности и снижает риск замечаний при прохождении экспертизы — государственной (МГЭ, ГГЭ) или негосударственной.

АЛЬТЕРЭКО подбирает способ бурения под грунтовые условия конкретной площадки, применяя установки УРБ-2А2, УРБ-51 и ПБУ. Работа ведётся до положительного заключения экспертизы, с сопровождением проектной группы на этапе защиты.

Частые вопросы о колонковом бурении

Чем двойная колонковая труба отличается от одинарной?

В двойном снаряде керн поступает в неподвижную внутреннюю трубу и изолирован от промывочной жидкости и вибрации наружной трубы. У одинарного снаряда таких преград нет, поэтому в слабых и трещиноватых грунтах выход и сохранность керна ниже.

Когда переплата за двойную трубу оправдана?

На объектах со слабыми, водонасыщенными, переслаивающимися или трещиноватыми грунтами, где одинарный снаряд не даёт представительный керн. В плотных однородных глинах и суглинках обычно достаточно одинарного снаряда.

Какой выход керна считается приемлемым и кто его контролирует?

Нормативно процент выхода керна не закреплён; на практике для инженерных изысканий ориентируются на высокий выход с сохранением структуры образца. Выход фиксируют в буровом журнале, а достаточность оценивает геолог при документировании скважины.

Можно ли при колонковом бурении отобрать монолиты?

Да. Двойная труба, особенно с невращающейся или разрезной керноприёмной трубой (гильзой), позволяет извлечь образцы ненарушенного сложения; их отбор, упаковку и хранение ведут по ГОСТ 12071-2014.

Колонковое бурение или ударно-канатное (ПБУ) — что выбрать?

Колонковое с двойной трубой подходит для большинства дисперсных и трещиноватых грунтов. Ударно-канатное применяют для крупнообломочных, валунно-галечных отложений и мощных водонасыщенных песков, где колонковый способ менее представителен.

Нужна ли двойная труба на весь объём бурения?

Не обязательно. Способ и снаряд подбирают по интервалам: устойчивые слои можно проходить одинарным снарядом, сложные — двойным. Решение принимают по данным рекогносцировки и фактическому разрезу.

Что указать в техническом задании, чтобы получить качественный керн?

Требование к способу бурения на сложных интервалах (двойная колонковая труба), фотофиксацию керна, отбор и упаковку образцов по ГОСТ 12071-2014 и возможность смены способа бурения по фактическому разрезу.

Подходит ли двойная труба для грунтов Москвы и области?

Да. Типичные для региона переслаивающиеся глины и пески, водонасыщенные отложения и юрские глины — как раз те условия, где двойная труба удерживает выход и сохранность керна.

Смежные услуги

Инженерно-геологические изыскания Геотехнические изыскания

Рассчитать стоимость изысканий