Technika a technologie hlubinného vrtání
3. Vrtné práce v inženýrské geologii a geotechnice
3.1 Vrtné práce v inženýrské geologii
Vrtné práce v inženýrsko-geologickém průzkumu jsou prováděny v zásadě pro dva účely:
- odběr vzorků zemin a hornin pro následné laboratorní zkoušky a geotechnické posouzení jejich fyzikálně mechanických vlastností,
- provedení hlubokých otvorů do horninového masivu pro uložení snímačů a čidel, prostřednictvím nichž jsou průběžně sledovány jeho geomechanické projevy, zejména svahové posuny.
Samostatnou skupinu technické činnosti v inženýrské geologii tvoří sondážní práce.
3.1.1 Vrtná technika pro odběr vzorků hornin a zemin
Pro tento účel jsou používány běžné typy rotačních vrtných souprav jako pro účely ložiskové geologie nebo hydrogeologie, s aplikací technologie rotačního jádrového vrtání s přímým proplachem (u hornin) nebo bez proplachu (u zemin). U zvodněných zemin lze použít náběrné hloubení drapákovými soupravami.
3.1.2 Vrtné práce pro sledování stability svahů
V současné době slouží vrty také jako velmi důležitý prostředek pro umístění snímacích zařízení pro sledování a hodnocení deformací v horninovém prostředí. Samozřejmě, že na tyto vrty jsou kladeny speciální požadavky. Následně je uveden komplex metod, které využívají vrtného prostředí a používají se pro měření svahových deformací a pohybů:
- přesná inklinometrie,
- měření pórového tlaku,
- extenzometry (pro vodorovné vrty i svislé vrty),
- křehké páskové vodiče,
- geoakustické měření ve vrtech,
- měření podélných posuvů na svazích.
Vrty, využívané pro sledování stability skalních stěn a svahů, jsou vrtány běžnými jádrovými rotačními soupravami, vřetenovými i lafetovými, technologií rotačního jádrového vrtání s přímým proplachem, včetně technologie lanového jádrování.
Na inklinometrický vrt nejsou z hlediska vrtání kladeny nijak mimořádné nároky. Jedná se o vrty průměru 112 mm, resp. vrty průměru 93 mm. U těchto vrtů je především nutno zajistit dobrou průchodnost, resp. přímost z hlediska následného propažování polyetylénovými pažnicemi (PE).
U inklinometrických vrtů je největší důraz kladen na správnost vystrojování a osazování vrtu PE pažnicemi. Především je nutno zajistit:
- dokonalé slícování drážek jednotlivých PE trubek (zároveň musí být respektována zásada, že myšlená rovina proložená dvěma protějšími drážkami bude totožná s předpokládaným směrem pohybu svahu),
- u svislých vrtů zajistit maximální svislost osazení pažnic (interpretace výsledků u dokonale svislých vrtů není na rozdíl od šikmých vrtů zatížena chybami),
- vyvarovat se znečištění vnitřku PE pažnic,
- dbát na vodotěsnost spojů PE trubek.
Výsledným stadiem inklinometrického vrtu by měl být vystrojený vrt s upraveným zhlavím, připravený k provádění vlastního měření.
U ostatních metod monitorování, které se provádí ve vrtech (měření pórových tlaků, extenzometrie aj.), zásadními požadavky na vrt jsou:
- jeho dobrá průchodnost a přímost,
- volit průměr vrtu tak, aby byla dobrá manipulace s nářadím (vrtné tyče nebo injekční tyče) při osazování přístroje do vrtu a při jeho cementaci či obsypu.
Měření se provádí ve vrtech realizovaných z povrchu nebo z důlních děl, např. z průzkumných štol. Komplex metod pro sledování deformací skalních stěn a převisů je ilustrován na obr. 82 a pro sledování deformací svahů a sesuvů na obr. 83.
Obr. 82: Metody pro sledování deformací skalních stěn a převisů
1 – povrchový drátový extenzometr, 2 – víceúrovňový tyčový extenzometr, 3 – mechanický indikátor pohybu, 4 – elektrický indikátor pohybu se signalizací na dálku, 5 – skalní deformetr pro určení mezní hodnoty stavu posunu skalních bloků, 6 – puklinometr pro třírozměrné měření posunu po smykové ploše, 7 – řetězový deflektometr, 8 – geofon – senzor hluků a šumů vznikajících v hornině, 9 – vyhodnocovací jednotka
Obr. 83: Metody pro sledování deformací svahů a sesuvů.1 – povrchový drátový extenzometr, 2 – drátový extenzometr pro lokalizaci smykových zón, 3 – přesná inklinometrie, 4 – řetězový deflektometr pro měření příčného sedání, 5 – víceúrovňový tyčový extenzometr s mechanickým záznamem, 6 – deformetr (měření pohybu po kluzných plochách), 7 – dynamometr (měření předpětí kotev), 8 – hadicová vodováha na měření horizontálních pohybů, 9 – vyhodnocovací jednotka<
3.2 Vrtné práce v geotechnice
Geotechnika je obor, který aplikuje metody mechaniky zemin, mechaniky hornin, inženýrské geologie a dalších příbuzných disciplin na inženýrské stavby, těžbu nerostných surovin a ochranu životního prostředí. Je charakterizovaná následujícími činnostmi:
- zjišťování fyzikálních parametrů zemin a hornin prostřednictvím zkoušek a měření včetně navrhování vhodné metodiky zkušebních procesů a jejich vyhodnocování a to s ohledem na povahu příslušného inženýrského problému a konkrétní geologické situace,
- řešení stability přirozených i umělých svahů v zeminách a horninách, včetně návrhu sanace sesuvů. Jde například o stanovení stabilních sklonů svahů u silnic, železnic, lomů, svahů, povrchových dolů atp. Při zabezpečení skalních svahů lze využít i kotvení,
- řešení problematiky podzemních staveb (tunelů, šachet) s uvážením i ekologických aspektů v případech, jako jsou úložiště radioaktivních odpadů, složiště popílků, uložení výsypek atd.,
- posouzení dynamických účinků, jež působí na zemní i stavební konstrukce a navrhovat opatření na jejich snížení,
- stanovení mezních stavů v podzákladí staveb, včetně návrhů vhodných způsobů uložení a příslušných výpočtů únosnosti a sedání.
