Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Пути повышения качества информации, получаемой разведочным бурением скважин при инженерных изысканиях

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Архангельский, Игорь Всеволодович

Общая характеристика работы

Глава 1. Современное состояние проблемы повышения каче-. ства информации, получаемой при разведочном бурении

1.1. Роль разведочного бурения в общем комплексе геологических работ, выполняемых при инженерных изысканиях.

1.2. Техника и технология бурения.

1.3. Качество получаемой информации

1.4. Современные представления о факторах, влияющих на качество получаемой информации

Глава 2. Результаты исследования и обобщения опыта разведочного бурения при инженерных изысканиях.

2.1. Инженерно-геологические услодая районов исследований

2.2. Методы исследований качества информации

2.3. Виды погрешностей информации, получаемой при разведочном бурении.

2.4. Причины формирования погрешностей

2.5. Модель формирования погрешностей геологической информации при бурении скважин

Глава 3. Исследование погрешностей информации, получаемой при разведочном бурении.

3.1. Исследование погрешностей установления границ между слоями.

3.2. Исследование погрешностей определения наименований четвертичных песчано-глинистых пород

3.3. Исследование погрешностей определения трещиноватости выветрелых карбонатных пород

3.4. Исследование погрешностей определения количества валунов.

Глава 4. Пути повышения качества информации, получаемой при разведочном бурении скважин

4.1. Требования к качеству информации.

4.2. Снижение и устранение погрешностей.

4.3. Компенсация погрешностей.

4.4. Контроль качества информации.

4.5. Эффективность разведочного бурения.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Пути повышения качества информации, получаемой разведочным бурением скважин при инженерных изысканиях"

Актуальность проблемы. Необходимость повышения эффективности и качества строительства подчеркивалась в решениях ХХУ1 съезда КПСС и в целом ряде других партийных и государственных документов. Большие резервы повышения эффективности и качества строительства кроются в улучшении качества инженерно-reoлогической информации. Поскольку основным видом полевых геологических работ в инженерных изысканиях являются буровые работы, то качество итоговой инженерно-геологической информации во многом определяется качеством информации, получаемой при бурении скважин. В тоже время имеющиеся данные показывают, что качество получаемой при бурении информации не всегда соответствует требованиям проектирования и строительства.

В практике строительства и эксплуатации сооружений имеются случаи различных осложнений и аварий, связанных с низким качеством получаемой бурением скважин информации. Кроме того, немало случаев, когда недостаточно высокий уровень качества информации не позволяет принимать экономичные проектные решения, и проектировщики вынуждены закладывать излишний запас прочности, что приводит к удорожанию строительства.

Все это говорит о насущной необходимости повысить качество получаемой при бурении информации.

Проблема повышения качества получаемой бурением информации является важной составной частью проблемы оптимизации инженерных изысканий, которая находится сейчас в центре внимания специалистов [19,27,35,42,43,48,50,54, 55,56,66,69,70,82] .

Без решения проблемы оценки и повышения качества первичной информации невозможно успешное решение проблемы оптимизации инженерных изысканий в целом. Оставить качество информации в том же состоянии - это значит примириться с существующими авариями, осложнениями при. строительстве и эксплуатации сооружений, неоправданным удорожанием строительства.

Цель работы. Основной целью работы являются: выявление и анализ причин недостаточно высокого уровня качества получаемой бурением информации, количественная оценка качества информации, разработка мероприятий по повышению качества и оценка, эффективности разведочного бурения.

Научная новизна. Впервые подробно рассмотрены виды погрешностей информации, возникающих при бурении скважин, их влияние на строительное производство, причины формирования погрешностей.

Приведены результаты исследования основных видов погрешностей, оказывающих наиболее неблагоприятное воздействие на строительство и эксплуатацию сооружений.

Впервые приведена количественная оценка качества информации, получаемой при бурении скважин различными способами, как при решении частных геологических задач, так и в целом, при решении комплекса геологических задач.

Приведены методики установления требуемой точности и достоверности геологической информации для различных случаев проектирования.

Предложена методика использования характеристик процесса бурения в качестве источника дополнительной информации о геологических условиях изучаемого объекта.

Рассмотрены вопросы оценки эффективности разведочного бурения с учётом качества получаемой информации и стоимости бурения в породах различных категорий по буримости.

Практическая ценность работы и реализации результатов исследований. Результаты исследования и обобщения опыта разведочного бурения позволяют в процессе получения первичной информации выделить погрешности, оказывающие наиболее неблагоприятное воздействие на строительное производство и, в соответствии с приведёнными рекомендациями, принять меры по их ослаблению, компенсации или полному устранению.

Предлагаемые в работе методики позволяют количественно оценить состояние качества получаемой информации и, согласно полученным значениям, дают возможность вносить соответствующие коррективы.

Методики оценки требуемой точности и достоверности информации для проектирования различных сооружений в конкретных условиях позволяют выбрать в соответствии с устанавливаемыми требованиями необходимые технику и технологию бурения. При невозможности обеспечения точности и достоверности, бурение скважин дополняется проходкой шурфов, полевыми опытными работами, геофизической разведкой.

Установленные количественные значения информативности разведочного бурения дают возможность применять для решения различных геологических задач наиболее информативные способы бурения и исключить из практики бурения неинформативные способы.

Предлагаемая в работе методика оценки эффективности разведочного бурения позволяет выбирать оптимальные способы бурения, буровые установки, породоразрушающий инструмент, диаметры бурения и т.д. Используя эту методику можно проводить сопоставительный анализ разведочного бурения, выполняемого изыскательскими подразделениями в различных геологических условиях.

Некоторые результаты исследований уже нашли практическое применение.

При изысканиях, выполняемых Ленинградским трестом инженерно-строительных изысканий для промышленного и гражданского строи тельства на территории северо-запада, с целью компенсации установленных исследованиями погрешностей информации, получаемой при бурении скважин колонковым и ударно-канатными способами, в дополнение к буровым работам широко применяется статическое, ударное и ударно-вибрационное зондирования. Эти методы позволяют выявить пропущенные при бурении слои пород и уточнить геологические границы. Для компенсации погрешностей определения глубины залегания кристаллических пород, мощности зоны выветривания и закарсто-ванности карбонатных пород применяются электро- и сейсморазведоч-ные методы.

При изысканиях на объектах строительства глиноземного комбината в г.Пикалево Ленинградской области использование результатов исследования трещиноватости выветрелых карбонатных пород позволило правильно оценивать состояние карбонатных пород,несмотря на плохую сохранность керна,и этим исключить осложнения при разработке пород.

При изысканиях для гидротехнического строительства на шельфе Баренцева моря использование предлагаемой методики оценки возможной глубины забивки свай по данным бурения позволило значительно сократить количество недобитых свай. В том же районе широко применяется предложенная методика оценки плотности сложения песков по результатам погружения обсадных труб.

Апробация работы. Некоторые результаты данной работы докладывались на республиканских совещаниях в Москве (1975 г.), в г.Минске (1976 г.), в г.Симферополе (1976 г.) и йа Всесоюзной конференции по инженерной геологии в г.Ростове-на-Дону (1980 г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 16 работ, в том числе её содержание отражено в соответствующих разделах книг "Бурение скважин в прибрежной зоне морей" (Л.: Недра, 1975.), "Морское бурение инженерно-геологических скважин" (Л.: Недра, 1980.).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. При бурении скважин возникают погрешности геологической информации, обусловленные геологическими, техническими, субъективными, внешними и нормативно-методологическими причинами.

2. Уровень качества получаемой информации во многих случаях не соответствует требованиям проектирования, так как не позволяет выбрать оптимальные проектные решения из-за неучёта или недостаточного учёта основных характеристик геологических условий, что приводит к строительству неэкономичных фундаментов, осложнениям и авариям при строительстве и эксплуатации сооружений с неизбежными при этом затратами материальных средств и времени.

3. Имеются резервы повышения качества информации, .в том числе не требующие дополнительных ассигнований на инженерные изыскания. Последние заключаются в широком использовании характеристик процесса бурения для определения геологических границ, оценки состава,состояния и свойств пород в условиях их естественного залегания.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения с общим объёмом 492 страниц, в том числе 28 таблиц, 14 рисунков, 85 наименований литературы.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Архангельский, Игорь Всеволодович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обобщение опыта разведочного бурения и специально проведенные исследования показали, что при бурении скважин возникают погрешности геологической информации под воздействием геологических, технических, субъективных, внешних, нормативно-методологических факторов.

Установленные количественные показатели погрешностей указывают на значительные, в ряде случаев, расхождения наблюдаемых при бурении и существующих в действительности положений геологических границ между слоями, признаков состава, состояния и свойств четвертичных песчано-глинистых отложений, трещиноватости вы-ветрелых карбонатных пород и количества валунов в изучаемых отложениях .

2. Вычисленные значения информативности разведочного бурения, выражающие в количественной форме качество всей получаемой информации в геологических условиях северо-запада европейской части СССР, указывают на низкую информативность применяемых способов бурения. Так, при требуемой информативности 32 бит фактическая информативность колонкового бурения составляет 16 бит, ударно-канатного 8 бит, вибрационного 7 бит, медленновращательного 5 бит, шнекового 4 бит. Таким образом, даже наиболее информативное колонковое бурение не обеспечивает требуемого. качества геологической информации.

3. Проведенный анализ влияния погрешностей информации на строительное производство, исследование погрешностей и их количественная оценка, рассмотрение требований СНиП П-15-74 и

СНиП П-17-77, предъявляемых к точности и достоверности геологической информации, сопоставление требуемой информативности разведочного бурения с фактической показали, что существующий в настоящее время уровень качества геологической информации, получаемой при бурении скважин, во многих случаях не соответствует требованиям проектирования, так как не обеспечивает выбора наиболее экономичных и надежных проектных решений и не гарантирует строительство от геологических неожиданностей, которые могут привести к осложнениям, авариям в процессе строительства и эксплуатации сооружений и повлиять на изменение проекта, сроки и стоимость строительства.

Опыт строительства на северо-западе подтверждает это.

4. Для приведения в соответствие уровня качества получаемой информации и требований проектирования необходимо провести ряд организационно-технических мероприятий, главным из которых является создание специального разведочного комплекса, включающего буровую установку, полевую лабораторию, хранилище керна, бытовое помещение. С целью обеспечения выбора оптимальных способов и режимных параметров бурения комплекс должен реализовывать три способа бурения - колонковый с продувкой сжатым воздухом, ударно-канатный и вибрационный, и оснащаться специальной контрольно-измерительной аппаратурой, не чувствительной к сильным

- вибрациям, встряхиваниям, атмосферным воздействиям.

Комплекс должен удовлетворять всем требованиям,предъявляемым к буровым установкам при производстве инженерных изысканий^ обеспечивать возможность получения точной и достоверной информации (в настоящее время в инженерных изысканиях применяются более 40 наименований буровых установок, но ни одна из них не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

5. Для компенсации погрешностей информации, возникающих при бурении сйважин, требуется более широкое применение полевых опытных, геофизических работ, а также лабораторных исследований, выполняемых непосредственно в полевых условиях для оперативного, определения признаков состава, состояния и свойств пород, на основании которых породам присваиваются наименования в соответствии с номенклатурой СИиП П-15-74. В определенных случаях для компенсации погрешностей информации целесообразна проходка шурфов.

6. В связи с тем, что применение полевых опытных, геофизических, лабораторных исследований, а также проходка шурфов, не всегда дают положительный эффект, а в некоторых случаях практически невозможны, для установления геологических границ, определения состава, состояния и свойств пород целесообразно использовать характеристики процесса бурения (ХПБ).

Теоретической основой методики использования ХПБ служат изменения ХПБ в зависимости от сопротивления, оказываемого горными породами внедрению или извлечению бурового инструмента и обусловленного свойствами горных пород в условиях естественного залегания.

Применение методики не требует дополнительных ассигнований, поэтому она может иметь самое широкое распространение.

Имеющиеся результаты использования методики показали ее высокую эффективность, особенно для случаев плохой сохранности керна.

По своему существу методика использования ХПБ является аналогом полевых опытных работ, поскольку здесь так же фиксируется реакция горных пород на механическое воздействие. Преимуществом ее перед существующими полевыми методами является то, что информацию получают попутно с бурением и для ее получения практически нет ограничений.

Для более широкого применения методики необходимо продолжить исследования по выявлению взаимосвязей ХПБ и свойств горных пород. *

Широкое использование ХПБ для установления геологических границ, определения состава, состояния и свойств горных пород позволит в будущем на базе упомянутого выше разведочного комплекса создать универсальную разведочную установку для выполнения инженерно-геологических исследований и отказаться не только от огромной номенклатуры буровых установок, но и еще большей номенклатуры устройств для проведения опытных работ (в настоящее время насчитывается более 50 наименований различных устойств).

7. Для оценки эффективности разведочного бурения предложена формула расчета показателя информационной эффективности, в которой учитывается качество получаемой информации, производительность и стоимость 1 м бурения в породах различных категорий по буримости. Показатель информационной эффективности позволяет количественно оценить эффективность разведочного бурения в разных геологических условиях, разными буровыми установками, диаметрами бурения и т.д. Показатель позволяет выбрать оптимальные буровые установки, способ бурения, породоразрушающий инструмент, диаметр бурения.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Архангельский, Игорь Всеволодович, Ленинград

1. Архангельский И.В. Бурение скважин в прибрежной зоне морей. Л.: Недра, 1975.- 176с.

2. Архангельский И.В. Морское бурение инженерно-геологических скважин. Л.: Недра, 1980.- 233с.

3. Архангельский И.В. Изучение трещиноватости горных пород при бурении скважин. Транспортное строительство. 1970, № 11, с.42-44.

4. Архангельский И. В. Методы инженерно-геологических исследований для морского дноуглубления. Транспортное строительство. 1974, № 11, с.48-49.

5. Архангельский И.В. Оценка выветрелости и трещиноватости горных пород при бурении инженерно-геологических скважин.- Инженерно-строительные изыскания. 1876, №1(4), с.22-26.

6. Архангельский И.б. Моделирование процесса погружения свай в грунты с высоким содержанием крупнообломочного материала. Ь кн.: Применение моделей на стадии изысканий. Киев, 1976, с. 19.

7. Архангельский И,В. О количественной оценке качества полевого инженерно-геологического описания грунтов. Инженерностроительные изыскания. 1978, № 1 (49), с.8-13.

8. Архангельский И.В. Некоторые вопросы повышения качества первичной инженерно-геологической информации. 13 кн.: Оценка качества гидрогеологической и инженерно-геологической информации. Новочеркасск, 1980, с.31-36.

9. Барон Л.И,, Личели Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной отбойке. М.: Недра, 1966. - 136с.

10. Башкатов Д.Н., Олоновский Ю.А. Вращательное шнековое бурение геологоразведочных скважин, М.: Недра, 1960. - 192с.

11. Башкатов Д.Н. Обоснование конечных диаметров инженерно-геологических скважин.- Разведка и охрана недр. 1970, № 7, с.29-32.

12. Бирюков Н.С., Казарновский В.Д., Мотылев Ю.Л. Методическое пособие по определению физико-механических свойств грунтов. М.: Недра, 1975.- 176с.

13. Бронштейн Б.Е. О некоторых путях повышения эффективности инженерно-геологических изысканий. Инженерная геология. 1982, № 5, с.23-23.

14. Бурдун Т.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Изд.стандартов, 1975.- 336с.

15. Гавришин А.И. Некоторые проблемы оценки качества геологической информации. В кн.: Оценка качества геологической информации. Новочеркасск, 1976, с.3-12.

16. Гавришин А.И., Текучев Ю.Б., Ткачук Э.И. Вопросы оценки качества информации и надежности статистического обоснования выводов инженерной геологии,- Инженерно-строительные изыскания. 1977, № 3 (47), с.25-31.

17. Гавришин А.И. Математико-статистические методы оценки и контроля качества геологичеакой информации. Новочеркасск, 1979.- 56с.

18. Гавришин А.И. Вопросы качества гидрогеологической и инженерно-геологической информации. в кн.: Оценка качества гидрогеологической и инженерно-геологической информации. Новочеркасск, 1980, с.3-11.

19. Геология четвертичных отложений северо-запада европейской части СССР. Л.: Недра, 1967. - 344 с.

20. Гороховский В.М., Ткачук Э.И. Моделирование в инженерной геологии. Новочеркасск, 1980. - 84с.

21. Щциные -нормы времени и расценки на изыскательские работы. М.: Стройиздат, 1979.- 448с.

22. Зиангиров P.C., Михайлов H.A., Бирюков В.Ё. Нормирование и стандартизация инженерно-геологических изысканий. Инженерная геология. 1980, № 4, с.15-27.

23. Иванов О.В., Блинов Г.А., Зубков П.Л- Новые способы разрушения горных пород и перспективы их применения в геологоразведочном бурении. Обзор. Техника и технология геологоразведочных работ, организация производства. М., ВИЭМС, 1977.- 89с.

24. Инженерная геология СССР, т.1 М.: изд. МГУ, 1978.--528с.

25. Инженерная геология СССР, т.4 М.: изд. МГУ, 1977.--502с.

26. Каган A.A., Солодухин М.А. Моренные отложения северо-запада СССР. М.: Недра, 1971. - 137с.

27. Кардыш В.Г., Мурзаков Б.В., Окмянский A.C. Бурение неглубоких скважин. М.: Недра, 1971.- 238с.

28. Козлов В.М., Слепцов Б.Г. К проблеме оптимизации объемов горно-буровых работ и совершенствование методики инженерно-геологических изысканий Инженерная геология. 1981, № 5, с. 26-36.

29. Кусевич В.И., Зеликовский Л.Н. Вопросы построения и использования информационных моделей в геологии. Математические методы исследований в геологии. Экспресс-информация ВИЭМС- М., 1977, № 9, с.14-25.

30. Лавриков И.С. Экономическая эффективность бурения инженерно-геологических скважин станками УГБ-50М, УРБ-2А (2А-2) и АВБ -Пм.- Инженерно-строительные изыскания. 1981, № 4 (63), с.23-30.

31. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.: Недра, 1970.- 528с.

32. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород.- Л.: Недра, 1972.- 312с.

33. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.: Недра, 1977.- 479с.

34. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Специальная инженерная геология. Л.: Недра, 1978.- 496с.

35. Ломтадзе В^Д. Инженерная геология и инженерные изыскания. Инженерная геология. 1979, № 5, с.3-15.

36. Математическая статистика (В.М.Иванова, В.Н.Калинина, и др.) М.: Высшая школа, 1S75.- 398с.

37. Мицкевич P.A., Солодухин М.А., Архангельский И.В. Первые результаты производственных испытаний коронок, армированных эльбором. Инженерно-строительные изыскания. 1975, № 4 (70), с,35-39.

38. Мицкевич P.A., Архангельский И.В. 0 полевых методах определения характеристик грунтов для проектирования свайных фундаментов. В кн.: Современные методы определения механических характеристик слабых грунтов. Л., 1978, с.59-63.

39. Огоноченко В.П. Оптимизация и эффективность инженерно-геологических изысканий. Инженерная геология, 1980, № 5,с.14-20.

40. Перлей Е.М., Цукерман Н.Я. Трубчатые железобетонные сваи и колодцы оболочки для промышленного и гражданского строительства. - Л.: Стройиздат, 1969.- 199с.

41. Пикулевич Л.Д. Продукция инженерно-геологических изыска-, ний, геолого-экономическая сущность и категории.- Инженерная геология. 1980, №6, с. 13-20.

42. Попов В.В. Комплексная интерпретация результатов геофизических исследований в углеразведочных скважинах.- М.: Недра, 1976.- 112с.

43. Рац М.В. Неоднородность горных пород и их физических свойств.- М.: Недра, 1963.- 448с.

44. Рац М.В. Структурные модели в инженерной геологии. М.: Недра, 1973.- 214с.

45. Рац М.Ь. Принципы оптимизации инженерно-геологических изысканий.- Инженерная геология. 1980, № 3, с.3-15.

46. Ребрик Б.М. Бурение скважин при инженерно-геологических изысканиях.- М.: Недра, 1979.- 256с.

47. Ребрик Б.М., Куник Л.И. Эффективность и качество бурения инженерно-геологических скважин.- М.: Недра, 1978.- 128с.

48. Ребрик Б.М., Шшневский В.Ф. Ударно-вибрационное зондирование грунтов.- М.: Стройиздат, 1979.- 88с.

49. Рекомендации по выбору и эффективному применению способов бурения инженерно-геологических скважин в различных природных и геологических условиях.- М.: Стройиздат, 1974.- 33с.

50. Рекомендации по производству буровых работ при инженерно-геологических изысканиях для строительства.- М.: Стройиздат, 1970. 80с.

51. Ржевский BJ3., Кутузов Б.Н., Егоров А.И. Применение метода шарошечного бурения для контроля качества бетона бурона-бивных свай.- Основания, фундаменты и механика грунтов. 1974,1, с. 16-19.

52. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений М.: Стройиздат, 1977.- 376с.

53. Румпинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента.- М.: Наука, 1971.- 192с.

54. Сборник цен на изыскательские работы для капитального строительства.- М.: Стройиздат, 1982.- 568с.

55. Сергеев Е.М. Инженерная геология.- М.: изд.МП/, 1982.- 248с.

56. Смолдырев А.Е. Методика и техника морских геологоразведочных работ.- Недра, 1978.- 304с.

57. Солодухин М.А. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства.- М.: Недра, 1975.- 188с.

58. Солодухин М.А. 0 качестве и эффективности инженерно-геологических изысканий.- Инженерная геология, 1980, № 5, с.21-23.

59. Солодухин М.А. К вопросу об оптимизации инженерно-геологических изыскании.- Инженерная геология, 1981, № 3, с.19-21.

60. Солодухин М.А., Архангельский И.В. Справочник техника-геолога по инженерно-геологическим и гидрогеологическим работам.-М.: Недра, 1982.- 288с.

61. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Основания зданий и сооружений. СНиП П-15-74. М.: Стройиздат, 1975.- 65с.

62. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Свайные фундаменты. СНиП П-17-77.- М.: Стройиздат, 1978.- 48с.

63. Технология и техника разведочного бурения (Ф.А.Шамшев, С.Н.Тараканов, Б.Б.Кудряшов и др.).- М.: Недра, 1973.- 481с.

64. Чагин М.М., Коваленко В.Н. О качественной оценке эффективности методов разведочной геофизики.- Изв. вузов. 1976, № 3, с.129-135.

65. Чагин М.М. Применение теории информации при решении геологических задач.- Математические методы исследований в геологии. Обзор ШЭМС, 1977.- 51с.

66. Чистяков В.П. Курс теории вероятностей.- М.: Наука, 1982.- 256с.

67. Шелковников И.Г. Свайный эффект при отборе проб грунта пробоотборниками ударно-забивного типа. Изв.вузов. Геологияи разведка. 1975, № 9, с.129-132.

68. Шелковников И.Г. О процессе отбора грунта из морского дна пробоотборниками ударно-забивного типа.- Изв.вузов. Геология и разведка. 1976, № 3, с.153-157.

69. Шепард Р.П. Морская геология.- Л.: Недра, 1969.- 462с.

70. Ширяев В.Н., Карпов A.A. Организация оснащения инженерно-геологических изысканий.- М.: Недра, 1971.- 224с.

71. Шиссель A.M. К вопросу об оптимизации инженерно-геологического бурения.- Инженерная геология, 1979, №6, с.25-29.

72. Raynat 5. Method and appazatus foz meosusiny mechanicaC chazactetiLstics of zocks -white they ate heinty dziWed. 1/.5. Patent office, jJ 352037S, 1970.