Какие грунты подходят для ГНБ и как геология влияет на проведение работ

ГОСТ 25100-2020 рассматривает грунт как однородную по составу, строению и свойствам часть массива. Для технологии ГНБ важно не бытовое название породы, а её гранулометрический состав, плотность, влажность, консистенция, прочность, водопроницаемость и наличие включений. Не меньшее значение имеют последовательность слоёв, уровень и напор подземных вод.

Поэтому ответ на вопрос, какие грунты подходят для ГНБ, дают по результатам инженерно-геологических изысканий и расчётной оценки перехода. Сложные условия не всегда означают отказ от метода, но требуют специального инструмента, корректировки бурового раствора, дополнительных мероприятий или выбора другой технологии.

Содержание статьи:

При открытой разработке состояние грунта можно наблюдать непосредственно. При ГНБ инструмент движется в закрытом подземном канале, а оператор получает сведения по данным локации, параметрам работы установки и характеру выходящей пульпы. Поэтому неучтённый слой, валун или техногенное включение обнаруживаются уже в процессе проходки и могут потребовать изменения первоначального решения.

Геология влияет на способность головки удерживать направление, скорость бурения, износ инструмента, число расширений и усилие протягивания. От устойчивости стенок и выноса шлама зависит, сохранится ли канал до ввода трубопровода. При ошибочной оценке возможны отклонение от трассы, заклинивание инструмента, прихват трубы, обрушение канала и неконтролируемый выход буровой жидкости на поверхность.

СП 341.1325800.2017 относит к обычной области применения ГНБ пески, супеси, суглинки и глины, а также некоторые мёрзлые грунты, если устойчивость стенок обеспечивается тиксотропным буровым раствором. Это не означает, что перечисленные разновидности одинаково просты. Определяющим условием остаётся возможность сформировать управляемую скважину и поддерживать её стабильность на всех этапах.

Однородные суглинки и глины устойчивой консистенции обычно хорошо удерживают форму канала, но способны налипать на инструмент и набухать при контакте с водой. В песках нет такого сцепления частиц, поэтому возрастает роль фильтрационной корки и несущей способности раствора. Супесь занимает промежуточное положение, но её поведение также меняется с влажностью, плотностью и долей глинистых частиц.

Сводное сравнение показывает, почему корректнее говорить не о «хороших» и «плохих» грунтах, а о прогнозируемом поведении и необходимых мерах.

Вид грунта Как ведёт себя при бурении Основные риски Какие решения могут применяться
Глина устойчивой консистенции Сохраняет форму канала, но может набухать и налипать Сальникообразование, забивание форсунок, рост тяги Подбор режущего инструмента, контроль скорости, ингибирующие и полимерные добавки
Суглинок Обычно управляем, свойства зависят от плотности и влажности Налипание либо локальная потеря устойчивости Корректировка раствора и режимов по фактическому выходу шлама
Супесь Сочетает свойства песчаного и глинистого грунта Осыпание при малом сцеплении, налипание при высокой доле глины Стабилизация стенок, поддержание циркуляции, подходящий расширитель
Сухой песок Частицы легко разрабатываются, но слабо удерживают форму Осыпание, поглощение раствора, накопление шлама Формирование фильтрационной корки, достаточная вязкость и подача раствора
Водонасыщенный песок Подвижность частиц усиливается водой Обрушение, разуплотнение массива, выход пульпы Контроль давления, стабилизирующий раствор, при необходимости обсадная труба
Гравийно-галечниковый грунт Крупные частицы перемещаются и создают переменное сопротивление Уход головки, ударные нагрузки, потеря раствора Специальный инструмент, обсадка или закрепление грунта при обосновании
Валунный грунт Траектория зависит от размеров и распределения валунов Застревание, невозможность разрушить или обойти включение Уточнение геологии, специализированное бурение либо смена технологии
Скальная порода Канал может быть устойчивым, но порода требует разрушения Низкая скорость, высокий износ, отклонение по трещинам Коронки, забойный двигатель, перфоратор, скальные расширители
Насыпной грунт Неоднороден по составу и степени уплотнения Бетон, металл, пустоты, локальные обрушения Дополнительное обследование, шурфы, геофизика, корректировка трассы
Плывун В водонасыщенном состоянии способен перемещаться и разжижаться Потеря устойчивости, вынос частиц, просадки Специальное обоснование, водопонижение или закрепление; возможна смена метода

Практическое значение таблицы состоит в том, что одинаковое название грунта ещё не задаёт технологию. Решение выбирают по сочетанию состояния массива, длины и диаметра перехода, глубины, напора воды и возможностей конкретного оборудования.

Пески различаются по крупности, плотности, неоднородности и степени водонасыщения. Плотный крупный песок создаёт большее сопротивление инструменту, а рыхлый мелкий или пылеватый хуже удерживает стенки. При высокой проницаемости жидкая фаза раствора уходит в массив, из-за чего снижается его способность транспортировать выбуренный грунт.

Для устойчивости канала на стенках формируют тонкую малопроницаемую фильтрационную корку. Раствор должен удерживать частицы во взвеси и выносить их к приямку, не создавая избыточного давления. Скорость проходки согласуют с подачей насоса: если грунта разрабатывается больше, чем система способна удалить, шлам накапливается, повышает момент и затрудняет последующее расширение.

Водонасыщенный песок требует отдельной оценки уровня и напора воды. Опасность определяется не самим наличием воды, а возможностью стабилизировать стенки и поддерживать циркуляцию без разуплотнения массива. Поэтому утверждения «ГНБ в песке всегда просто» и «в песке бурить нельзя» одинаково некорректны.

В связных грунтах важны пластичность, консистенция и реакция на увлажнение. Твёрдая и тугопластичная глина оказывает значительное сопротивление, но может образовывать устойчивый канал. Мягкопластичная и особенно текучая глина хуже сохраняет форму и способна перемещаться вместе с раствором. Суглинок и супесь ведут себя по-разному в зависимости от соотношения песчаной и глинистой фракций.

При контакте активной глины с водой возможны набухание и налипание на буровую головку или расширитель. На инструменте образуется плотная масса — сальник, который перекрывает режущие элементы и форсунки. Очистка канала ухудшается, растут крутящий момент и тяговое сопротивление. Для снижения риска подбирают инструмент с достаточными проходами для шлама и корректируют свойства раствора, не допуская излишнего увлажнения грунта.

Гравий и галька создают переменное сопротивление: отдельные частицы могут вращаться, смещаться или заклиниваться между инструментом и стенкой. Буровая головка стремится уйти в сторону участка с меньшим сопротивлением, поэтому удерживать проектное направление сложнее. В пустотах между крупными фракциями возможны значительные потери раствора.

Одиночный валун в связном заполнителе и сплошной валунно-галечниковый слой — принципиально разные ситуации. В первом случае может оказаться возможным разрушение или обход препятствия. Во втором обычная лопаточная головка часто не обеспечивает управляемую проходку. Требуются сведения о размерах, количестве, прочности включений и мощности слоя; без них выбор инструмента превращается в предположение.

Скальная порода не обязательно обрушивается после разработки, но это не делает бурение простым. Монолитная скала оказывает высокое сопротивление и ускоряет износ режущих элементов. В трещиноватой породе головка способна отклоняться по ослабленным зонам, а раствор — уходить через раскрытые трещины. Выветрелая скала иногда ведёт себя как неоднородный переходный грунт с чередованием прочных и разрушенных участков.

Для проходки применяют специальные коронки, забойные двигатели, буровые перфораторы и скальные расширители. Компоновку выбирают по прочности, абразивности, трещиноватости, диаметру и профилю. Возможность работы зависит от оснащения конкретного комплекса: наличие высокой тяги у установки не означает, что она укомплектована инструментом и системой подачи для бурения в скале.

Плывун представляет особую сложность из-за сочетания мелких частиц, воды и подвижного состояния массива. При нарушении равновесия грунт может поступать в скважину, разуплотняться вокруг неё и вызывать деформации поверхности. В обводнённых слоях результат зависит от проницаемости, мощности пласта и гидростатического давления, а не только от отметки уровня воды.

Если давление подачи раствора недостаточно, стенки могут потерять устойчивость; если оно чрезмерно, возрастает риск гидроразрыва и выхода жидкости на поверхность или в соседние полости. СП 341 предусматривает для рыхлых водонасыщенных грунтов и напорных вод дополнительные мероприятия: обсадную трубу на проблемных участках, предварительное закрепление грунта, разгрузочные и наблюдательные пьезометрические скважины. Выбор меры должен быть обоснован проектом.

ГОСТ 25100-2020 выделяет техногенные грунты, включая насыпные, намывные, культурные слои и отходы производств. На городской территории в них могут встречаться куски бетона и кирпича, металл, старые фундаменты, остатки дорожных одежд, древесина и пустоты. Состав меняется на коротком расстоянии, поэтому скважина, пробуренная рядом с трассой, не всегда отражает условия непосредственно в створе перехода.

Техногенное включение может остановить головку, повредить инструмент или исказить показания локации. Для снижения неопределённости используют архивные планы, геофизические методы, локальные шурфы и дополнительные точки исследования. Иногда безопаснее изменить положение входа, глубину или план трассы, чем пытаться пройти непредсказуемый насыпной массив без достаточных данных.

На границе слоёв одна часть буровой головки встречает твёрдый грунт, а другая — более мягкий. Возникает боковая составляющая усилия, способная увести инструмент от проектной линии. При переходе из глины в песок одновременно меняются условия очистки: раствор, эффективный против налипания в связном грунте, может не обеспечивать нужную стабилизацию проницаемого песчаного слоя.

Резкое чередование влияет и на расширение. Инструмент то нагружается, то разгружается, изменяются момент, скорость и объём выходящего шлама. Особенно сложен переход из дисперсного грунта в наклонную скальную поверхность: головка стремится скользить по контакту. Геологический разрез поэтому должен показывать не только названия слоёв, но также их границы, мощность и наклон относительно трассы.

Изыскания выполняются для построения профиля, выбора оборудования и состава раствора, оценки проницаемости и возможного просачивания буровой жидкости. Отчёт должен содержать буровые колонки и разрезы с прослойками, мощностью и наклоном слоёв, физико-механические свойства, уровни и режим подземных вод, а также зоны сложных условий. Одной записи «по трассе залегает суглинок» для проекта недостаточно.

Расположение и глубину разведочных скважин назначают по типу пересекаемого объекта, глубине проектного канала и сложности строения. Изменение № 3 к СП 341, действующее с 26 июня 2026 года, усилило требование пункта 6.3.4: для переходов через водные преграды шириной более 250 м разведочные буровые работы следует проводить в два этапа. На сложных участках данные могут уточняться горизонтальной пилотной разведочной скважиной.

Результаты изысканий переводятся в проектные решения. В таблице показано, почему каждый показатель нужен технологии ГНБ.

Данные Что они показывают На какое решение при ГНБ влияют
Гранулометрический состав Соотношение глинистых, песчаных и крупных частиц Тип головки и расширителя, способность раствора удерживать шлам
Плотность Состояние сложения и ожидаемое сопротивление Усилие подачи, скорость проходки, нагрузка на инструмент
Природная влажность Содержание воды в грунте Склонность к налипанию, разуплотнению или изменению консистенции
Показатель текучести Состояние связного грунта Оценка устойчивости канала и необходимости дополнительных мер
Прочность и буримость Сопротивление разрушению и абразивность Породоразрушающий инструмент, крутящий момент, число проходов
Уровень подземных вод Положение водоносного горизонта Глубина трассы, раствор, организация приямков и водопонижение
Напор воды Давление в водоносном слое Риск притока, выходов раствора, необходимость пьезометров и обсадки
Включения Наличие гальки, валунов, бетона или металла Возможность проходки, дополнительное обследование, изменение трассы
Последовательность и наклон слоёв Положение контактов по отношению к каналу Управляемость головки, разбивка трассы на технологические участки

Практический вывод: чем протяжённее переход и неоднороднее массив, тем опаснее переносить результаты одной точки на всю трассу. Программа изысканий должна охватывать не только профиль канала, но и зоны входа, выхода и размещения тяжёлого оборудования.

Выбор начинается с механизма разрушения грунта. В пластичных связных породах эффективна режущая головка, способная очищаться от налипшего материала. Для песков и рыхлых грунтов важны контролируемая подача раствора и геометрия инструмента, не вызывающая избыточного разуплотнения. Для скалы нужны коронки, перфораторы или забойные двигатели, а для расширения — инструмент, соответствующий прочности и трещиноватости массива.

Класс установки связывают с длиной, диаметром канала, моментом и расчётной тягой, но геология может потребовать дополнительного оснащения: обсадных труб, системы регенерации раствора, усилителя тяги или второй буровой установки. Универсальной схемы «для песка — один расширитель, для глины — другой» нет. Окончательная компоновка определяется совокупностью грунта, профиля и трубопровода.

Влияние геологии на технологию удобно свести к рабочим изменениям и последствиям ошибки.

Геологическое условие Что меняется в технологии Возможное последствие при неправильной оценке
Рыхлый проницаемый песок Свойства и подача раствора, скорость бурения Осыпание канала и накопление шлама
Активная набухающая глина Добавки, конструкция инструмента, режим промывки Сальник, забивание форсунок и рост тяги
Текучепластичный грунт Стабилизация, возможная обсадка или закрепление Потеря устойчивости и деформация массива
Гравий и галька Усиленный инструмент, оценка потерь раствора Уход траектории, износ, застревание
Скала Породоразрушающая компоновка и ступени расширения Низкая проходка, поломка или быстрый износ инструмента
Трещиноватая порода Контроль давления и поглощения раствора Потеря циркуляции и неконтролируемый выход жидкости
Напорные воды Пьезометрический контроль и специальные мероприятия Приток, разуплотнение и обрушение канала
Чередование слоёв Раздельные режимы по участкам, усиленный контроль курса Отклонение головки и неравномерная нагрузка

Эта таблица показывает, что геологический отчёт используется не формально. Его данные должны быть связаны с ППР, спецификацией инструмента и контролируемыми параметрами бурения.

Буровой раствор удерживает выбуренный грунт во взвеси, очищает канал, препятствует налипанию, стабилизирует стенки, охлаждает инструмент и снижает трение. Для песка особенно важны фильтрация и способность формировать устойчивую корку. В глине требуется контролировать взаимодействие воды с активными минералами. В гравии и трещиноватой скале приходится учитывать поглощение раствора и сохранение циркуляции.

СП 341 требует подбирать состав аналитически и проверять параметры лабораторно с учётом грунта, длины и диаметра скважины, характеристик установки и рекомендаций производителей компонентов. В процессе работ свойства контролируют и корректируют, если фактическая геология отличается от проектной. Поэтому рецепт раствора нельзя назначить только по слову «суглинок» и перенести без проверки на другой объект.

В однородном прогнозируемом массиве легче назначить скорость проходки и последовательность расширений. Сложный грунт увеличивает износ инструмента, число технологических проходов, объём раствора и продолжительность очистки канала. Могут потребоваться обсадка, закрепление, дополнительная разведка, регенерация раствора или смена породоразрушающей компоновки.

Поэтому точную цену нельзя корректно определить только по длине и наружному диаметру трубы. Подрядчик должен учитывать геологические интервалы, воду, объём выбуренного грунта, риски и резервные решения. Произвольный процент удорожания вводит в заблуждение: в одном случае сложный слой занимает несколько метров, в другом проходит по большей части трассы и меняет всю технологию.

ГНБ позволяет строить криволинейную управляемую трассу с небольшими зонами входа и выхода. Однако для самотечной сети может быть критична высокая точность уклона, а в крайне неоднородном или водонапорном массиве — контролируемое состояние забоя. Тогда вместе с ГНБ рассматривают бурошнековое бурение и микротоннелирование.

Бурошнек обычно формирует прямолинейный переход между стартовым и приёмным котлованами с удалением грунта шнеками через продавливаемый футляр. Микротоннелирование использует дистанционно управляемый щит и систему контроля забоя, обеспечивая высокую точность, в том числе для безнапорных трубопроводов. Его организация сложнее и требует полноценных шахт или котлованов. Выбор делают по геологии, диаметру, длине, уклону, доступной территории и допустимым рискам.

Критерий ГНБ Бурошнековое бурение Микротоннелирование
Управляемость траектории Допускает плавные изменения в плане и профиле Обычно прямолинейная проходка между котлованами Управляемая проходческая машина с корректировкой курса
Точность уклона Зависит от локации, глубины и геологии Высокая при корректной установке и контроле пилотной системы Высокая, подходит для строгих отметок самотечных сетей
Неоднородные грунты Возможность зависит от инструмента и устойчивости канала Крупные включения могут затруднить транспортирование шнеком Щит и система пригруза подбираются под конкретный массив
Диаметр Определяется трубой, длиной, расширением и классом установки Определяется футляром, домкратной станцией и шнековым комплексом Чаще применяется для средних и крупных проходных сечений
Котлованы Небольшие приямки либо выход на поверхность Нужны стартовый и приёмный котлованы Нужны стартовая и приёмная шахты или котлованы
Организация и стоимость Эффективна при возможности устойчивого управляемого бурения Зависит от котлованов, длины и условий удаления грунта Обычно наиболее капиталоёмкая мобилизация и площадка

Таблица не устанавливает победителя для всех объектов. Она показывает, какие особенности становятся решающими. Дополнительное сравнение приведено в статьях «Классификация и виды горизонтального бурения» и «Бурошнековое бурение — технология, этапы работ, преимущества».

Пригодность участка для горизонтально направленного бурения определяется не названием грунта, а сочетанием его состава, плотности, влажности, консистенции, прочности, водопроницаемости, включений и положения слоёв. Даже распространённые пески и глины могут создавать разные риски, а сложная геология не всегда исключает ГНБ, если её можно учесть расчётом и компенсировать техническими мерами.

Для предварительной оценки необходимы план трассы, длина и диаметр перехода, назначение и материал трубы, имеющиеся геологические разрезы, сведения об уровне и напоре подземных вод, техногенных объектах и доступных площадках. Для проектного решения нужны инженерно-геологические изыскания по створу, физико-механические характеристики, обоснованный выбор инструмента и раствора, а также ППР. Ссылку на статью о максимальной длине и диаметре ГНБ следует добавить после её публикации.

Заявка на оказание услуги

Имя*
+7 (___) ___-__-__*
Комментарий
Нажимая на кнопку вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности
Спасибо за заявку
Мы свяжемся с Вами в ближайшее время

Остались вопросы?

Позвоните нам или задайте вопрос через форму.

Задать вопрос

Похожие статьи