КАЛИБРАТОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫПОЛНЕНИЯ КОЛОНН МЕТОДОМ СТРУЙНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ

Полезная модель относится к подземному строительству, а именно к устройствам для испытания грунта при выполнении колонн методом струйной геотехнологии.
Известно устройство для измерения диаметра колонн, выполненных методом струйной геотехнологии при заданных постоянных параметрах технологического процесса, в виде стержневых ножниц предназначенных для измерения диаметра колонны до начала схватывания цементогрунтовой смеси по раскрытию концов в закрепленном грунте /1/.
Недостатком известного устройства является ограниченность его использования на небольшой глубине, а также трудоемкость подбора технологических параметров метода струйной геотехнологии для заданных проектных параметров колонн, так как требуется выполнение самой колонны.
Наиболее близким является устройство для отбора грунта при бурении скважины в виде колонкового инструмента грунтоотборника, закрепленного на буровой штанге, содержащего цилиндрическую гильзу, ножевую часть и переходник /2/.
Недостатком известного устройства является трудоемкость испытаний грунта, требующих больших затрат на отбор проб и испытания, результаты которых не дают возможность достаточно точно определить технологические параметры струйной геотехнологии для выполнения колонн заданных геометрических параметров.
Техническая задача заключается в расширении технологических возможностей за счет моделирования процесса выполнения колонн методом струйной геотехнологиии по всей глубине скважины при снижении затрат на испытания грунта и замеры параметров выполняемой колонны.
Поставленная задача решается таким образом, что в калибраторе для определения технологических параметров выполнения колонн методом струйной геотехнологии, включающем грунтоотборник, содержащий съемные ножевую часть и переходник для монтажа на буровую штангу, согласно полезной модели, грунтоотборник соединен под прямым углом одним концом с цилиндрическим кондуктором, вертикально закрепленным с возможностью погружения в его полость гидромонитора, с размещением форсунок гидромонитора соосно грунтоотборнику, при этом кондуктор имеет сливное устройство для удаления излишков рабочего раствора, а грунтооборник снабжен крышкой, в которую вмонтирована система регистрации данных. Причем грунтоотборник выполнен составным из кольцевых элементов. В крышку грунтоотборника вмонтирована система нагружения для создания бытового давления в грунте. Цилиндрический кондуктор снабжен сливным краном для отбора цементогрунтовой смеси и формой для изготовления образца закрепленного грунта. Причем, кондуктор может быть закреплен в плашках буровой установки. Или кондуктор вертикально закреплен на лабораторном стенде. Кроме того, на сливное устройство кондуктора для удаления излишков рабочего раствора могут быть установлены регулируемый обратный клапан для создания гидростатического давления и контрольный манометр, при этом кондуктор снабжен герметичной заглушкой.
Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что грунтоотборник соединен под прямым углом одним концом с цилиндрическим кондуктором, вертикально закрепленным с возможностью погружения в его полость гидромонитора, с размещением форсунок гидромонитора соосно грунтоотборнику, при этом, кондуктор имеет сливное устройство для удаления излишков рабочего раствора, а Грунтооборник снабжен крышкой, в которую вмонтирована система регистрации данных.
Предлагаемое устройство позволяет достоверно моделировать технологический процесс выполнения колонн методом струйной геотехнологии по всей длине колонны, как на строительной площадке непосредственно перед выполнением колонн, так и в лабораторных условиях на стенде. Кроме того, при выполнении цементогрунтовых колонн, калибратор одновременно позволяет производить отбор проб цементогрунтовой смеси для лабораторных испытаний на прочность.
На фиг.1 показан калибратор для определения технологических параметров выполнения колонн методом струйной геотехнологии, общий вид; фиг.2 - тоже, что и на фиг.1, вариант с системой нагружения для создания бытового давления в образце грунта; фиг.3 - грунтоотборник.
Устройство для лабораторного или полевого прогнозирования параметров технологического процесса струйной геотехнологии для выполнения колонн заданного диаметра по струйной геотехнологии состоит из грунтоотборника 1, выполненного сборно-разборным в виде гильзы из составных колец 2, и снабженного съемными ножевой частью 3, и переходником 4 для монтажа на буровую установку 5.
Грунтоотборник 1 жестко соединен под прямым углом с вертикально установленным в плашках буровой установки 5 (см. фиг.1) или на лабораторном стенде 6 (см. фиг.2) цилиндрическим кондуктором 7. Кондуктор 7 имеет сливное устройство 8 в виде отводящего патрубка для удаления излишков рабочего раствора, который может быть снабжен контрольным манометром 9 и регулируемым обратным клапаном 10 для создания гидростатического давления.
Кондуктор 7 имеет заглушку 11 для герметизации полости кондуктора при подъеме гидромонитора 12 в период испытания.
В нижней части кондуктора 7 смонтирован сливной кран 13 для отбора цементогрунтовой смеси в форму 14 (кубики 10×10×10 см), которая установлена на поддоне 15.
Грунтооборник 1 снабжен крышкой 16, в которую вмонтирована система регистрации данных 17, включающую датчик 18 для определения давления в грунте, соединенный с контрольно измерительной аппаратурой 19. В крышку 16 грунтоотборника 1 может быть вмонтирована система нагружения 20, например, в виде поршня, для создания бытового давления в грунте.
Грунтоотборник 1 - представляет собой сборно-разборный колонковый буровой инструмент, задавливаемый буровой установкой или забиваемый в грунт пневмопробойником (любым из методов позволяющим погрузить его до проектной отметки) и в дальнейшем извлекаемым на поверхность при наполнении его грунтом. Длина грунтоотборника 1 кратна радиусу выполняемой колонны.
Калибратор работает следующим образом.
При проведении испытаний грунтоотборником 1 отбирается грунт ненарушенной структуры из каждого инженерно-геологического элемента. В дальнейшем грунтоотборник 1 с образцом грунта разбирается с отделением от него ножевой части 3 и переходника 4 для монтажа на буровую установку 5. Грунтоотборник 1 в виде гильзы удобней всего выполнять в виде наборных колец 2 высотой кратной требуемому радиусу выполняемой колонны по струйной геотехнологии.
Кондуктор 7 имеет цилиндрическую форму с боковым отверстием для соединения с ним под прямым углом грунтоотборника 1 в горизонтальном положении для проведения испытания. В нижней части кондуктора 7 имеется кран 13 для удаления смеси инъекционного раствора перемешанного с грунтом после проведения испытания в специально установленный поддон 15 с формой 14 для изготовления образца закрепленного массива грунта. В верхней части кондуктор имеет патрубок 8 для отвода излишков пульпы в виде смеси отработанного инъекционного раствора с грунтом, снабженный регулируемым обратным клапаном 9 позволяющим имитировать в кондукторе 7, сначала давление равное бытовому горизонтальному давлению на отметке отбора образца грунта, а затем равное гидростатическому давлению от столба жидкой пульпы в скважине соответствующее отметке отбора образца.
Система регистрации данных 17, смонтированная в крышке грунтоотборника 1, снабжена датчиком 18 для определения давления возникающего в грунте при его размыве, соединенным в свою очередь с контрольно измерительной аппаратурой 19, фиксирующей значение давления в образце грунта в зависимости от времени. Крышка 16 в своем составе может иметь поршень, на который в свою очередь, монтируется датчик 18 давления грунта. Поршень 20 прижимает датчик 18 к образцу грунта с давлением равным бытовому горизонтальному давлению грунта на отметке отбора образца за счет специального механического или гидравлического устройства (на чертеже не показано). Датчик 18 давления грунта соединяется с контрольно-измерительной аппаратурой 19 по специальному кабелю.
В процессе проведения испытания производится отбор образца грунта ненарушенной структуры грунтоотборником 1, извлечение из него гильзы с образцом грунта заполняющего ее полностью. Далее гильзу с грунтом соединяют под прямым углом в горизонтальном положении одним концом с кондуктором 7, а в другой конец гильзы монтируют крышку 16 с системой регистрации данных 17, оснащенную датчиком 18 давления грунта. Затем в смонтированном состоянии устройство устанавливается в плашки буровой установки 5, в случае проведения испытания в полевых условиях, или на специальный лабораторный стенд 6, в случае проведения испытания в лабораторных условиях. В полость кондуктора 7 погружают гидромонитор 12, закрепленный на буровом инструменте буровой установки 5, таким образом, чтобы его форсунки (насадки) располагались соосно с гильзой грунтоотборника, содержащей образец грунта ненарушенной структуры. Далее, устанавливают заглушку 11 кондуктора для ликвидации имеющейся кольцевой полости в его верхней части при установке в него гидромонитора 12, производят регулировку обратного клапана 10 и воспроизведение бытового горизонтального давления на образец грунта за счет создания давления в полости кондуктора 7 и прижатия поршня 20 с датчиком 18 к поверхности образца грунта. Затем производят размыв образца грунта под давлением струей рабочего инъекционного раствора с вращением или без вращения гидромонитора 12, в зависимости от требований к испытаниям. При этом контрольно-измерительная аппаратура 19 на протяжении всего испытания фиксирует значения давления в образце грунта в зависимости от времени его гидравлического разрушения (размыва). Результаты измерений изменения давления по показаниям датчика давления грунта наиболее удобно представлять в графическом виде и время размыва образца грунта определяется временем стабилизации значений давлений (напряжений) согласно показаниям датчика. По окончании испытания оставшуюся в кондукторе смесь инъекционного рабочего раствора сливают в установленный в его нижней части поддон 15 через сливной кран 13. В случае если инъекционный раствор является цементным, раствор сливают в форму 14 размером 10×10×10 см для изготовления образцов для лабораторного испытания.
Калибратор позволяет имитировать технологический процесс струйной геотехнологии и путем изменения технологических параметров - давления и расхода размывающей жидкости, диаметра и количества форсунок в гидромониторе, скорости вращения гидромонитора, скорости подъема гидромонитора и состава размывающей жидкости (вода/цемент/бентонит) выявить их оптимальное соотношение добиваясь наименьших потерь инъекционного (рабочего) раствора при возрастании скорости подъема гидромонитора и повышения точности получения заданных геометрических параметров колонны по всей ее глубине.
Источники информации:
1. Патент РФ №85191, кл. Е21В 47/00, 27.07.2009.
2. ГОСТ 6238-77 «Трубы обсадные и колонковые для геологоразведочного бурения и ниппели к ним» М., СИ, публ. 01.07.2002 (прототип).