Приложение Б. Типы, область и правила применения скважинных инклинометров

Приложение Б

Типы, область и правила применения скважинных инклинометров

Б.1 Скважинный инклинометр - аппаратно-программный комплекс для контроля поперечных смещений в грунтовом массиве или конструкции вдоль линейного профиля с помощью угловых измерений в специально оборудованных скважинах.

Б.2 Определение изменения угла наклона зонда инклинометра во времени проводят путем сравнения измеренных углов в текущем цикле с реперными ("нулевыми") значениями. Также осуществляют расчет смещений измерительных точек относительно "нулевого" измерительного профиля.

Б.3 Комплекс состоит из измерительного зонда, оснащенного одним или двумя датчиками угла наклона, колонны направляющих труб, устройства для определения положения зонда в направляющей трубе и считывающего устройства с программным обеспечением. Измерительный зонд инклинометра (измерительный модуль - для стационарных инклинометров) состоит из водонепроницаемого стального корпуса с одним или двумя встроенными датчиками угла наклона. Зонд инклинометра оснащают устройствами для позиционирования его в скважине (как правило - две пары подпружиненных направляющих роликов, обеспечивающих перемещение зонда вдоль измерительного профиля скважины по направляющим пазам).

Б.4 В качестве реперной точки, относительно которой осуществляется расчет смещений измерительных точек в профиле, допускается использовать нижнюю измеряемую точку в скважине или верх направляющей трубы. Для измерения абсолютных перемещений необходимо периодически определять координаты верхней точки с применением геодезических методов контроля.

Б.5 Типы скважинных инклинометров, область их применения и точностные характеристики приведены в таблицах Б.1, Б.2 и Б.3 соответственно.

Таблица Б.1 - Типы скважинных инклинометров

Тип инклинометра	Подтип измерительного прибора	Принцип проведения измерений	Возможность автоматизации
Портативный	- вертикальный - горизонтальный	Зонд инклинометра перемещается от одной измерительной точки к другой (с одинаковым интервалом) по направляющим пазам внутри инклинометрической трубы. Измерения проводятся отдельными циклами	Не предусмотрена
Стационарный*	- вертикальный - горизонтальный	Измерительные зонды устанавливаются стационарно на различных отметках внутри инклинометрической трубы на весь период измерений	Предусмотрена
* Возможно применение комбинированных инклинометров, состоящих из вертикальных и горизонтальных модулей.

Таблица Б.2 - Область применения скважинных инклинометров

Область применения	Инклинометр
	стационарный		портативный
	В	Г	В	Г
Контроль горизонтальных деформаций по высоте ограждающих конструкций котлованов	+	-	+	-
Устойчивость зданий и сооружений, находящихся в зоне влияния строительства	+	+	+	-
Испытания свай (испытания горизонтальной нагрузкой)	+		+	-
Контроль вертикальности скважин, ограждающих конструкций котлованов		-	+	-
Контроль фактической кривизны скважин		-
Устойчивость склонов (мониторинг оползневых процессов)	+		+	-
Искусственные насыпи	+		+
Контроль выпучивания грунта	-	+	-
Примечание - В настоящей таблице применены следующие обозначения: "В" - вертикальный инклинометр; "Г" - горизонтальный инклинометр; "+" - применение рекомендуется; - применение возможно; "-" - применение не рекомендуется.

Таблица Б.3 - Точностные характеристики скважинных инклинометров

Тип инклинометра	Параметр	Значение параметра
		вертикальный инклинометр	горизонтальный инклинометр
Портативный	Точность измерительного зонда	измерительного диапазона ( мм/м для диапазона )
	Повторяемость результатов измерений профиля длиной 30 м (при неизменном положении инклинометрической скважины)	мм	мм
Стационарный	Повторяемость результатов измерений цепочки измерительных модулей стационарного инклинометра, измерительный диапазон , расстояние между модулями - 2 м (при неизменном положении инклинометрической скважины)	мм	мм
Портативный и стационарный	Разница в результатах измерений, выполненных с временным интервалом 24 ч (при одинаковых условиях измерения)	мм/м

Б.6 Портативный скважинный инклинометр - измерительный комплекс, состоящий из одно- или двухосевого инклинометрического зонда, используемого для пошаговых измерений углов наклона зонда вдоль линии контроля (скважины).

Б.7 Одноосевой скважинный инклинометр, оснащенный одним измерительным датчиком угла наклона, предназначен для проведения измерений вдоль одной плоскости и его применение рекомендуется преимущественно для измерений в горизонтальных скважинах.

Б.8 Двухосевой скважинный инклинометр, измерительный зонд которого оснащен двумя датчиками угла наклона, расположенными под углом 90° относительно друг друга, предназначен для измерений углов по двум взаимно перпендикулярным плоскостям и его применение рекомендуется преимущественно для измерений в вертикальных скважинах.

Б.9 Вертикальный портативный скважинный инклинометр предназначен для измерения горизонтальных смещений вдоль вертикального профиля.

Б.10 Горизонтальный портативный инклинометр предназначен для измерения перемещений в вертикальном направлении (осадка или подъем вдоль горизонтально-ориентированного профиля).

Б.11 Расстояние между двумя соседними измерительными точками, используемое при расчете профиля смещений, составляет измерительную базу. При проведении периодических измерений зонд портативного скважинного инклинометра перемещается с одинаковым шагом вдоль измерительного профиля по трубе, при этом шаг измерений должен совпадать с длиной зонда и измерительной базой (рисунок Б.1).

Б.12 Для правильного позиционирования измерительного зонда вдоль профиля в скважине кабель инклинометра должен быть оснащен системой прочных стальных цилиндрических маркеров, расположенных с шагом, соответствующим длине зонда. При перемещении измерительного зонда от одной точки к другой маркер зажимается в специальном кабельном фиксаторе, устанавливаемом на верхний срез инклинометрической трубы.

Б.13 Для получения необходимой точности измерений с использованием портативных скважинных инклинометров необходимо обеспечить повторяемость определения положения зонда в отдельных измерительных циклах мм.

Б.14 Стационарный инклинометр - измерительный комплекс, состоящий из одного или нескольких измерительных модулей, расположенных вдоль скважины на фиксированных отметках (при измерениях перемещения вдоль скважины не происходят) и объединенных в измерительную цепочку с помощью соединительных элементов (рисунок Б.2).

Б.15 Измерительные модули, соединенные в одну цепочку, должны обладать максимальной жесткостью конструкции. Изменение углов между соседними измерительными модулями должно происходить только в местах их сопряжения (шарнирное соединение). Соединительные элементы должны обеспечивать неизменное положение в скважине измерительных модулей на протяжении всего периода измерений.

Б.16 Длина измерительных модулей (включая соединительные элементы) в цепочке не должна превышать 2 м. Чем короче длина измерительных модулей, тем больше разрешающая способность измеренного профиля смещений.

Б.17 Для правильного позиционирования зонда инклинометра в измерительной скважине трубы круглого сечения с внутренней стороны должны иметь направляющие пазы, обеспечивающие перемещение по ним роликов зонда инклинометра (рисунок Б.3). Продольные внутренние направляющие пазы в количестве четырех штук должны быть расположены с шагом 90°, с тем чтобы измерения зондом выполнялись во взаимно перпендикулярных плоскостях. Стандартный диапазон внутренних диаметров направляющих труб составляет 45-85 мм.

Б.18 Материал, из которого изготавливают направляющие трубы должен соответствовать следующим требованиям:

- нейтральный к окружающей среде (бетон, грунтовый массив, подземные воды);

- сохраняющий форму и прочность на протяжении всего периода измерений;

- достаточная эластичность при изгибе;

- устойчивость к механическим воздействиям в процессе установки.

Стандартным материалом для направляющих инклинометрических труб является АБС-пластик (акрилонитрилбутадиенстирол). Также могут применяться трубы из ПВХ, металла и алюминия. Металлические и алюминиевые направляющие трубы подвержены химической (агрессивное воздействие подземных вод) и электрохимической (возникновение тока между геологическими слоями с различным электрическим потенциалом) коррозиям.

Б.19 Закручивание пазов после установки трубы в скважину не должно превышать 0,25°/м. Соединение смежных отрезков инклинометрических труб должно обеспечивать сохранение профиля направляющих пазов.

Б.20 Для компенсации возможных деформаций контролируемой среды вдоль линии контроля рекомендуется применение телескопических секций (рисунок Б.3).

Б.21 Диаметр скважины при бурении выбирают исходя из конкретных условий установки и гидрогеологических параметров. Диаметр скважины не должен превышать тройного диаметра направляющих инклинометрических труб.

Б.22 При мониторинге грунтовых и скальных массивов рекомендуется использовать скважины и направляющие трубы большого диаметра, что уменьшает риск их преждевременного разрушения при деформации окружающего массива.

Б.23 При выборе диаметра труб и сечения скважины следует учитывать, что увеличение зазора между стенкой скважины и внешней поверхностью направляющей трубы уменьшает чувствительность измерительной системы к малым деформациям.

Б.24 Нижнюю часть скважины, по возможности, следует располагать в устойчивых грунтах, не подверженных деформациям, на величину не менее шести длин измерительного зонда.

Б.25 Непосредственно перед установкой направляющих инклинометрических труб скважину следует очистить или промыть с использованием воды или сжатого воздуха.

Б.26 Установку направляющих инклинометрических труб в скважины рекомендуется осуществлять таким образом, чтобы плоскость, образуемая двумя противоположно расположенными направляющими пазами, совпадала с главным направлением наблюдений. Для вертикальных скважин главное направление наблюдений совпадает с направлением возможных смещений контролируемой среды.

Б.27 Технология установки направляющих труб должна исключать их закручивание вокруг продольной оси. После установки всех труб в скважину попытки развернуть трубы не допускаются.

Б.28 При установке направляющих труб общей длиной более 50 м закручивание направляющих пазов вокруг продольной оси следует определять с использованием специализированной аппаратуры (зонды со встроенными гироскопами или магнитными компасами).

Б.29 При установке направляющих инклинометрических труб в неустойчивых обводненных грунтах их монтаж в скважины осуществляют под защитой бентонитового раствора либо временных обсадных труб, удерживающих стенки скважины от обрушения. После установки направляющих труб в скважину обсадные трубы должны быть извлечены.

Б.30 При установке пластиковых направляющих инклинометрических труб в скважину, заполненную буровым раствором, необходимо исключить их всплытие. Для этого направляющие трубы, при их погружении в скважину, следует наполнить водой либо утяжелить с помощью грузов, прикрепляемых к нижней секции труб. Не допускается установка труб в скважину путем приложения нагрузки к верху трубы - это может привести к изгибанию труб по длине скважины, что значительно снизит точность измерений.

Б.31 При установке и эксплуатации инклинометрических скважин в зимнее время допускается заполнение труб незамерзающей жидкостью, химически нейтральной к материалу направляющих труб и компонентам скважинного инклинометра.

Б.32 Для обеспечения передачи деформаций контролируемой среды к направляющей инклинометрической трубе зазор между стенкой скважины и внешней поверхностью трубы должен быть полностью заполнен специальным составом. Физико-механические свойства данного состава (после его твердения) должны максимально соответствовать свойствам окружающей контролируемой среды.

Б.33 Для заполнения зазоров рекомендуется использовать цементные, цементно-бентонитовые водные растворы. Конкретный состав раствора определяют на основании имеющегося опыта и исходя из конкретных условий объекта. Добавление в смесь бентонита проводят с целью снижения седиментации готового раствора на протяжении времени его закачивания в скважину. Допускается использование золы уноса в качестве нейтрального заполнителя.

Б.34 В случае, если скважина заполнена буровым раствором, нагнетание цементного состава необходимо проводить с нижней точки скважины через подающий шланг (внутренним диаметром от 16 мм), прикрепленный к направляющим трубам. В нагнетаемый раствор необходимо добавлять пластифицирующие добавки.

Б.35 В отдельных случаях (при установке в карстовых, крупнообломочных скальных породах, грунтах с высокой водопроницаемостью) возможно использование обратной засыпки с применением гранулированных материалов.

Б.36 При проведении инклинометрических измерений для достижения необходимой точности перед осуществлением первого замера на скважине следует обрезать верх направляющей инклинометрической трубы на высоте 0,8-1,0 м от земной поверхности, при этом срез должен быть горизонтальным. После проведения первичных измерений на скважине с помощью инклинометра последующая обрезка направляющей трубы не допускается.

Б.37 При проведении измерений необходимо соблюдать правильную ориентацию измерительного зонда в пространстве относительно измерительных осей Х и Y (рисунок Б.4).

Б.38 Обработка результатов инклинометрических измерений заключается в расчете и построении кумулятивных профилей вдоль осей X и Y (рисунок Б.5), а также плановых перемещений точек (XY) в контролируемых скважинах относительно нулевого измерения.

Построение кумулятивного профиля осуществляют путем расчета положения измерительных точек в скважине по формулам:

, (Б.1)

, (Б.2)

, (Б.3)

, (Б.4)

, (Б.5)

где , - смещение вдоль в i-ной измерительной точке осей X и Y соответственно;

, - суммарные смещения всего профиля вдоль осей X и Y соответственно;

- вектор смещения в i-ной измерительной точке в осях XY;

L - база измерений,

, - измеренный в i-ной измерительной точке зенитный угол отклонения зонда инклинометра от вертикали вдоль осей X и Y соответственно.

Б.39 В отчетную документацию рекомендуется включать результаты инклинометрических измерений в графическом и табличном виде. На графиках (рисунок Б.6) отображают профили поперечных смещений относительно нулевого цикла измерений вдоль двух взаимно-перпендикулярных осей Х и Y, а также график смещений в плане в осях XY.