Šnekové vrtání studní: vlastnosti technologie a nástroj pro vrtání ručně a pomocí instalace
Šnekové vrtání studní pro pitnou vodu je dnes nejoblíbenější metodou vrtání na území soukromých domácností. Mělkou vodonosnou studnu si můžete vyrobit sami pomocí ručního zemního vrtáku. Pro usnadnění práce se často používají malé vrtné soupravy s pohonem.
Prozradíme vám, proč je tato metoda tak oblíbená. Podívejme se, jak se liší od jiných metod vrtání a v jakých situacích je efektivní použít. Článek podrobně popisuje šnekovou technologii a konstrukci vrtacího zařízení a také vrtací nástroje používané při ručním a mechanickém vrtání.
Obsah článku:
Specifika šnekového vrtání
Vrt je válcový výkop v zemské kůře, který má přes svůj velký rozsah malý průřez. Jeho začátek se nazývá ústí, boční plocha se nazývá stěny a dno výkopu se nazývá líc.
Optimální způsob vrtání je zvolen s ohledem na funkční účel studny, požadovaný průměr a hloubku. Je důležité vzít v úvahu fyzikální a mechanické vlastnosti hornin, kterými je nutné projít při vytváření výkopu pro příjem vody.
Ovlivňuje také technická a ekonomická proveditelnost vrtání ve specifických podmínkách. Jedná se o významnou etapu v projektování vrtu, během které se určují základní technologická řešení - typ použitého zařízení a režimy vrtání.
Při projektování a následném vrtání studní pro příjem vody je třeba se zaměřit konkrétně na dlouhodobé používání. Důležitá je schopnost udržet stabilní průtok a konstantní propustnost vody v zóně dna po dlouhou dobu.
Proces vrtání studny zahrnuje několik pracovních kroků:
- Destrukce horniny na líci, tedy oddělování částic od masivu.
- Transport odpadní zeminy na povrch.
- Příprava studny k provozu čištěním a vybavením studny, jakož mytí šachty pro přívod vody.
Účinnost vrtání přímo závisí na fyzikálních a mechanických vlastnostech přírody, konkrétně: objemové hmotnosti, pórovitosti, vodopropustnosti nesoudržných zemin a konzistenci jílovitých soudržných hornin.
Tato metoda není vhodná pro vrtání hornin vyznačujících se pevností a krystalickým typem spojení mezi částicemi. Čím pevněji jsou minerální zrna zpevněna v hornině, tím více práce je vynaloženo na její zničení.
Výhody a nevýhody metody
Možnost šnekového vrtání se používá v průmyslu, stavebnictví a ruční vrtání studní. Jeho charakteristickým rysem je odstraňování zničené horniny nikoli prací kapalinou nebo speciálními směsmi plyn-kapalina, ale přímo částmi šnekového projektilu.
Existují vertikálně a horizontálně směrované šnekové vrtání. První metoda se používá při výstavbě vodonosných studní a také při vytváření otvorů pro piloty. Druhý se používá při pokládání inženýrských sítí bezvýkopovou metodou.
Tato metoda současně poskytuje vysokou rychlost pronikání do nekamenných půd do hloubky 50-80 metrů, což vám umožňuje okamžitě vytvořit stěny výkopu instalací pažnicové struny.
Dalším plusem je odsávání odpadní zeminy na povrch bez zvedání nástroje. A ještě jedna věc: protože vrtání šnekem nevyžaduje proplachovací kapalinu, úspěšně se používá v oblastech bez vody a používá se také v obdobích, kdy převládají nízké teploty.
Dnes se používá vrtání pomocí šnekových jednotek:
- Pro instalaci jednotlivých studní;
- Při stavbě základů ze šroubových/vrtaných pilot;
- Pro instalaci plotů a železobetonových podpěr;
- Při provádění bezvýkopové instalace komunikací;
- Pro stavbu mělkých studní a jam.
Existují však i nevýhody. V horninách o vysoké tvrdosti je nemožné vrtat studnu pomocí šneků. Při vrtání v tvrdých a polotuhých hlínách, jílech s vrstvami vápence mohou nastat komplikace, při vrtání abrazivních hornin je vysoká spotřeba vrtné techniky.
Kromě toho existuje omezení hloubky výkopu.Vybudovat takto studnu hlubokou více než 80 metrů je velmi obtížné.
Technologie vertikálního tunelování
Šnek je vysokopevnostní vrtná trubka s vinutou spirálou, která slouží jako vertikální šnekový dopravník. Pracovní část vrtáku pod vlivem axiálního zatížení proniká do horniny a ničí ji řezáním a kypřením. Šnekový vrták zároveň přivádí odpadní zeminu na spirálu šneku.
Vlivem odstředivých sil se nakypřená půda zvedá vzhůru podél lopatek vrtné kolony. Ke zvedání dochází v důsledku klouzání ve spirále, protože tření půdy na šneku je menší než na stěnách studny.
Takto je zničená hornina dopravena v rozdrceném stavu z porubu na povrch a vyvržena ústím vrtu. Při snadné přepravě vyplní zemina 30-40 % celkového objemu meziobratlového prostoru.
Parametry šnekového sloupu musí zajistit rychlé nadzvednutí celé hmoty zeminy zničené šnekem. Při setí však část nakypřené zeminy padá zpět na dno. Při provádění šnekového vrtání je proto nutné intenzivnější čištění hlavně a po dokončení povinné proplachování.
Horizontální směrové vrtání šnekem
Při instalaci inženýrských sítí pro různé funkční účely pod překážkami (dálnice, železnice, lesy) se používá vodorovně směrované šnekové vrtání.
V počáteční fázi prací jsou vykopány dvě jámy – startovací (pracovní) jáma a přijímací jáma.Musí být na stejné úrovni jako projektovaná studna. Poté je potřebné vybavení spuštěno do pracovní jámy a instalováno.
Takové zařízení má velký zdvih posuvu a je vybaveno vrtací hlavou odolnou proti opotřebení z vysoce legované oceli. Má také nainstalovanou sondu pro sledování vrtání. Prostřednictvím příjmu signálů na monitoru operátor řídí průběh procesu a může upravit směr pohybu a také úhel sklonu vrtací hlavy.
Když šnek vstoupí do přijímací jámy, tedy do koncového bodu podle projektu, vrták se odstraní. Místo toho jsou expandér a potrubí pevné. Poté se lopatky otáčejí v opačném směru, aby se trubka vtáhla do hotové studny. Na konci vrtacích prací se instalace šneku odstraní ze startovací jámy.
Bezvýkopová metoda umožňuje pokládat potrubí pro komunikace pod hladinou podzemní vody o délce až 80 m. Všechny složité práce se navíc provádějí bez pracného hloubení, což umožňuje minimalizovat dobu provádění a snížit finanční náklady.
Horizontální šnekové vrtání se používá při pokládce tlakového potrubí a instalaci komunikačních systémů v oblastech, kde je instalace jinými prostředky nemožná. Hlavní výhoda bezvýkopová instalace – ziskovost. Navíc není potřeba používat bentonit nebo jiné polymery pro udržení stability hotového výkopu.
Vlastnosti vrtání v různých horninách
Základní technologické parametry vrtání studny jsou axiální zatížení a rychlost otáčení šnekového dopravníku. S rostoucí zátěží se jistě zvyšuje rychlost průniku, což může vést k různým nouzovým situacím.
Proto je bezpodmínečně nutné zajistit, aby objem horniny oddělené za jednotku času šnekem nepřesáhl produktivitu dopravníku. V opačném případě se na zatáčkách vytvoří zátky.
Plastické jílové horniny, sypké a středně husté písky se vrtají zpravidla bez nuceného osového zatížení. Nástroj šneku je zasunut do země vlastní vahou a také díky reaktivní síle, ke které dochází při přivádění odpadní horniny do ústí válcového otvoru.
Axiální zatížení do 5 kN vzniká obvykle při počátečním vrtání studny, při vrtání do tvrdých písčitých hlín, hlín, jílů, kalů a prachovců. Frekvence otáčení kolony by neměla překročit 1,7-3,3 s-1.
Při vyšších frekvencích dochází k vnitřním vibracím, které mohou způsobit uvolnění článků vrtné struny. Výsledkem je, že vrták zůstane na dně, je téměř nemožné ho dostat ven, což znamená, že budete muset vyvrtat nové obrábění. A při nízkých frekvencích je doprava odpadní půdy na vrchol velmi obtížná.
Se zvyšující se tvrdostí horniny se zvyšuje axiální zatížení.Vrtání do štěrku a drcených zemin, zmrzlých hlín, písků nasycených vodou, prachovců s křemennými vměstky se provádí s axiálním zatížením 8-10 kN na bit a rychlostí otáčení kolony 1,3-2,2 s-1.
Oblázky a skály obsahující balvany se nevrtají šnekovou metodou. Tyto zaoblené skalní úlomky jsou zničeny dlátem a vyzdviženy na povrch pomocí baileru.
Vrtání do písků různé hustoty a stupně nasycení nánosy vody, štěrku a drceného kamene se provádí vysokou rychlostí a zároveň se stěny výkopu zpevňují pažnicovými konstrukcemi.
Abyste tomu zabránili, snižte rychlost vrtání na minimum, projděte sloup a doplňte vodu do studny. Také v takové situaci pomáhá pravidelné zvedání vrtacího nástroje na povrch a jeho čištění od ulpělé hlíny.
Šnekový vrtací nástroj
Nástroje pro šnekové vrtání studní podle typu provedení se odlišují počtem závitů a geometrií řezné části. Pro penetraci v tvrdých a polotuhých písčitých hlínách a hlínách se často používají vrtací nástroje, jejichž hrany jsou vybaveny přídavnými frézami.
Nejčastěji se pro jízdu výkopu pro odběr vody pro soukromé vlastníky používá pouze jeden startovací šnek bez jakýchkoli přídavků, protože Sedimentární soudržné a nesoudržné horniny bude nutné navrtat. Při prohlubování se nástroj jednoduše prodlouží vrtacími tyčemi.
V tomto případě je projektil vyjmut z vrtu každých 0,5 - 0,7 m, aby se vyčistil samotný vrt a dno zničené horniny. Jedná se o ekonomičtější, ale také pracnější variantu vrtání.
K odvrtání balvanů a oblázků, které lze nalézt v sedimentárních půdách, přecházejí na metodu šokového lana. Zpravidla se k tomu používá dláto z nástrojové oceli. Tento vrták, špičatý na spodním konci, je silou „hozen“ na obličej, dokud není zničena „pevná bariéra“.
Po destrukci oblázku nebo balvanu jsou úlomky odstraněny na povrch pomocí skla (jádrové trubky) popř. vykupitel. Poté opět přejdou na šroubovací metodu. Nejčastěji je pro hloubení dolu nutné použít kombinaci několika metod vrtání.
Při vrtání sypkého písku a měkké hlíny se používají šnekové vrtáky s čepelemi otočenými směrem ke dnu pod úhlem 30-60º a pro vrtání do soudržných jílovitých hornin - 90º.
Tato spirála se získá navinutím vysokopevnostní ocelové pásky o průměru 5-7 mm na šroubovací trn. Je natažen na trubku/tyč a následně svařen.
Čím větší je průměr základní trubky, tím nižší je přepravní kapacita šneku. Průměr dlouhého výrobku je však limitován mechanickou pevností šneku a také technologií jeho výroby.
Dnes se vyrábějí dva typy šroubů:
- Se středovým otvorem, tedy dutým;
- Vážené - bez otvoru.
Pro minimalizaci opotřebení šnekového dopravníku při vrtání v abrazivních horninách se na vnější okraj našroubuje pás oceli nebo se na povrch nataví vrstva kovu.
Při vysokých rychlostech šnekového vrtání je nad střelou upevněn speciální adaptér s obousměrným navíjením pásové oceli. V tomto případě převážná část horniny padá na šnekový dopravník bez broušení.
Na konci trubky s vinutou spirálou je nutné přivařit spojovací prvky. Existují dva typy šroubových spojů: bezzávitové a závitové. V prvním případě jsou šrouby spojeny spojovacími zámky a drženy kovovými čepy se svorkami, ve druhém případě šroubováním.
Závitové spojení šneků do vrtací kolony umožňuje mechanizovat jejich připojování a rozpojování při provádění vypínacích operací a při přívodu kapaliny do čela. Ale je tu také značná nevýhoda - v tomto případě neexistuje možnost zpětného otáčení šroubů. Proto se více rozšířily bezzávitové spoje.
Součástí speciálních vrtných souprav je většinou sada šneků různých průměrů.
Duté šneky se závitovým typem připojení se používají při vrtání s foukáním, k čerpání vody při ražení válcových otvorů v zemské kůře, k instalaci vsázky do geofyzikálních vrtů, k čerpání betonu do otvorů pro piloty. Mohou být také použity jako obal.
Při vrtání s průběžným čelem se centrální kanál zablokuje vrtacím nástrojem na laně.
Přehled vrtných souprav
Pro šnekové vrtání používají obojí ruční nářadía mechanizovaných instalací. Nejjednodušším provedením je ruční zemní vrtačka.Skládá se z tyče/trubky s čepelí ve tvaru šroubu a pevně upevněnou rukojetí ve tvaru T.
Tento typ vrtacího nástroje se zašroubuje do země jako vývrtka. Během ražby se rozšiřuje pomocí tyčí. Ruční zemní vrtačky jsou vyrobeny skládací, aby byly co nejpohodlnější pro jejich přepravu v osobních vozidlech. To také umožňuje změnit délku šnekové vrtací kolony.
Pomocí ručního nářadí můžete udělat díry hluboké až 2 metry o průměru nejvýše 20 centimetrů. Existují i motorové vrtačky s benzínovým nebo elektrickým pohonem. Jejich konstrukce zahrnuje šnekový dopravník, tedy šnek, a motor s převodovkou. Otáčení hřídele motoru zajišťuje pohyb šneku.
S použitím poháněného nástroje a přítomnosti vrtných tyčí pro prodloužení je možné vrtat studny až do hloubky 25 metrů. S průměrem do 30 centimetrů se používá pro instalaci osvětlovacích stožárů na ulici, pro instalaci plotových sloupků, jímek pro kontrolu základů a základů půdy.
Mobilní jednotky jsou malé stroje s elektrickým nebo benzínovým motorem. S jejich pomocí můžete rychle vrtat dobře na letní sídlo připravit velké množství otvorů pro podpěry pro různé funkční účely.
Často jsou takové vrtné soupravy vyrobeny ve formě přívěsu pro osobní automobily, aby se usnadnila přeprava na pracoviště.
V občanské a průmyslové výstavbě, k formování děl velké hloubky a průměru, se používá speciální šneková zařízení upevněná na mobilních zařízeních - nákladní automobily, traktory.
Používá se při instalaci podpěr pro vedení vysokého napětí a sloupů veřejného osvětlení, při instalaci plotových podpěr pro stadiony, sportovní areály, průmyslové objekty a letiště. Kromě toho pomocí šnekových vrtných souprav na mobilních zařízeních staví štětovnicové oplocení pro jámy a instalují šnekové piloty.
Užitečné video k tématu
Šnekové vrtání studny o hloubce 20 m na území soukromé domácnosti:
Toto video ukazuje technologii horizontálního šnekového vrtání studny pro pokládku komunikací pod dálnicí:
Montáž pilot pomocí průběžného velkoprůměrového šneku se středovým žlabem. K provádění prací se používá vrtná souprava Bauer BG-30 a vysoce výkonné stacionární čerpadlo na beton Liebherr:
Šneková metoda poskytuje vysokou rychlost vrtání studní. K rozvoji vrtu a přísunu odpadní zeminy od čelby k ústí díla dochází současně a kontinuálně, což šetří jak čas a námahu vrtáků, tak i finanční prostředky vložené do projektu. Proto je oblíbená metoda šnekového vrtání.
Zanechte prosím komentáře v bloku níže. Řekněte nám, zda jste někdy používali ruční šnek nebo vrtali na malé vrtací soupravě pomocí šneku. Sdílejte technologické detaily, které mohou být užitečné pro návštěvníky webu.
Šnekové vrtání pomocí technologie je nejlepší variantou pro mělké studny.Není divu, že je tato metoda populární. Co se týče ručního vrtání šnekem, to je pro masochisty, nebo když nejsou peníze, ale studna je opravdu potřeba.
Prosil bych o radu - měl jsem náhodou vrtačku na vrtání pod podpěry elektrického vedení, vycházející z vozu GAZ-66, mám nápad upravit tuto jednotku pro vrtání studní pro soukromé osoby. Celý problém spočívá v krátké délce šnekových tyčí, protože... vzdálenost od náhonu k zemi je někde kolem 1,2 m. Atraktivnost nápadu je v tom. že jednotka je pojízdná, všechny operace proveditelné - otáčení, spouštění a zvedání, i zpětný chod... Kde mohu objednat šnekové tyče, prosím poraďte. Děkuji.