Wiercenia geologiczne wykonywane metodą okrętną

Pomimo ciągłego rozwoju metod za pomocą których możemy zbadać gruntu z jakim mamy do czynienia w podłożu, wiercenia geologiczne wykonywane ręcznie (metodą okrętną), nadal są powszechnie stosowaną praktyką w geologii i dziedzinach pokrewnych. W tym tekście, przedstawię ręczne sposoby wykonywania odwiertów geologicznych dla celów badawczych lub geotechnicznych, stosowane obecnie. Ponadto, krótko opiszę metodologię wiercenia ręcznego, która ewoluowała na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat.

W jakich sytuacjach trzeba wiercić ręcznie

Głównymi czynnikami decydującymi o wyborze metody wiercenia, są czynniki ekonomiczny i logistyczny. Nie zawsze odwiercenie otworu za pomocą wiertnicy mechanicznej ma dla geologa sens. Niektóre zlecenia są na tyle specyficzne, że korzystniej jest wiercić ręcznie.

Wiertnica pozwalająca na wykonanie otworu geologicznego w sposób mechaniczny jest dosyć sporym i ciężkim urządzeniem. Transportowanie tego typu sprzętu na duże odległości, aby odwiercić kilka płytkich otworów, może się nie kalkulować. Wiele firm geologicznych czy geotechnicznych, w takich przypadkach decyduje się na bardziej ekonomiczny wariant badania podłoża gruntowo-wodnego, czyli za pomocą zestawu ręcznego.

Kolejnym czynnikiem mającym kluczowe znaczenie w doborze metody wiercenia, są różnego rodzaju przeszkody terenowe. Duże zadrzewienie terenu, czy gęsta zabudowa, mogą być sporym utrudnieniem dla wiertnicy. Także na placach budowy nie zawsze jest możliwość wykonania badania wiertnicą. Ponadto, ze względu na swój ciężar (przeciętna wiertnica waży ok. 2 tony), nie na każdą powierzchnię może wjechać.

Metody ręcznego wykonywania wierceń geologicznych

Z historycznego punktu widzenia, można wyróżnić dwie metody wykonywania odwiertów ręcznie. Metodę udarową oraz okrętną. Z praktycznego punktu widzenia, rzadko kiedy wykonuje się odwierty metodą udarową, nie wspominając już o wykonywaniu ich ręcznie. Przy dzisiejszym dostępie do nowoczesnych urządzeń wiertniczych (w tym wiertnic wrzecionowych), nie ma to po prostu sensu, ze względów czysto ekonomicznych. Dużo szybciej jest wykonać odwiert za pomocą świdra skrawającego niż udarowego.

Ręczne wiercenie bez trójnoga

Stosuje się do wiercenia płytkich otworów, których głębokość nie przekracza 5-6 metrów. W dzisiejszych czasach, ta metoda wykonywania odwiertów geologicznych została ograniczona do używania niewielkiego przenośnego zestawu ręcznego, składającego się ze świdra, dokręcanych (lub mocowanych w inny sposób) żerdzi oraz uchwytu, zazwyczaj w postaci klucza pokrętnego z odpowiedniej długości rączką.

Najczęściej używanym rodzajem świdra jest świder rurowy, przeznaczony do wiercenia w gruntach luźnych lub miękkich tj. piaski, piaski gliniaste, gliny. Konstrukcja tego typu świdra, została stworzona na bazie rozciętej wzdłuż rury. Dzięki szczelinom znajdującym się po bokach (okienka) oraz ostrzu (mamy także świdry rurowe dwuostrzowe), świder zagłębia się w dno otworu jednocześnie kierując zwierciny do wnętrza świdra.

Innym rodzajem świdra jest świder spiralny. Jest to rodzaj świdra stosowany najczęściej wymiennie ze świdrem rurowym. Najlepiej sprawdza się podczas wiercenia w gruntach spoistych tj. gliny, iły. W przypadku tego świdra, zwierciny podczas wiercenia zbierają się na spirali.

Rzadziej, stosowanymi rodzajami świdrów są różnego rodzaju kombinacje lub wariacje dwóch powyższych typów, np. świder spiralno-rurowy lub talerzowy.

Ręczne wiercenie z zastosowaniem trójnoga i wyciągarki

Trójnóg stosujemy w momencie kiedy chcemy wiercić otwory do większych głębokości niż kilka metrów lub otwory o większych średnicach. Ze względu na stosunkowo duży ciężar przewodu wiertniczego, dodatkowym wyposażeniem oprócz trójnoga jest wyciągarka ręczna bądź mechaniczna.

W naszym kraju, wiercenie z trójnogiem zostało praktycznie całkowicie wyparte przez wiertnice mechaniczne, które znacznie przyspieszają i usprawniają proces wiercenia. Wiercenie ręczne z trójnogiem najczęściej było wykorzystywane w celach badania gruntu pod budowę lub wykonywania odwiertów z rurami okładzinowymi w celach eksploatacji wód podziemnych.

Procedura wiercenia ręcznego z zastosowaniem trójnoga wygląda następująco. Na początek trzeba odpowiednio przygotować miejsce planowanego odwiertu. W tym celu wyrównuje się teren oraz rozstawia trójnóg. Następnie, wokół planowanego otworu układa się drewnianą podłogę po której będą się poruszać wiertacze. Sam przewód wiertniczy przygotowuje się poprzez dokręcenie świdra do pierwszej żerdzi oraz rączki w formie klucza pokrętnego. Oczywiście na początku wiercenia, zarówno z trójnogiem jak i bez, ważne jest aby utrzymywać przewód wiertniczy pionowo.

Po napełnieniu się świdra urobkiem, wyciąga się przewód wiertniczy za pomocą wyciągarki na powierzchnię i opróżnia świder. Dodatkowo, po wyciągnięciu przewodu wiertniczego, można zapuścić łyżkę wiertniczą, w celu usunięcia resztki zwiercin z otworu. Następnie, z powrotem zapuszcza się przewód wiertniczy do otworu. Wymienione czynności powtarza się cyklicznie. W trakcie wiercenia systematycznie dokręca się kolejne żerdzie, aż do osiągnięcia planowanej głębokości otworu.

Problematyka związana z wierceniami ręcznymi

Jak wspomniałem powyżej, w dzisiejszych czasach, odwierty ręczne wykonuje się bez użycia trójnoga, do niewielkich głębokości. Pomimo ekonomicznych zalet na jakie warto zwrócić uwagę przy wyborze tej metody wiercenia, wiercenie okrętne ma także sporo wad.

Głębokość odwiertu jaka jest możliwa do uzyskania zależy od kilku czynników. Przede wszystkim od rodzaju gruntu w jakim wiercimy. Wiercenie zestawem ręcznym, w gruntach trudnych, charakteryzujących się dużą twardością i małą wilgotnością, może być bardzo kłopotliwe, a czasami niewykonalne. Z drugiej strony, zbyt płytkie zwierciadło wód gruntowych może powodować spływanie zwiercin ze świdra z powrotem do otworu. 

Trudności, stanowią także różnego rodzaju przeszkody, na jakie możemy natrafić podczas wiercenia. Chodzi głównie o: kamienie, fragmenty cegieł, gruz, korzenie drzew itp. Podczas wiercenia w gruntach pochodzenia antropogenicznego, możemy trafić niemal na wszystko. W dawnych czasach, znacznie mniejszą wagę przywiązywano do tego z czego składa się grunt pod budowę, niż obecnie.

Jeżeli zdarzy się sytuacja w której natrafimy na przykładowy kamień podczas wiercenia ręcznego, to pozostaje mieć nadzieję że uda się go wyciągnąć za pomocą specjalnej łyżki do usuwania zwiercin z dołączonym kabłąkiem. Jeżeli nie, to można spróbować wykonać odwiert ponownie, nieznacznie oddalając się od pierwszego otworu.

Mimo swoich zalet jak i wad, wiercenie ręczne ze względu na specyfikę jakiegoś zlecenia, może być jedyną metodą na wykonanie odwiertu geologicznego. Dlatego, każda firma zajmująca się geotechniką i korzystająca na co dzień z wiertnic mechanicznych, co jakiś czas, sięga po zestaw do wiercenia ręcznego.

Literatura:

• Gonet A., Macuda J., 1995 – Wiertnictwo hydrogeologiczne, Wyd. AGH Kraków;
• Szostak L., 1989 – Wiertnictwo, Wyd. Geologiczne Warszawa;
• Poloczek G., Wyra A., 2007 – Prowadzenie prac wiertniczych różnymi technikami wiertniczymi, Wyd. ITEE, Radom;
• Pisarczyk S., 2005 – Mechanika gruntów. OWPW, Warszawa.