Skruvborrning av borrhål: egenskaper hos tekniken och borrkronan för manuell borrning och med borrigg

Skruvborrning av brunnar för dricksvatten är den mest populära borrmetoden idag på privata hushållsområden. Självständigt kan man anordna en grund vattenförande brunn med en handjordborr. För att underlätta arbetet används ofta små borriggar med drivning.

Vi berättar varför denna metod är så populär. Vi går igenom hur den skiljer sig från andra borrmetoder, i vilka situationer den är effektiv att använda. I artikeln beskrivs i detalj skruvtekniken och konstruktionen av borrutrustningen, samt borrverktyg som används vid manuell och mekanisk borrning.

Specifikationer för skruvborrning

En borrbrunn är en cylindrisk schakt i jordskorpan som vid stor längd har ett litet tvärsnitt. Dess början kallas mynning, sidoytan kallas väggar och schaktets botten kallas botten.

Den optimala borrmetoden väljs med hänsyn till brunnens funktionella syfte, önskad diameter och djup. Det är viktigt att ta hänsyn till de fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos de bergarter som måste passeras under bildandet av vattenintagsschaktet.

Även den tekniska och ekonomiska lämpligheten av borrning under specifika förhållanden påverkar. Detta är ett viktigt steg vid projektering av brunnar, under vilket grundläggande tekniska lösningar bestäms – typ av utrustning som används och borrningslägen.

Den tekniska och ekonomiska lämpligheten av skruvborrningsmetoden bestäms med hänsyn till brunnens kvalitet, dess hållbarhet, byggtider samt kostnad.

Vid projektering och efterföljande borrning av vattenintagsbrunnar måste man inrikta sig på långsiktig användning. Det är viktigt att kunna bibehålla en stabil avkastning och oförändrad vattenpermeabilitet i bottenzonen under en lång tidsperiod.

Borrprocessen för en brunn inkluderar flera arbetsmoment:

1. Nedbrytning av bergart i botten, det vill säga avskiljning av partiklar från massan.
2. Transport av utgrävt material till ytan.
3. Förberedelse av brunnen för drift genom rengöring och anordnande av schaktet, samt genomförande av spolning av vattenintagsschaktet.

Borrningseffektiviteten beror direkt på de fysikaliska och mekaniska egenskaper som naturen har gett, nämligen: packningstäthet, porositet, vattenpermeabilitet hos lösa jordarter, konsistens hos leriga sammanhängande bergarter.

Snäckborrning är lämplig för att borra brunnar med diameter från 60 mm till 200 mm, djup högst 80 m i icke-kohesiva och kohesiva jordarter (borrbarhetsklass Ⅰ-Ⅲ). För borrning i medelhårda bergarter (klass Ⅳ-Ⅵ) är det inte lämpligt att använda snäckborr.

För borrning i bergarter som kännetecknas av monolitisk struktur och kristallina bindningar mellan partiklar är denna metod inte lämplig. Ju starkare mineralkornen är konsoliderade i berget, desto mer arbete krävs för att bryta det.

För- och nackdelar med metoden

Snäckborrning används både inom industrin och inom anläggningsbyggnation samt vid manuell brunnsborrning. Dess utmärkande egenskap är att den borrade bergmassan avlägsnas inte med spolningsvätska eller speciella gas-vätskeblandningar, utan direkt av snäckborrens delar.

Man skiljer mellan vertikal och horisontell snäckborrning. Den första metoden används vid anläggning av vattenbrunnar samt för att forma hål för pålar. Den andra används vid dragning av ledningar med schaktfri metod.

Rotationsborrning i mjuka jordarter är den snabbaste och billigaste jämfört med andra metoder

Denna metod ger samtidigt hög borrhastighet i icke-bergiga jordarter ner till 50-80 meters djup, och gör det möjligt att omedelbart forma väggarna i schaktet genom att installera en kolonn av foderrör.

En annan fördel är att den lösa jordmassan kan föras upp till ytan utan att lyfta borren. Eftersom snäckborrning inte kräver spolningsvätska, används den framgångsrikt i vattenfattiga områden och även under perioder med låga temperaturer.

Idag används snäckborrning för:

• För att anlägga enskilda vattenbrunnar;
• Vid byggnation av grunder med skruv-/borrpålar;
• För installation av stängsel och armerade betongpelare;
• Vid schaktfri dragning av ledningar;
• För byggande av grunda brunnar och gropar.

Det finns dock nackdelar. Med snäckborrar går det inte att borra brunnar i bergarter med hög hårdhet. Vid borrning i hårda och halvhårda lerjordar, leror med kalkstenslager kan komplikationer uppstå, och vid borrning i abrasiva bergarter uppstår stort slitage på borren.

Dessutom finns en begränsning i djup. Det är mycket svårt att borra en brunn djupare än 80 meter med denna metod.

Teknik för vertikal genomföring av schakt

En snäcka är ett höghållfast borrör med en spiral som fungerar som en vertikal skruvtransportör. Under axiell belastning tränger borrens arbetsdel in i berget och bryter det genom skärning och uppluckring. Samtidigt transporteras den lösa jordmassan upp längs spiralen.

Processen för rengöring av borrhålet sker kontinuerligt och parallellt med bergnedbrytningen. Jorden som lossnat från botten hamnar på en roterande skruv med hög hastighet.

Under inverkan av centrifugalkrafter stiger den lösa jorden upp längs borrkolonnens blad. Höjningen sker genom glidning längs spiralen, eftersom friktionen mellan jorden och skruven är mindre än mot borrhålsväggarna.

På så sätt transporteras det krossade berget i finfördelat tillstånd från botten till ytan och kastas ut genom borrhålsöppningen. Vid obehindrad transport fyller jorden 30-40% av den totala volymen mellan spiralvarven.

Skruvkolonnens parametrar måste säkerställa en snabb upplyftning av hela den jordmassa som skruven krossat. Dock rasar en del av den lösa jorden tillbaka till botten under borrningen. Därför krävs en mer intensiv rengöring av borrhålet vid skruvborrning, och efter avslutad borrning krävs obligatorisk spolning.

Horisontellt riktad borrning med skruv

Vid installation av tekniska ledningar av olika funktionella ändamål under hinder (motorvägar, järnvägar, skogsområden) används horisontellt riktad skruvborrning.

I det inledande skedet grävs två gropar – en startgrop (arbetsgrop) och en mottagningsgrop. De måste vara på samma nivå som den planerade borrningen. Därefter sänks och monteras nödvändig utrustning i arbetsgropen.

För horisontell skruvborrning används stora anordningar med en rörlig borrrotator med högt vridmoment.

Sådan utrustning har en stor frammatning och är utrustad med en slitstark borrkrona av höglegerat stål. Den har även en sond för att övervaka borrningen. Genom att ta emot signaler på en monitor kan operatören kontrollera processens gång och justera rörelseriktningen samt borrkronans lutningsvinkel.

När skruven når mottagningsgropen, det vill säga slutpunkten enligt planen, tas borren bort. Istället fästs en expanderare och ett rör. Därefter startas bladens rotation i motsatt riktning för att dra in röret i det färdiga borrhålet. När borrningsarbetet är klart avlägsnas skruvborrenheten från startgropen.

Den schaktfria metoden gör det möjligt att lägga rör under ledningar under grundvattennivån med en längd på upp till 80 m. Alla komplexa arbeten utförs utan tidskrävande schaktning av diken, vilket gör det möjligt att minimera genomförandetiden och minska de ekonomiska kostnaderna.

Horisontell skruvborrning används vid läggning av tryckledningar och installation av kommunikationssystem i områden där läggning med andra metoder är omöjlig. Den främsta fördelen med schaktfri läggning är lönsamheten. Dessutom behövs varken bentonit eller andra polymerer för att stödja stabiliteten hos den färdiga utrymmet.

Egenskaper vid borrning i olika bergarter

Grundläggande tekniska parametrar för borrning av ett borrhål – axialbelastning och rotationshastighet för skruvtransportören. När belastningen ökar ökar även borrhastigheten, vilket kan leda till olika nödsituationer.

Därför måste man noga övervaka att den volym berg som skruven separerar per tidsenhet inte överskrider transportörens kapacitet. Annars bildas pluggar på spiralvarven.

Skruvborrningens hastighet beror direkt på jordens egenskaper, borrhålets djup och diameter, kolonnens rotationshastighet, axialbelastningen på botten, och konstruktionen av det verktyg som används för att bryta berget.

Som regel borrar man plastiska lerbergarter, lösa och medeldensiteter sand utan tvångsmatning av axialbelastning. Skruvverktyget tränger ner i jorden under sin egen vikt och även på grund av den reaktiva kraft som uppstår när den förbrukade bergarten matas till borrhålets mynning.

Axialbelastningar upp till 5 kN används vanligtvis vid startborrning av borrhålet, vid borrning i hårda sandiga leror, leror, leror, argilliter, siltstenar. Kolonnens rotationsfrekvens bör inte överstiga 1,7–3,3 s^-1.

Vid högre frekvenser uppstår vibrationer inuti, vilket kan göra att borrkolonnens länkar tappar sina anslutningar. Som ett resultat blir borrverktyget kvar på botten, och det är nästan omöjligt att få upp det, så man måste borra en ny utgrävning. Vid låga frekvenser försvåras transporten av förbrukad jord till ytan kraftigt.

Med ökande bergartshårdhet ökas axialbelastningarna. Borrning i grusiga och grusiga jordar, frusna leror, vattenmättade sandar, siltstenar med kvartsinslag utförs med en axialbelastning på 8–10 kN på borrkronan och en kolonnrotationsfrekvens på 1,3–2,2 s^-1.

Grusbankar och bergarter med stenblock borras inte med skruvmetoden. Dessa rundade fragment av bergarter bryts med en borrkrona och lyfts upp till ytan med en håv.

Borrning i sandar av olika densitet och vattenmättnad, grusiga och steniga avlagringar utförs vid höga varvtal och samtidigt förstärker man utgrävningens väggar med foderrör.

Skruvborrning i mjukplastiska och flytplastiska leror kompliceras ofta av bildning av pluggar. När lerpartiklar fastnar på skruvverktyget upphör borrhålets fördjupning, och transporten av förbrukad bergart till ytan försvåras kraftigt.

För att undvika detta sänker man borrhastigheten till minsta möjliga, man rör kolonnen upp och ner och tillsätter vatten till borrhålet. I en sådan situation hjälper det också att regelbundet lyfta borrverktyget till ytan och rengöra det från fastklämd lera.

Verktyg för skruvborrning

Verktyg för skruvborrning av brunnar skiljer sig åt i konstruktionstyp beroende på antal varv och skärdelens geometri. För borrning i hårda och halvhårda sandiga leror och mojordar används ofta borrverktyg vars kant är försedd med extra skär.

Oftast används bara en startskruv utan några tillägg för att borra vattenförsörjningsbrunnar för privatpersoner, eftersom man ska borra i sedimentära sammanhängande och icke-sammanhängande bergarter. Vid fördjupning förlängs verktyget helt enkelt med borrstänger.

I detta fall tas borrkronan ur borrhålet var 0,5 – 0,7 meter för att rengöra själva borren och botten från krossade bergarter. Detta är ett mer ekonomiskt men också mer arbetskrävande borralternativ.

För att borra upp stenblock och grus som kan förekomma i sedimentära jordar, övergår man till slaglinemetoden. Vanligtvis används en borrmejsel av verktygsstål. Denna borr, som är skarp i nedre änden, “kastas” med kraft mot bottnen tills det “hårda hindret” är krossat.

Efter att gruset eller stenblocket krossats, tas fragmenten upp till ytan med en hammare (kärnrör) eller en skopa. Sedan övergår man igen till skruvborrning. Oftast måste man använda flera borrmetoder i kombination för att borra brunnen.

Vid borrning i lösa sandar och mjuka mojordar används skruvborrverktyg med blad som är vinklade 30-60° mot botten, och för borrning i sammanhängande lerbergarter – 90°.

Konstruktionsmässigt är en skruv ett rör eller en lång solid stång med en spiral lindad runt.

Spiralen framställs genom att linda ett högstarkt stålband med diameter 5-7 mm runt en skruvdorn. Den sträcks ut på röret/stången och svetsas sedan fast.

Ju större diameter på basröret, desto lägre transportkapacitet har skruven. Dock är diametern på det långa föremålet begränsad av skruvens mekaniska hållfasthet samt tillverkningsteknik.

Idag tillverkas två typer av skruvar:

• Med centralt hål, dvs. ihåliga;
• Tunga – utan hål.

För att minimera slitaget på skruvtransportören vid borrning i slipande bergarter, lindas en stålremsa på ytterkanten eller svetsas ett metallskikt på ytan.

Vid höga hastigheter vid skruvborrning fästs en speciell adapter med dubbelgängad spiral av bandstål ovanför borrkronan. Huvuddelen av berget hamnar då på skruvtransportören utan att nötas.

I änden av röret med den lindade spiralen svetsas alltid anslutningselement. Det finns två typer av skruvförband: gängade och ogängade. I det första fallet kopplas skruvarna med mufflås och hålls fast av metallpinnar med låsanordningar, i det andra fallet – genom inskruvning.

Skruvarnas gängförband i borrsträngen gör det möjligt att mekanisera ihopkoppling och isärkoppling vid hanteringsoperationer och vid tillförsel av vätska till botten. Men det finns en betydande nackdel – skruvarna kan inte rotera bakåt i detta fall. Därför har gänglösa förband blivit mer utbredda.

Specialborriggningar inkluderar vanligtvis en uppsättning skruvar med olika diametrar.

De mest effektiva är skruvar med ett centralt hål, genom vilket luft eller vatten tillförs botten. Detta minskar friktionen mellan berget och skruvtransportörens yta.

Ihåliga skruvar med gängförband används vid borrning med spolning, för pumpning av vatten vid cylindriska uttag i jordskorpan, för att placera laddningar i geofysiska borrhål, för injektering av betong i hål för pålar. De kan även användas som foderrör.

Vid borrning med solid botten stängs den centrala kanalen av med ett borrverktyg på en vajer.

Översikt över borrmaskiner

För skruvborrning används både handverktyg och mekaniserade riggar. Den enklaste konstruktionen är en handhållen jordborr. Den består av en stång/ett rör med en spiralformad kniv och ett fast T-format handtag.

Borrrverktyg av denna typ skruvas ner i marken som en korkskruv. Under borrprocessen förlängs de med stavar. Handhållna jordborrar tillverkas demonterbara för att vara så lätttransporterade som möjligt i personbil. Detta gör det också möjligt att ändra längden på skruvborrsträngen.

Med handverktyg kan man göra hål upp till 2 meters djup med en diameter på högst 20 centimeter. Det finns även motorborrar med bensin- eller eldrift. Deras konstruktion inkluderar en skruvtransportör, det vill säga en skruv, och en motor med växellåda. Motoraxelns rotation driver skruven.

Med drivna verktyg och borrstänger för förlängning kan man borra hål upp till 25 meters djup. Vid diameter upp till 30 centimeter används de för uppsättning av gatubelysningsstolpar, montering av staketstolpar, provgropar för inspektion av grund och jordlager.

Borrrning av vattenbrunnar på privata tomter och skapande av stora hål för pålfundament utförs med portabla kompakta riggar eller borriggar på mobila fordon.

Mobila aggregat är små riggar med el- eller bensinmotor. Med dem kan man snabbt borra en brunn för fritidshuset och förbereda ett stort antal hål för stolpar av olika funktionella ändamål.

Ofta tillverkas sådana borriggar som släpvagnar till personbilar för att underlätta transport till arbetsplatsen.

Inom civil- och industribyggnad används skruvspecialutrustning monterad på mobila maskiner – lastbilar, traktorer – för att forma uttag med stor djup och diameter.

Den används vid montering av stöd för högspänningsledningar och gatubelysningsstolpar, vid installation av staketstolpar för arenor, idrottsanläggningar, industriområden, flygfält. Dessutom byggs spontväggar för schakt och skruvpålar installeras med hjälp av skruvborriggar på mobila maskiner.

Användbar video om ämnet

Skruvborrning av en vattenintagsbrunn på 20 m djup på en privat fastighet:

I den här videon visas tekniken för horisontell skruvborrning av en brunn för att lägga ledningar under en motorväg:

Konstruktion av pålar med en stor diameter kontinuerlig skruv med central kanal. För arbetet används en borrigg Bauer BG-30 och en högpresterande stationär betongpump Liebherr:

Skruvmetoden ger hög borrningstakt. Utvecklingen av brunnen och transporten av använt jord från botten till mynningen sker samtidigt och kontinuerligt, vilket sparar tid, borrarnas ansträngningar och de investerade medlen i projektet. Därför är skruvborrningsmetoden populär.

Lämna gärna kommentarer i blockformuläret nedan. Berätta om du har använt ett manuellt skruvverktyg eller borrat på en kompakt borrigg med en skruv. Dela tekniska nyanser som kan vara användbara för webbplatsens besökare.