Jezgre s valjkastim konusima

Barel s valjcima i konusima je specijalizirani alat za rotacijsko bušenje dizajniran za dobivanje reprezentativnih uzoraka stijenskih jezgri iz primjena dubokih temelja, prvenstveno za procjenu utora u stijeni i karakterizaciju podzemlja u projektima dubokih iskapanja i poboljšanja tla. Ovi alati se sastoje od cilindričnog barela s unutarnjom jezgrom i rotirajućom glavom opremljenom valjcima u obliku konusa — obično tri rotirajuća konusa od kaljenog čelika ili volfram karbida s umetkom od volframa ili dijamanta. Barel s jezgrom čini strukturnu sučelje između bušaće cijevi i rezne glave, omogućujući da se izvađeni stijenski materijal uhvati i vrati netaknut za geološku i geotehničku analizu. Barel s valjcima i konusima se primjenjuje u više metoda dubokih temelja: u izgradnji dijafragmatskih zidova, gdje određivanje dubine i kvalitete temeljne stijene diktira potporu iskapanju i kapacitet utora za pilote; u sekantnim i tangencijalnim zidovima od pilota, za provjeru dubine utora u stijeni i karakteristika nosivog sloja; u pregradnim zavjesama i strukturama za kontrolu prodora, za procjenu propusnosti i zona uzimanja injektiranja u potencijalnim horizontima injektiranja; i u preliminarnom istraživanju lokacije bušenjem prije velikih iskapanja ili potpornih radova. Njihova primarna funkcija je osiguravanje kontroliranog povrata jezgre s dokumentiranim Oznakom Kvalitete Stijene (RQD), ispitivanjem jednoosne tlačne čvrstoće i karakterizacijom pukotina potrebnih za verifikaciju dizajna i osiguranje kvalitete izgradnje. Operativno načelo oslanja se na rotacijski moment primijenjen na bušaću cijev, uzrokujući da se valjci konusa okreću oko osi barela dok su pritisnuti protiv stijenske površine. Rezna akcija je prvenstveno brušenje i drobljenje — pojedinačni zubi konusa postupno razbijaju stijenski materijal ispod valjkastog konusa, omogućujući da slomljeni materijal padne u unutarnju cijev jezgre. Kako bušenje napreduje, napredujući dio barela sekcija po sekciju hvata stijensku kolonu, koja se zadržava gravitacijskim hvatačem jezgre (tip lopte ili košarice) postavljenim na dnu barela. Kada se dobije željena dužina jezgre (obično 3–10 metara po prolazu), cijela sklop se vraća, a jezgra se pažljivo vadi, mjeri, bilježi i priprema za laboratorijska ispitivanja prema standardima ISRM (Međunarodno društvo za mehaniku stijena). Konfiguracije opreme uključuju standardne sustave s žičanom linijom (NQ, HQ, PQ mjere odgovarajuće promjerima jezgre od 47,6, 63,5 i 85 mm) i konvencionalne barele suspendirane na šipkama. Dizajni valjkastih konusa variraju prema klasifikaciji tvrdoće stijene: mekše formacije koriste umetke s vrhom od karbida s većim razmakom konusa, dok izuzetno tvrda ili abrazivna stijena zahtijeva vrhove od volfram karbida s bližom gustoćom tipki. Produženi bareli za debele slojeve, bareli s razdvojenim cijevima za poboljšano očuvanje uzoraka i specijalizirani sustavi orijentiranih jezgri za procjenu strukturne geologije predstavljaju uobičajene varijante. Odabir konfiguracija barela s valjcima i konusima ovisi o očekivanoj čvrstoći stijene (raspon UCS), zahtjevima za povrat jezgre navedenim u opsegu geotehničkog istraživanja, ograničenjima proračuna za bušenje i kompatibilnosti s izlaznom snagom opreme. Bušači moraju uravnotežiti kvalitetu povrata s brzinom bušenja — agresivno hranjenje povećava penetraciju, ali rizikuje uznemiravanje uzoraka jezgre i njihovo smanjenje; konzervativna tehnika minimizira pucanje, ali produžava vremenski okvir projekta. Primjenjivi standardi uključuju ISO 13311-1 (orijentirana jezgra i karakterizacija stijenske mase), DIN 4095 (njemački standard za bušenje i uzorkovanje), i API (Američki institut za naftu) smjernice prilagođene za primjene u građevinarstvu. Procjena RQD slijedi preporuke ISRM-a, s fotografijom jezgre i očuvanjem kutija za jezgru dokumentiranim prema ISO 14689 standardima.