鐵路隧道地應(yīng)力測(cè)試方案

1、某鐵路隧道地應(yīng)力測(cè)試與分析方案長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院2009年5月研究目的為了研究某鐵路隧道的圍巖應(yīng)力狀態(tài)（或稱“地應(yīng)力”，下同）及施工期巖 暴發(fā)生的可能性，擬在該隧道典型斷面進(jìn)行水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試，并采用有 限元數(shù)值方式模擬地應(yīng)力散布、評(píng)價(jià)隧道施工期巖爆發(fā)生的可能與級(jí)別。地應(yīng)力測(cè)試與分析方案地應(yīng)力測(cè)量的常常利用方式有二維水壓致裂法和三維應(yīng)力解除法（參見 GB/T50266-99工程巖體實(shí)驗(yàn)方式標(biāo)準(zhǔn)、SL264-2001水利水電工程巖石實(shí)驗(yàn) 規(guī)程）。相對(duì)而言，水壓致裂法直接測(cè)量鉆孔橫斷面的主應(yīng)力量值，操作也更 簡(jiǎn)單快捷；三維應(yīng)力解除法主要用于測(cè)量淺孔的三向應(yīng)力狀態(tài)，但量值需通過 巖石彈性參

2、數(shù)來計(jì)算取得。鑒于隧道開挖引發(fā)的應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)深達(dá)3040m，而且施工緊張，從技術(shù)和工 期兩方面綜合考慮，選擇水壓致裂法、在隧道內(nèi)部進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試。鉆孔水壓致裂法測(cè)試按照地質(zhì)條件，選擇巖石比較完整的隧道斷面，布置兩個(gè)淺鉆孔（一水平 孔，一鉛直孔，深度同為40m）,用水壓致裂法同時(shí)測(cè)量圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)和開 挖擾動(dòng)區(qū)的應(yīng)力散布趨勢(shì)。每一個(gè)鉆孔內(nèi)，按照鉆孔巖芯柱狀圖，選擇巖石比較完整的深度區(qū)間，完 成68點(diǎn)常規(guī)水壓致裂法測(cè)試，并進(jìn)行壓裂痕方向印模（每孔至少2點(diǎn)），以取 得各測(cè)孔橫斷面內(nèi)主應(yīng)力大小及方向。地應(yīng)力場(chǎng)有限元模擬分析及巖爆評(píng)價(jià)為了從單斷面測(cè)試結(jié)果取得整個(gè)隧道大埋深區(qū)間的巖體應(yīng)力散布、評(píng)價(jià)施 工期

3、巖爆和圍巖穩(wěn)定性，擬結(jié)合巖體地質(zhì)力學(xué)條件、地形地貌條件和地應(yīng)力實(shí) 測(cè)資料，進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬與回歸分析，取得地應(yīng)力的空間散布，給出地應(yīng) 力散布剖面。基于隧道沿線地應(yīng)力散布，應(yīng)用巖石力學(xué)原理和有關(guān)技術(shù)規(guī)范，評(píng)價(jià)隧道 施工期發(fā)生巖爆的可能性及品級(jí)，并對(duì)隧道開挖與支護(hù)方案提出相應(yīng)的建議。測(cè)試的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試步驟執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：工程巖體實(shí)驗(yàn)方式標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50266-99）、水利水電工 程巖石實(shí)驗(yàn)規(guī)程（SL264-2001）及交通行業(yè)規(guī)范。水壓致裂法測(cè)試步驟（1）一占孔巖芯等資料，與地質(zhì)負(fù)責(zé)人一路選擇實(shí)驗(yàn)段深度。（2）對(duì)鉆桿進(jìn)行密封及高壓實(shí)驗(yàn)。（3）將橡膠封隔器定位于選定的壓裂段，并注水加壓，查驗(yàn)巖石

4、 的不透水性。（4）對(duì)實(shí)驗(yàn)段注水加壓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并全程收集壓力和流量與時(shí)間 的關(guān)系曲線。（5）當(dāng)泵壓上升至某一臨界（破裂壓力）時(shí)，巖石破裂。當(dāng)曲線 開始出現(xiàn)拐點(diǎn)并出現(xiàn)下滑時(shí)，關(guān)閉壓力泵，取得破裂面的剎時(shí)關(guān)閉壓力。（6）重復(fù)45步驟的加壓循環(huán)（3次以上）。（7）用特制印模器進(jìn)行破裂痕方向的記錄。附：水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量的大體原理大體原理：利用一對(duì)可膨脹的橡膠封隔器，在選定深度封隔一段完整的巖石鉆孔，然后 泵入流體對(duì)這段鉆孔增壓，直至鉆孔圍巖產(chǎn)生破裂。按照壓裂進(jìn)程中記錄的壓力-時(shí)間曲線 上的壓力特征值，求得鉆孔橫斷面內(nèi)的二個(gè)主應(yīng)力值。若鉆孔是沿鉛直方向，此二主應(yīng)力 即為最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力

5、。最大水平主應(yīng)力方位可按照印模器肯定的破裂痕 方位而得。豎直方向主應(yīng)力近似按上覆巖石的容重計(jì)算。由于直測(cè)量應(yīng)力量值，且能代表較大體積的應(yīng)力狀態(tài)，水壓致裂法結(jié)果比其它方式靠得 住，是現(xiàn)今測(cè)量地應(yīng)力場(chǎng)的主要方式，測(cè)量深度可達(dá)1000米。長(zhǎng)江科學(xué)院巖基所1980s年 代初掌握該項(xiàng)技術(shù)以來，已為近百項(xiàng)大型工程提供測(cè)試服務(wù)（見長(zhǎng)江科學(xué)院簡(jiǎn)介）。最近 幾年與美國(guó)、澳大利亞等境外單位競(jìng)標(biāo)取得了多個(gè)周邊國(guó)家的水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試。測(cè)試設(shè)備與計(jì)算軟件（1）水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試設(shè)備若干（2）數(shù)據(jù)自動(dòng)收集儀若干（3）地應(yīng)力測(cè)試的數(shù)據(jù)處置程序全套（4）Ansys、Flac3D等正版數(shù)值分析軟件 全套進(jìn)度安排內(nèi)工作時(shí)間

6、1提前10天通知進(jìn)場(chǎng)（設(shè)備準(zhǔn)備與運(yùn)輸）:地應(yīng)力測(cè)試（鉆孔深度小于100m）35天/孔3，數(shù)據(jù)處理、應(yīng)力場(chǎng)有限元模擬分析20天現(xiàn)場(chǎng)工作周期（2孔）610 天6.主要人員配置尹健民 46歲教高艾凱 29歲工程師汪洋 29歲工程師國(guó)法剛 33歲工程師博士/巖石力學(xué)/副所長(zhǎng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)本科/巖土工程負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析博士/巖石力學(xué)有限元分析本科/工程物探/現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與分析7.甲方配合內(nèi)容（1）鉆機(jī)及臺(tái)班人員，天天兩班作業(yè)，每孔配合時(shí)間35天（2）鉆孔直徑要求：75mm或90mm，用帶擴(kuò)孔器的金剛石 鉆具造孔，孔徑均勻；成孔后應(yīng)由清水洗孔；（3）開孔要求：開孔段應(yīng)設(shè)置護(hù)管，且護(hù)管高出地表20厘米（指 鉛直孔，以

7、防掉渣）。開孔段直徑不限，只需護(hù)管內(nèi)徑不小于測(cè)試鉆孔 直徑。（4）鉆桿要求：狀態(tài)完好，由乙方指導(dǎo)對(duì)接頭撤卸與密封后，可 經(jīng)受高水壓力；（5）測(cè)試需要鉆機(jī)及鉆機(jī)人員配合（測(cè)試儀器由鉆桿下到預(yù)定的 測(cè)點(diǎn)位置、并通過鉆桿內(nèi)管施加水壓），配合人員應(yīng)服從測(cè)試人員指揮。（6）電源220V/ 5KW、知足鉆機(jī)的清水水源；（7）提供構(gòu)造地質(zhì)資料與地質(zhì)報(bào)告，提供編排完整的鉆孔巖芯；（8）為乙方測(cè)試人員提供食宿方便，費(fèi)用由乙方承擔(dān)。依據(jù)見2002年建設(shè)部工程設(shè)計(jì)與工程勘探收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，以上配合內(nèi)容，除 特別說明之外，費(fèi)用由甲方承擔(dān)，并由甲方編制預(yù)算和組織實(shí)施。8.經(jīng)費(fèi)預(yù)算按照市場(chǎng)行情，并計(jì)入洞內(nèi)作業(yè)等難度系數(shù)，水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試單價(jià) 萬/點(diǎn)。對(duì)于必然深度的鉆孔