CN105653811B - 高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，首先是基于探地雷达监测，对地层进行界定；其次是基于旋挖钻进过程的地层辨识，确定旋挖机所在的地层类型；然后是基于得到的旋挖钻进的工作参数，根据力学原理计算抗压强度及抗剪强度；再是根据判定得到的地层类型，结合结构承载力的要求，考虑桩基至少埋入中风化岩层，判定持力层所在位置；最后建议地层‑桩基三维精细化有限元模型，并考虑桩基与岩土地层的接触面力学特性，分析不同荷载组合及不同嵌岩深度组合下的桩基变形以及内力分布，最终确定最优的嵌岩深度。本发明是一种直接评估山地城市高压变电站赋存地层旋挖钻进过程入岩判定的可行性方法。

Description

高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法

技术领域

本发明涉及一种高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，尤其是对山地城市软质岩土深回填区的旋挖钻进过程，其持力层的准确判定及入岩深度的确定是提高钻进效率且节省工程造价的关键。

背景技术

为了适应我国电力负荷分布及电源布局，满足大型能源基地开发和外送需求，我国加快了坚强智能电网的建设，以实现电网的大范围互联、能源资源优化配置以及电能跨区域远距离输送。而高压输变电站作为连接各级电网的重要枢纽，是保障电网安全运行的关键点之一，其结构的安全性和可靠性要求也日益提高。当前，就重庆山地城市而言，由于建设用地规划的需要，其高压输变电站址通常赋存环境复杂，建设过程的大规模挖填方虽然经过碾压或夯实处理，渐进产生的地层沉降仍对上部结构的稳定性造成极大的威胁。因此，桩基作为当前高压变电站深回填岩土区的重要加固型式，为了保证结构抵御各类地质灾害及自然灾害，可行且可靠的桩基设计及施工关键技术是当前亟待解决的重要课题。

近年来，鉴于人工挖孔及冲击钻孔的局限性，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、一机多用、机动灵活、施工效率高及环境污染小等优点的旋挖钻机在桩基施工中具有明显的优势，效果显著。但旋挖钻进过程中的入岩判定问题，尚无统一的规范或标准可循。为了保证工程施工质量及单桩承载力满足设计要求，准确的地层辨识是入岩识别的关键，是嵌岩深度精确确定的重要依据，其工程实践价值显著。如重庆市某110kV输变电工程，超深区域为35kV配电室和主控室，综合地勘资料和设计图纸，平均钻孔深度6米，最大12.5米，最小5米。而现场的实际旋挖钻孔深度显示，此区域最浅钻孔深度为6.6米，最深钻孔深度为29.7米，与地勘资料和设计图纸严重不相符，其中与地勘资料上位置重合的主控室A12号桩(设计孔深6.5m)，实际钻孔深度为27.6米。现场施工统计显示，钻孔超深231.4米，混凝土方量增大174立方，造价增加35万元左右。其主要原因为变电站区处于喀斯特地质区域，并且站内桩基全部都处于回填区域内，回填深度最大20余米，且回填施工时并未分层碾压，填土中夹杂着大量的粒径较大的石头，回填土层松散，密实度严重达不到要求。由此可见，由于山地城市电力建设用地的局限性，大多高压输变电站将处于复杂地质环境或软质岩土深回填区，同样会遇到旋挖钻进深度与设计值不符的问题，旋挖钻进过程中的地层辨识方法有助于明确地层存在的缺陷及地层结构分布，是持力层准确定位的关键，为嵌岩深度的优化设计提供重要的理论依据。因此，开展旋挖钻进过程中的入岩判定研究对保障施工可靠性及可控性尤为重要。

为了对不同赋存环境中旋挖桩施工持力层辨识、嵌岩深度确定、安全性评估提供完备的辅助决策和技术支撑，实现不同地质环境下的嵌岩深度预测，避免实际嵌岩深度与设计不符的情况，并对施工安全的管理从由事后应急、被动防范向事前预测、主动决策的转型，提升旋挖施工技术在不同工程环境中的灵活适用能力，有必要发明一种有效的旋挖钻进入岩判定方法，从理论上建立旋挖钻进工作参数与地层物性特征的关联性，又从技术上解决旋挖钻进过程中的持力层准确定位、嵌岩深度预测及承载力安全问题。可推广至500kV电压等级的交直流输变电站的桩基施工及管理工作，有助于提升大型高压变电站施工的精细化管理水平，缩短工程建设周期，减少因嵌岩深度难以确定而增加的工程量及工程造价。

发明内容

本发明的目的在于提供能简单、直接、经济和有效的山地城市高压变电站旋挖钻进过程中的入岩深度确定方法，该方法能分析复杂山地环境中软质岩土深回填区旋挖钻进过程的工作参数历程、基于机械做功的地层比功、地层分界面、工作参数与地层强度特征参数的关联性、入岩深度，实现不同山地环境中的地层类型界定与辨识，提高旋挖钻进过程中持力层判定效率和准确度，确保入岩判定的准确性及嵌岩深度预测的可靠性，以避免过长的施工周期并增大工程造价。

本发明解决其技术问题需要采用以下的技术方案：

1)以软质岩土深回填区的高压变电站赋存地层为研究对象，所述研究对象包括断层、节理、裂隙以及地下水等，根据地勘信息进行分类评价，建立高压变电站所在区域的岩土体质量评分模型，对高压变电站赋存环境进行评价。所述岩土体质量评分模型的影响因子包括岩土体抗压强度、地下水、裂隙开度等因素，根据岩土体分级确定每个影响因子的分数，计算不同因子组合下的岩体质量分数RMR及质量分类Q。

通过室内及现场试验确定岩土体的物理力学参数及强度特征值，所述参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦力及粘聚力，为地层辨识及地层-桩基耦合模型分析提供研究基础，所述强度特征值包括抗压强度R_c′和抗剪强度τ_c′，所述抗压强度R_c′和抗剪强度τ_c′是通过强度试验得到。明确软质岩土深回填区主要导致地层沉降变形及大范围的负摩阻力。

2)基于高精度探地雷达的现场探测及图形软件的可视化处理，构建地层结构的分析模型以辨识特殊地层及地层分界面。

根据钻孔试验得到初步的地层分界面，由于勘测钻孔数量的局限性，采用探地雷达获得全区域的雷达波，根据反射理论及图形处理软件获得不同位置的地层特殊特征，所述地层特殊特征包括空洞、地下水以及地层分界面等。

3)分析旋挖钻进工作参数的实时变化过程，建立旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型。所述旋挖钻进工作参数包括给进力、转速、转矩以及钻进速度。所述旋挖钻进工作参数数据库是基于旋挖桩机施工过程中监测得到的钻进工作参数，研究工作参数随时间以及钻进深度的变化趋势，基于旋挖桩机的做工原理建立多因子表征的地层辨识模型，基于所述的数据库及辨识模型可确定地层类型及可能的持力层界面。

所述旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型包括以下步骤：

(I)分析旋挖钻进工作参数的实时变化过程，所述工作参数包括给进力、转速、转矩以及钻进速度等，建立钻进过程中的工作参数数据库及地层辨识模型。

(II)获得所述参数的历程曲线，分析不同参数与钻速、钻进深度的变化关系。

(III)基于机械做工原理，建立基于所述工作参数的比功模型，参见公式(1)，计算不同地层的比功数值。

式中，e为比功，单位为MPa；F为给进力，单位为N；A为钻孔面积，单位为mm²；n为转速，单位为r/min；ω为转矩，单位为N·m；v_p为钻进率，单位为m/min。

(IV)根据统计学原理确定不同地层的比功值范围，以此确定某时刻旋挖机所在的地层类型。

4)基于旋挖钻进工作参数与地层强度特征的关联性，确定不同埋深地层类型的辨识指标。所述的识别指标包括基于旋挖钻进工作特征参数的力学分析地层强度特征参数，所述地层强度特征参数包括抗压强度和抗剪强度，作为识别不同埋深地层类型的辨识指标。

抗压强度的计算公式为公式(2)；

式中，σ₁,σ₃分别为根据材料力学得到的岩土体破坏时大主应力和小主应力，R_c为单轴抗压强度；m,s分别为与岩土体性质和结构面有关的常数，是根据地层岩土体性质和结构面特性得到的，对于完整岩体则有s＝1，破坏岩土体则有s＜1。

抗剪强度的计算公式为公式(3)：

式中，τ_c为岩土体的剪切强度，σ为岩土体的法向应力，A,B为常数，

将计算得到的抗压强度R_c及抗剪强度τ_c与实际勘测的抗压强度R_c′和抗剪强度τ_c′对比分析，若|R_c-R_c′|≤ε₁，|τ_c-τ_c′|≤ε₂,其中ε₁、ε₂为误差小值，即可进一步判断此时对应的地层类型。

结合结构承载力的要求，考虑桩基至少埋入中风化岩层，根据岩土体承载力原则判定持力层所在位置。

5)构建精细化三维有限元模型，分析地层-桩基耦合体系的承载力特性、变形及内力变化规律，判定深回填区旋挖钻进过程的最优入岩深度。

不同嵌岩深度的桩基承载力特性是基于地层-桩基精细化三维有限元数值模型计算得到，模型中有考虑桩基-地层的接触特性，当两个接触面在相互滑动之前，两者的截面会产生达到某一大小的剪应力，这种状态为粘合状态，其中剪应力的计算为公式(4)

τ＝μp+cohe (4)

式中，μ为接触面的静摩擦系数，p为接触压力，cohe为滑动面上的粘聚力。当接触面上的剪应力超过τ，则接触面处产生滑动。

由于桩基施加荷载过程中接触面产生滑动，接触界面处的摩擦系数变化，利用公式(5)计算中考虑其摩擦系数按指数递减：

μ＝μ_ult[(1+(k-1)exp(-k₁V_ret))] (5)

式中,μ_ult为动摩擦系数，根据室内试验情况确定取值；k为静摩擦系数与动摩擦系数比，k₁为指数递减因子，V_ret为计算所得的相对滑动速度。

分析不同荷载组合及不同嵌岩深度组合下的桩基变形、内力分布等，最终确定最优的嵌岩深度。

进一步，所述最优的嵌岩深度主要依据：根据持力层特征值，确定桩基的最大承载 力；当嵌岩深度由D₁增大为D₂时，对桩顶逐级加载至最大荷载即P₁,P₂…P_n-1,P_n，若每级荷载 对应的桩基变形轴力侧摩阻力继续从D₂增大到D₃，同样的加载过程和荷载值，得到每级荷载对应的桩 基变形轴力侧摩阻力可确定D₂为最优嵌岩深度。

进一步，所述基于旋挖钻进工作参数的地层辨识模型，获得监测过程中的钻进工作参数，建立钻进工作参数数据库，研究工作参数随时间和钻进深度的变化趋势，基于旋挖桩机的做工原理建立多因子表征的地层辨识模型，确定地层类型及可能的持力层界面。根据力学原理计算实时钻进过程中的强度特征指标如抗压强度、抗剪强度等，对比实际地层的强度指标，确定此时刻该钻进深度所在的地层类别。

进一步，所述的地层-桩基耦合体系模型，是根据不同地层与桩基的接触力学分析，得到桩基变形及内力变化规律变形，并结合上述钻进过程中地层类别的判断，并考虑钻孔沉渣的厚度，最终确定最优的钻进深度。

进一步，所述入岩深度的确定方法，是针对山地城市和软质岩土深回填区的赋存环境，采用地质雷达的全方位探测，确定地层存在的缺陷及地层结构分布，并基于旋挖机在不同地层中的钻进工作特征，分析钻进工作参数与地层强度特征指标的关联系，建立地层类型辨识模型，在桩基-地层耦合体系分析模型的基础上，进一步优化钻进深度，构建旋挖钻进过程中的入岩深度判定方法。

进一步，所述山地城市至少是表述不同于平原的城市赋存环境，如地形地貌、地层岩性特征、水文地质条件以及隐伏的岩溶洞穴等，一方面可确定不同地层岩土体的质量等级，以此确定其对地层强度指标的影响程度，另一方面根据获得的地层物理力学指标如地层岩土体弹性模量、泊松比、内摩擦角、粘聚力等，为研究不同参数组合下的地层沉降及桩基负摩阻力的变化规律提供分析依据。

进一步，所述软质岩土深回填区，至少是描述由于城市用地的局限性，采用大规模的挖填施工形成高压变电站场地，深度开挖形成地层的强卸荷导致场地应力场改变，深回填区域的岩土体物性特征如密实度小、均匀性差、强度特性差异显著、回填深度大等，将导致区域的地面荷载增过大、固结时间过长、沉降过大。这些特征均导致山地城市软质岩土深回填区对地基承载力的影响。

进一步，所述探地雷达现场监测，由于山地城市建设高压变电站时形成软质岩土深回填区，前期地勘信息出现不完全适用性，可借助探地雷达设备对现场全范围的实时探测，根据获得的雷达波形，基于反射理论及信号处理技术进一步获得高压变电站地面以下的地层概况如岩层分界面、大的空洞、地下水等赋存条件等，以此初步确定特殊地层及地层分界面。

本发明采用理论分析、现场监测及数值模拟相结合的分析方法，在理论和技术两个层面上有效解决了山地城市高压变电站旋挖钻进的入岩判定问题，优化了以旋挖钻进工作参数描述地层特征的分析方法，具有计算效率高、判定精度高等突出优点。因此，本发明是一种直接反映旋挖钻进过程中的入岩判定方法，是进行山地城市软质岩土深回填区高压变电站赋存地层辨识、持力层界定、嵌岩深度预测的方法，对山地城市复杂环境中的旋挖施工的及时入岩判定提供新的研究思路，对高压变电站的安全运行及电力的可持续发展产生显著的经济效益。

附图说明

图1为旋挖钻进过程中入岩深度确定方法的分析流程；

图2为探地雷达现场监测的数据处理流程；

图3为基于探地雷达监测信息的地层特征；

图4为旋挖钻进工作参数历程曲线；

图5为基于地层比功的地层分类；

图6为入岩判定指标的分析流程；

图7为不同嵌岩深度的桩基承载力特性。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

参见图1，一种山地城市高压变电站软质岩土深回填区旋挖钻进过程中的入岩深度判定方法，本发明包含了基于探地雷达监测的地层界定、基于旋挖钻进过程的地层辨识、入岩指标的提出、持力层的判定、基于三维精细化地层-桩基耦合模型的入岩深度确定等五个模块。其具体实时步骤如下：

1)考虑山地城市软质岩土深回填区的赋存环境如断层、节理、裂隙、地下水等，根据地勘信息进行分类评价，建立高压变电站所在区域的岩土体质量评分模型，对高压变电站赋存环境进行评价，具体的评分规则和分类情况参见表1—表6。影响因子包括岩土体抗压强度、地下水、裂隙开度等因素，根据岩土体分级确定每个影响因子的分数，计算不同因子组合下的岩体质量分数RMR及质量分类Q，如RMR＝44，Q＝1.0，则强度指标计算公式中的结构面参数m＝0.14和s＝0.0001，岩体质量为中等。

表1：非连续面(断层、节理表及裂隙)分类评分

表2：非连续面条件细化评分

表3：地下水赋存条件评分

表4：岩体强度分类评分

表5：岩体质量的分级评分

评分值	100～81	80～61	60～41	40～21	<20
						分类类别	一级	二级	三级	四级	5级
描述	很好	好	一般	差	很差

表6岩体质量分类表

考虑地层的物性特征，通过室内及现场试验确定岩土体的物理力学参数如弹性模量、泊松比、内摩擦力、粘聚力、抗压强度、抗剪强度等，为地层辨识及地层-桩基耦合模型分析提供研究基础。

2)考虑地层结构，根据钻孔试验得到初步的地层分界面，由于勘测钻孔数量的局限性，采用探地雷达获得全区域的雷达波，根据反射理论及图形处理软件获得不同位置的地层特殊特征如空洞、地下水等以及地层分界面。

参见图2，上述探地雷达现场监测的数据处理流程，首先采集探地雷达现场监测的雷达波，基于反射理论及专用图形处理软件对数据进行处理，并对图形进行编辑和注释，形成易读的地层结构分布图形。

根据上述两个步骤确定地层中存在的缺陷及地层分界面。参见图3，基于探地雷达识别的地层结构图形，图形中显示了地层的深度、地层的分界面及地层存在的不均质区域。红色倾斜线为地层的分界面，根据项目的研究概况，此段拟建二次设备间，土层厚约0m～4.9m。地表强、中风化砂、泥岩碎块石较多，素填土结构松散-稍密，稍湿，浅层雷达波反射较杂乱，土质不均。此处为红色圆圈散射波较为杂乱，显示土质不均匀。

3)基于旋挖钻进过程的地层辨识，旋挖机工作参数如给进力、转矩、转速、钻进深度等是实时变化的，其变化是与赋存环境息息相关的。首先是要获得各参数的历程曲线，分析不同参数与钻速、钻进深度的变化关系，并基于机械做功原理，建立基于各工作参数的比功模型，计算不同地层的比功数值，根据统计学原理确定不同地层的比功值范围，以此某时刻旋挖机所在的地层类型。

首先建立基于所述工作参数的比功模型，参见公式(1)，计算不同地层的比功数值。

式中，e为比功，单位为MPa；F为给进力，单位为N；A为钻孔面积，单位为mm²；n为转速，单位为r/min；ω为转矩，单位为N·m；v_p为钻进率，单位为m/min。

参见图4，比功至钻深11.3m的值变化浮动在14.01MPa～29.89MPa之间，在钻深11.3m至深度11.73m，其值增大，变化范围在32.11MPa～49.61MPa之间，在钻深11.73m至深度13.45m，其值变化范围55.36MPa～60.28MPa，在钻深13.45m至深度14.01m，其值变化范围68.12MPa～71.93MPa。对比勘测孔ZY15勘测资料，比功数值变化所划分的深度区间与各岩土层深度区间一致，能够精确进行素填土、粉质粘土、砂岩的岩土层划分。

然后根据统计学原理确定不同地层的比功值范围，以此确定某时刻旋挖机所在的地层类型，具体参见图5。根据旋挖桩随钻参数以及工程地质勘查报告与设计图纸，对各桩比功的理论计算与分析，依次得到素填土层的比功范围为4.83MPa～30.515MPa，粉质粘土层的比功范围为30.515MPa～50.675MPa，砂岩层的比功范围为50.675MPa～72.6MPa，泥岩层的比功范围为71.76MPa～152.46MPa。此范围是根据所有试验计算数据归纳而来，为了更精确地反映整个区域的钻进比功分布，对其进行统计分析，获得更为精确的比功辨识范围。

对高压变电站址勘测孔附近的10根旋挖桩共34组数据进行统计分析，可以得到砂岩地层样本数据相关统计量，如表7所示，砂岩层比功值的均值为61.15MPa，标准方差为4.887，其数值分布规律符合正态分布规律，因此保值率在95％时的比功值区间为50.675MPa～72.6Mpa；对勘测孔附近的10根旋挖桩共49组数据进行统计分析，可以得到中风化泥岩地层的样本数据相关统计量，如表8所示，由以上统计量可以得到，砂岩层比功值的均值为100.77MPa，标准方差为20.172，其数值分布规律符合正偏态分布规律，故将以上数据转化为正态分布的秩后，可以得到泥岩层比功值保值率在95％时的比功值区间为71.76MPa～152.46MPa。

表7.砂岩层比功数据统计表

表8.中风化泥岩层比功数据统计

4)参见图6，基于已有的旋挖钻进工作参数，根据旋挖钻进在某时刻得到的给进力和转矩，计算作用于地层的主应力值σ₁,σ₃，反算地层的抗压强度、抗剪强度。将计算得到的抗压强度及抗剪强度与实际勘测的抗压强度及抗剪强度对比分析，判断此时刻旋挖钻头所在深度的地层类型。根据如上判断的地层类型及结构承载力的要求，考虑桩基至少埋入中风化岩层，判定持力层所在位置。若抗压强度满足了某类中风化岩体强度特性，即可判定该位置为持力层。

根据岩体性质的理论与实践经验，推导出岩体破坏时强度特征值与主应力的关系：

抗压强度的计算公式为公式(2)：

式中，σ₁,σ₃分别为岩土体破坏时大主应力和小主应力，R_c为单轴抗压强度，m,s分别为与岩土体性质和结构面有关的常数，取值参见表9，对于完整岩体s＝1，破坏岩土体s＜1。

抗剪强度的计算公式为公式(3)：

式中，τ_c为岩土体的剪切强度，σ为岩土体的法向应力，A,B为常数，取值参见表9，

如得到某时刻的主应力σ₁＝11.0MPa，σ₃＝10.0MPa，对于中等风化泥岩，反算得到此时的抗压强度值R_c＝4.998MPa，接近现场试验得到的泥岩抗压强度区间为R_c＝4.2MPa～7.0MPa，可判定此时刻对应的岩层为泥岩层。

表9参数m,s，A,B取值表

5)在持力层确定研究的基础上，建立地层-桩基三维精细化有限元模型，并考虑桩基与岩土地层的接触面力学特性，分析不同荷载组合及不同嵌岩深度组合下的桩基变形、内力分布等，最终确定最优的嵌岩深度。

上述描述的是不同嵌岩深度的桩基承载力特性，是基于地层-桩基精细化三维有限元数值模型计算得到的，其中考虑了桩基-地层的接触特性，考虑为摩尔-库伦表达式，也即当两个接触面在相互滑动之前，两者的界面会产生达到某一大小的剪应力，这种状态为粘合状态(stick)，其中剪应力的计算为公式(4)：

τ＝μp+cohe (4)

式中，μ为接触面的静摩擦系数，p为接触压力，cohe为滑动面上的粘聚力。当接触面上的剪应力超过τ，则接触面处产生滑动。

由于桩基施加荷载过程中接触面产生滑动，接触界面处的摩擦系数变化，利用公式(5)计算中考虑其摩擦系数按指数递减：

μ＝μ_ult[(1+(k-1)exp(-k₁V_ret))] (5)

式中,μ_ult为动摩擦系数，根据室内试验情况确定取值，k为静摩擦系数与动摩擦系数比，k₁为指数递减因子，V_ret为计算所得的相对滑动速度。

参见图7，分析不同荷载组合及不同嵌岩深度组合下的桩基变形、内力分布等，最终确定最优的嵌岩深度。

参见图7(a)为不同嵌岩深度的荷载-沉降曲线，显示沉降为20mm时，桩基沉降出现了显著的下降趋势，说明20mm的沉降可为安全沉降，较大的嵌岩深度对沉降的影响不显著。

参见图7(b)的轴力变化可见：增大桩顶荷载可以提高桩基的刚度，减小负摩阻力，增大抵抗外荷载的能力。

参见图7(c)的桩侧摩阻力分布规律表明：桩体在回填区的负摩阻力区间较大，且相同的桩顶荷载下，嵌岩深度越大，则负摩阻力的范围越大，中性点的位置越低；荷载较大时，嵌岩深度越大，中性点位置上移，负摩阻力的范围减小，但荷载增大到一定程度后，负摩阻力的数值变化较小，嵌岩深度为0.8m时即可满足正常使用极限状态，说明优化的嵌岩深度即可满足正常使用的极限状态。与实际旋挖钻进过程的深度14.01m，本文根据数值计算得到的桩长为14.0m，与实际钻进的深度相差0.01m，主要在于旋挖钻进深度要考虑沉渣效应，而本文给出的净桩长，相对于实际旋挖深度稍小，与实际桩长设计相吻合。

Claims (7)

1.高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：所述入岩深度确定方法包括以下步骤内容；

1)首先以软质岩土深回填区的高压变电站赋存地层为研究对象，确定不同埋深地层的物理力学参数及强度特征值，明确软质岩土深回填区主要导致地层沉降变形及大范围的负摩阻力；

2)基于高精度探地雷达的现场探测及图形软件的可视化处理，构建地层结构的分析模型以辨识特殊地层及地层分界面；

3)分析旋挖钻进工作参数的实时变化过程，建立旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型，确定地层类型及可能的持力层界面；所述旋挖钻进工作参数包括给进力、转速、转矩以及钻进速度；

4)基于旋挖钻进工作参数与地层强度特征的关联性，确定不同埋深地层类型的辨识指标；

5)构建精细化三维有限元模型，分析地层-桩基耦合体系的承载力特性、变形及内力变化规律，进一步判定深回填区旋挖钻进过程的最优入岩深度；

地层-桩基耦合体系模型是考虑地层与桩基的不同接触类型及接触力学模型，研究不同入岩深度及不同类型地层环境中的桩基变形及内力变化规律；

不同嵌岩深度的桩基承载力特性是基于地层-桩基精细化三维有限元数值模型计算得到，模型中有考虑桩基-地层的接触特性，当两个接触面在相互滑动之前，两者的截面会产生达到某一大小的剪应力，这种状态为粘合状态，其中剪应力的计算为公式(4)；

τ＝μp+cohe (4)

式中，μ为接触面的静摩擦系数，p为接触压力，cohe为滑动面上的粘聚力；当接触面上的剪应力超过τ，则接触面处产生滑动；

由于桩基施加荷载过程中接触面产生滑动，接触界面处的摩擦系数变化，利用公式(5)计算的过程中，考虑其摩擦系数按指数递减；

μ＝μ_ult[(1+(k-1)exp(-k₁V_ret))] (5)

式中,μ_ult为动摩擦系数，k为静摩擦系数与动摩擦系数比，k₁为指数递减因子，V_ret为计算所得的相对滑动速度；

最优的嵌岩深度，是根据持力层特征值，确定桩基的最大承载力；当嵌岩深度由D₁增大为D₂时，对桩顶逐级加载至最大荷载即P₁,P₂…P_n-1,P_n，若每级荷载对应的桩基变形轴力侧摩阻力继续从D₂增大到D₃，同样的加载过程和荷载值，得到每级荷载对应的桩基变形轴力侧摩阻力可确定D₂为最优嵌岩深度。

2.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：步骤1)所述埋深地层的物理力学参数包括弹性模量、泊松比、内摩擦力以及粘聚力；所述强度特征值包括抗压强度R_c′和抗剪强度τ_c′，通过强度试验得到。

3.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：步骤3)所述旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型，所述旋挖钻进工作参数数据库是基于旋挖桩机施工过程中监测得到的钻进工作参数，研究工作参数随时间以及钻进深度的变化趋势，所述地层辨识模型是基于旋挖桩机的做工原理建立多因子表征的模型；

所述旋挖钻进工作参数数据库及地层辨识模型包括以下步骤：

(I)分析旋挖钻进工作参数的实时变化过程，所述工作参数包括给进力、转速、转矩以及钻进速度，建立钻进过程中的工作参数数据库及地层辨识模型；

(II)获得所述参数的历程曲线，分析不同参数与钻速、钻进深度的变化关系；

(III)基于机械做工原理，建立基于所述工作参数的比功模型，参见公式(1)，计算不同地层的比功数值；

式中，e为比功，单位为MPa；F为给进力，单位为N；A为钻孔面积，单位为mm²；n为转速，单位为r/min；ω为转矩，单位为N·m；v_p为钻进率，单位为m/min；

(IV)根据统计学原理确定不同地层的比功值范围，以此确定某时刻旋挖机所在的地层类型。

4.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：步骤4)中所述辨识指标包括基于旋挖钻进工作特征参数的力学分析地层强度特征参数，所述地层强度特征参数包括抗压强度和抗剪强度，作为识别不同埋深地层类型的辨识指标；

抗压强度的计算公式为公式(2)；

式中，σ₁,σ₃分别为根据材料力学得到的岩土体破坏时大主应力和小主应力，R_c为单轴抗压强度；m,s分别为与岩土体性质和结构面有关的常数，是根据地层岩土体性质和结构面特性得到的，对于完整岩体则有s＝1，破坏岩土体则有s＜1；

抗剪强度的计算公式为公式(3)；

式中，τ_c为岩土体的剪切强度，σ为岩土体的法向应力，A,B为常数，

将计算得到的抗压强度R_c及抗剪强度τ_c与实际勘测的抗压强度R_c′和抗剪强度τ_c′对比分析，若|R_c-R_c′|≤ε₁，|τ_c-τ_c′|≤ε₂,其中ε₁、ε₂为误差小值，即可进一步判断此时对应的地层类型。

5.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：山地城市有不同于平原的城市赋存环境，所述赋存环境包括地形地貌、地层岩性特征、水文地质条件以及隐伏的岩溶洞穴；一方面可确定不同地层岩土体的质量等级，以此确定其对地层强度指标的影响程度，另一方面根据获得的地层物理力学指标，为研究不同参数组合下的地层沉降及桩基负摩阻力的变化规律提供分析依据；所述地层物理力学指标包括地层岩土体弹性模量、泊松比、内摩擦角以及粘聚力。

6.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：所述软质岩土深回填区，由于城市用地的局限性，采用大规模的挖填施工形成高压变电站场地，深度开挖形成地层的强卸荷导致场地应力场改变，深回填区域的岩土体物性特征包括密实度小、均匀性差、强度特性差异显著及回填深度大，将导致区域的地面荷载增过大、固结时间过长以及沉降过大；所述特征均导致山地城市软质岩土深回填区对地基承载力的影响。

7.根据权利要求1所述的高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法，其特征在于：探地雷达现场监测，由于山地城市建设高压变电站时形成软质岩土深回填区，前期地勘信息出现不完全适用性，可借助探地雷达设备对现场全范围的实时探测，根据获得的雷达波形，基于反射理论及信号处理技术进一步获得高压变电站地面以下的地层概况，以此初步确定地层缺陷及地层分界面；所述地层概况包括岩层分界面、大的空洞以及地下水赋存条件。