CN112459837A - 铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，钻探事前指导，明确不同深度钻孔的钻探孔径设置；根据线路设计的初步方案及地形条件，确定隧道洞身与深孔之间的空间关系，尤其是深度关系；根据深孔岩芯、超声成像或孔内电视的资料，确定深孔岩体特征，包括岩性、完整性和构造发育情况；综合考虑洞身与深孔之间的空间关系、深孔岩体特征两项主要因素，布置测点，并开展测量。本发明有别于水利水电等立体工程的地应力测点布置方法，提出的地应力测点布置方法对铁路等线状工程的隧道工程地质勘察具有针对性；特别适合于山区、高原铁路的勘察阶段的地应力测试，在严格控制测量工作量的情况下，最大化的保证了测量数据的有效性。

Description

铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法

技术领域

本发明涉及铁路工程勘察技术领域，具体涉及一种铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法。

背景技术

处于山区、高原等环境恶劣地区的铁路隧道，钻探及原位测试困难，简易、高效地获取所需参数是钻探及原位测试重要目标。地应力是引起岩爆、软岩大变形等地下工程灾害的重要因素之一，合理、有效、快速地获取地应力实测数据，尤其是开挖部位的原位测试数据是勘察工作的重要任务。地应力测试最初用于石油开采，后来在水利水电等立体建筑工程中大量应用，在铁路、公路等线状建筑工程上应用时间较短，尚未形成合理的测点布置原则和方法。同时，由于地应力测试流程较为复杂、野外工作量大，因此合理布置深孔地应力测点成为控制勘察质量、推进勘察进度的重要因素。

西部某山区铁路正线设计长度370多公里，其中隧道总长超过330公里，隧线比接近90％。隧道埋深普遍超过1000m，最大埋深可达2100m左右。受区域复杂构造影响，高地应力及其相关的岩爆、软岩大变形问题必然十分突出。在勘察阶段获取地应力实测数据是隧道设计工作的重要依据，在布置的大量100-1600m的深孔中，绝大部分有条件的深孔都要进行水压致裂法地应力测试，工作量极大。因此，针对不同深度、岩体、构造和地形地貌条件的深孔，合理布置地应力测点成为控制勘察质量、推进勘察进度的重要因素。

铁路工程地质勘察阶段深孔地应力测试主要采用水压致裂法进行测量，但该方法早期主要应用于水利水电工程中，铁路工程在借鉴使用的过程中还存在一些较为明显的不协调问题：水利水电工程大多位于高陡边坡处，地形地貌对地应力分布影响较大，这类工程往往集中于一个较小的区域进行工程建设和勘察，在空间尺度上属于立体工程。地应力测试的主要目标是了解该立体空间范围内的所有位置的地应力分布状态，钻孔较密，且测点间距较小，布置了大量地应力测点，甚至在条件好的钻孔内等间距密集测量。

相对水利水电等立体工程，铁路、公路等在空间上呈线状展布的工程有其特殊性，上述布置原则并不完全符合这类工程的特点和需求。其中最大的区别在于水利水电工程大多位于边坡处，地貌影响较大，且工程开挖范围涉及整个深孔范围。而铁路工程作为线状工程，仅洞身处直径d约为8-20m的范围内需要开挖，保证在该深度范围内获取可靠的原位地应力测试数据即可满足基本需求，该需求也处于最优先级。在此基础上，可在其它深度范围内开展一定数量的应力测量，以帮助分析整个隧道区域的地应力分布规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，以在勘察设计阶段合理布置深孔地应力测点，保证勘察质量和勘察进度。

本发明所采用的技术方案为：

铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

S1：钻探事前指导，明确不同深度钻孔的钻探孔径设置；

S2：根据线路设计的初步方案及地形条件，确定隧道洞身与深孔之间的空间关系，尤其是深度关系；

S3：根据深孔岩芯、超声成像或孔内电视资料，确定深孔岩体特征，包括岩性、完整性和构造发育情况；

S4：综合考虑洞身与深孔之间的空间关系、深孔岩体特征两项主要因素，布置测点，并开展测量。

步骤S1具体为：

设置合理的开孔孔径，以保证终孔直径d≥75mm；其中，深度1000m以内的钻孔开口孔径d≥130mm，深度2000m以内的钻孔开口孔径d≥146mm。

步骤S2具体为：

S2-1：根据线路设计的初步方案确定隧道洞身顶面、底面埋深；首先确定隧道洞身中心点深度Z和洞身半径R，由此洞身顶面深度Z1＝Z-R，洞身底面深度Z2＝Z+R；

S2-2：深孔孔口海拔高度为H；以深孔为中心，左右两侧各50m范围内为线路可能的调整空间，该100m范围内最低点为H1，最高点为H2；由此，洞身中心点埋深的调整范围的顶面深度为Z3＝(Z-R)-(H1-H)，底面深度为Z4＝(Z+R)+(H-H2)；若深孔两侧各50m范围内的海拔高度差H1-H、H-H2小于20m，则相应的Z3＝(Z-R)-20m、Z4＝(Z+R)+20m。

步骤S3具体为：

S3-1，根据深孔岩芯照片及现场检查情况，确定洞身完整岩芯段落及断层破碎带、节理密集带、地表覆盖层段落；

S3-2，开展超声成像或孔内电视，进一步确定完整岩芯的段落，并标记其深度范围Zw。

步骤S4具体为：

S4-1，确定测点数量；对于深度400m以下的深孔，至少测量4个必测点；对于深度400m以上的深孔，在4个必测点的基础上，增加测点，不超过10个测点；

S4-2，确定4个必测点的位置；根据步骤S2和S3确定的隧道洞身参数及完整岩体分布范围，确定4个必测点的位置，分别为：①覆盖层以下30-70m之间的完整岩芯段落；②Z3和Z1之间的完整岩芯段落；③Z1和Z2之间的完整岩芯段落；④Z2和Z4之间的完整岩芯段落；

S4-3，确定6个以内选测点的位置；根据第①个必测点和第②必测点间的深度差及岩芯状况确定选测点，总数不超过6个，测点深度差为50-200m之间；钻探深度超过1200m的超深工程钻孔，根据需求增加测点数量。

本发明具有以下优点：

1、有别于水利水电等立体工程的地应力测点布置方法，本发明方法提出的地应力测点布置方法对铁路等线状工程的隧道工程地质勘察具有针对性；

2、本发明方法特别适合于山区、高原铁路的勘察阶段的地应力测试，在严格控制测量工作量、加快测量进度的情况下，最大化的保证了测量数据的有效性。

3、本发明方法也可用于公路隧道、引水隧洞的线路工程地质勘察。

附图说明

图1是一种铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法的流程图；

图2是适用于铁路隧道的深孔水压致裂法地应力测点布置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明针对铁路隧道工程的特殊性，综合考虑水压致裂法地应力测试特点，为满足勘察阶段的应力测试需求，提出了一种铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，所述方法步骤为：

S1：钻探事前指导，明确不同深度钻孔的钻探孔径设置；

S2：根据线路设计的初步方案及地形条件，确定隧道洞身与深孔之间的空间关系，尤其是深度关系；

S3：根据深孔岩芯、超声成像或孔内电视等资料，确定深孔岩体特征，包括岩性、完整性和构造发育情况等；

S4：综合考虑洞身与深孔之间的空间关系、深孔岩体特征两项主要因素，布置测点，并开展测量。

进一步，步骤S1的具体方法为：

S1：设置合理的开孔孔径，以保证终孔直径d≥75mm，满足一般地应力测试设备使用。其中，建议深度1000m以内的钻孔开口孔径d≥130mm，深度2000m以内的钻孔开口孔径d≥146mm。

进一步，步骤S2的具体流程为：

S2-1：根据线路设计的初步方案确定隧道洞身顶面、底面埋深。首先确定隧道洞身中心点深度Z和洞身半径R，由此洞身顶面深度Z1＝Z-R，洞身底面深度Z2＝Z+R；

S2-2：深孔孔口海拔高度为H。以深孔为中心，左右两侧各50m范围内为线路可能的调整空间，该100m范围内最低点为H1，最高点为H2。由此，洞身中心点埋深的调整范围的顶面深度为Z3＝(Z-R)-(H1-H)，底面深度为Z4＝(Z+R)+(H-H2)。若深孔两侧各50m范围内的海拔高度差H1-H、H-H2小于20m，则相应的Z3＝(Z-R)-20m、Z4＝(Z+R)+20m。

进一步，步骤S3的具体方法步骤为：

S3-1，根据深孔岩芯照片及现场检查情况，确定洞身完整岩芯段落及断层破碎带、节理密集带、地表覆盖层段落；

S3-2，开展超声成像或孔内电视，进一步确定完整岩芯的段落，并标记其深度范围Zw。

进一步，S4的具体方法步骤为：

S4-1，确定测点数量。对于深度400m以下的深孔，至少测量4个必测点。对于深度400m以上的深孔，在4个必测点的基础上，适当增加选测点，但选测点不宜超过6个。

S4-2，确定4个必测点的位置。根据步骤S2和S3确定的隧道洞身参数及完整岩体分布范围，确定4个必测点的位置，分别为：①覆盖层以下30-70m之间的完整岩芯段落；②Z3和Z1之间的完整岩芯段落；③Z1和Z2之间的完整岩芯段落；④Z2和Z4之间的完整岩芯段落。

S4-3，确定6个以内选测点的位置。根据第①个必测点和第②必测点间的深度差及岩芯状况确定选测点，总数不超过6个，一般测点深度差为50-200m之间。钻探深度超过一定量值(如1200m)的超深工程钻孔，可根据其它需求适当增加测点数量。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

S1：钻探事前指导，明确不同深度钻孔的钻探孔径设置；

S2：根据线路设计的初步方案及地形条件，确定隧道洞身与深孔之间的空间关系，尤其是深度关系；

S3：根据深孔岩芯、超声成像或孔内电视资料，确定深孔岩体特征，包括岩性、完整性和构造发育情况；

S4：综合考虑洞身与深孔之间的空间关系、深孔岩体特征两项主要因素，布置测点，并开展测量。

2.根据权利要求1所述的铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，其特征在于：

步骤S1具体为：

设置合理的开孔孔径，以保证终孔直径d≥75mm；其中，深度1000m以内的钻孔开口孔径d≥130mm，深度2000m以内的钻孔开口孔径d≥146mm。

3.根据权利要求2所述的铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，其特征在于：

步骤S2具体为：

S2-1：根据线路设计的初步方案确定隧道洞身顶面、底面埋深；首先确定隧道洞身中心点深度Z和洞身半径R，由此洞身顶面深度Z1＝Z-R，洞身底面深度Z2＝Z+R；

S2-2：深孔孔口海拔高度为H；以深孔为中心，左右两侧各50m范围内为线路可能的调整空间，该100m范围内最低点为H1，最高点为H2；由此，洞身中心点埋深的调整范围的顶面深度为Z3＝(Z-R)-(H1-H)，底面深度为Z4＝(Z+R)+(H-H2)；若深孔两侧各50m范围内的海拔高度差H1-H、H-H2小于20m，则相应的Z3＝(Z-R)-20m、Z4＝(Z+R)+20m。

4.根据权利要求3所述的铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，其特征在于：

步骤S3具体为：

S3-1，根据深孔岩芯照片及现场检查情况，确定洞身完整岩芯段落及断层破碎带、节理密集带、地表覆盖层段落；

S3-2，开展超声成像或孔内电视，进一步确定完整岩芯的段落，并标记其深度范围Zw。

5.根据权利要求4所述的铁路隧道深孔水压致裂法地应力测点布置方法，其特征在于：

步骤S4具体为：

S4-1，确定测点数量；对于深度400m以下的深孔，至少测量4个必测点；对于深度400m以上的深孔，在4个必测点的基础上，增加测点，不超过10个测点；

S4-2，确定4个必测点的位置；根据步骤S2和S3确定的隧道洞身参数及完整岩体分布范围，确定4个必测点的位置，分别为：①覆盖层以下30-70m之间的完整岩芯段落；②Z3和Z1之间的完整岩芯段落；③Z1和Z2之间的完整岩芯段落；④Z2和Z4之间的完整岩芯段落；

S4-3，确定6个以内选测点的位置；根据第①个必测点和第②必测点间的深度差及岩芯状况确定选测点，总数不超过6个，测点深度差为50-200m之间；钻探深度超过1200m的超深工程钻孔，根据需求增加测点数量。

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