铁路隧道地应力测试方案.doc

某铁路隧道地应力测试与分析方案长江水利委员会长江科学院2009年5月1研究目的为了研究某铁路隧道的围岩应力状态（或称“地应力”，下同）及施工期岩爆发生的可能性，拟在该隧道典型断面进行水压致裂法地应力测试，并采用有限元数值方法模拟地应力分布、评价隧道施工期岩爆发生的可能与级别。2地应力测试与分析方案地应力测量的常用方法有二维水压致裂法和三维应力解除法（参见GB/T50266-99工程岩体试验方法标准、SL264-2001水利水电工程岩石试验规程）。相对而言，水压致裂法直接测量钻孔横断面的主应力量值，操作也更简单快捷；三维应力解除法主要用于测量浅孔的三向应力状态，但量值需通过岩石弹性参数来计算获得。鉴于隧道开挖引起的应力扰动区深达3040m，而且施工紧张，从技术和工期两方面综合考虑，选择水压致裂法、在隧道内部进行地应力测试。2.1 钻孔水压致裂法测试根据地质条件，选择岩石比较完整的隧道断面，布置两个浅钻孔（一水平孔，一铅直孔，深度同为40m），用水压致裂法同时测量围岩初始应力状态和开挖扰动区的应力分布趋势。每个钻孔内，根据钻孔岩芯柱状图，选择岩石比较完整的深度区间，完成68点常规水压致裂法测试，并进行压裂缝方向印模（每孔至少2点），以获得各测孔横断面内主应力大小及方向。2.2 地应力场有限元模拟分析及岩爆评价为了从单断面测试结果获得整个隧道大埋深区间的岩体应力分布、评价施工期岩爆和围岩稳定性，拟结合岩体地质力学条件、地形地貌条件和地应力实测资料，进行应力场数值模拟与回归分析，获得地应力的空间分布，给出地应力分布剖面。基于隧道沿线地应力分布，应用岩石力学原理和有关技术规范，评价隧道施工期发生岩爆的可能性及等级，并对隧道开挖与支护方案提出相应的建议。3测试的技术标准与测试步骤执行技术标准：工程岩体试验方法标准（GB/T50266-99）、水利水电工程岩石试验规程（SL264-2001）及交通行业规范。水压致裂法测试步骤（1） 根据钻孔岩芯等资料，与地质负责人共同选择试验段深度。（2） 对钻杆进行密封及高压试验。（3） 将橡胶封隔器定位于选定的压裂段，并注水加压，检验岩石的不透水性。（4） 对试验段注水加压进行试验，并全程采集压力和流量与时间的关系曲线。（5） 当泵压上升至某一临界（破裂压力）时，岩石破裂。当曲线开始出现拐点并出现下滑时，关闭压力泵，获得破裂面的瞬间关闭压力。（6） 重复45步骤的加压循环（3次以上）。（7） 用特制印模器进行破裂缝方向的记录。附：水压致裂法地应力测量的基本原理基本原理：利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在选定深度封隔一段完整的岩石钻孔，然后泵入流体对这段钻孔增压，直至钻孔围岩产生破裂。根据压裂过程中记录的压力-时间曲线上的压力特征值，求得钻孔横断面内的二个主应力值。若钻孔是沿铅直方向，此二主应力即为最大水平主应力与最小水平主应力。最大水平主应力方位可根据印模器确定的破裂缝方位而得。竖直方向主应力近似按上覆岩石的容重计算。由于直测量应力量值，且能代表较大体积的应力状态，水压致裂法结果比其它方法可靠，是现今测量地应力场的主要方法，测量深度可达1000米。长江科学院岩基所1980s年代初掌握该项技术以来，已为近百项大型工程提供测试服务（见长江科学院简介）。近年与美国、澳大利亚等境外单位竞标获得了多个周边国家的水压致裂法地应力测试。4测试设备与计算软件（1）水压致裂法地应力测试设备 若干（2）数据自动采集仪 若干（3）地应力测试的数据处理程序 全套（4）Ansys、Flac3D等正版数值分析软件 全套5进度安排内 容工作时间1提前10天通知进场（设备准备与运输）2地应力测试（钻孔深度小于100m）35天/孔3数据处理、应力场有限元模拟分析20天现场工作周期（2孔）610天6主要人员配置尹健民 46岁 教高 博士/ 岩石力学/ 副所长 项目负责艾 凯 29岁 工程师 本科/ 岩土工程 负责现场测试分析汪 洋 29岁 工程师 博士/ 岩石力学 有限元分析王法刚 33岁 工程师 本科/ 工程物探/ 现场测试与分析7甲方配合内容（1） 钻机及台班人员，每天两班作业，每孔配合时间35天（2） 钻孔直径要求：f75mm 或f90mm，用带扩孔器的金刚石钻具造孔，孔径均匀；成孔后应由清水洗孔；（3） 开孔要求：开孔段应设置护管，且护管高出地表20厘米（指铅直孔，以防掉渣）。开孔段直径不限，只需护管内径不小于测试钻孔直径。（4） 钻杆要求：状态完好，由乙方指导对接头撤卸与密封后，可承受高水压力；（5） 测试需要钻机及钻机人员配合（测试仪器由钻杆下到预定的测点位置、并通过钻杆内管施加水压），配合人员应服从测试人员指挥。（6） 电源220V/ 5KW、满足钻机的清水水源；（7） 提供构造地质资料与地质报告，提供编排完整的钻孔岩芯；（8） 为乙方测试人员提供食宿方便，费用由乙方承担。依据见2002年建设部工程设计与工程勘察收费标准，以上配合内容，除特别说明以外，费用由甲方承担，并由甲方编制预算和组织实施。8经费预算根据市场行情，并计入洞内作业等难度系数，水压致裂法地应力测试单价1.01.3万/点。对于一定深度的钻孔，测试分析的实际工作量基本相似，实际报价仅以钻孔为单位。优惠报价如下： 水压致裂测试与应力场分析报价表序号内