旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)入巖判定與地層識(shí)別方法

許明，劉先珊，周澤宏，張林，牛萬(wàn)保，張同樂(lè)

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旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)入巖判定與地層識(shí)別方法

許明1, 2，劉先珊1, 2，周澤宏3，張林4，牛萬(wàn)保2，張同樂(lè)2

(1. 重慶大學(xué) 山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶，400045； 2. 重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶， 400045； 3. 國(guó)家電網(wǎng)重慶市送變電公司， 重慶， 400039； 4. 國(guó)家電網(wǎng)重慶市電力公司 ， 重慶， 400015)

為了提高旋挖鉆機(jī)施工效率和持力層辨識(shí)準(zhǔn)確度，采用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的直測(cè)參數(shù)和派生參數(shù)進(jìn)行采樣和分析，根據(jù)鉆機(jī)工作參數(shù)和地層巖土體物理力學(xué)參數(shù)的固有特性、統(tǒng)計(jì)特性，建立鉆進(jìn)過(guò)程地層識(shí)別系統(tǒng)模型，把地質(zhì)條件和鉆機(jī)的工況參數(shù)聯(lián)系起來(lái)。研究結(jié)果表明：地層結(jié)構(gòu)的變化必然使鉆進(jìn)參數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而使旋挖鉆機(jī)顯示出與不同埋置深度地層相適應(yīng)的動(dòng)態(tài)特征，利用巖土層承載能力評(píng)價(jià)的特征值——地層比功可概括地反映各類(lèi)地層的質(zhì)量好壞，通過(guò)與一樁一孔勘察結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明基于隨鉆參數(shù)的持力層判定方法有效。

旋挖鉆機(jī)；工況參數(shù)；持力層；地層比功

旋挖鉆機(jī)是一種取土成孔灌注樁施工機(jī)械，靠鉆桿帶動(dòng)回轉(zhuǎn)斗旋轉(zhuǎn)切削巖土，然后提升至孔外卸土的周期性循環(huán)作業(yè)裝備[1?2]。與傳統(tǒng)的沖擊或回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、泥漿循環(huán)護(hù)壁成孔技術(shù)相比，旋挖鉆進(jìn)無(wú)論從技術(shù)、設(shè)備上還是成孔工藝上都具有很多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中、大口徑灌注樁工程和工民建領(lǐng)域[3?4]。但由于其施工工藝多樣、地質(zhì)條件多變和質(zhì)量控制的復(fù)雜性，決定鉆孔灌注樁在成樁質(zhì)量上有一定的難度。特別是勘測(cè)鉆孔與實(shí)際旋挖鉆孔的不對(duì)應(yīng)性造成持力層及嵌巖深度難以控制，是旋挖鉆進(jìn)過(guò)程備受關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn) 題[5?6]。目前，旋挖鉆機(jī)入巖判定主要根據(jù)鉆孔深度是否到達(dá)中風(fēng)化基巖等高線標(biāo)高進(jìn)行判別。等高線為根據(jù)勘探鉆孔資料推測(cè)繪制而成，當(dāng)中風(fēng)化巖面起伏較大時(shí)可能誤差較大。如某樁基工程中，孔深34 m就遇到了中等風(fēng)化基巖，設(shè)計(jì)孔深是37 m，而鉆進(jìn)施工要按照設(shè)計(jì)深度終孔，不得不把強(qiáng)度高于或相當(dāng)于混凝土強(qiáng)度的巖層鉆空，然后灌入混凝土，顯然是不值得的。某輸變電工程中，變電站區(qū)處于喀斯特地質(zhì)區(qū)域并且站內(nèi)樁基全部處于回填區(qū)域內(nèi)，設(shè)計(jì)樁基最淺應(yīng)為5 m，最深為12.5 m，而鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)巖層較軟，尚未穿透至中風(fēng)化巖層，只好繼續(xù)“啃”下去，實(shí)際終孔深度為6.6~29.7 m，樁基超深、塌孔造成工程風(fēng)險(xiǎn)及經(jīng)濟(jì)損失加劇。此外，旋挖鉆機(jī)入巖判定方法還有根據(jù)孔口撈出的巖樣特征和鉆機(jī)振動(dòng)情況及進(jìn)尺速度的差異進(jìn)行判定，但同一地點(diǎn)不同地層的巖渣狀態(tài)相似，難以準(zhǔn)確判定孔口撈出的巖樣性質(zhì)，鉆進(jìn)時(shí)效雖能區(qū)分巖層堅(jiān)硬程度，但難分清孤石或是硬夾層、巖體破碎或風(fēng)化程度。在此，本文作者依據(jù)旋挖鉆機(jī)施工過(guò)程中鉆進(jìn)參數(shù)隨鉆檢測(cè)與控制系統(tǒng)，基于旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)工況的特性分析，采用地層比功預(yù)測(cè)模型，把地質(zhì)條件和鉆機(jī)的工況參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的自動(dòng)識(shí)別與歸類(lèi)。

1 基本原理

不同地層由于巖土結(jié)構(gòu)、礦物成分、力學(xué)參數(shù)等條件不同，巖層鉆進(jìn)速度及阻力等出現(xiàn)差異。地層結(jié)構(gòu)的變化必然使鉆進(jìn)參數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而使旋挖鉆機(jī)顯示出與不同埋置深度地層相適應(yīng)的動(dòng)態(tài)特征。

基于旋挖鉆機(jī)工作時(shí)壓力與扭矩的動(dòng)力傳遞過(guò)程，在旋挖鉆機(jī)工作循環(huán)中的每個(gè)鉆進(jìn)階段，對(duì)鉆機(jī)的鉆進(jìn)參數(shù)如鉆進(jìn)壓力、回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、進(jìn)尺速度以及進(jìn)尺深度等開(kāi)展隨鉆檢測(cè)與自動(dòng)采集；在此基礎(chǔ)上，以傳感器為信息源，以信息處理與模式識(shí)別的理論技術(shù)為核心，根據(jù)待識(shí)客體(鉆機(jī)工作參數(shù)、巖土體參數(shù))的固有特性、統(tǒng)計(jì)特性、結(jié)構(gòu)特性，對(duì)不同埋深巖土體參數(shù)與鉆機(jī)工作參數(shù)進(jìn)行處理、分類(lèi)，構(gòu)建基于鉆進(jìn)參數(shù)的地層識(shí)別模型及相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)；然后根據(jù)一樁一孔樣本(即已知其類(lèi)別歸屬)，對(duì)模型設(shè)置期望值進(jìn)行比較，據(jù)此調(diào)整閾值，經(jīng)過(guò)反復(fù)學(xué)習(xí)，直到獲得理想的輸出為止，再用此理想的學(xué)習(xí)結(jié)果去識(shí)別未知的客體。

2 主要監(jiān)測(cè)參數(shù)

鉆機(jī)參數(shù)是在鉆井過(guò)程中分析鉆進(jìn)情況的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)判斷鉆井下層的情況，進(jìn)行分析決策，從而決定是否繼續(xù)鉆井或以何種方式鉆井。鉆機(jī)參數(shù)測(cè)量原理的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到系統(tǒng)的測(cè)量精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，它是整個(gè)系統(tǒng)成功的基礎(chǔ)[7?10]。旋挖鉆機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示的鉆進(jìn)參數(shù)有鉆進(jìn)深度(由接近開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn))、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、主泵壓力、輔泵壓力、鉆桿轉(zhuǎn)速(由OMEGA公司的HHT13轉(zhuǎn)速儀進(jìn)行測(cè)量)等多個(gè)直測(cè)參數(shù)和鉆進(jìn)率、扭矩、提升/鉆進(jìn)力、比功等多個(gè)派生參數(shù)[11?13]。旋挖鉆機(jī)直測(cè)參數(shù)及其派生關(guān)系如圖1所示。圖中，鉆進(jìn)率p為掘進(jìn)深度p除以掘進(jìn)時(shí)間，周轉(zhuǎn)速c為掘進(jìn)周長(zhǎng)c(每鉆進(jìn)循環(huán)轉(zhuǎn)數(shù)與鉆頭周長(zhǎng)的乘積)除以掘進(jìn)時(shí)間，掘進(jìn)角tan是周轉(zhuǎn)速與鉆進(jìn)率的比值。

圖1 旋挖鉆機(jī)直測(cè)參數(shù)及其派生關(guān)系

3 地層識(shí)別模型

3.1 比功數(shù)學(xué)模型

鉆進(jìn)參數(shù)有很多，如何綜合各參數(shù)的作用，發(fā)揮每一種參數(shù)的長(zhǎng)處進(jìn)行診斷，是地層自動(dòng)識(shí)別必須解決的問(wèn)題。

合理的鉆進(jìn)參數(shù)是高效鉆進(jìn)的必然條件。鉆機(jī)的功率為鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭矩的乘積。鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)鉆孔工藝方法和鉆孔直徑較易確定。而鉆機(jī)的扭矩則受多種因素綜合影響，如：鉆頭直徑、鉆頭類(lèi)型、地層情況、鉆孔深度、鉆進(jìn)方法及鉆進(jìn)工藝參數(shù)等，而地層情況的影響最為復(fù)雜[14?15]。

旋挖樁施工的最優(yōu)鉆進(jìn)速度需要針對(duì)施工場(chǎng)地的地層條件、鉆進(jìn)方法，控制最優(yōu)鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)鉆進(jìn)工況的特征分析，采用比功法識(shí)別地層，其數(shù)學(xué)模型為

式中：為比功，Pa；為給進(jìn)力，N；為鉆孔橫截面積，m2；為轉(zhuǎn)速，r/min；為轉(zhuǎn)矩，N?m；p為鉆進(jìn)率，m/min。

比功法綜合考慮了給進(jìn)力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、鉆進(jìn)速度、鉆孔直徑等鉆進(jìn)主要參數(shù)，可較好地識(shí)別地層。然而給進(jìn)力、轉(zhuǎn)矩等并非直測(cè)參數(shù)，需要根據(jù)機(jī)械和液壓傳動(dòng)理論，從發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)和液壓系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行派生計(jì)算。

3.2 比功參數(shù)計(jì)算

3.2.1 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

液壓泵功率為

式中：Δ為液壓泵的工作壓力；為液壓泵流量，L/min；mt為液壓泵總效率。

液壓馬達(dá)流量為

式中：為液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，r/min；為液壓馬達(dá)的排量，mL/r；v為液壓馬達(dá)的容積效率；1為動(dòng)力頭減速器傳動(dòng)比；2為齒輪傳動(dòng)比。

液壓馬達(dá)的排量為

式中：為液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩，N?m；mm為馬達(dá)的機(jī)械 效率。

由式(2)~(5)可得：

動(dòng)力頭扭矩為

式中：1和2分別為減速器的傳動(dòng)機(jī)械效率和齒輪傳動(dòng)的機(jī)械效率。

3.2.2 給進(jìn)力的計(jì)算

液壓缸加壓力為

式中：為輔泵壓力，MPa；1為液壓泵到液壓缸的壓力損失，MPa；2為液壓缸的回油背壓，MPa；1和2分別為液壓缸的大腔和小腔面積，mm2。

動(dòng)力頭的總壓力為

式中：為最后一節(jié)鉆桿和鉆頭的總自重，N。

3.3 地層識(shí)別系統(tǒng)的訓(xùn)練方法與步驟

地層識(shí)別系統(tǒng)必須通過(guò)訓(xùn)練才可能具有聯(lián)想功能。地層識(shí)別系統(tǒng)的訓(xùn)練方法為：

1) 選定樣本，以勘測(cè)孔附近已知地層結(jié)構(gòu)的鉆孔樁為樣本，同一場(chǎng)地條件下不應(yīng)少于3根，且不宜少于總樁數(shù)的1%；當(dāng)工程樁總數(shù)在50根以內(nèi)時(shí)，不應(yīng)少于2根；地層復(fù)雜、層位起伏較大的地質(zhì)條件下樣本數(shù)量應(yīng)適當(dāng)增加。

2) 對(duì)選定的樁孔樣本，通過(guò)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采集鉆進(jìn)過(guò)程中的隨鉆參數(shù)，采樣頻率為3~10 s。

3) 根據(jù)比功數(shù)學(xué)模型，開(kāi)發(fā)地層識(shí)別系統(tǒng)軟件，實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、顯示、計(jì)算并繪制每樁比功隨鉆進(jìn)深度的變化曲線。

4) 利用勘探孔鉆階段的樁孔地質(zhì)柱狀圖確定樁孔持力層標(biāo)高及基巖構(gòu)造情況，對(duì)于兩鉆孔之間持力層變化特別大地段，輔以地質(zhì)雷達(dá)勘探判定持力層頂板埋深。

5) 將每樁不同深度比功與場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)作為輸入輸出樣本集，對(duì)地層識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，即建立比功閾值與地層結(jié)構(gòu)映射關(guān)系，通過(guò)對(duì)不同樁孔樣本比功閾值的統(tǒng)計(jì)分析，調(diào)整不同地層的比功閾值，獲得一定保值率與極限誤差的置信區(qū)間即地層質(zhì)量比功分級(jí)表。地層信息處理與模式識(shí)別示意圖如圖2所示。

6) 經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的地層識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)于不是樣本集中的輸入也能給出合適的輸出，即相同場(chǎng)地的其他機(jī)械鉆孔樁，只需要根據(jù)隨鉆參數(shù)計(jì)算出比功，通過(guò)泛化功能就能預(yù)測(cè)鉆頭所到達(dá)的地層類(lèi)型。

圖2 地層信息與比功識(shí)別系統(tǒng)

4 持力層基巖比功分級(jí)

4.1 工程地質(zhì)條件

江津東海110kV輸變電工程場(chǎng)地位于重慶市江津區(qū)白沙鎮(zhèn)白沙工業(yè)園內(nèi)，長(zhǎng)約96 m、寬約51.80 m。場(chǎng)地原始地形屬剝蝕淺丘地貌及河流侵蝕溝谷地貌。平整場(chǎng)地后，在場(chǎng)地東南角及西北為填方地段，采用人工機(jī)械拋填并進(jìn)行強(qiáng)夯處理，填土厚度為0~21.3 m，局部基巖出露，平場(chǎng)標(biāo)高為303.0~305.0m。

場(chǎng)地地層為內(nèi)陸河湖相沉積，巖土層劃分為上覆第四系全新統(tǒng)素填土(Q4ml)、粉質(zhì)黏土(Q4dl+el)，下伏侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2S)泥巖與砂巖互層分布。

粉質(zhì)黏土質(zhì)較純，可塑狀，韌性中等，干強(qiáng)度中等，天然重度19.9kN/m3，飽和重度20.0kN/m3。經(jīng)強(qiáng)夯或壓實(shí)堆填的素填土地基承載力特征值可取150kPa?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化帶巖芯破碎，厚度薄，強(qiáng)度較低，不宜利用；中等風(fēng)化基巖巖體較完整，結(jié)構(gòu)構(gòu)造清晰，巖體為層狀結(jié)構(gòu)，是良好的基礎(chǔ)持力層。中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖重度24.1kN/m3，天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值5.2MPa，飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值3.2MPa，地基承載力特征值1716kPa。

4.2 基礎(chǔ)形式

因場(chǎng)地回填土厚薄不均，擬建變電站設(shè)備、構(gòu)架、圍墻、二次設(shè)備間等構(gòu)筑物基礎(chǔ)均采用嵌巖樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑600~800 mm，共142根，以中風(fēng)化基巖作為持力層，并嵌入中風(fēng)化基巖1~3倍樁徑?？碧骄€、點(diǎn)沿建筑物周邊及平行柱列線布置，勘探孔間距為14~24 m，共布置15個(gè)鉆孔。

4.3 鉆進(jìn)參數(shù)及比功

所有嵌巖樁中有10根樁在已知地層屬性的勘探孔旁，以此10根樁作為樣本集，通過(guò)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取鉆進(jìn)階段的鉆進(jìn)參數(shù)，并計(jì)算比功隨鉆進(jìn)深度的實(shí)時(shí)變化曲線，以ZY15勘測(cè)孔附近構(gòu)架基礎(chǔ)3號(hào)樁為例，其比功?深度曲線如圖3所示。

圖3 樣本樁比功與深度的關(guān)系

將樣本集10根樁鉆機(jī)工作參數(shù)和地層參數(shù)作為輸入輸出樣本集，建立基于鉆進(jìn)參數(shù)的地層識(shí)別函數(shù)及相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)地層分界的比功閾值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定保值率在95%時(shí)的比功閾值和置信區(qū)間(見(jiàn)表1)。

表1 地層質(zhì)量比功分級(jí)表

注：表中比功數(shù)據(jù)源自中聯(lián)重科ZR220A型旋挖鉆機(jī)選配機(jī)鎖加壓桿和截齒筒鉆，設(shè)計(jì)孔徑600~800 mm，括號(hào)中數(shù)值為比功均值。

表2 構(gòu)架基礎(chǔ)12和13號(hào)樁進(jìn)入持力層的隨鉆參數(shù)

地層質(zhì)量比功分級(jí)表可概括地反映各類(lèi)地層的質(zhì)量，預(yù)測(cè)旋挖鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)工況的進(jìn)尺阻力和回轉(zhuǎn)阻力矩，讓旋挖鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中自動(dòng)地根據(jù)地質(zhì)情況實(shí)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)配置參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行智能化調(diào)整，提高施工效率和持力層辨識(shí)準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)旋挖作業(yè)的高效節(jié)能。

5 旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程地層識(shí)別

地層比功預(yù)測(cè)模型是在總結(jié)分析現(xiàn)有持力層判定方法及大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)影響鉆進(jìn)參數(shù)諸多因素的分析，認(rèn)為旋挖鉆機(jī)的給進(jìn)力、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)速度、鉆孔直徑等參數(shù)所決定的地層比功，是地層固有的屬性，是同一施工場(chǎng)地巖土層承載能力評(píng)價(jià)的特征值。地層基本質(zhì)量好，則比功大；反之，比功小。在對(duì)同一場(chǎng)地樣本集外其他樁位持力層進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，只需要計(jì)算出地層的比功，就可以對(duì)地層信息及埋置深度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

為驗(yàn)證地層識(shí)別系統(tǒng)的有效性，對(duì)站內(nèi)其他68根旋挖樁隨鉆參數(shù)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并計(jì)算比功隨鉆進(jìn)深度的實(shí)時(shí)變化曲線。以構(gòu)架基礎(chǔ)12號(hào)樁和13號(hào)樁為例，鉆深10.0 m時(shí)隨鉆參數(shù)如表2所示，比功?深度曲線如圖4所示。由圖4可見(jiàn)：在進(jìn)尺8.5 m深度處，12號(hào)樁的比功達(dá)到60 MPa，鉆頭抵達(dá)巖層；在10.0 m深度處，13號(hào)樁的比功達(dá)到100 MPa，應(yīng)為中風(fēng)化持力層。根據(jù)場(chǎng)地勘察資料，結(jié)合超前鉆探、試樁取土觀察、鉆孔鉆進(jìn)速度分析及對(duì)比成孔負(fù)載功率等分析方法，對(duì)68根旋挖樁地層比功預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行校核，持力層判斷的準(zhǔn)確率高于95%。上述一樁一孔樣本建立的比功?地層置信區(qū)間，經(jīng)過(guò)大量樁孔的反復(fù)調(diào)整、驗(yàn)證，可獲得地層理想的預(yù)測(cè)輸出。

地層識(shí)別過(guò)程中，旋挖樁成孔作業(yè)應(yīng)使用同一鉆具，即樁孔的成孔方式、鉆機(jī)及鉆頭類(lèi)型應(yīng)保持不變?；陔S鉆參數(shù)的旋挖鉆機(jī)入巖判定方法既適用于基巖面起伏不大、無(wú)巖溶的地區(qū)，也適用于中風(fēng)化巖面起伏較大、基巖頂板標(biāo)高等值線坡度較大時(shí)，判斷端承樁是否進(jìn)入中風(fēng)化巖和是否到達(dá)持力層，實(shí)現(xiàn)了旋挖施工從由事后應(yīng)急、被動(dòng)防范向事前預(yù)測(cè)、主動(dòng)決策的轉(zhuǎn)型。

(a) 構(gòu)架12號(hào)樁；(b) 構(gòu)架13號(hào)樁

6 結(jié)論

1) 地層結(jié)構(gòu)的變化作用于旋挖鉆機(jī)的負(fù)載敏感控制系統(tǒng)，必然使旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而使旋挖鉆機(jī)顯示出與不同埋置深度地層相適應(yīng)的動(dòng)態(tài)特征。

2) 比功法綜合考慮了地層條件、鉆進(jìn)方法及鉆進(jìn)工藝參數(shù)，能夠較好地進(jìn)行地層識(shí)別和持力層判定。根據(jù)一樁一勘察孔樣本，建立鉆進(jìn)過(guò)程與巖層力學(xué)特性的地質(zhì)適應(yīng)性模型，根據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷完善不同地層的比功置信區(qū)間，即可用此理想的學(xué)習(xí)結(jié)果去識(shí)別同一場(chǎng)地的其他樁位持力層。

3) 以地層比功值為依據(jù)的旋挖鉆機(jī)入巖判定方法，通過(guò)旋挖鉆機(jī)的一些簡(jiǎn)單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把鉆進(jìn)參數(shù)和地層信息聯(lián)系起來(lái)，并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等成功與失敗方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可對(duì)地層進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與歸類(lèi)。

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(編輯 趙俊)

Formation identification method based on embedding judgment of rotary drilling rig

XU Ming1, 2, LIU Xianshan1, 2, ZHOU Zehong3, ZHANG Lin4, NIU Wanbao2, ZHANG Tongle2

(1. Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area of Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 3. State Grid Chongqing Transmission and Transformation Co. Ltd, Chongqing 400039, China; 4. State Grid Chongqing Electric Power Company, Chongqing 400015, China)

In order to improve the efficiency of the construction and increase the identification accuracy of bearing layer, the direct measurement parameters and the derivation parameters of rotary drilling rig were recorded and analyzed using real time monitoring system for drilling process. The drilling parameters and the physical and mechanical stratum parameters reveal inherent characteristics and statistical properties. The formation identification system relating geological conditions with the parameters of drilling was proposed. The results show that the drilling parameters definitely change with the variation of stratigraphic structure. The rotary rig shows different dynamic characteristics according to different embedded depths. All kinds of strata can be reflected in general based on specific energy to evaluate the bearing capacity. Compared with the survey results, the formation identification method based on drilling parameters of rotary drilling rig has been proved to be effective.

rotary drilling rig; drilling parameters; bearing layer; specific energy

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.12.027

U451+.5

A

1672?7207(2017)12?3344?06

2016?12?25；

2017?04?22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51478065)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(106112014CDJZR200015，106112014CDJZR200014)(Project(51478065) supported by the National Natural Science Foundation of China; Projects (106112014CDJZR200015, 106112014CDJZR200014) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)

許明，博士，副教授，從事巖土工程研究；E-mail：foretech@163.com