[发明专利]高压变电站深回填区旋挖钻进中的入岩深度确定方法

说明书

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。

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