水工隧洞绳索钻杆双回路水压致裂法地应力测试技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：省部计划，自主研发。开发的绳索取芯钻杆双回路水压致裂法地应力测试技术，系国内外首创。发明名称：绳索取芯钻杆双回路水压致裂法地应力测试装置及测试方法（ZL201310613396.2）。

技术原理

该系统主要包含大流量水泵、高压气泵、压裂段加压管路、封隔器加压管路、管卡等硬件的研制及地应力测试过程多通道测试数据处理软件系统。可实现水利水电深埋洞室复杂岩层、欠稳定钻孔的地应力测试工作。测试深度可达1000m，可实现多通道压力/流量变化过程可视化实时监测，保证了测试结果的准确性，为工程设计与安全评价提供关键参数。

技术特色

（1）利用绳索取芯钻杆作为地应力测试设备提升的辅助工具，并且保证了孔壁稳定，确保了地应力测试顺利进行，测试技术对环境的适应性大大提高。（2）串联双塞的气/液压加卸压系统，适合绳索取芯钻探工艺，低水位孔情况下双塞可采用高压惰性气体对封隔器进行加压。（3）测试系统的承压能力进行了加强，可进行千米级深钻孔的地应力测试和岩体高压渗透性试验。（4）结合压力、流量自动采集分析系统，测试过程可实现全程可视化——所测即所见。

技术指标

（1）加压系统：高压水泵最大压力50MPa，最大流量15L/min；高压气泵最大压力15MPa，压裂段加压管路内径13～15mm，外径小于35mm，承压大于30MPa；封隔器加压管路内径大于2mm，外径小于15mm，承压大于30MPa；特制耐高压封隔器/印模器外径86mm，承压大于60MPa。（2）数据采集分析系统：监测系统参数设置、实时压力/流量曲线显示、注水（气）流量（压力）最大值实时显示、测试曲线的特征压力（破裂压力、重张压力、关闭压力）实时显示。

应用范围及前景

适用于水利水电工程深长隧洞、采用绳索钻具的深钻孔地应力测试，为隧洞设计与安全评价提供关键参数。绳索取芯钻杆双回路水压致裂法地应力测试技术与设备系统，已成功应用于云南省滇中引水工程与新疆维吾尔自治区引额供水工程二期输水工程，圆满达到工程勘察的需求。典型应用案例：案例1：滇中引水工程大理Ⅰ段香炉山隧洞，最大埋深达1400m，沿线穿越多条活动断裂带，勘探钻孔一般为绳索钻具造孔，钻孔稳定性很差，这是2013年开展研发“绳索取芯钻杆双回路水压致裂法地应力测试装置及测试方法”的出发点。经过实践，不断完善了测试系统，成功完成所有深孔测试，最大深度920m。案例2：引额供水工程二期输水工程是目前在建最长距离的输水隧洞，线路总长877.2km。在输水工程可研阶段至初设阶段，采用该专利技术，成功完成全部500～720m绳索取芯钻孔的地应力测试。

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尹健民

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长江水利委员会长江科学院

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