基于数字钻进能量理论的凝灰岩地层界面识别

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1、基于数字钻进能量理论的凝灰岩地层界面识别第卷第期岩土力学Vol.No.2011年月RockandSoilMechanics.2011及围岩分级研究田昊，李术才，薛翊国，邱道宏，苏茂鑫，王凯(山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南250061)摘要：基于能量理论对钻进过程中监测的钻机参数进行分析，数字钻机钻进过程中钻头旋转产生的扭矩以及作用于钻头的轴推进力是破碎岩石的能量来源，当钻进条件确定时，可用破碎单位体积岩石的实际能耗来反映岩石的物理力学性质。基于此原理在青岛胶州湾海底隧道FK4+375.5上断面进行了超前地质探孔作业，得到

2、凝灰岩地层中的钻进参数及钻进能量随钻头位移的变化曲线，研究发现：在凝灰岩中，数字钻机参数与围岩岩性响应程度较高，围岩完整、坚硬、无裂隙水时，整体钻进参数值较高；围岩裂隙发育、含水或有断层、夹泥层时，钻进速度、推进力、转速、扭矩、打击能等数据会突变，其值变小。分析所得结果与钻孔取芯、TSP超前预报等物探手段得到的结果基本一致。并采用能量法对围岩进行分析，利用钻进比功划分相应的岩体区段，判断出围岩等级。通过对能量曲线的分析发现在凝灰岩地层中，当钻进能量小于0.95KJ时会出现断层或较大的节理裂隙区。关键词：数字钻机；钻进能量；凝灰岩地

3、层；界面识别；围岩分级中图分类号：TU443文献标识码：AIDENTIFICATIONOFGEOTECHNICALINTERFACEOFTUFFSTRATUMBASEDONDIGITALDRILLINGENERGYTHEORYANDCLASSIFICATIONOFSURROUNDINGROCKTIANHao，LIShucai，XUEYiguo，QIUDaohong，SUMaoxin，WANGKai(ResearchCenterofGeotechnicalandStructuralEngineering，ShandongUniver

4、sity，Ji?nan，Shandong250061，China)Abstract：Basedonenergytheory,monitoringdrillparametersofdrillingprocesshavebeenanalysed.Whendigitaldrillmachineisworking,energyofbrokingrockisproducedfromtorqueandpropulsion;andthetorqueisresultedfromrotarydrillingandthepropulsioniswor

5、kedonbit.Whendrillingconditionsaredefinite,physicalandmechanicalpropertiesofrockcanbereflectedonactualenergyconsumptionofbreakingrockperunitvolume.Basedonthistheory,advancegeologicaldrillingexperimenthasbeenconductedinfaultFK4+375.5inQingdaoKiaochowbaysubseatunnelandg

6、otdrillparametersoftuffstratumandchangecurveofdrillingenergywithdisplacementofbit.Theresultsshowthat,thereisagoodresponsivenessbetweenthedrillparameterofdigitaldrillmachineandrocklithology.Whensurroundingrocksareintegrated,hardandwithoutcrackwater,thewholedrillparamet

7、ersarehigher.Conversely,whentherearejointfissures,crackwater,faultsandintercalatedgouge,thedrillingrate,propulsion,rotationalspeed,torqueandhitenergyhaveanabruptchange;andthenumericalvalueshaveatrendofdecreasingmarkedly.Theobtainedresultsareconsistentwithcore-drilling

8、andTSPadvancegeologicprediction.Byanalyzingsurroundingrockswithenergytheoryandpenetratingspecificenergy,therockmasseshavebee