[發明專利]一種鉆孔埋管頂進力預測方法

在審

• 申請號: 202010380576.0
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111537433A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 矯永巖;李德柱;孟慶一;何長江;楊春光;高巖;汪振作;苑旺;于久洋;王鵬;劉曉忱;孫雷;錢坤
• 申請（專利權）人: 中鐵九局集團有限公司
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N19/02;G01N9/36;G01N3/24;G01N33/24
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

1.一種鉆孔埋管頂進力預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)確定鉆孔內部不同深度處泥漿的重度γ：在鉆孔內不同深度處利用取樣器取少量泥漿原狀樣品，將其裝入到小型量杯內，利用測量其質量和體積的方法，計算出其密度，然后用質量乘以重力加速度得到其重度γ；

2)確定鉆孔內部不同深度處泥漿的不排水抗剪強度c_u：利用步驟1)取出的泥漿樣品，在測量其重度γ后，利用微型十字板剪切儀測量各個樣品的不排水抗剪強度c_u；或直接將靈敏度較高的十字板剪切儀放入鉆孔內部，測試不同深度處的不排水抗剪強度c_u；

3)確定埋管內徑d、外徑D、長度L和密度ρ：對埋入的管道測量其內徑、外徑和長度，確定上述尺寸，埋管密度由稱取其質量法和計算其體積法確定；

4)確定埋管灌滿水時的總重量G：

其中，g為重力加速度，ρ_w為水的密度，取1.0g/cm³；

5)確定埋管外壁與泥漿之間的摩阻力q_s1：取鉆孔處土體，在實驗室里配備不同濃度的泥漿，分別利用微型剪切儀測試其不排水抗剪強度c_u，同時將兩端密封的管道垂直放入到泥漿里進行拉拔試驗，確定出不同濃度泥漿與埋管外壁之間的摩阻力q_s1，然后利用最小二乘法進行線性回歸，得到摩阻力q_s1與不排水抗剪強度c_u之間的經驗關系式，q_s1＝ac_u+b，其中，a和b為擬合參數，進一步由步驟2)測得的不排水抗剪強度，利用回歸的經驗關系式計算出鉆孔內部不同深度處泥漿與埋管外壁之間的摩阻力q_s1；

6)確定埋管外壁與孔壁之間的摩阻力q_s2：將外徑與鉆孔直徑相同的埋管放入鉆孔內，利用試驗測試出兩者之間的摩阻力q_s2；

7)確定埋管由于泥漿引起的阻力R₁；

8)確定埋管由于傾斜與鉆孔側壁之間引起的阻力；

9)確定管底的泥漿端阻力q_p；

10)確定管底的泥漿阻力R₃；

11)確定埋管總的頂進力F：

F＝R₁+R₂+R₃-G。

2.根據權利要求1所述的一種鉆孔埋管頂進力預測方法，其特征在于，步驟1)中，所述的不同深度是每延米取一個泥漿樣品，取樣位置位于每延米的中間部位。

3.根據權利要求1所述的一種鉆孔埋管頂進力預測方法，其特征在于，步驟6)中，所述的實驗為拔管試驗或壓管試驗。

4.根據權利要求1所述的一種鉆孔埋管頂進力預測方法，其特征在于，步驟7)中，所述的埋管由于泥漿引起的阻力R₁是由如下公式確定的：

其中，q_s1i為第i個深度處泥漿的摩阻力，n為泥漿的深度。

5.根據權利要求1所述的一種鉆孔埋管頂進力預測方法，其特征在于，步驟8)中，所述的埋管由于傾斜與鉆孔側壁之間引起的阻力是由如下公式確定的：

R₂＝2πD²q_s2。

6.根據權利要求1所述的一種鉆孔埋管頂進力預測方法，其特征在于，步驟9)中，所述的管底的泥漿端阻力q_p是由如下公式確定的：

其中，c_u'為鉆孔底部泥漿的不排水抗剪強度，γ_i為第i個深度處泥漿的重度，l取1m。

7.根據權利要求1所述的一種鉆孔埋管頂進力預測方法，其特征在于，步驟10)中，所述的管底的泥漿阻力R₃是由如下公式確定的：