极端条件下千米深钻孔水压致裂法地应力测试技术及应用

地应力是地下建筑物线路设计、工程建设和安全运行的基础性资料，是工程布置和施工安全的重要影响因素，只能通过原位测试才能准确给出。随着我国水电能源的开发、国家水网长距离引调水工程的实施，一大批水文地质条件复杂的深埋隧洞工程陆续勘测实施。这些工程岩体的地应力场复杂多变且测试条件趋于极端化，给地应力测试带来极大挑战。其中面临的主要技术难题有：极高应力量级、超深地质钻孔、钻孔低水位和新型钻杆匹配问题等。

长江科学院作为水利行业唯一具备地应力专攻方向的科研服务机构，直面工程需求和技术难题，不断开拓创新，取得了丰富科研成果。研发了适用于极端条件下千米深钻孔水压致裂法地应力测试技术，包括全套的单回路和双回路试验系统，大幅度提升了水压致裂法地应力测试技术的适用性、准确性和可靠性。

单回路试验系统为单回路多通道等直径试验装置，试验压力可达70MPa，具有在低水位钻孔进行高效率试验、等直径全内埋水路等特点。该试验系统对标极高应力量级、超深地质钻孔和钻孔低水位等问题，长江科学院具有完全自主知识产权。其中集成了国家授权发明专利技术“超深钻孔水压致裂法岩体破裂缝无时限定向装置及方法”和实用新型专利技术“一种钻杆底部试验设备状态控制系统”。前者利用印模测试过程中的水压力作用、地磁的方向指示作用和巧妙的机械锁紧装置进行定向，具有无时间限制、简单可靠和测试精度高的特点。后者基于试验过程的精细控制，研发出了3通道的水路控制阀，实现了由2通道至多通道的技术突破。该技术针对深水位钻孔试验，可将试验时间缩短50%以上，大大提升了极端条件下深钻孔地应力试验的效率。

>极端条件下千米深钻孔水压致裂法地应力测试技术集成的国家授权专利

>单回路多通道等直径试验装置及试验场景

针对绳索取心钻杆广泛应用带来的钻杆匹配难题，研发了国家授权发明专利技术“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”及其配套试验系统。该试验系统解决了千米级绳索取心钻孔地应力测试的难题，在滇中引水和引江补汉等工程中进行了广泛应用和推广，以此为基础的试验技术被列入《2020年度水利先进实用技术重点推广指导目录》。此外，针对孔内设备水路通道截面积小、水路压力损失明显的情况，研发了国家授权发明专利技术“深钻孔双栓塞式高压大流量可切换压水阀装置及试验方法”，该试验装置将孔内装置的最小通水截面积扩大了3倍，可显著减少大流量试验的水路压力损失，提升地面采集数据情况下的测试准确性。

自2020年7月以来，长江科学院利用上述极端条件下千米深钻孔水压致裂法地应力测试技术，在引江补汉等工程完成千米以上试验钻孔6个，创造并多次更新了水电行业小直径裸孔（直径75mm）地应力试验深度记录，最大测试深度1095m。该技术已为我国深埋长距离引调水隧洞工程的线路优化、工程建设和安全运行提供了重要基础资料，亦将在能源、交通、采矿等领域的深部岩体地应力场探测、深部岩石力学和防灾减灾等领域的研究中发挥重要作用。