青藏高原雅魯藏布江峽谷區(qū)地應(yīng)力分布特征

青藏高原雅魯藏布江峽谷區(qū)地應(yīng)力分布特征

拉薩至日喀則鐵路線(xiàn)位于青藏高原西南部，基本位于“一江兩河”（雅魯藏布江及其兩個(gè)主要支流拉薩河、年楚河）的中心區(qū)域內(nèi)。沿線(xiàn)地貌單元可分為河流寬谷區(qū)、河流峽谷區(qū)以及低高山區(qū)等三個(gè)地貌單元。而河流峽谷區(qū)即為雅魯藏布江峽谷區(qū),位于色麥至大竹卡段,受雅魯藏布江大斷裂的控制,河流兩岸群山巍峨聳立,相對(duì)高差500m~1000m,局部地區(qū)懸崖陡立,江面一般寬約100m~150m,最窄處僅60m,呈明顯的“V”型溝槽。鐵路通過(guò)雅魯藏布江峽谷區(qū)長(zhǎng)約90km,此段構(gòu)造極其發(fā)育,有東西向、南北向、北東向、北西向斷裂20余條,工程設(shè)置以橋隧為主,橋隧比例占90%,其中隧道占50%,隧道最大埋深1093m,隧道最長(zhǎng)10.4km,多數(shù)隧道大于3km。因此,摸清雅魯藏布江峽谷區(qū)的地應(yīng)力分布特征,有利于分析、預(yù)測(cè)工程,特別是隧道工程可能遇到的工程地質(zhì)問(wèn)題,并提出有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施,同時(shí)為工程地質(zhì)選線(xiàn)原則提供充分的科學(xué)依據(jù)。1構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的繼續(xù)西藏地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的格局基本上是新第三紀(jì)以來(lái)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的繼續(xù),其特征為:現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力作用是接近水平的,地殼應(yīng)力活動(dòng)的主壓應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方位為近南北向,與區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造線(xiàn)近于垂直。2地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果國(guó)內(nèi)外地應(yīng)力研究資料表明:在峽谷區(qū),地應(yīng)力有明顯的重分布現(xiàn)象,從谷坡至山體內(nèi)部,可分為應(yīng)力釋放帶、應(yīng)力集中帶、應(yīng)力穩(wěn)定帶。拉日鐵路多依山傍河而行,雅江河谷呈近東西向展布,雅魯藏布江峽谷區(qū)沿線(xiàn)隧道工程多與河谷展布方向接近或平行。按照峽谷區(qū)地應(yīng)力重分布的一般規(guī)律,沿線(xiàn)巖體內(nèi)重分布應(yīng)力的最大主應(yīng)力為近南北向或北東北向。為了進(jìn)一步查明雅魯藏布江峽谷區(qū)的地應(yīng)力分布特征,在峽谷區(qū)選擇了兩個(gè)地應(yīng)力測(cè)試孔,進(jìn)行了水壓致裂原地應(yīng)力測(cè)量,其測(cè)量結(jié)果如表1,表2所示。主應(yīng)力隨深度變化的線(xiàn)性回歸方程(深度域:59m~130m):其中,D為鉆孔深度,m;主應(yīng)力單位為MPa。其中,D為鉆孔深度,m;主應(yīng)力單位為MPa。從以上水壓致裂原地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果,可以得出如下結(jié)論:1)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的區(qū)內(nèi)最大水平主應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)方向是N42°E,N43°E,N38°E,N33°E,N30°E,即以近南北向、北北東向的擠壓為主,這與峽谷區(qū)地應(yīng)力重分布的一般規(guī)律是相吻合的。2)區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地應(yīng)力的主要特征為:對(duì)于每一個(gè)測(cè)點(diǎn),三項(xiàng)主應(yīng)力的關(guān)系為S拉日線(xiàn)雅魯藏布江峽谷區(qū)巖石飽和抗壓強(qiáng)度在82.4MPa~152MPa之間,以上兩個(gè)地應(yīng)力測(cè)試孔的巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均值分別為102.6MPa(1號(hào)孔)和122.5MPa(2號(hào)孔)。垂直洞軸線(xiàn)方向的最大初始應(yīng)力為S根據(jù)主應(yīng)力隨深度的線(xiàn)性回歸公式:S雅魯藏布江峽谷區(qū),當(dāng)隧道埋深D≥350m(1號(hào)孔),D≥600m(2號(hào)孔)時(shí),處于極高應(yīng)力帶中;當(dāng)隧道埋深200m≤D<350m(1號(hào)孔),350m≤D<600m(2號(hào)孔)時(shí),處于高應(yīng)力帶中。由于拉日線(xiàn)雅魯藏布江峽谷區(qū)隧道工程埋深多在200m~1093m之間,且洞身巖體以花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等硬質(zhì)巖體為主,因此隧道工程多處于高應(yīng)力帶及極高應(yīng)力帶中。3高、細(xì)、地震地質(zhì)及隧道洞身開(kāi)挖的地質(zhì)原因由于拉日線(xiàn)雅魯藏布江峽谷區(qū)隧道工程埋深在200m~1093m之間,且洞身巖體以花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等硬質(zhì)巖體為主,隧道工程多處于高應(yīng)力帶及極高應(yīng)力帶中,因此,地應(yīng)力會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生如下影響:1)位于極高應(yīng)力帶中。隧道洞身在開(kāi)挖過(guò)程中時(shí)有巖爆發(fā)生,有巖塊彈出,洞壁巖體發(fā)生剝離,新生裂隙多,成洞性差;基坑有剝離現(xiàn)象,成型性差。2)位于高應(yīng)力帶中。隧道洞身在開(kāi)挖過(guò)程中可能出現(xiàn)巖爆,洞壁巖體有剝離和掉塊現(xiàn)象,新生裂隙較多,成洞性較差;基坑時(shí)有剝離現(xiàn)象,成型性一般較好。3)由于雅魯藏布江峽谷區(qū)線(xiàn)路走向與區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線(xiàn)近乎平行,最大主應(yīng)力、斜坡應(yīng)力集中帶、傍山偏壓、深埋等對(duì)隧道工程的設(shè)置及圍巖的穩(wěn)定不利。4)局部處于深埋、應(yīng)力集中帶或傍山偏壓地段,巖體完整的隧道有發(fā)生巖爆的可能。5)埋深較小,位于應(yīng)力釋放帶中的隧道,受巖體節(jié)理、裂隙帶的影響,洞壁巖體可能有剝離和掉塊現(xiàn)象,成洞性較好。6)位于斷層帶或節(jié)理密集帶的隧道,其洞身由于局部地應(yīng)力富集和地下水對(duì)破碎巖體的影響,可能會(huì)出現(xiàn)大變形或圍巖坍塌,設(shè)計(jì)中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?做好應(yīng)力釋放過(guò)程的施工過(guò)程控制對(duì)高地應(yīng)力地帶及地應(yīng)力集中地段,應(yīng)采取多方式、多途徑綜合治理的方法,提出以下幾種處理措施:1)在設(shè)計(jì)過(guò)程中,針對(duì)不同的應(yīng)力狀態(tài),采取加強(qiáng)支護(hù)、設(shè)置防護(hù)網(wǎng)等相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施;2)在施工過(guò)程中,加強(qiáng)超前預(yù)報(bào),配備專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)人員,及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中帶,采取掛網(wǎng)預(yù)防、噴水淡化、打鉆等方法進(jìn)行應(yīng)力釋放,以減少巖爆發(fā)生的幾率;3)對(duì)施工過(guò)程中的機(jī)具、人員,應(yīng)采取必要的防護(hù)措施,以免造成不必要的損失。5長(zhǎng)隧道洞軸方向的確定,一般可對(duì)于鐵路工程來(lái)說(shuō),受地應(yīng)力影響最大的是越嶺的深埋長(zhǎng)隧道工程,因此,高地應(yīng)力區(qū)選線(xiàn)應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則:1)做好長(zhǎng)隧道位置的選擇。應(yīng)查明現(xiàn)今區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)的分布及特征和現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)性,進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià),在方案比選中盡量避開(kāi)或遠(yuǎn)離現(xiàn)今地應(yīng)力集中地段,將長(zhǎng)隧道選擇在地應(yīng)力變化不大,相對(duì)穩(wěn)定的“安全島”地段。2)做好長(zhǎng)隧道洞軸方向的選擇。對(duì)于越嶺深埋長(zhǎng)隧道的走向,應(yīng)主要考慮工程通過(guò)地區(qū)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài),按以下原則確定:地下洞室圍巖的穩(wěn)定主要取決于垂直于洞軸方向的水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值及它們的絕對(duì)值大小。當(dāng)水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力時(shí),洞室的長(zhǎng)軸應(yīng)選在最大水平主應(yīng)力方向上;當(dāng)垂直應(yīng)力大于水平應(yīng)力時(shí),洞室的長(zhǎng)軸應(yīng)選擇在最小水平主應(yīng)