青藏高原雅鲁藏布江峡谷区地应力分布特征

青藏高原雅鲁藏布江峡谷区地应力分布特征

拉萨至日喀则铁路线位于青藏高原西南部，基本位于“一江两河”（雅鲁藏布江及其两个主要支流拉萨河、年楚河）的中心区域内。沿线地貌单元可分为河流宽谷区、河流峡谷区以及低高山区等三个地貌单元。而河流峡谷区即为雅鲁藏布江峡谷区,位于色麦至大竹卡段,受雅鲁藏布江大断裂的控制,河流两岸群山巍峨耸立,相对高差500m~1000m,局部地区悬崖陡立,江面一般宽约100m~150m,最窄处仅60m,呈明显的“V”型沟槽。铁路通过雅鲁藏布江峡谷区长约90km,此段构造极其发育,有东西向、南北向、北东向、北西向断裂20余条,工程设置以桥隧为主,桥隧比例占90%,其中隧道占50%,隧道最大埋深1093m,隧道最长10.4km,多数隧道大于3km。因此,摸清雅鲁藏布江峡谷区的地应力分布特征,有利于分析、预测工程,特别是隧道工程可能遇到的工程地质问题,并提出有针对性的应对措施,同时为工程地质选线原则提供充分的科学依据。1构造应力场的继续西藏地区现代构造应力场的格局基本上是新第三纪以来构造应力场的继续,其特征为:现代构造应力作用是接近水平的,地壳应力活动的主压应力优势方位为近南北向,与区内的主要构造线近于垂直。2地应力测量结果国内外地应力研究资料表明:在峡谷区,地应力有明显的重分布现象,从谷坡至山体内部,可分为应力释放带、应力集中带、应力稳定带。拉日铁路多依山傍河而行,雅江河谷呈近东西向展布,雅鲁藏布江峡谷区沿线隧道工程多与河谷展布方向接近或平行。按照峡谷区地应力重分布的一般规律,沿线岩体内重分布应力的最大主应力为近南北向或北东北向。为了进一步查明雅鲁藏布江峡谷区的地应力分布特征,在峡谷区选择了两个地应力测试孔,进行了水压致裂原地应力测量,其测量结果如表1,表2所示。主应力随深度变化的线性回归方程(深度域:59m~130m):其中,D为钻孔深度,m;主应力单位为MPa。其中,D为钻孔深度,m;主应力单位为MPa。从以上水压致裂原地应力测量结果,可以得出如下结论:1)现场实测的区内最大水平主应力的优势方向是N42°E,N43°E,N38°E,N33°E,N30°E,即以近南北向、北北东向的挤压为主,这与峡谷区地应力重分布的一般规律是相吻合的。2)区内现代地应力的主要特征为:对于每一个测点,三项主应力的关系为S拉日线雅鲁藏布江峡谷区岩石饱和抗压强度在82.4MPa~152MPa之间,以上两个地应力测试孔的岩石饱和抗压强度平均值分别为102.6MPa(1号孔)和122.5MPa(2号孔)。垂直洞轴线方向的最大初始应力为S根据主应力随深度的线性回归公式:S雅鲁藏布江峡谷区,当隧道埋深D≥350m(1号孔),D≥600m(2号孔)时,处于极高应力带中;当隧道埋深200m≤D<350m(1号孔),350m≤D<600m(2号孔)时,处于高应力带中。由于拉日线雅鲁藏布江峡谷区隧道工程埋深多在200m~1093m之间,且洞身岩体以花岗闪长岩、闪长岩等硬质岩体为主,因此隧道工程多处于高应力带及极高应力带中。3高、细、地震地质及隧道洞身开挖的地质原因由于拉日线雅鲁藏布江峡谷区隧道工程埋深在200m~1093m之间,且洞身岩体以花岗闪长岩、闪长岩等硬质岩体为主,隧道工程多处于高应力带及极高应力带中,因此,地应力会对工程产生如下影响:1)位于极高应力带中。隧道洞身在开挖过程中时有岩爆发生,有岩块弹出,洞壁岩体发生剥离,新生裂隙多,成洞性差;基坑有剥离现象,成型性差。2)位于高应力带中。隧道洞身在开挖过程中可能出现岩爆,洞壁岩体有剥离和掉块现象,新生裂隙较多,成洞性较差;基坑时有剥离现象,成型性一般较好。3)由于雅鲁藏布江峡谷区线路走向与区内主要构造线近乎平行,最大主应力、斜坡应力集中带、傍山偏压、深埋等对隧道工程的设置及围岩的稳定不利。4)局部处于深埋、应力集中带或傍山偏压地段,岩体完整的隧道有发生岩爆的可能。5)埋深较小,位于应力释放带中的隧道,受岩体节理、裂隙带的影响,洞壁岩体可能有剥离和掉块现象,成洞性较好。6)位于断层带或节理密集带的隧道,其洞身由于局部地应力富集和地下水对破碎岩体的影响,可能会出现大变形或围岩坍塌,设计中应采取适当的措施。4做好应力释放过程的施工过程控制对高地应力地带及地应力集中地段,应采取多方式、多途径综合治理的方法,提出以下几种处理措施:1)在设计过程中,针对不同的应力状态,采取加强支护、设置防护网等相应的应对措施;2)在施工过程中,加强超前预报,配备专门的监测人员,及时发现应力集中带,采取挂网预防、喷水淡化、打钻等方法进行应力释放,以减少岩爆发生的几率;3)对施工过程中的机具、人员,应采取必要的防护措施,以免造成不必要的损失。5长隧道洞轴方向的确定,一般可对于铁路工程来说,受地应力影响最大的是越岭的深埋长隧道工程,因此,高地应力区选线应遵循以下几项原则:1)做好长隧道位置的选择。应查明现今区域地应力场的分布及特征和现今构造活动性,进行区域稳定性评价,在方案比选中尽量避开或远离现今地应力集中地段,将长隧道选择在地应力变化不大,相对稳定的“安全岛”地段。2)做好长隧道洞轴方向的选择。对于越岭深埋长隧道的走向,应主要考虑工程通过地区的实际应力状态,按以下原则确定:地下洞室围岩的稳定主要取决于垂直于洞轴方向的水平应力与垂直应力的比值及它们的绝对值大小。当水平应力大于垂直应力时,洞室的长轴应选在最大水平主应力方向上;当垂直应力大于水平应力时,洞室的长轴应选择在最小水平主应