青藏高原雅魯藏布江峽谷區地應力分布特征

拉薩至日喀則鐵路線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主要支流拉薩河、年楚河）的中心區域內。沿線地貌單元可分為河流寬谷區、河流峽谷區以及低高山區等三個地貌單元。而河流峽谷區即為雅魯藏布江峽谷區,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,相對高差500m~1000m,局部地區懸崖陡立,江面一般寬約100m~150m,最窄處僅60m,呈明顯的“V”型溝槽。鐵路通過雅魯藏布江峽谷區長約90km,此段構造極其發育,有東西向、南北向、北東向、北西向斷裂20余條,工程設置以橋隧為主,橋隧比例占90%,其中隧道占50%,隧道最大埋深1093m,隧道最長10.4km,多數隧道大于3km。因此,摸清雅魯藏布江峽谷區的地應力分布特征,有利于分析、預測工程,特別是隧道工程可能遇到的工程地質問題,并提出有針對性的應對措施,同時為工程地質選線原則提供充分的科學依據。1構造應力場的繼續西藏地區現代構造應力場的格局基本上是新第三紀以來構造應力場的繼續,其特征為:現代構造應力作用是接近水平的,地殼應力活動的主壓應力優勢方位為近南北向,與區內的主要構造線近于垂直。2地應力測量結果國內外地應力研究資料表明:在峽谷區,地應力有明顯的重分布現象,從谷坡至山體內部,可分為應力釋放帶、應力集中帶、應力穩定帶。拉日鐵路多依山傍河而行,雅江河谷呈近東西向展布,雅魯藏布江峽谷區沿線隧道工程多與河谷展布方向接近或平行。按照峽谷區地應力重分布的一般規律,沿線巖體內重分布應力的最大主應力為近南北向或北東北向。為了進一步查明雅魯藏布江峽谷區的地應力分布特征,在峽谷區選擇了兩個地應力測試孔,進行了水壓致裂原地應力測量,其測量結果如表1,表2所示。主應力隨深度變化的線性回歸方程(深度域:59m~130m):其中,D為鉆孔深度,m;主應力單位為MPa。其中,D為鉆孔深度,m;主應力單位為MPa。從以上水壓致裂原地應力測量結果,可以得出如下結論:1)現場實測的區內最大水平主應力的優勢方向是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,這與峽谷區地應力重分布的一般規律是相吻合的。2)區內現代地應力的主要特征為:對于每一個測點,三項主應力的關系為S拉日線雅魯藏布江峽谷區巖石飽和抗壓強度在82.4MPa~152MPa之間,以上兩個地應力測試孔的巖石飽和抗壓強度平均值分別為102.6MPa(1號孔)和122.5MPa(2號孔)。垂直洞軸線方向的最大初始應力為S根據主應力隨深度的線性回歸公式:S雅魯藏布江峽谷區,當隧道埋深D≥350m(1號孔),D≥600m(2號孔)時,處于極高應力帶中;當隧道埋深200m≤D<350m(1號孔),350m≤D<600m(2號孔)時,處于高應力帶中。由于拉日線雅魯藏布江峽谷區隧道工程埋深多在200m~1093m之間,且洞身巖體以花崗閃長巖、閃長巖等硬質巖體為主,因此隧道工程多處于高應力帶及極高應力帶中。3高、細、地震地質及隧道洞身開挖的地質原因由于拉日線雅魯藏布江峽谷區隧道工程埋深在200m~1093m之間,且洞身巖體以花崗閃長巖、閃長巖等硬質巖體為主,隧道工程多處于高應力帶及極高應力帶中,因此,地應力會對工程產生如下影響:1)位于極高應力帶中。隧道洞身在開挖過程中時有巖爆發生,有巖塊彈出,洞壁巖體發生剝離,新生裂隙多,成洞性差;基坑有剝離現象,成型性差。2)位于高應力帶中。隧道洞身在開挖過程中可能出現巖爆,洞壁巖體有剝離和掉塊現象,新生裂隙較多,成洞性較差;基坑時有剝離現象,成型性一般較好。3)由于雅魯藏布江峽谷區線路走向與區內主要構造線近乎平行,最大主應力、斜坡應力集中帶、傍山偏壓、深埋等對隧道工程的設置及圍巖的穩定不利。4)局部處于深埋、應力集中帶或傍山偏壓地段,巖體完整的隧道有發生巖爆的可能。5)埋深較小,位于應力釋放帶中的隧道,受巖體節理、裂隙帶的影響,洞壁巖體可能有剝離和掉塊現象,成洞性較好。6)位于斷層帶或節理密集帶的隧道,其洞身由于局部地應力富集和地下水對破碎巖體的影響,可能會出現大變形或圍巖坍塌,設計中應采取適當的措施。4做好應力釋放過程的施工過程控制對高地應力地帶及地應力集中地段,應采取多方式、多途徑綜合治理的方法,提出以下幾種處理措施:1)在設計過程中,針對不同的應力狀態,采取加強支護、設置防護網等相應的應對措施;2)在施工過程中,加強超前預報,配備專門的監測人員,及時發現應力集中帶,采取掛網預防、噴水淡化、打鉆等方法進行應力釋放,以減少巖爆發生的幾率;3)對施工過程中的機具、人員,應采取必要的防護措施,以免造成不必要的損失。5長隧道洞軸方向的確定,一般可對于鐵路工程來說,受地應力影響最大的是越嶺的深埋長隧道工程,因此,高地應力區選線應遵循以下幾項原則:1)做好長隧道位置的選擇。應查明現今區域地應力場的分布及特征和現今構造活動性,進行區域穩定性評價,在方案比選中盡量避開或遠離現今地應力集中地段,將長隧道選擇在地應力變化不大,相對穩定的“安全島”地段。2)做好長隧道洞軸方向的選擇。對于越嶺深埋長隧道的走向,應主要考慮工程通過地區的實際應力狀態,按以下原則確定:地下洞室圍巖的穩定主要取決于垂直于洞軸方向的水平應力與垂直應力的比值及它們的絕對值大小。當水平應力大于垂直應力時,洞室的長軸應選在最大水平主應力方向上;當垂直應力大于水平應力時,洞室的長軸應選擇在最小水平主應