第２７卷第２２期 ２０１１年１１月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｆ．２７ Ｎｏ．２２ Ｎｏｖ． ２０１１ 浅谈乌鞘岭隧道地应力特征及对施工的影响 胡建芳 （甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司，甘肃兰州７３００３０） 摘 要：通过徐古高速公路地质调查和地应力测试成果，对乌鞘岭隧道地应力特征及对施工的影响进行了探讨。 关键词：隧道；地应力；施工 中图分类号：ＴＵ４５３ 程为２８５０～３０５０ｍ。山势较缓，坡度２Ｏ。～４Ｏ。。进 １ 引言 随着高速公路建设的发展和国家加大基础建设 的投资，高速公路向山区推进，长隧道、深埋隧道不 口位于天祝县陈家沟沟口，出口位于兰泉村，长 ４９０２ｍ，隧道最大埋深１８９ｍ。属深埋石质特长隧 道。乌鞘岭隧道围岩工程地质条件较复杂，洞身深 埋段主要有：冲洪积砾石土、黄土，三迭系砂岩、砾 可避免。硐室开挖破坏了岩体原来的应力平衡，引 起了应力的重分布，使围岩产生变形，当重分布后的 应力达到或超过岩石的强度极限时，围岩除弹性变 形外还将产生较大的塑性变形，如果不阻止这种变 形的发展就会导致围岩破裂，甚至失稳破坏。高地 应力区隧道围岩的稳定性及变形特征将成为关注重 岩、砂砾岩、泥岩，奥陶系变质砂岩、砂砾岩、板岩和 安山玄武岩等。基岩岩性变化大，质地软硬相间。 ２．２隧址区地质构造 乌鞘岭隧道地处北祁连构造带，北祁连构造带 内断褶带与断坳连续相间排列。断褶带主要由下古 生界构成的紧密线状褶皱以及平行延展的一系列逆 冲推覆断裂组成，与之相应时代的中基性侵入岩与 喷发岩也十分发育。早古生代地层普遍遭受了区域 变质作用，构造带内的断裂走向也以北西西向为主， 构成复杂的褶皱一断裂带。隧道穿越两条区域性断 层，如图１所示。 点，就此，依托徐家磨至古浪高速公路乌鞘岭隧道地 应力特征对施工的影响进行简单探讨。 ２工程概况及地质构造特征 ２．１ 工程概况 乌鞘岭隧道位于中高山岭地貌区。区内海拔高 ， ．Ｒ 一 ： ０ 委 ０ … ｍ街 … 越３ｌｉ ｍ１ｌ９ … 受 麓 兰ｋ Ⅱ２ｊｊＩ ．’ ． ｉ ＆２３｝１ 图１ 乌鞘岭隧道工程地质剖面 ２．２．１庙儿沟～达隆村北逆断层（Ｆ４） 质岩由北向南逆冲于下盘三迭系砂岩、砂砾岩及煤 系层之上，下盘影响带（蚀变带）宽１５０～２００ｍ，上 盘与北部天河湾逆断层（Ｆ ）构成宽约１ｋｍ的影响 蚀变带。 ２．２．２天河湾逆断层（Ｆ５） 该断层分布于乌鞘岭隧道出口的奥陶系地层之 中，具有活动性。展布于毛毛山南麓，西起安远垭 该断层亦是乌鞘岭断褶带的南缘断裂，地表摆 动幅度较大，断裂明显控制了第四系地貌，测绘范围 内地表均被第四系堆积层覆盖，沿断裂见断层泉水 溢出，是一条早～中更新世断裂，乌鞘岭隧道洞身约 在马莲台东公路里程ＹＫ２３８９＋９００一ＹＫ２３９０＋１００ 附近呈交８Ｏ。夹角穿过了该断层挤压破碎带。断层 走向为８５。一１２０。，倾向３３５。一３Ｏ。，倾角５５。～７０。， 断层破碎带宽１５０—５００ｍ，组成物有压碎岩、角砾岩 及糜棱岩和断层泥，泥钙质胶结较差，上盘奥陶系变 豁，东经乌稍岭隧道北洞口北，天河湾、南泥湾、大柳 树沟南缘、石板沟、北岭沟南缘至黑马圈河林场检查 站，总体呈北８０。西一东西向波状延伸长６３．５ｋｍ，总 第２２期 胡建芳ｌ浅谈乌鞘岭隧道地应力特征及对施工的影响 ｌ３５ 体倾向南，倾角７５。，受拉分盆地的影响，安远盆地 南缘区段倾向北，倾角７０。一８０。。乌稍岭隧道北洞 口区段洞轴线约呈７０。夹角穿过了该断裂下盘影响 带，洞口距离 断层最南面两次最新的活动断面约 带间歇性上升，断陷带继续下降，并在大断裂带上形 成小型断陷盆地。 ３隧道地应力特征 乌鞘岭隧道的地层岩性及地质构造均较复杂， 隧道穿越了冲洪积层、三迭系南营几组（Ｔｎ）砂岩夹 粉砂岩、砂砾岩、泥岩、碳质页岩和奥陶系中统（Ｏｚ） 安山玄武岩，以及庙儿沟一达隆村北逆断层和天河 湾逆断层两条断层，地质构造复杂，隧道围岩的变形 破坏无疑是决定隧道工程的关键工程地质问题。 ３．１地应力测试 ２８４ｍ及３９９ｍ。组成物为灰褐色、黄褐色的压碎岩、 角砾岩及糜棱岩和断层泥，泥钙质胶结较差，两盘岩 体破碎，南侧与庙儿沟一达隆村北逆断层（Ｆ ）构成 宽约１ｋｍ的影响蚀变带。未来百年内，该断裂具备 发生５．５级左右随机地震的构造条件，对乌稍岭隧 道沿线工程场地可能造成最大地震烈火度达Ⅶ度强 的影响。 新构造运动表现为中生代地层以至新生代地层 的褶皱、断裂和多级夷平面的发育以及多级河流阶 乌鞘岭隧道勘察期间，采用水压致裂法分别在 钻孔ＺＫ２３８９＋６０８右２ｍ（三迭系砂岩）、ＺＫ２３９０＋ 地的形成。在北东一南西向的区域构造应力场和垂 ４１０左５ｍ（奥陶系安山玄武岩）两个钻孔内进行了 直力的双重作用下，主要断裂带强烈活动，褶皱隆起 地应力测试，成果见表１、２。 表１ 乌鞘岭隧道ＺＫ２３８９＋６０８右２ｍ钻孔测试成果 ３．２地应力特征及工程特性 ３．８２ＭＰａ，最小垂直主应力值一般为２．４８— ２．６１ＭＰａ。说明水平主应力对隧道围岩变形起主导 作用。 ３）当 取９．８２ＭＰａ时，根据Ｒｃ／仃一值：（１） 在三迭系砂砾岩、泥岩互层及构造带等软弱岩层洞 身段，属于极高应力区，围岩以流变变形为主。（２） 在三迭系砂岩洞身段大于７，地应力对围岩基本无 １）隧道洞身段最大水平主应力（仃 ）值一般为 ３．７６～９．８２ＭＰａ，最小水平主应力值一般为２．４８～ ３．７４ＭＰａ。２）三向主应力量值的比较表明，隧道现 今地应力场总体特征为： ＞ ＞叮 ，即：水平主应 力为最大主应力，垂直主应力值最小。由此说明，该 区现今构造应力作用占主导地位。３）主应力方向 的测量结果表明，隧址区的现今最大水平主应力方 向为ＮＮＥ向。隧道深埋围岩及应力特征见表３。 ３．３结果分析 影响。（３）奥陶系变质砂岩、板岩洞身段，局部地带 绢云母、绿泥石化强烈，具千枚岩特征，岩性软弱，部 分段落属极高应力区，围岩以流变变形为主。（４） 奥陶系安山玄武岩（８ｓ）洞身段Ｒｅ／ｉｔ 介于４—７之 间，局部可能有剥离和掉块现象，但完整块状岩体中 发生中、强岩爆的可能性不大。 １）隧道洞身段最大水平主应力（叮 ）值一般为 ３．７６～９．８２ＭＰａ，最小水平主应力值一般为２．４８— ３．７４ＭＰａ；最大垂直主应力（仃 ）值一般为３．４６～ １３６ 甘肃科技 第２７卷 注：Ｒｃ岩石单轴饱和抗压强度； ～垂直洞轴线方向的最大初始应力。 根据《公路隧道设计规范》（ＪＴＧ Ｄ７０—２００４）表Ａ．０．３，当Ｒｃ／ｃｒ，￣＜４时为极高应力；当４＜Ｒｃ／ｃｒ ＜７时为高应力。 ４）三向主应力量值的比较表明，隧址区的现今 地应力场总体特征为：ｏｒ ＞ｏｒ ＞盯 ，即：水平主应力 隧道洞身段的现今构造应力属于中等强度，水 平主应力为最大主应力，垂直主应力值最小。最大 水平主应力方向为ＮＮＥ向，主应力方向与隧道轴线 方位的夹角不大，有利于隧道的围岩稳定与结构安 全。在隧道开挖过程中，较坚硬～坚硬发生中强岩 为最大主应力，垂直主应力值最小。由此说明，该区 的现今构造应力作用占主导地位，但作用的强度并 不太高。 ５）主应力方向的测量结果表明，该隧道的现今 最大水平主应力方向为ＮＮＥ向。主应力方向与隧 道轴线方位的夹角不大，有利于隧道的稳定与安全。 根据兰武二线乌鞘岭铁路隧道的相关工程资 料，在铁路隧道施工开挖过程中硬质岩发生岩爆情 爆的可能性不大，局部可能有剥离和掉块现象；在三 迭系砂砾岩、泥岩互层、奥陶系变质砂岩等局部软弱 围岩段及断层构造带段，隧道开挖过程中围岩的流 变变形较为突出，设计中借鉴铁路乌鞘岭隧道设计 施工经验，针对挤压流变性软弱围岩地段采取了两 况极少，主要是挤压性断层的流变变形问题，由于施 工期间对挤压性断层流变特性及其破坏机理、变形 控制的认识不够充分，导致流变变形持续发展，多次 变更支护设计方案和地层预加固控制方案；后来经 次初期支护与高强二次衬砌的组合支护方案，以确 保该段落的顺利实施。 参考文献： ［１］ 肖树芳，杨淑碧．岩体力学［Ｍ］．地质出版社，１９８７． ［２］ＪＴＧ Ｄ７０—２００４，公路隧道设计规范［Ｓ］． ［３］ＧＢ５０２１８—９４，工程岩体分级标准［Ｓ ［４］郭放良．乌鞘岭长大深埋隧道围岩变形与地应力关 系的研究［Ｊ］．岩土力学与工程学报，２００６（１ Ｊ） ［５］李响，钱卫平．乌鞘岭隧道地质条件综述ｆ Ｊ 铁道勘 察，２００５，３１（４）． 过斜井坑道的多次现场试验及计算模拟分析，确定 了两次初期支护（卸压的同时控制流变变形发展） 与高强二次衬砌的支护设计方案，加大了初期支护 后的预留变形量，取得了较好的支护效果。该设计 思路已在乌鞘岭公路隧道挤压性断层带的支护设计 中借鉴采用。 ［６］李飞，王述红．地应力水压致裂法测量及其在隧道工 ４结束语 －・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…－●…－●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…－●…・●…・●…程的应用［Ｊ］．西部探矿工程，２Ｏ０９． ・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…－●…・●…・●…・●…・●…・●…－●…・● （上接第９７页） 管理实践进行总结提炼，构建了环境外部监测评估 环境外部监测评估是项目管理的重要组成部 分，它的实施不仅能够衡量和评价今后基础设施项 指标体系，对客观、公正的进行环境外部监测评估具 有重要的指导作用。 参考文献： ［１］喻波，刘珊，罗卫华．公路建设项目环境监理监测 指标体系研究［ｊ］．公路工程，２００７，３２（５）：９３ ｌ００ 目环境管理工作的效率、效果和公众对项目的满意 度，还可以保证在项目的实施过程中，对项目成果和 效益进行监督管理，以促使有限的项目投资发挥最 大效用。通过对世行贷款基础设施重建项目建设及