摘要：

針對(duì)深埋隧洞地應(yīng)力場(chǎng)問(wèn)題，以青海省引黃濟(jì)寧工程長(zhǎng)大深埋隧洞為背景，采用區(qū)域構(gòu)造演化分析、現(xiàn)場(chǎng)水壓致裂測(cè)試、數(shù)值推演的方法，確定了隧洞各段的地應(yīng)力特征。結(jié)果表明：引黃濟(jì)寧工程隧洞受青藏高原東北緣塊體擠壓運(yùn)動(dòng)的影響，主壓應(yīng)力方向?yàn)镹E-NEE向；隧洞地應(yīng)力場(chǎng)可分為3個(gè)區(qū)，其中拉脊山段最大水平主應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù)達(dá)到2.0；隧洞穿越拉脊山時(shí)最大埋深超過(guò)了1 400 m，最大水平主應(yīng)力超過(guò)70 MPa，可能對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定造成較大影響。

關(guān)鍵詞：

引黃濟(jì)寧工程；深埋隧洞；地應(yīng)力場(chǎng)；地應(yīng)力；水壓致裂測(cè)試；數(shù)值推演

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230176

中圖分類號(hào)：TV221.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Comprehensive Deduction of In-Situ Stress Field Characteristics in Long and Deep Buried Tunnels of Yellow River to Xining "Diversion Project

Yang Jihua¹，Guo Weixin¹，Cui Zhen²，Wan Weifeng¹， Yao Yang¹

1. Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003，China

2. Institute of Rock and Soil Mechanics， Chinese Academy of Sciences， Wuhan 430071，China

Abstract：

Aiming at the problem of the in-situ stress field in long and deep buried tunnels， taking the deep buried tunnel of "Yellow River to Xining diversion project in Qinghai Province as the background， the regional tectonic evolution analysis， on-site hydraulic fracturing testing， and numerical deduction methods were used to determine the in-situ stress characteristics of each section of the tunnel. The research results show that the tunnel of "Yellow River to Xining diversion project is affected by the compression movement of the blocks in the northeast margin of the Qinghai-Xizang Plateau， and the main compressive stress direction is NE-NEE direction;

The stress field of the tunnel

can be divided into three regions， with the maximum horizontal principal stress lateral pressure coefficient of 2.0 in the Laji section; The maximum buried depth of the tunnel when crossing the Laji Mountain exceeds 1 400 m， and the maximum horizontal principal stress exceeds 70 MPa， which may have a significant impact on the stability of the tunnel surrounding rock.

Key words：

Yellow River to Xining "diversion project；deep buried tunnel；in-situ stress field；in-situ stress； hydraulic fracturing test；numerical deduction

0"引言

地應(yīng)力是指賦存地殼巖體中的應(yīng)力，其受深度和地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等多種因素的影響。在隧洞與地下工程建設(shè)中，地應(yīng)力是影響圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等的重要因素，直接關(guān)系到工程施工安全、工程進(jìn)度和工程投資等^[1-3]。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的隧洞與地下工程實(shí)踐，在高地應(yīng)力作用下，硬巖易發(fā)生巖爆，軟巖易發(fā)生大變形。如國(guó)內(nèi)的四川錦屏二級(jí)水電站引水站^[4]、川藏公路二郎山隧道^[5]、陜西引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞^[6]在施工中均發(fā)生了不同等級(jí)的巖爆，對(duì)施工安全造成了嚴(yán)重影響；在蘭渝鐵路毛羽山隧道^[7]、木寨嶺隧道^[8]、蘭新鐵路烏鞘嶺隧道^[9]發(fā)生了嚴(yán)重的軟巖變形，造成了處理難度大、成本高等不良后果。

在隧洞與地下工程施工前的勘察階段，準(zhǔn)確獲取地應(yīng)力特征，進(jìn)而評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定性，可為隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程概算、工期安排、施工方法選擇等提供依據(jù)。針對(duì)地應(yīng)力特征獲取問(wèn)題，較多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究，如：張重遠(yuǎn)等^[10]總結(jié)了目前常用的地應(yīng)力測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，根據(jù)其原理進(jìn)行了分類，并提出了測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)；姜永東等^[11]研究了采用巖石聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)測(cè)試地應(yīng)力的原理，并推導(dǎo)了地下巖體地應(yīng)力的基本方程；康紅普等^[12]針對(duì)深部煤礦的地應(yīng)力測(cè)試問(wèn)題，采用了小孔徑水壓致裂測(cè)試方法，成功獲得了最深1 220 m處的地應(yīng)力特征；王超等^[13]提出了針對(duì)垂直深孔的應(yīng)力解除法地應(yīng)力測(cè)試方法，并成功地在某鐵礦工程中進(jìn)行了應(yīng)用；甘俊等^[14]、張小林等^[15]采用非彈性應(yīng)變恢復(fù)（ASR）的地應(yīng)力測(cè)試方法，分別成功獲得了地下500 m和2 084.27 m深處的應(yīng)力狀態(tài)；周家興^[16]、趙雨等^[17]、金長(zhǎng)宇等^[18]分別采用了深度學(xué)習(xí)、多元線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對(duì)具體工程的地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了擬合或反演，獲得了工程區(qū)域的地應(yīng)力值；解仁偉^[19]考慮隧洞地應(yīng)力的影響，提出了水平層狀隧道荷載計(jì)算修改公式并進(jìn)行了應(yīng)用。

但不同工程所處區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造背景會(huì)有所差別，適用某工程地應(yīng)力測(cè)試技術(shù)或反演方法不一定適合其他工程，需要根據(jù)工程的設(shè)計(jì)需求及地質(zhì)構(gòu)造背景進(jìn)行針對(duì)性地應(yīng)力測(cè)試及分析。本文以青海省引黃濟(jì)寧工程長(zhǎng)大深埋隧洞為背景，在區(qū)域構(gòu)造背景分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合深孔水壓致裂地應(yīng)力測(cè)試，綜合推演不同洞段的地應(yīng)力計(jì)算公式，以期為類似工程提供參考。

1"工程概況

1.1"工程設(shè)計(jì)概況

青海省引黃濟(jì)寧工程從黃河干流龍羊峽水庫(kù)引水，向西寧市及海東地區(qū)供水。工程可分為引水工程和供水工程兩大部分，其中引水工程為一條長(zhǎng)度約74.40 km的長(zhǎng)大深埋隧洞。隧洞開(kāi)挖洞徑6.50 m，為壓力引水隧洞^[20]。引水隧洞工程布置如圖1所示。

1.2"隧洞地質(zhì)概況

引黃濟(jì)寧工程隧洞總體埋深大，埋深大于600 m的洞段累計(jì)長(zhǎng)度為57.0 km，占隧洞總長(zhǎng)的76.6%，埋深大于1 000 m的洞段長(zhǎng)度為12.7 km，占隧洞總長(zhǎng)的17.1%，最大埋深1 415 m。

引黃濟(jì)寧工程隧洞沿線出露地層巖性主要有：古元古界湟源群東岔溝組上段（Pt₁d²）千枚巖、千枚狀板巖或片巖，中元古界克素爾組（Jxk）結(jié)晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，中元古界青石坡組（Chq）千枚巖、千枚狀泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r夾鈣質(zhì)千枚巖，三疊系下統(tǒng)隆務(wù)河組（T₁l）砂巖、板巖互層夾灰?guī)r，白堊系下統(tǒng)大茶石浪組（K₁dc）礫巖、砂礫巖、砂巖，古近系西寧組（Ex）紫紅色泥巖和長(zhǎng)石砂巖，新近系貴德組（Ng）砂礫巖、砂質(zhì)泥巖，另外出露印支期花崗閃長(zhǎng)巖（T₂γδ）、二長(zhǎng)花崗巖（T₂ηγ）和加里東期花崗閃長(zhǎng)巖（S-O₃γδ）。從室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，巖石單軸抗壓強(qiáng)度從極硬巖（大于200 MPa）到極軟巖（小于1 MPa）均有分布。

1.3"地質(zhì)構(gòu)造特征

依據(jù)《中國(guó)大地構(gòu)造及其演化》^[21]中關(guān)于大地構(gòu)造單元的劃分方法，對(duì)工程區(qū)進(jìn)行了大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?。工程區(qū)涉及祁連褶皺系、秦嶺褶皺系2個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元和走廊過(guò)渡帶、北祁連優(yōu)地槽褶皺帶、中祁連中間隆起帶和南祁連褶皺帶4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（圖2）。

工程區(qū)地處祁連和青海南山—拉脊山兩大山系的交接處，區(qū)內(nèi)主構(gòu)造跡線為NW方向，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

引黃濟(jì)寧工程隧洞總體埋深大，推測(cè)地應(yīng)力較高，且隧洞軟硬巖均有分布，可能出現(xiàn)軟巖大變形和硬巖巖爆等圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題，需要獲取隧洞的地應(yīng)力特征，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2"青藏高原東北緣現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)

引黃濟(jì)寧工程區(qū)位于青藏高原東北邊緣，大地構(gòu)造板塊屬于印度板塊及鄂爾多斯地塊的交接帶，因而區(qū)內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)必然受它們的影響、制約和控制。印度板塊以50 mm/a的速度向NE方向前進(jìn)，對(duì)青藏高原產(chǎn)生了強(qiáng)大的擠壓力，這是造成地塊邊緣大規(guī)模構(gòu)造變形和強(qiáng)震發(fā)生的主要原因^[20]。

漸新世—中新世，青藏高原開(kāi)始了地殼縮短、加厚和不斷隆升的新階段，褶皺山系繼續(xù)抬升，盆地相對(duì)下降，形成了星羅棋布的山間盆地（哈拉湖、青海湖、共和盆地）和大型褶皺（烏蘭背斜），反映了NE向擠壓應(yīng)力作用。

上新世—早更新世，該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)十分強(qiáng)烈，第三系遭受剝蝕夷平的山地、高原再次強(qiáng)烈上升，斷裂復(fù)活。NW-NNW向的祁連山北緣斷裂繼續(xù)向北逆沖，NW向的龍首山南北緣斷裂受阿拉善地塊的作用向南沖覆，使走廊盆地帶受到了強(qiáng)大的NNE-NE向力源的作用，伴隨產(chǎn)生了一些NWW向斷續(xù)分布的斷裂和褶皺。早更新世末的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使早更新世及以前的地層遭受強(qiáng)烈擠壓形成了NW-NWW向的新生褶皺。以上表明這一時(shí)期本區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)以NNE-NE的擠壓逆沖作用為主。

中更新世以來(lái)，青藏高原東北緣地區(qū)在整體擠壓隆升的背景中進(jìn)入了斷塊間剪切差異運(yùn)動(dòng)的新時(shí)期。主要依據(jù)為：

1）下更新統(tǒng)與上新統(tǒng)呈平行不整合或連續(xù)沉積，形成的褶皺及擠壓陡立帶平行于主構(gòu)造線。到了中晚更新世，上述現(xiàn)象已不復(fù)存在，而形成了主斷裂內(nèi)不連續(xù)斷層段的小型拉分盆地，其中主要沉積了中、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

2）中更新統(tǒng)與下伏下更新統(tǒng)呈角度不整合接觸。

3）斷裂的力學(xué)性質(zhì)大部分發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)變。NW向和NWW向斷裂均不同程度表現(xiàn)為左旋剪切特點(diǎn)，而NNE向斷裂表現(xiàn)為右旋扭動(dòng)；但NWW向龍首山斷裂作右旋扭動(dòng)，主要是受阿拉善塊體由北向南的推擠作用造成的。

4）青藏塊體向東蠕散與鄂爾多斯塊體的阻擋產(chǎn)生的向西擠壓，造成了祁連山東部的NEE向擠壓應(yīng)力作用和NWW向斷裂的左旋走滑運(yùn)動(dòng)。

總體來(lái)說(shuō)，受青藏高原東北緣區(qū)域塊體擠壓運(yùn)動(dòng)的影響，引黃濟(jì)寧工程隧洞區(qū)域形成了以NE-NEE向?yàn)橹鞯膲簯?yīng)力環(huán)境。

3"工程區(qū)地應(yīng)力測(cè)試

根據(jù)設(shè)計(jì)，引水隧洞從龍羊峽水庫(kù)取水口經(jīng)深埋長(zhǎng)隧洞穿越拉脊山，自流輸水至湟水右岸支流教場(chǎng)河，引水工程區(qū)域位于祁連山、青海南山—拉脊山兩大山系的交接處，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

引水隧洞區(qū)域范圍內(nèi)開(kāi)展了4個(gè)鉆孔的水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試工作，鉆孔編號(hào)為SZK03、SZK05、SZK10和SZK13，分別開(kāi)展了8段、5段、2段及22段測(cè)試，圖3為鉆孔位置。圖4為SZK03、SZK05和SZK13鉆孔水壓致裂地應(yīng)力測(cè)試應(yīng)力-深度曲線，由于SZK10鉆孔僅有2段數(shù)據(jù)，無(wú)法擬合曲線。

從圖4可以看出，各應(yīng)力量值與深度基本呈線性關(guān)系，應(yīng)力值隨著深度的增大而增大，這與地殼應(yīng)力場(chǎng)普遍特征相符合。各鉆孔的地應(yīng)力分布規(guī)律具有差異性。具體表現(xiàn)為：SZK03鉆孔應(yīng)力規(guī)律滿足σ_vgt;σ_Hgt;σ_h（σ_v 為垂直主應(yīng)力），以自重應(yīng)力為主；SZK05和SZK10鉆孔應(yīng)力規(guī)律滿足σ_Hgt;σ_hgt;σ_v，以水平構(gòu)造應(yīng)力為主；SZK13鉆孔應(yīng)力規(guī)律滿足σ_Hgt;σ_vgt;σ_h，以水平構(gòu)造應(yīng)力為主。SZK10和SZK13鉆孔附近的水平構(gòu)造應(yīng)力明顯強(qiáng)于SZK03和SZK05鉆孔代表的工程區(qū)域。地應(yīng)力量值方面，SZK10鉆孔在514.2～555.3 m段出現(xiàn)了32.4～33.9 MPa的高地應(yīng)力，進(jìn)一步顯示了隧洞區(qū)的地應(yīng)力復(fù)雜性。

在地應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中對(duì)最大主應(yīng)力方向進(jìn)行了印模測(cè)定，結(jié)果表明：SZK03鉆孔區(qū)域的σ_H方向?yàn)镹79E，SZK05鉆孔區(qū)域的σ_H方向?yàn)镹61E，SZK13鉆孔區(qū)域的σ_H方向?yàn)镹69°～74E。試驗(yàn)結(jié)果表明鉆孔附近應(yīng)力場(chǎng)具有一定的一致性，工程區(qū)現(xiàn)今水平應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)以NEE向擠壓為主。

4"工程區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)推演

4.1"工程區(qū)地應(yīng)力方向推演

工程沿線區(qū)域的地應(yīng)力鉆孔中，取得了主應(yīng)力測(cè)試方向成果的有3個(gè)鉆孔——SZK03、SZK13和SZK05，3個(gè)鉆孔的方向結(jié)果印證了工程區(qū)域主應(yīng)力方向大致為NE向，但在方向角度上略有差異。其中，SZK03孔（鄰近樁號(hào)25+000）揭示最大主應(yīng)力方向N79°E，SZK13孔（鄰近樁號(hào)32+000）揭示最大主應(yīng)力方向N69°～74°E，SZK05孔（鄰近樁號(hào)56+000）揭示最大主應(yīng)力方向N61°E。選擇采信哪一孔的結(jié)果，會(huì)直接影響后續(xù)的研究結(jié)論。此節(jié)將針對(duì)工程區(qū)域的地應(yīng)力方向進(jìn)行討論，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)一步分析。

前述研究中已經(jīng)明確了工程區(qū)域?qū)儆谇嗖馗咴瓥|北緣地區(qū)，區(qū)域內(nèi)發(fā)育了規(guī)模巨大NWW向的逆沖兼走滑斷裂帶，這些斷裂帶構(gòu)成區(qū)域的構(gòu)造邊界。拉脊山位于工程區(qū)的中心部位，其兩側(cè)邊界分別為拉脊山南緣斷裂和拉脊山北緣斷裂。拉脊山斷裂實(shí)際上是西秦嶺北緣左旋走滑斷裂帶的一個(gè)大規(guī)模擠壓構(gòu)造區(qū)，在地形地貌上形成了一系列弧形的斷裂帶，其控制和影響著周邊新生代盆地的演化。

為研究在上述新構(gòu)造機(jī)制作用下引水隧洞工程區(qū)域的地應(yīng)力場(chǎng)方向特征，根據(jù)已有研究成果，定性認(rèn)為這一區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力分布受走滑斷層控制。本文采用數(shù)值模擬的方法，建立引黃濟(jì)寧工程隧洞區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造模型，對(duì)構(gòu)造應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬，研究隧洞一般洞段及區(qū)域斷裂部位的地應(yīng)力量值和方向，為隧洞的圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和隧洞支護(hù)襯砌設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

在確定數(shù)值模擬范圍方面，應(yīng)盡可能包含區(qū)域絕大部分地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)上述的基本原則，本文確定的計(jì)算模型主要包括F₂、F₃、F₅和F₆在內(nèi)的一個(gè)長(zhǎng)方形區(qū)域（圖5）。邊界條件：最大主應(yīng)力（σ₁）為20 MPa，最小主應(yīng)力（σ₂）為8 MPa，均設(shè)置為壓應(yīng)力。根據(jù)區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)特征，確定區(qū)域最大主應(yīng)力β. 輸水區(qū)域地應(yīng)力主應(yīng)力方位角；γ. 印支期花崗巖；T. 三疊系；K. 白堊系；Z. 震旦系。

方向?yàn)镹40°～70°E。研究中，將通過(guò)在不同區(qū)域最大主應(yīng)力方向條件下的局部主應(yīng)力特征對(duì)工程區(qū)域主應(yīng)力方向進(jìn)行討論。

圖6為在不同方向的區(qū)域主應(yīng)力作用下，隧洞沿線地應(yīng)力方向的矢量的變化情況。從圖6可見(jiàn)，相比于F₅和F₆，F(xiàn)₂、F₃等引水線路南側(cè)斷裂的變形以垂直斷層方向?yàn)橹鳎呋羟羞\(yùn)動(dòng)分量不明顯，與斷層實(shí)際觀測(cè)結(jié)果相符。因此，南側(cè)斷裂局部地應(yīng)力場(chǎng)體現(xiàn)為受區(qū)域主應(yīng)力控制為主，其方向基本與區(qū)域主應(yīng)力方向一致。

對(duì)于北側(cè)拉脊山南緣、北緣斷裂，當(dāng)輸入?yún)^(qū)域地應(yīng)力主應(yīng)力方位角較?。?0°～40°）時(shí)（圖6a），斷層走滑分量不顯著，計(jì)算得到的主應(yīng)力方向與輸入的區(qū)域主應(yīng)力方向一致；而當(dāng)輸入?yún)^(qū)域地應(yīng)力主應(yīng)力方位角較大（50°～70°）時(shí)（圖6b、c、d），在區(qū)域主應(yīng)力作用下，左旋走滑分量顯著，在斷層走滑錯(cuò)動(dòng)的作用下，局部地應(yīng)力主應(yīng)力矢量具有偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在倒淌河—拉脊山之間的地應(yīng)力矢量向NE向偏轉(zhuǎn)，在拉脊山北側(cè)逐漸向NEE向偏轉(zhuǎn)。因此，綜合以上數(shù)值計(jì)算分析，可以獲取認(rèn)識(shí)如下。

1）若區(qū)域地應(yīng)力最大主應(yīng)力方位角較小，隧洞沿線地應(yīng)力場(chǎng)矢量的方向應(yīng)較為一致，指向與最大主應(yīng)力方向相同的角度，即NE向。

2）若區(qū)域地應(yīng)力最大主應(yīng)力方位角較大，隧洞沿線地應(yīng)力場(chǎng)矢量方向以倒淌河斷裂、拉脊山斷裂為界，具有一定變化，在南側(cè)與區(qū)域地應(yīng)力最大主應(yīng)力方位角相近，即NEE向；在倒淌河—拉脊山附近受斷層影響，局部地應(yīng)力矢量具有偏轉(zhuǎn)，更偏向NE方向；在拉脊山附近恢復(fù)為NEE向。

雖然工程區(qū)域近場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果支持區(qū)域地應(yīng)力最大主應(yīng)力方位角較小，但距離工程區(qū)域更近的三個(gè)鉆孔揭示的主應(yīng)力方位角均較大。

隧洞各段的最大主應(yīng)力等色區(qū)圖見(jiàn)圖7，通過(guò)圖7可對(duì)引黃濟(jì)寧工程隧洞各段的最大主應(yīng)力情況進(jìn)行定性判斷。各段地應(yīng)力場(chǎng)分布情況見(jiàn)表1。

本著就小的原則，當(dāng)采信本工程鉆孔的地應(yīng)力方向成果（即主應(yīng)力方位角較大）時(shí)，隧洞沿線地應(yīng)力場(chǎng)以倒淌河斷裂和拉脊山斷裂為界，可分為3個(gè)不同的地應(yīng)力分區(qū)，各分區(qū)特征如下。

分區(qū)1：倒淌河斷裂以南，樁號(hào)為0+000—31+000，地應(yīng)力場(chǎng)受區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)控制，方向近似與區(qū)域地應(yīng)力一致，為NEE向，為N60°～70°E，最大水平主應(yīng)力

與隧洞軸線的夾角為25°～35°（表1），較利于隧洞圍巖穩(wěn)定性；在倒淌河斷裂鄰近區(qū)域具有向NE偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，有利于隧洞圍巖穩(wěn)定。

分區(qū)2：倒淌河斷裂以北、拉脊山南緣斷裂以南，樁號(hào)為31+000—51+000，地應(yīng)力場(chǎng)在斷層走滑作用下，具有向NE偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)，在該部位主應(yīng)力方向?yàn)镹°40～60°E，最大水平主應(yīng)力與隧洞軸線夾角為5°～28°（表1），有利于隧洞圍巖穩(wěn)定。

分區(qū)3：拉脊山南緣斷裂以北，樁號(hào)為51+000—74+400，地應(yīng)力場(chǎng)主方向矢量恢復(fù)為NEE向，為N60°～70°E，最大水平主應(yīng)力與隧洞軸線夾角為2°～8°（表1），有利于圍巖穩(wěn)定。

4.2"地應(yīng)力量值擬合

根據(jù)3.2節(jié)中的地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，以及4.1節(jié)中的地應(yīng)力分區(qū)結(jié)果，確定了各個(gè)地應(yīng)力分區(qū)中的主應(yīng)力擬合公式。

1）分區(qū)1

σH=0.75γH;

σh=0.60γH;

σv=1.00γH。

2）分區(qū)2

σH=2.00γH;

σh=1.45γH;

σv=1.00γH。

3）分區(qū)3

σH=1.30γH;

σh=0.95γH;

σv=1.00γH。

式中，γ為巖體重度，根據(jù)實(shí)際巖土體物理力學(xué)參數(shù)分區(qū)結(jié)果確定。

由擬合公式可以看出：分區(qū)1以自重應(yīng)力為主，水平構(gòu)造應(yīng)力不明顯；分區(qū)2受拉脊山強(qiáng)烈擠壓的影響，水平構(gòu)造應(yīng)力顯著，最大水平主應(yīng)力側(cè)壓力系數(shù)達(dá)到2.0；分區(qū)3以水平構(gòu)造應(yīng)力為主，最大水平主應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)為1.3。

4.3"隧洞分段地應(yīng)力場(chǎng)特征

根據(jù)各地應(yīng)力分析中圍巖水平主應(yīng)力量計(jì)算公式和豎直應(yīng)力計(jì)算公式，結(jié)合隧洞埋深可以計(jì)算出隧洞工程區(qū)域所在地層的σ_H、σ_h和σ_v，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出，在隧洞樁號(hào)50+716—52+920段，由于埋深超過(guò)1 400.00 m，最大水平主應(yīng)力達(dá)到72.87 MPa，可能對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定造成較大影響。

4.4"區(qū)域斷裂部位局部地應(yīng)力場(chǎng)

根據(jù)表1中隧洞沿線地應(yīng)力場(chǎng)分布特征計(jì)算結(jié)果，可以獲取斷裂區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)與隧洞軸線相互關(guān)系，如表2所示。

由表2可見(jiàn)，對(duì)于F₂斷裂帶部位，水平最大主應(yīng)力與隧洞軸線夾角為30°，隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量σ_xx為9.24～9.41 MPa，垂直隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量σ_yy為10.30～10.50 MPa，豎直向應(yīng)力分量為14.50～14.80 MPa。對(duì)比F₂斷裂帶鉆孔（SZK03）實(shí)測(cè)地應(yīng)力結(jié)果，洞身高程軸線方向水平應(yīng)力分量約10.80 MPa（圖4a擬合得出），與推演結(jié)果基本一致。

對(duì)于F₃斷裂帶部位，水平最大主應(yīng)力與隧洞軸線夾角為15°，隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量為24.70～25.20 MPa，垂直隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量為32.60～33.20 MPa，豎直向應(yīng)力分量為16.60～16.90 MPa。對(duì)比F₃斷裂帶鉆孔（SZK13）實(shí)測(cè)地應(yīng)力結(jié)果，洞身高程軸線方向水平應(yīng)力分量約33.90 MPa（圖4c擬合得出），與推演結(jié)果基本一致。

對(duì)于F₅斷裂帶部位，水平最大主應(yīng)力與隧洞軸線夾角為18°，隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量為21.30～24.40 MPa，垂直隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量為27.60～31.60 MPa，豎直向應(yīng)力分量為14.20～16.20 MPa。對(duì)比F₅斷裂帶補(bǔ)充鉆孔（SZK18，圖8）實(shí)測(cè)地應(yīng)力擬合結(jié)果，洞身高程軸線方向水平應(yīng)力分量約32.80 MPa，與推演結(jié)果基本一致。

對(duì)于F₆斷裂帶部位，水平最大主應(yīng)力與隧洞軸線夾角為3°，隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量為9.30～10.20 MPa，垂直隧洞軸線方向水平應(yīng)力分量為12.70～13.90 MPa，豎直向應(yīng)力分量為9.78～10.70 MPa。

通過(guò)以上分析可以看出，F(xiàn)₃、F₅斷裂帶部位地應(yīng)力量值較高，這與兩條斷裂帶為活動(dòng)性斷裂、F₃斷裂帶為青海南山與日月山分界線、F₅斷裂帶為日月山與拉脊山及分界線，以及擠壓構(gòu)造強(qiáng)烈有關(guān)。

5"結(jié)論

1）工程區(qū)位于青藏高原東北緣，受塊體擠壓運(yùn)動(dòng)的影響，形成了以NE-NEE向的主壓應(yīng)力環(huán)境。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)主應(yīng)力方向與區(qū)域主壓應(yīng)力環(huán)境基本一致。

2）根據(jù)實(shí)測(cè)地應(yīng)力方向及數(shù)值推演，隧洞沿線地應(yīng)力場(chǎng)方向可分為3個(gè)區(qū)，基于公式擬合，可得出不同洞段的地應(yīng)力分布特征。

3）隧洞穿越拉脊山時(shí)，由于擠壓構(gòu)造強(qiáng)烈，埋深大，最大水平主應(yīng)力可達(dá)72.87 MPa，可能對(duì)圍巖穩(wěn)定造成不利影響。

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