天池坪隧道围岩变形与地应力关系的研究

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1、天池坪隧道围岩变形与地应力关系的研究【】本文以天池坪隧道施工为工程背景，通过应力测试研究围岩变形与地应力的关系，分析认为，隧道围岩的变形是在较强的构造应力与垂直重力共同作用的。围岩应力状态是支护设计的依据，适时支护是非常重要的，这对确保围岩稳定和支护安全具有重要意义。　　【关键词】应力测试；围岩变形；地应力；适时支护；围岩稳定　　TheStudyofRelationshipBetationofsurroundingrockisthejointeffectofstrongtectonicstressandv

2、erticalgravity.Rockstressstateisthebasisforsupportingdesign,timelysupportisveryimportant,ationofsurroundingrock;Crustalstress;Timelysupport;Surroundingrockstability　　　　1.引言　　我国地形东高西低，西部多为山区、高原：东部多为平原、丘陵。东部地区与西部地区的地应力状态大不相同，东部地区地应力量值较低，而西部地区地应力量值较高，是我国的高地应

3、力地区，在低地应力地区，岩爆发生频率很低，而在高地应力地区，岩爆发生的频率很高，如果是软弱岩层，在地下洞室成洞期间极易发生塑性大变形，甚至发生洞室坍塌、无法成洞等现象。　　地应力作用无处无时不在，尽管一定规模的地下洞室的人为开挖将导致洞壁围岩中的地应力作用重新分布，但其影响范围只是限于洞壁围岩的浅部，而且随着时间的延续会在一定时间内重新达到一个新的平衡［1］。由此可见，围岩稳定性的决定因素是其原地应力的作用。　　一般而言，在地壳深部镶嵌紧闭的情况下，即使是结构并不十分完整的岩体，其本身也具有一定的抗载

4、能力，只是由于岩性及其结构与构造的不同，其承载强度具有显著差别［2］。因此，在同一地壳应力场的作用下，完整坚硬的结晶岩体易于积蓄大量的弹性应变能，在开挖扰动的情况下，大多表现为脆性破坏，而对于各类软弱岩层，隧道围岩的破坏往往以流变变形为主。通过地质勘察或隧道开挖，可以准确地弄清岩体的岩性及其结构特征，而岩体的地应力状态则只有通过原地测量才能比较准确地确定。因此，长大隧道围岩变形的研究是工程建设的一个关键问题，而地应力状态资料是稳定性分析的依据，原地应力测量是不可或缺的地质勘测内容之一。　　2.工程概况

5、　　本文以兰渝铁路兰州至广元段天池坪隧道为工程背景，天池坪隧道位于甘肃省宕昌县境内，隧道全长14521m，为一座长双线隧道。隧道于龚家沟左岸（DK285977）山坡进洞，下穿池家山沟(DK288073)、邓邓桥沟(DK291460)、天池里沟(DK293590)、广坪沟（DK297560）等大型沟谷，在庙下沟右岸（DK300498）出洞。　　该隧道在大的地貌单元上属于西秦岭高中山区，沿线山高沟深，岸坡陡峻，地面最小高程为1350m，最大高程2980m，相对高差为1630m。沿线经过的主要沟谷为：池家山沟、邓桥

6、沟、天池里沟、广坪沟，多为'V'字型沟谷，坡降较大，沟谷中由于河流侵蚀，使得岸坡陡峻，山体陡崖遍布，部分基岩表层风化剥落，形成缓坡。隧道最大埋深1500m，洞身沟谷中最小埋深86m。　　隧道通过区位于秦岭褶皱系，地质构造复杂，褶皱发育。受构造影响岩层产状较乱，走向总体以北西——北西西向为主，层面多张开，节理以近垂直岩层走向的两组节理为主，多为“X”“羽”状剪节理，微张——张开；裂隙发育，多为方解石填充。地层岩性有第四系全新统地层主要分布于冲沟、山坡缓坡及坡麓地带，成因以冲积、洪积、坡积为主。主要岩性为砂质黄土

7、、粗角（圆）砾土、卵石土、碎石土；上更新统风积砂质黄土主要分布在池家山、天池坪山梁顶部地表。三叠系，为该隧道通过的主要基岩地层，岩性以砂岩、板岩、灰岩及三者互层为主。　　　　3.池坪隧道DSZ-1孔测试结果及分析　　天池坪隧道SZ-1孔，设计孔深为225.00m，静水位约为14.50m。该孔岩芯主要为板岩和灰岩。钻孔结构为：0～30m为150套管，30～121.44m为130，121.44～205.00m为110，205.00～225.00m为91。212.44m附近有一段飞管残留孔内。　　根据设

8、计要求，测试主要在110和91的钻孔中进行。成功进行水压致裂法地应力测量6个点，应力方向测量3个点。　　　　　　3.1主应力量值的测试结果。　　图1是该孔压裂过程中的压力——时间记录曲线。共6个压裂段，各压裂段的破裂压力、重张压力、闭合压力在各次循环较清晰明确，这为准确地把握测段处的应力状态奠定了良好的基础。由重张压力和闭合压力分别计算给出各测段处的最大水平主应力和最小水平主应力