２０１１年６月 铁道工程学报 Ｊｕｎ ２０１１ 第６期（总１５３） Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＩＬＷＡＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ ＮＯ．６（Ｓｅｒ．１５３） 文章编号：１００６—２１０６（２０１１）０６—００５２－０６ 克什克腾越岭隧道区地应力特征分析。 李瑞峰料 （铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津３００１４２） 摘要：研究目的：通过对克什克腾越岭隧道区地层多样，构造复杂的区域地质特征的分析，重点介绍了水压致 裂法在地应力测试中的应用。同时，结合测试结果详细阐述了隧道区地应力的综合特点和可能发生的区域地 质问题。 研究结论：在克什克腾旗隧道区实际钻孔的基础上，通过应用水压致裂法地应力测试技术，对隧道区地应 力大小及存在状态进行了综合分析，得出了隧道区地应力变化规律：（１）最大水平主应力值大于最小水平主 应力和垂直应力，以水平应力作用为主。（２）实测最大、最小水平主应力随钻孔深度的增加而逐渐增大，同 时，最大水平主应力方向以ＮＥＥ～ＳＷＷ方向挤压为主。（３）由于隧道区地应力状态分布均匀，实测地应力值 不高，隧道区产生大的岩爆可能性不大。 关键词：地应力；越岭隧道；特征分析 中图分类号：［Ｕ２５］ 文献标识码：Ａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ Ａｒｅａ ｏｆ Ｋｅｓｈｉｋｅｔｅｎｇ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｔｕｎｎｅｌ ＬＩ Ｒｕｉ——ｆｅｎｇ （Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｓｔｒａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｋｅｓｈｉｋｅｔｅｎｇ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ｄｉｖｅｒｓｅ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｅａ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒｔｈｅ ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｔｏ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｎ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｅａ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｐｒｏｂａｂｌｙ ｈａｐｐｅｎ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｋｅｓｈｉｋｅｔｅｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｅａ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅａ：（１）Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｌｅｖｅｌ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｓｔｒｅｓｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｆａｃｔｏｒ．（２）Ｔｈｅ ｔｅｓｔｅｄ ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｌｅｖｅｌ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｓｈｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ＮＥＥ—ＳＷＷ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｌｅｖｅｌ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ．（３）Ａｓ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｅａ ｉｓ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄ ｅｖｅｎｌｙ，ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｎｏｔ ｈｉｇｈ，ＳＯ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈａｐｐｅｎｉｎｇ ｒｏｃｋ ｏｕｔｂｕｒｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ；ｍｏｕｎｔａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ 收稿日期：２０１ｌ—Ｏ３—１８ 作者简介：李瑞峰，１９７９年出生，男，工程师。 第６期 李瑞峰：克什克腾越岭隧道区地应力特征分析 ５３ １ 工程概况 克什克腾隧道位于内蒙古自治区克什克腾旗镜 内，是集宁至通辽铁路扩能改造工程中的越岭隧道，它 穿越赤峰市克什克腾旗经棚镇以北的大兴安岭南端余 脉。隧道全长为２８ ９４０ ｍ，为目前我国铁路工程中设 计的最长隧道，其主要特点是隧道长，埋藏深，地质 复杂。 ２隧道区区域地质特征 ２．１地形地貌 隧道区地处燕山余脉与阴山的交汇地带，是内蒙 古高原向松辽平原的过渡地段，地貌属剥蚀中低山区， 是大青山的东缘地区。隧道范围内地势总体东北高， 西南低，隧道顶部山势雄伟，地形崎岖复杂，多呈悬崖 陡坎，沟谷切割强烈。大部分地段山体基岩裸露，植被 稀疏，仅个别沟谷中有人工林发育。隧道所经山脉海 拔高程一般在１ ｌ８２～１ ９０２ ｍ之间，隧道最大埋深 ６９６ ｒｎ。 ２．２地层岩性 隧道区地层较复杂，主要为第四系全系统冲洪积 圆砾土、卵石土；上更新统风积新黄土；上更新统坡洪 积角砾土，碎石土；下伏地层为侏罗系细砂岩、凝灰岩、 凝灰质砂岩、凝灰质砾岩、二叠系砂岩、变质砂岩，燕山 期晚期花岗岩及闪长玢岩。 ２．３地质构造 隧道区域位于阴山东西向构造带向东延伸部分的 北侧，大兴安岭南端，为阴山东西向复杂构造带与大兴 安岭新华系构造带的交汇处，在漫长的地质年代，经历 如“燕山构造运动”和“喜山构造运动”等较强的几次 构造活动，地质构造相当复杂。 ２．４水文地质特征 根据隧道区出露的地层岩性，地质构造特征，并结 合含水介质的不同，地下水分为基岩裂隙水和第四系 松散堆积层孔隙水两类。对工程影响较大的主要是基 岩裂隙水，经水文地质调查评价及抽提水试验分析，隧 道最大涌水量可达５４ １４０ ｍ ／ｄ Ｌ９ｊ。 ３地应力测试的原理与方法 地应力的测试与分析方法有多种，比较常用的有 构造分析法、震源机制解、应力解除法、水压致裂法及 声发射法等。各种方法都有其优越性和局限性，本次 工作主要采用水压致裂法进行测试分析 Ｊ。 水压致裂法是７０年代发展起来的一种地应力测 量方法，该方法是国际岩石力学学会试验方法委员会 颁布的确定岩石应力所推荐的方法之一，是目前国际 上能较好地直接进行深孔应力测量的先进方法。该方 法无需知道岩石的力学参数就可获得地层中现今地应 力的多种参量，并具有操作简便、可在任意深度进行连 续或重复测试、测量速度快、测值可靠等特点，因此近 年来得到了广泛应用，并取得大量的成果 。水压致 裂原地应力测量是以弹性力学为理论基础，并以下面 三个假设为前提：（１）岩石是线弹性和各向同性的； （２）岩石是完整的，压裂液体对岩石来说是非渗透的； （３）岩层中有一个主应力的方向和孑Ｌ轴平行。在地应 力测量时，利用一对可膨胀的封隔器在选定测量深度 封隔一段钻孔，然后通过泵人流体对该试验段（常称 压裂段）增压，同时利用 —ｙ记录仪、计算机数字采 集系统或数字磁带仪记录压力随时间变化各次压裂循 环的过程。从而获得压力一时问记录曲线，由此取得 有关岩石力学参数。同时，可根据印模器或井下电视 获取破裂方位，确定原地应力的方向¨ 。 ４ 隧道区区域地应力测试结果综合分析 为了定量评价隧道区地应力的大小和方向，先后 在隧道区完成了１０一ＺＤ一０１２２、１０一ＺＤ一０１２３、１０一 ＺＤ一３００２、１０一ＺＤ一３００３和１０一ＺＤ一０１１９钻孑Ｌ的水 压致裂应力测试工作。获得钻孔不同深度３８个测段 的原地应力测量和ｌ５个试段最大水平主应力方向的 定向印模测量资料，确定了克什克腾隧道的现今地应 力分布状况。通过这些测试数据，发现在这些钻孔内 试验结果大体一致，现取代表钻孔１０一ＺＤ一３００２的 测量结果进行分析。 ４．１ 主应力大小测试结果 １０一ＤＺ一３００２孔在１７０．０～３４０．０ ｍ深度内成功进 行了８段水压致裂原地应力测量，如表１所示，这８段 压裂过程中的压力一时间记录曲线绘于图１所示。 ５４ 铁道工程学报 ２Ｏｌ１年６月 表１克什克腾隧道１Ｏ—ＺＤ一３０１１２孔水压致裂法地应力测量结果表 序号 １ ２ ３ 测段深度／ｍ 压裂参数／ＭＰａ 尸ｂ Ｐ ６．２０ ７．２５ ７．５９ 主，立力值／ＭＰａ Ｐ０ １．２５ １．６２ １．８２ １０．９７ ９．６ ８．８７ 破裂方向 ／（。） Ｎｌ５。Ｅ Ｎ２４。Ｅ Ｐ ４．５ｌ ４．８５ ５．８６ ＰＨ １．６５ ２．Ｏ２ ２．２３ ＳＨ ６．ｏ９ ５．６８ ８．１６ Ｓｈ ４．５１ ４．８５ ５．８６ Ｓ ４．３９ ５．３７ ５．９１ １６９．２０～１６９．８Ｏ ２ｏ６．８Ｏ～２Ｏ７．６０ ２２７．６０—２２８．４０ １７．１７ ｌ６．８５ １６．４６ ４ ５ ６ ２５３．６０～２５４．２０ ２７９．６０～２８０．４０ ３０５．６０—３０６．２０ １３．９８ ｌ７．０４ １４．３５ ８．５６ ８．２０ １１．４２ ６．７３ ６．４４ ８．５５ ２．４８ ２．７４ ２．９９ ２．Ｏ８ ２．３３ ２．５９ ５．４２ ８．３４ ２．９３ ９．５５ ８．７８ １１．６４ ６．７３ ６．４４ ８．５５ ６．５８ ７．２６ ７．９４ Ｎ２８。Ｅ ７ ８ ３２６．４０～３２７．２０ ３３８．２０—３３８．８０ ｌ１．５７ １７．４０ ８．８６ １１．４６ ８．３４ ８．８４ ３．１９ ３．３１ ２．７９ ２．９１ ２．７１ ５．４４ １３．３８ １２．１５ ８．３４ ８．８４ ８．４８ ８．７８ 注：Ｐｂ——岩石原位破裂压力；Ｐ ——破裂重张压力；Ｐ ——瞬时闭合压力；ＰＨ——试段深度上的水柱压力；Ｐｏ——试段深度 上的孔隙压力；卜岩石抗拉强度；ＳＨ——最大水平主应力；Ｓｈ——最小水平主应力；Ｓ ——用上覆岩层（密度２ ６５０ ｋｇ／ｍ ）重 量估算的垂直应力；孔深为３４６ ｍ；水位离孔口约４１ ｍ。 Ｏ ２ ４ ０ ２ ４ Ｏ ２ ４ ：８ 杀 出重。５ ０ １ｌ５０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ３ Ｏ ２ ４ Ｏ ２ ４ Ｏ ６ ７ ８ ９ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ 时间／ｍｉｎ 图１ ｌＯ—ＺＤ一３００２孔压裂过程中的压力一时间记录曲线 ４．２主应力方向的测量结果 绘于图３（ｂ），得出线性回归关系表达式如下： ＳＨ＝０．０４４Ｈ一２．１９ Ｓｈ＝０．０２７Ｈ一０．３６ 本孔压裂结束后，使用自动定向仪，选取在该孔其 中三段进行压裂缝印模测定。印模结果如图２所示。 由这三个印模结果确定最大水平主应力方向由浅至深 分别为Ｎ１５。Ｅ、Ｎ２４。Ｅ和Ｎ２８。Ｅ，优势方向为Ｎ２２。Ｅ。 Ｒ＝０．９４０ ９ Ｒ＝０．９６６ １ Ｓｖ＝０．０２６Ｈ 式中．ｓ ．ｓ 、Ｊｓ ——分别为最大、最小水平主应力和 垂直应力（ＭＰａ）； Ｈ＿深度（１ＴＩ）； Ｒ——线性相关系数。 ４．３钻孔应力值随孔深的分布状态 在表１中可以得到１０一ＺＤ一３００２孔８个测段的 应力值随孔深的分布情况。现绘制成图３（ａ）。同时， 为进一步了解该孔最大、小主应力和垂直应力随孔深 在不同深度上的三向主应力之间的关系表达式为 ＳＨ＞Ｓｈ＞Ｓ ｏ 分布的贮荐规律，对该孔应力值进行线性回归计算并 第６期 李瑞峰：克什克腾越岭隧道区地应力特征分析 ５５ ｌ８０。０。 ｌ８０。 ｌ８Ｏ。 Ｏ。 ｌ８Ｏ。 １８Ｏ。０。 １８０ｏ ＩＩ 基线 基线 基线 裂缝 图２ １０一ＺＤ一３００２孔印模结果 应力值／ＭＰａ Ｏ ６Ｏ １ｏｏ １４０ １８０ 应力值／ＭＰａ ｌ２ ｌ５ ０ ６０ １０ｏ １４０ ３ ６ ９ ３ ６ ９ ｌ２ １５ １８０ 隧２２０ ２６０ 隧２２０ ２６０ ３ｏｏ ３ｏｏ ３４０ ３４０ 图３ １０一ＺＤ一３００２孔三向主应力随孔深增加变化关系 表２ ５个钻孑Ｌ最大、最小水平主应力值和 ４．４地应力测试的综合结果 垂直主应力值测量结果汇总 在克什克腾隧道进行的５个钻孔地应力测试，它 们在隧道不同的地理位置，不同的深度上共取得了 ３８个测段的水压致裂法地应力测试资料和ｌ５个试段 ｌ０测量深度 孑Ｌ号 ／ｍ 最大 主应力 ｓ／ＭＰａ Ｈ最小 估算 主应力 垂盲府力 Ｓｈ／ＭＰａ ５．０７～ ７．７６ ４．Ｏ２～ ７．８ｌ ４．５１～ ８．８４ ３．１６～ Ｓｖ／ＭＰａ １．８６～ ３．８８ ３．３５～ ５．０ｌ ４．３９～ ８．７８ ２．４２～ 最大水平主应力方向的定向印模测量资料。通过测试 一ＺＤ一０１２２ ７０—１５０ ８．３３～ ｌ１１６ ．结果得出：（１）最大主应力大于垂直应力和最小主应 力，表明５个钻孔均以水平主应力作用为主。（２）５个 钻孑Ｌ主应力的方向结果均在Ｎ１５。～４５。Ｅ的范围内， 各孔测量结果均有较好的一致性，由此表明隧道区现 １０一ＺＤ一０１２３ ｌ３Ｏ～２ｏｏ ５．９３～ ｌ１８８ ．ｌ０一ＺＤ一３００２ １７０～３４０ ６．０９～ １１６５ ．１０一ＺＤ一３０ｏ３ ９０—４５０ ５．５７～ ｌ５．今构造应力场为以ＮＮＥ～ＳＳＷ方向挤压为主。如 表２、表３所示。 ｌ０一１４ ９．７０ ２．４６～ ５．７８ ｌ１．４３ ３．１２～ ５．１４ ＺＤ一０ｌｌ９ ｌ２０～２ｏｏ ３．４９— ９６ ．５６ 铁道工程学报 ２０１１年６月 表３ Ｓ个钻孔最大水平主应力方向统计 孔号 印模深度 Ｓ 方向 优势方位 ／ｍ ／（。） ／（。） ７１．３４—７２．９４ Ｎ３２。Ｅ １０一ＺＤ一０１２２ ９２．４３～９３．０３ Ｎ４４。Ｅ Ｎ３３。Ｅ １４８．９７—１４９．５７ Ｎ２３。Ｅ １２９．１０—１２９．７０ Ｎ１８。Ｅ １Ｏ—ＺＤ一０１２３ １４８．１０～１４８．７０ Ｎ２５。Ｅ Ｎ２４。Ｅ １９５．５０～１９６．１０ Ｎ３０。Ｅ ２０６．８０～２０７．６０ Ｎ１５。Ｅ １０一ＺＤ一３０ｏ２ ２２７．６０～２２８．２０ Ｎ２４。Ｅ Ｎ２２。Ｅ ２７９．６０～２８０．２０ Ｎ２８。Ｅ ２９４．２４～２９５．８４ Ｎ３９。Ｅ １Ｏ—ＺＤ一３０ｏ３ ３５３．２６—３５４．８６ Ｎ２８。Ｅ Ｎ３７。Ｅ ４０６．４４—４０７．０４ Ｎ４３。Ｅ １２３．５０—１２４．１０ Ｎ２８。Ｅ １Ｏ—ＺＤ一０１１９ １６１．４０—１６２．００ Ｎ４１。Ｅ Ｎ３８。Ｅ １８５．４０～ｌ８６．ｏｏ Ｎ４５。Ｅ ５ 与地应力有关的主要地质问题分析 与评价 ５．１地应力状态与隧道围岩稳定分析 克什克腾隧道的围岩稳定性取决于地质构造、围 岩结构、地应力状态以及水文地质施工工艺与方法诸 多因素，而在诸多因素中围岩应力状态是决定因素之 一。理论和实践证明，在水平应力大于垂直应力的情 况下，隧道轴线沿最大水平主应力方向布置或与最大 水平主应力方向小角度相交时对围岩稳定比较有利， 而最大水平主应力（Ｓ ）方向与隧道轴线呈９０。夹角 时，隧道横截面上受到切向应力最大，对洞径围岩剪切 破坏性越大。克什克腾隧道设计硐轴线方位大约在 Ｎ１０。～３０。Ｅ向，实测最大水平主应力方向在Ｎ１５。～ ４５。Ｅ，与拟建的克什克腾隧道方向平行或夹角很小。 而三向主应力之间的关系钻孔多数表现为Ｓ ＞Ｓ ＞ Ｓ ，最大主应力为水平主应力在区域应力场起主导地 位，这一特定的区域应力场中，隧道围岩承受压力较 小，利于围岩稳定。考虑到５个钻孔地应力值不高，隧 道埋藏不深，硐轴线岩石总体完整，构造活动较弱，隧 道经过的地段没有较大的断层，认为地应力作用不会 对地下隧道构成大的危害。 Ｓ．２地应力与岩爆分析 硐室开挖引起岩爆触发因素较多，比如开挖断面 形状、开挖方式、岩层产状、岩性关系、岩体中的节理、 断层以及它们的边界、破坏机制形成的原因、硐室的埋 藏深度等。但一般来说，发生岩爆主要归为二大因 素 ，ｏ’ ，一是普遍认为岩石性质结构是第一位，在大 量的观测资料研究表明，大多数岩爆是发生在，岩石坚 硬、干燥无水、厚层块状完整的岩体中，是岩爆发生的 内因；二是隧道围岩中的应力是第二位，发生岩爆的地 点都是在围岩中积蓄了大量的弹性应变能。由于岩体 处在地应力作用下，硐室开挖过程中爆破使洞室周围 岩石应力状态发生急剧变化，岩体中的弹性应变能突 然释放，产生局部过度变形状态，也就是说急激改变了 围岩中初始应力状态，如果地应力超过岩石原有的极 限强度就会使得应力释放，便会产生岩爆，岩爆发生是 外因。 切向应力准则首先由挪威学者巴顿提出。根据切 向应力准则，将围岩的切向应力（ｏｒ。）与岩石的抗压强 度（ ）之比作为判断有无岩爆及发生岩爆的等级划 分原则。有关研究表明 ］： ｏｒ。／ｏｒ ＜０．３ 无岩爆活动 ｏｒ。／ｏｒ 介于０．３～０．５间 轻微岩爆 ｒｏ。／ｏｒ 介于０．５—０．７间 中等岩爆 ｏｒ０／ｏｒ ＞０．７ 强烈岩爆 同时，切向应力（ｏｒ。）与岩石的抗压强度（ｏｒ ）的数 值可通过弹性力学理论基础获得下列公式 ］： 横 措： —— 一一 一—— 一ｅｏｓ２０ ２０ｒｏＨ ＋ｏｒｈｒｏＨ －－Ｏｒｈ 纵 —— 一一＋—＋—— —一ｅＯＳ２０ ｓ２０ｒ＝ ｓｉｎ２０ 式中ｒｏ ——最大水平主应力； ｒｏ ——最小水平主应力； ｒｏ横——与硐轴线方向垂直的水平应力（隧道侧 向应力）； ｒｏ纵——沿轴线方向的水平应力（隧道轴向 应力）； ｒ——剪切应力； 方向与隧道轴向的夹角（≤９０。）。 隧道硐室壁上切向应力最大值计算公式如 下［４，８，Ｊ０］： ｆ３ 横一ｏｒｖ （ 横≥ ｖ） 。ｍ“ ｛［． Ｊｏｒｖ一 横 一 横 （ 横＜ｏ横＜ ｒＶ） 以１０一ＺＤ一３００２深钻孔为例，根据推算出该孔 硐轴线横截面上的最大切向应力ｏｒ ＝１８．９ ＭＰａ。 钻孔采取花岗岩岩样室内实验单轴抗压强度值（ｏｒ ） 一般为６０～１００ ＭＰａ，计算结果ｏｒ０／ｏｒ ＝０．３３～０．２０； 与切向应力理论准则 。／ｏｒ ＞０．３～０．５比较，该测孑Ｌ 在硐轴线附近存在轻微岩爆的可能。 ６ 结论 通过对克什克腾隧道５个钻孔水压致裂应力测试 第６期 李瑞峰：克什克腾越岭隧道区地应力特征分析 ５７ 结果的综合分析，对隧道区现今地应力状态可以得出 以下几点结论： （１）５个钻孔所取得的地应力值大体上相同，地 应力值不高，５个钻孔的三向主应力关系表现为Ｓ ＞ Ｓ ＞Ｓ 或Ｓ ＞Ｓ ＞Ｓｈ，最大水平主应力值大于最小水 平主应力和垂直应力，水平应力占主导地位，以水平应 力作用为主。 （２）实测最大水平主应力方向为Ｎ２２。～３８。Ｅ，测 量结果表明隧道区现今构造应力状态以ＮＥＥ～ＳＷＷ 方向挤压为主。 （３）在测量深度区域内，５个钻孔的最大、最小水 平主应力随钻孔深度的增加而逐渐增大。 （４）由于隧道区地应力状态分布均匀，实测地应 力值不高，隧道区产生大的岩爆可能性不大，考虑到该 隧道围岩局部硐段岩层较破碎，裂隙发育，对于断层、 裂隙发育的层段，存在断面收敛变形严重以及片帮及 冒顶可能，在上覆地形地貌起伏较大的地段小局部发 生微弱岩爆也有可能，施工中应采取相应的预防措施。 参考文献： ［１］ 郭敢良，等．浅谈水压致裂应力测量资料的解释与分析， 地壳构造与地壳应力文集［Ｍ］．北京：地震出版社， １９９６． Ｇｕｏ Ｑｉｌｉａｎｇ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄａｔａ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， Ｔｈｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｓｓａｙｓ Ｏｉｌ Ｔｈｅ Ｃｒｕｓｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｒｕｓｔ Ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅａｒｔｈ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｐｒｅｓｓ，１９９６． ２ 谭以安．关于岩爆岩石能量冲击指标的商榷，地下工程建 设中地质灾害预报及防治学术讨论会［Ｍ］．中国地学工 程地质专业委员会，１９９１． Ｔａｎ Ｙｉａｎ．Ｃｏｍｐａｎｙ Ｑｕ￣Ｗｈｏ Ｅｘｐｌｏｄｅｓ ｔｈｅ Ｒｏｃｋ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｍｐａｃｔ Ｂｅａｃｏｎ Ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｒｏｃｋ，Ｔｈｅ Ｇｅｏｌｏｇｙ Ａｃｃｉｄｅｎｔ Ｆｏｒｅｃａｓｔｓ ａｎｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｓ ａｎｄ Ｃｕｒｅｓ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｓｅｍｉｎａｒ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｔｈｅ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，１９９１． ３］ 巨小强．木寨岭隧道越岭区区域地应力特征分析与应用 ［Ｊ］．铁道勘察，２ｏｉｏ（２）：３３—３５． Ｊｕ Ｘｉａｏｑｉａｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ Ｍｉｚｈａｉｌｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ ａｒｏｕｎｄ Ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ Ａｒｅａｓ ｓａ Ｗｅｌｌ ａｓ Ｉｓｔ Ａｐｐｌｉａｃｔｉｏｎｇ［Ｊ］，Ｔｈｅ Ｒａｉｌｒｏａｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ，２０１０（２）：３３—３５． ［４］谷兆祺．地下洞室工程［Ｍ］．北京：清华大学出版社， １９９３． Ｇｕｏ Ｚｈａｏｑｉ．Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｈｏｌｅ Ｃｈａｍｂｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｑｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｓｅｓ，１９９３． ［５］ 丁立丰，郭放良，包林海，等．水压致裂法地应力测试分 析报告［Ｒ］．北京：中国地震局地壳应力研究所，２０１０． Ｄｉｎｇ Ｌｉｆｅｎｇ，Ｇｕｏ Ｑｉｌｉａｎｇ，Ｂａｏ Ｌｉｎｈａｉ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ Ｔｈｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｇｅｏｓｔｒｅｓｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｒ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｅａｒｔｈ Ｃｒｕｓｔ Ｓｔｒｓｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｂｕｒｅａｕ， ２０１０． ［６］Ｈａｉｍｓｏｎ，Ｂ．Ｃ．，ａｎｄ Ｃ．Ｆａｉｒｈｎｓｔ，Ｉｎ—ｓｉｔｕ ｓｔｒｅｓｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｔ ｇｒｅａｔ ｄｅｐｔｈ ｂｙ ｍｅａｉｌｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｉｎ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ—Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ［Ｍ］，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ｌｌｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， １９７０． ［７］Ｈｕｂｅｒｔ，Ｍ．Ｋ．，ａｎｄ Ｄ．Ｇ．Ｗｉｌｌｓｉ，Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｔｒａｎｓ［Ｊ］．ＡＩＭＥ２１０，１９５７． ［８］铁道部第一勘测设计院．铁路工程地质手册［Ｍ］．北京： 中国铁道出版社，２００２． Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｕｔｔｅ，Ｔｈｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｒｏａｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ： Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，２００２． ［９］ 铁道第三勘察设计院．集通铁路克什克腾隧道工程地质 勘察报告［Ｒ］．天津：铁道第三勘察设计院，２０１０． Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｔｈｅ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ Ｋｅｓｈｉｋｅｔｅｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ ａｌｏｎｇ Ｊｉ—Ｔｏｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ［Ｒ］． Ｔｉａｎｊｉｎ：Ｔｈｅ Ｔｌｌｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，２０１０． ［１０］符华兴．略论由于较强地应力引发的强挤压地下硐室的 一些规律 Ｊ］．铁道工程学报，２０００（４）：ｌ１—１２． Ｆｕ Ｈｕａｘｉｎｇ．Ｓｅｖｅｒａｌ Ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ Ｓｔｒｏｎｇｌｙ—ｐｒｅｓｓｅｄ Ｕｎｄｅｒｇｎｏｕｎｄ Ｃａｖｅｒｎ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｈｉｇｈ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔｒｅｓｓ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ａＲｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０００（４）： ｌｌ—ｌ２． （编辑曹淑荣）
