宜万铁路齐岳山隧道高地应力测试方案

科技情报开发与经济　文章编号：１００５—６０３３（２００６）１０—０２７８—０２　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００６年第ｌ６卷第ｌＯ期　收稿日期：２００５—１２—２８　宜万铁路齐岳山隧道高地应力测试方案　韩金锋　（中铁十五局集团隧道工程公司宜万铁路指挥部，湖北利川，４４５４１５）　摘要：运用目前国内工程岩体应力测试中使用较多的孔径变形法，对齐岳山隧道的　岩体应力进行了测试，并根据高地应力的特点给出了施工建议。　关键词：高地应力测试；孔径变形法；铁道工程；齐岳山隧道　中圈分类号：Ｕ４５　文献标识码：Ａ　边墙和掌子面发生较少。　１工程概况　宜万铁路齐岳山隧道位于湖北省利川市谋道镇。施工里程为　ＤＫ３６１＋２５５一ＤＫ３７１＋７８３，全长１０．５２８　ｋｍ　在隧道左侧３０ｍ设置一平行　导坑，长１０．５８１　ｋｍ。　（２）挖后初期光爆效果理想，炮痕遗留率高。　（３）开挖后１　ｈ－１８　ｈ，岩体内部发出“吭吭”的闷响声，随后围岩表面　出现裂缝，岩体自母体剥落，剥落面较平整。　（４）发展一定时间后，拱顶形成倒“ｖ”形凹坑或梯形凹坑。　（５）岩体不均匀，主要呈板状和片状，最大达１６０￣ｒｎｘＩ１０　ｃｒｕＸ６０　ｃｍ。　齐岳山隧道地处鄂西构造溶蚀侵蚀中高山区，最大海拔高程１　８３０　ｍ，相对高差２００ｍ一７００ｍ，隧道埋深大、延伸长、断面大，地质条件复杂，　隧道出口段穿越箭竹沟向斜．主要地层为三叠系须家河组、侏罗系珍珠　冲组、自流井组、新田沟组、上沙溪庙组、下沙溪庙组等碎屑岩。主要岩性　为泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩及少量生物碎屑灰岩。断层、节理发育，最大　涌水量２　５８１．４Ｕｓ。隧道与山脊凹线呈大角度相交，山坡陡峻，坡面侵蚀　（６）喷射混凝士封闭围岩过程中，亦发生岩体剥落现象。　（７）在距掌子面近３０ｍ已喷射混凝土处，亦能听到“吭吭”的岩体内　部闷响声。　３岩体应力测试方法　目前，国内在工程岩体应力测试中，使用较多的方法是孔径变形法。　严重，大小沟谷发育。　施工方法采用光面爆破，Ⅲ级围岩全断面开挖，Ⅳ，Ｖ级围岩台阶法　开挖，锚喷施工支护。　孔径变形法为一种应力解除法，是将事前；￣ｕ－ｒ制作好的探头现场安装到　测试ｄｆｆＬ中，测定小孔中应力解除时的孔径变形度。一般通过一个钻孔　测试可以求得垂直于钻孔平面上的主应力大小和方向，即平面应力测　试。如果采用＝ＪｔＬ交汇的孔径变形法，可以求取主应力的大小和方向，即　在测试的岩体中，打３个方向相交的钻孔，在应力解除时量测孔径变形，　并根据孔径变形与应力之间的理论关系式，求出测点处的三维应力状　态。实际操作时，先建立一空间大地坐标系ＯＸＹＺ，ＯＸ指向北（Ｎ），ＯＹ指　向西（Ｗ），ＯＺ铅直向上，测点处为０点，这样测点的应力状态就可用６　２高地应力的主要特征　齐岳山隧道平行导坑出口在掘进至ＰＤＫ３７１＋４０６一ＰＤＫ３７１＋０８３段　发生高地应力现象，在ＰＤＫ３７１＋１００一ＰＤＫ３７０＋８５０段表现尤为突出。开　挖后，围岩发生应力重新分布。周边岩体产生应力集中，在高地应力作用　下，岩体被拉裂，松弛后从拱顶及拱脚部位脱离母体而坠落。　２．１基本地质环境　个应力分量氏，西，　，＂ＦＸｙ．　，亿来表示，求出这６个应力分量．测点的应　力状态就确定了，其主应力的大小和方向就可导出。工程岩体中采用三　孔交会所形成的“点”具有大点的概念，含一定岩体范围．具有一定的统　计意义，非纯理论上“点”的概念，因此更具有工程意义。　（１）洞室节理裂隙较发育，无地下水出露。　（２）围岩为侏罗系中上沙溪庙组的一组紫红色泥岩，岩层产状近水　平，薄一中厚层状，层问结合较好。　（３）隧道埋深３６０　ｍ一４５０　ｍ。　（４）泥岩单轴抗压强度４０　ＭＰａ。　（５）砂岩单轴抗压强度６０　ＭＰａ。　２．２表现状态　４现场测试及测试成果　４．１测点布置　齐岳山隧道应力测斌共布置两组测点，均布置在齐岳山平行导坑线　（１）应力主要发生在距离掌子面１２　ｍ范围内，且主要发生在拱部，　路左侧的边墙上，第一组Ｓ１位于ＰＤＫ３７１＋０９０紫红色砂质泥岩岩层中，　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉ。ｎ　０ｆ　ｔｈｅ　ｃ。　ｃｒｅｔｅ　Ａｄｍ　ｔｕｒｅ　ｉＩｌ　ｔｈｅ　ＨｙｄｒａＩｌｌ　Ｅｎｇｉｌｌｅｅｎｎｇ　ＬＩＵＪｕｎ—ｆａ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｉｘｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｏ－ｓｉｌｉｃｏｎ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ａｇｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｉｘｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｏ—ｓｉｌｉｃｏｎ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ＋ｆｒｏｓｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｔｅｅｌ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｍａｐ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｒｙ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗａｔｅｒ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，　ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ，ｓｅｌｆ—ｃｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ’Ｓ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．ａｎｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｏｏｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｔ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ　ｖｅｒｙ　ｓｔｒｏｎｇ　ｗａｔｅｒ—ｔｉｇｈｔ，ｍｏｉｓｔｕｒｅ—ｔｉｇｈｔ，ｆｉｒｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｖｅａｌｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ａｄｍｉｘｔｕｒｅ；ｏｒｇａｎｏ－ｓｉｌｉｃｏｎ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ａｇｅｎｔ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２７８　维普资讯 http://www.cqvip.com

韩金锋宜万铁路齐岳山隧道高地应力测试方案　本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ　经验交流　岩体完整。Ｓ１—１钻孔方向ＳＷ２６８ｏ，倾角９。；Ｓ１—２钻孔方向ｓｗ２ｏ４。，倾　力１Ｏ．２８　ＭＰａ。最小主应力５．２４　ＭＰａ。量值上属中等应力。　角９。；Ｓ１—３钻孔方向ＳＷ２２７。，倾角６。；第二组ｓ２位于ＰＤＫ３７０＋９４０紫　红色砂质泥岩岩层中，岩体完整，很少裂隙切割，岩芯完整。ｓ２—１钻孔　方向ＳＷ１９３。，倾角ｌ１。，ｓ２—２钻孔方向ＳＥ１７３。。倾角８。，ｓ２—３钻孔方向　ＳＷ２２５。，倾角８。。通过３个不平行的钻孔取得完整的试验数据资料。　４．２测试过程　从平导ｓ１测点（ＰＤＫ３７１＋ｏ９ｏ）处取样试验所得岩石单轴抗压强度　（天然含水）尺　为３９．３　ＭＰａ，因此ｓ１测点处　’．＝２．８Ｏ，从平导ｓ２测点　（ＰＤＫ３７Ｏ＋９４０）处取样试验所得岩石单轴抗压强度（天然含水）　为４２．２　ＭＰａ，因此Ｓ２测点处　．Ｊ－－３．２４，可见两测点处　’　＜４，因此，从测值与　测点处岩体强度对比来看，根据铁路隧道设计规范岩体处于极高初始应　（１）用ｄ　１３０　ｍｉｌｌ的金刚石钻头在预定点开孔，钻进至开挖影响范围　之外的完整岩体，抹平孔底，然后用锥形钻头钻喇叭口。　（２）用ｄ　５６ｍｉｌｌ金刚石钻头在ｄ１３０ｍｉｌｌ钻孔的中心钻测试ｄｑＬ，取　力状态。故实测最大主应力从绝对值上讲不算高。但与岩体强度对比来　看。岩体应力仍较高，对工程带来不利影响。　５．２隧道岩体主应力方向特点　出ｄｑＬ岩芯，选择无裂隙的完整部位作为实验孔段。　（３）将钻孔变形计安装到ｄｑＬ中的相应部位，测定探头元件在钻孔　（１）岩体的主应力方向并非水平方向和铅直方向，３个主应力与水平　面都有夹角，主平面都是倾斜的，倾角最大的６２．６４。，６４．１６。，倾角最小　中的方向。　１．３６。，１３．１１。，其余为２１．８４。，２７．３１。，并不是简单的水平、垂直应力状态。　（４）将变形计电缆从ｄ　１３０　ａｍ钻具、ｄ　５０　ｍｉｌｌ钻杆及立轴钻杆中穿　（２）最大主应力　方向为ＮＥ方向，两组的最大主应力分别是　出，接到仪器上。　ＮＥ５１．５５。和ＮＥ６６．５７。与隧道轴线大角度相交，倾角较缓，仅２７．３１。，１３．１１。；　（５）开动钻机，以ｄ　１３０　ｍｒｎ金刚石钻头套钻安装有变形计的ｄｑＬ，　中间主应力　为ＮＷ方向，分别为ＮＷ３９．１５。和ＮＷ５２．１７。，最小主应力　，　与此同时，测定应力解除时小孔的孔径变形。　方向和倾角随中间主应力倾角的变化而作了相应调整，这种调整和变形是　（６）应力解除后，取出带有探头的岩芯或探头。　地形、地貌、侵蚀作用的局部差异及由此产生的应力局部调整所致。　（７）在同一钻孔和不同钻孔中重复以上步骤，直到取得可供计算符　（３）从岩体应力的大小和方向都可以看出，本区的岩体应力场是构造　合要求的试验资料。　应力、重力应力共同作用的应力场，并非单一的重力应力场或构造应力场。　４．３岩体应力测试结果　３个主应力的方向，２个测点大体是一致的，但是也存在着差异，这种差异　钻孔孔径变形实测值：根据测试取得的实验资料，绘出钻孔孔径变　主要是各自位置的差异造成的。在隧道平面图上可见ｓ１测点位于较高山　形与应力解除深度关系代表性曲线。应力解除的稳定读数作为孔径变形　峰一侧的斜坡上，上覆岩体厚度较大；ｓ２测点上覆岩体厚度较ｓ１测点小，　实测值。　垂直地面位于山坳间的平缓地带，地形平缓。两测点重力影响程度不尽相　岩芯弹模：选取完好无损的岩芯，将带有探头的岩芯放入围压加载　同，重力应力、残余构造应力在叠加、调整过程中，在浅表层作用过程中，造　器中施加围压，测定元件所在方向的变形。以此变形计算的弹性模量作　成局部应力轨迹线有所偏转、有所变化、有所差异是自然的。　为计算应力大小时采用的弹性模量。当应力解除过程结束但岩芯破坏　时，用相邻测段的平均弹模或相同方向测段的弹模作计算弹模。　６结论与建议　测试成果：对现场测试资料进行综台分析，选用测试过程完整、测值　合理的资料，连同钻孔方向、弹模、泊松比等参数代人测试方程，进行一　（１）齐岳山隧道区岩体处于三向不等的压应力场中，缓倾角的ＮＥ向　最大主应力是控制应力，３个主应力是重力应力、构造应力等应力成分叠　系列计算，得到测试结果。计算结果见表１。　表１齐岳山隧道平导岩体应力测试结果表　加的结果。主应力平面是倾斜的，不是水平和垂直的。最大主应力ＮＥ向，　倾角较小；在平面上，中间主应力ＮＷ向。最小主应力Ｎｗ—ＮＥ向。　测点　测点　测点　测量　最大主　中间主　最小主　（２）齐岳山隧道轴线方向与最大主应力呈大角度相交，这对围岩受　编号　位置　岩性　项目　应力　。　应力　应力　３　力十分不利；岩体较差，强度较低，强度应力比低。岩体应力相对较高，应　ＰＤＫ３７１　量值　Ｐａ　１４．０５　７．００　４．９８　注意围岩的稳定。泥岩中存在１３　ＭＰａ～１４　ＭＰａ的应力，其本身就是不稳　Ｓ１　＋ｏ９Ｏ　泥岩　方向／（。）　Ｎ５１．５５Ｅ　Ｎ３９．１５Ｗ　Ｎ４８．２１Ｅ　定因素。岩体受到三向不等的压应力作用，不同的隧道轴线方向边墙受　倾角，（。）　＋２７．３１　＋１．３６　－６２．６４　力情况不同。施工阶段应采用相应工程措施，促使工程稳定　ＰＤＫ３７０　量值／ＭＰａ　１３．Ｏ２　１Ｏ－２８　５．２４　（３）高地应力及其对岩体稳定的影响越来越引起岩石力学和工程地　Ｓ２　＋９４０　泥岩　方向，（。）　Ｎ６６．５７Ｅ　Ｎ５２．１７Ｗ　Ｎ１８．Ｏ６Ｗ　质学界的广泛关注，但是岩体的复杂性、地质条件的多样性以及地应力　倾角，（。）　＋１３．１１　＋６４．１６　－２ｌ＿８４　的不确定性使高地应力的概念至今都难以统一，国内外的学者都有用强　注：主应力方向是主应力的投影方向，以象限角表示；倾角中　度应力比来衡量应力高低的趋势，不过不同的国家、不同的学者采用不　“一”表示俯角，“＋”为仰角。　同的强度应力比标准，而且差别较大。事实上，应力高低是一个相对概　念，不能以地应力的绝对值来衡量。对工程岩体具有破坏作用的高地应　５岩体应力测试结果分析　力应引起施工单位的高度重视。　（实习编辑：李敏）　山隧道ｓ。．　主　１苎结果曼　，２测点（４，０５ＰＤＫ　’　慧妻　・　…，　３７Ｏ警　＋　，　＋９４Ｏ）处，岩体最大主应力１：：　．　：，………　Ｄｎ、　　．第一作者简介：韩金锋，男，１９７３年生，１９９６年毕业于成都理工大学　、　应力４　３二　：∞ｏ３．０２ＭＰａ，．９８）处，　Ｍ中间主应　…Ｐ岩　墨　水文　质　三　ａ　；　量　，现　十五　丢　…　…”　～　一　～’森　………………一…………　Ｔｈｅ　Ｈｉｇｈｌａｎｄ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ｔｅｓｔ　Ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｑｉｙｕｅｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｏｎ　Ｙｉｗａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　ＨＡＮＪｉｎ—ｆｅｎｇ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｐｅｒｔｕｒｅ　ｄｅｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｏｆｔｅｎ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｓｔｒｅｓｓ　ｔｅｓｔ　ｉｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｋｅｓ　ｔｅｓｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｍａｓｓ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｑｉｙｕｅｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｌａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｈｉｇｈｌａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｔｅｓｔ；ａｐｅ￣ｕｒｅ　ｄｅｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ；ｒａｉｌｗａｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｑｉｙｕｅｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　‘　２７９