宝塔山特长隧道岩体应力场特征分析 - 长江科学院院报.pdf

　 第２８卷第６期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．２８　Ｎｏ．６　　 　　２０１１年 ６月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｊｕｎ．２０ １１　 　 　　文章编号：１００１－５４８５（２０１１）０６－００５５－０４ 宝塔山特长隧道岩体应力场特征分析 １ ２ １ １ 郭喜峰 ，张明欣 ，尹健民 ，刘元坤 （１．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉　４３００１０；２．山西省交通规划勘察设计院，太原　０３００１２） 摘要：宝塔山隧道全长１０４８０ｍ，最大埋深６００ｍ，属目前山西省最长的公路隧道。复杂的地形地貌条件以及地质 构造影响，使得隧道区地应力分布复杂。为研究隧道区岩体应力场特征，首先介绍了水压致裂法地应力测试成果， 以此为基础通过有限元分析得到应力剖面，最后从地形地貌、地质构造、地质力学角度综合分析了区域构造应力 场。结果表明，测试范围内地应力大小属于中等应力水平，隧道设计高程处最大水平主应力方位大部分集中在 Ｎ４２°Ｅ～Ｎ５６°Ｅ，现场测试及有限元分析所得地应力场与区域构造应力场相符。 关　键　词：隧道工程；地应力测试；有限元分析；应力场特征 中图分类号：Ｕ４５９．２　　　文献标识码：Ａ １　概　述 ２　工程地质概况 近年来，随着中国交通建设的快速发展，尤其是 山西汾阳至邢台高速公路段内平遥－榆社段在 山区公路的不断延伸，穿山越岭长大深埋隧道的建 平遥县境内东泉镇－孟山石村之间要穿越宝塔 ［１］ 设不可避免 。由于高水平地应力作用，往往在软 山中部山脉。该山体呈ＮＮＥ走向，横向规模巨大，路 弱岩层及构造破碎带洞段发生变形破坏，而在坚硬 线在穿越此山体段的方位与宝塔山总体走向之间近 岩层洞段可能发生岩爆等地质灾害。因此，岩体应 于垂直，选择穿越方式为特长隧道工程，即宝塔山隧 力场测试研究对于隧道工程的科学设计和安全施工 道。该隧道为山岭隧道，属目前山西省最长高速公路 都具有重要的现实意义。当前，地应力测试是获得 ［１］ 隧道，全长１０４８０ｍ，隧道洞体最大埋深约６００ｍ 。 地应力资料最为直接的途径［２］，但受测点数量限制 隧道区属于太岳山脉北中部的构造剥蚀基岩中 以及地质条件和测试误差的影响，地应力实测值存 山区，冲沟与小山脊发育，并与主山体走向大体一 在较大的分散性和局部性。尤其对于长度大于 １０ 致，地形起伏变化较大。区域构造上处于吕梁 －太 ｋｍ的特长隧道，因其跨越范围广，有必要通过数值 行断块最大的次级构造单元沁水块坳的西北部，与 模拟方法分析得到更大范围的地应力场，并结合地 晋中新裂陷相邻，属于断块内部２大地质构造单元 质构造条件综合分析地应力场特征，以便于正确认 相衔接的区域、普洞－来远ＮＥＥ向褶断带的核心部 识围岩地应力分布情况，为工程设计提供可靠依据。 位，地质构造十分复杂。 为了分析山西省汾阳至邢台高速公路宝塔山特 长隧道工程区岩体应力场特征，首先采用水压致裂 法测试地应力，以实测资料为基础结合有限元模型 ３　水压致裂法地应力测试 回归分析得到更大范围的地应力场，并结合宝塔山 ３．１　水压致裂法测试原理 隧道的地质条件，深入分析了宝塔山隧道的岩体应 利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试 力场特征，为隧道轴线、开挖方式的选择以及隧道稳 深度封隔一段岩石的钻孔，然后泵入液体对这段钻 定性分析和支护设计提供