拉日鐵路吉沃希嘎隧道地?zé)嵊绊懛治黾肮こ虒?duì)策

雷俊峰

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

拉日鐵路吉沃希嘎隧道地?zé)嵊绊懛治黾肮こ虒?duì)策

雷俊峰

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

吉沃希嘎隧道為拉日鐵路控制性工程之一，地處青藏高原雅魯藏布江峽谷區(qū)，全長(zhǎng)3 985 m，洞身巖性主要為閃長(zhǎng)巖，構(gòu)造極為發(fā)育，為典型的地?zé)崴淼?，洞身?shí)測(cè)最高溫度可達(dá)52.8℃。在查明隧道工程地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，采用調(diào)查、鉆孔、測(cè)溫及物探等綜合工程地質(zhì)勘察方法，通過(guò)地溫梯度計(jì)算及物探低阻分析，獲得了隧道的地?zé)岱植技岸瓷頊囟龋治隽怂淼劳ㄟ^(guò)區(qū)地?zé)岬奶卣骷爱a(chǎn)生的原因。在線路選線、工程地質(zhì)勘察、施工超前預(yù)報(bào)、原材料選取及施工工藝控制等方面提出了對(duì)地?zé)嵊绊懙墓こ虒?duì)策，并在施工中得到驗(yàn)證。

拉日鐵路 雅魯藏布江峽谷 隧道 地?zé)崽卣?工程對(duì)策

1 工程概況

新建拉薩至日喀則鐵路位于北緯29°～30°青藏高原的雅魯藏布江流域，線路起于青藏鐵路的拉薩車站，止于西部重鎮(zhèn)日喀則市，全長(zhǎng)約253 km。吉沃希嘎隧道穿越雅魯藏布江峽谷區(qū)左岸，所在地區(qū)屬中高山區(qū)。隧道拉薩端洞口里程ⅢDK117+520，日喀則端洞口里程ⅢDK121+505，全長(zhǎng)3 985 m。洞身部位隧道最小埋深約34 m，大部分埋深在34～75 m，最大埋深約102 m。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

雅魯藏布江峽谷深窄，山高坡陡，自然坡度40°～60°，地表植被稀疏，相對(duì)高差達(dá)100 m以上。山體脊部高程約3 883 m，進(jìn)出口段地面高程為3 760～3 790 m。山體溝谷發(fā)育，切割相對(duì)較深。

2.2 地層巖性

地表地層主要為第四系全新統(tǒng)，洞身地層主要為燕山期閃長(zhǎng)巖，碎裂閃長(zhǎng)巖、斷層泥礫，局部地段分布第四系上更新統(tǒng)沖、洪積卵石土、塊石土。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

線路走行于岡底斯—念青唐古拉板塊南部前緣，主體為巨大的燕山晚期—喜馬拉雅期復(fù)合型花崗巖，以及上白堊—全新世的同源噴發(fā)相火山巖建造。

所在地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較活躍。印度板塊在新生代早期(漸新世—中新世)完成了雅魯藏布江縫合帶的拼合后，仍在向北運(yùn)動(dòng)，使得本區(qū)仍存在整體抬升、斜掀和差異性的上升運(yùn)動(dòng)。

隧道區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，工點(diǎn)區(qū)有3條斷層通過(guò)，各斷層特征如下:

1)F4－3斷層:與隧道洞身位置交于進(jìn)口—ⅢDK118+050，斷層產(chǎn)狀 N32°W/78°S，為壓扭性斷層，破碎帶內(nèi)物質(zhì)主要為斷層泥礫及壓碎閃長(zhǎng)巖，寬度為320～400 m。斷層兩側(cè)均為燕山期中粗粒閃長(zhǎng)巖體，表層已被第四系碎石類土覆蓋。

2)F2－6斷層:與隧道洞身位置交于ⅢDK118+610—ⅢDK118+663，斷層產(chǎn)狀 N25°E/70°S，為逆沖性斷層，破碎帶內(nèi)物質(zhì)主要為壓碎閃長(zhǎng)巖和少量的斷層泥礫物質(zhì)，寬度約為100 m。

3)F1－1斷層:與隧道洞身位置交于ⅢDK120+950—ⅢDK121+340，斷層產(chǎn)狀 N19°W/(20° ～30°)S，為壓扭性斷層，破碎帶內(nèi)物質(zhì)主要為斷層泥礫及壓碎閃長(zhǎng)巖，寬度約為300～380 m。該斷層在航片上形跡明顯。

2.4 地應(yīng)力

隧道走向與區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線近乎平行，區(qū)域內(nèi)最大主應(yīng)力方向?yàn)榻黃N向或NNE向。根據(jù)峽谷區(qū)地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，區(qū)內(nèi)最大水平主應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹35°E～N42°E，最大水平主應(yīng)力為 2.01 ～10.33 MPa，最大主應(yīng)力方向與隧道軸線大角度相交。

2.5 水文地質(zhì)

隧道區(qū)總體上山勢(shì)低緩，埋深不大，且為傍山隧道，圍巖含水體有限，隧道所在區(qū)域支溝均無(wú)常年流水，勘探孔僅JWZ-1孔內(nèi)見(jiàn)少量地下水，隧道圍巖的富水程度分區(qū)為貧水區(qū)—弱富水區(qū)。

3 隧道地?zé)釡y(cè)試與分析

3.1 隧道地?zé)峥辈?/h3>

吉沃希嘎隧道不良地質(zhì)主要表現(xiàn)在高地溫(巖溫)。地質(zhì)勘察工作綜合采用了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、鉆探、物探等方法。

應(yīng)用鉆探方法在隧道洞身布設(shè)勘探孔進(jìn)行測(cè)溫。共布設(shè)12 孔，其中3 孔(D1Z-545，D1Z-546，JWZ-1)布置于靠山側(cè)，距離隧道約200 m，其余鉆孔位于傍山側(cè)線路附近。鉆孔位置及測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 吉沃西嘎隧道鉆孔位置及溫度測(cè)量數(shù)據(jù)

由表1可知:線路右側(cè)約200 m(山內(nèi)側(cè))路肩地溫值43.1℃ ～54.9℃ (D1Z-545，D1Z-546，JWZ-1)，且孔底溫度更高;目前線路附近(傍山側(cè))，路肩地溫值18℃ ～48℃，BD3Z-93孔地溫趨于正常，路肩溫度24.1℃，BD3Z-91路肩溫度41.6℃。隧道該段縱向地溫梯度為0.015 2℃/m，根據(jù)隧道內(nèi)正常溫度值不超過(guò)28℃的規(guī)定，經(jīng)計(jì)算得出本隧道在ⅢDK120+375 m處溫度值為28℃。因此，本隧道在ⅢDK117+690—ⅢDK120+375段，長(zhǎng)度2 685 m，隧道路肩部位的地溫(巖溫)值在28℃ ～48℃ 。本次測(cè)溫，孔內(nèi)溫度值最高達(dá)65.4℃，由于埋深越大，地溫(巖溫)值越高，考慮測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的局限性、地溫梯度變化的急劇性等，因此，不排除路肩局部地段地溫(巖溫)高于48℃的可能性。

在物探方面，對(duì)全隧開(kāi)展了高密度電法檢測(cè)，測(cè)得弱風(fēng)化閃長(zhǎng)巖電阻率一般在500～800 Ω·m，斷層破碎帶電阻率一般在50～200 Ω·m，但在弱風(fēng)化閃長(zhǎng)巖地段出現(xiàn)大面積電阻異常帶，電阻率上高下低，一般在30～150 Ω·m，經(jīng)與鉆探測(cè)溫資料對(duì)比，低阻帶與高地溫帶有對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明低阻由高地溫引起。

3.2 隧道施工情況

隧道施工期間，不間斷開(kāi)展超前預(yù)報(bào)與溫度監(jiān)測(cè)工作，隧道地溫最高達(dá)到52.8℃，高于勘察期間實(shí)測(cè)溫度，環(huán)境溫度可達(dá)35℃，高地溫的分布范圍基本與勘察一致。

3.3 地?zé)崽卣鞣治?/h3>

1)隧道區(qū)巖溫高，實(shí)測(cè)最高溫度可達(dá)65.4℃，高地溫由深部熱源補(bǔ)給。

2)在斷層附近和巖堆體附近，裂隙發(fā)育，巖體破碎，地溫較其他地段高，表明發(fā)育的節(jié)理裂隙有利于向上導(dǎo)熱。

3)在同等地層情況下，傍山靠河側(cè)鉆孔巖溫低于靠山側(cè)，兩者鉆孔間距約200 m，巖溫相差可達(dá)7℃，表明傍山靠河側(cè)有利于巖體散熱。

4)本隧道地溫梯度在0.015～0.490℃/m，離散性較大，從側(cè)面說(shuō)明地溫變化的不規(guī)律性及急劇性，這與節(jié)理、裂隙發(fā)育程度及走向密切相關(guān)。

5)高地溫對(duì)閃長(zhǎng)巖巖體電阻率有一定影響，會(huì)使電阻率顯著降低，地溫越高電阻率越低。

3.4 地?zé)岙a(chǎn)生原因

吉沃希嘎隧道位于著名的那曲—當(dāng)雄—羊八井—尼木—多慶錯(cuò)地?zé)峄顒?dòng)帶，區(qū)內(nèi)高地?zé)岈F(xiàn)象異常強(qiáng)烈，熱泉最高溫度達(dá)80℃，伴隨局部高巖溫。根據(jù)以往的研究成果，地?zé)嶂饕獊?lái)源于近地表的熔巖，熔巖失去水后熔點(diǎn)升高，由流動(dòng)狀態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，這時(shí)的溫度大約在600℃ ～650℃。雅魯藏布江以北15～25 km深度范圍，存在一個(gè)低阻層，平均厚度約10 km，埋深10～20 km，這一低阻層是地殼內(nèi)巖溶巖體的直接反映，也是地表地?zé)岬闹苯釉颉?/p>

4 工程對(duì)策

4.1 選線

應(yīng)詳細(xì)查明高地溫范圍及溫度值，為選線提供依據(jù)。當(dāng)溫度過(guò)高設(shè)計(jì)難以處理的情況下，應(yīng)將線路選至傍山靠河一側(cè)，因?yàn)槠涞販刂档陀诳可揭粋?cè)，另外，一旦地溫或隧道環(huán)境溫度過(guò)高，影響襯砌安全或?qū)е鹿と藷o(wú)法正常施工，可采用較短的斜井或橫洞進(jìn)行通風(fēng)降溫。

4.2 勘察

高地溫地區(qū)應(yīng)開(kāi)展綜合地質(zhì)勘察工作，應(yīng)采用資料搜集、野外調(diào)查、鉆探測(cè)溫、物探等多種手段?？辈炱陂g應(yīng)詳細(xì)查明隧道洞身高地溫范圍及溫度值，為設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)，并對(duì)最高地溫值進(jìn)行預(yù)測(cè)，做好施工預(yù)案。

1)野外調(diào)查:應(yīng)著重于構(gòu)造及熱泉調(diào)查，應(yīng)詳細(xì)查明主斷裂的性質(zhì)，對(duì)熱泉進(jìn)行取樣。

2)鉆探:鉆孔測(cè)溫是最直接的地?zé)峥辈旆椒ǎ芍苯訙y(cè)量隧道洞身溫度，但因其只能測(cè)平面上一點(diǎn)的溫度且受地形條件所限，有其局限性。

3)物探:鑒于鉆探測(cè)溫的局限性，所以物探工作非常必要，應(yīng)采用電法對(duì)全隧道進(jìn)行貫通測(cè)試，并詳細(xì)分析低阻原因，對(duì)地?zé)嵩斐傻牡妥杓捌扑閹У牡妥柽M(jìn)行區(qū)分。同時(shí)物探也可指導(dǎo)鉆孔的布置，兩者可相互驗(yàn)證。

4)高地溫段落劃分:根據(jù)鉆孔的實(shí)測(cè)溫度，計(jì)算地溫梯度，然后根據(jù)隧道的埋深計(jì)算地溫值，再與物探結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，統(tǒng)一分析并劃分高地溫段落。

4.3 施工超前預(yù)報(bào)

因鉆探測(cè)溫只能測(cè)量某一點(diǎn)的溫度，實(shí)際上并不能代表其他段落，又因地溫變化有其不規(guī)律性，所以存在高地溫的隧道，施工期間應(yīng)開(kāi)展溫度預(yù)報(bào)工作，對(duì)隧道環(huán)境溫度、巖石表面溫度及超前鉆孔溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)施工。

4.4 工程處理措施

4.4.1 原材料的選擇和控制

1)將二次襯砌混凝土水泥用量控制在290 kg/m3以內(nèi)。采用水化熱較低的水泥，如低熱水泥、礦渣硅酸鹽水泥等。

2)將粉煤灰和磨細(xì)礦渣粉復(fù)合使用作為摻合料，其中粉煤灰摻量10%，磨細(xì)礦渣粉摻量15%。

3)為防止早期水分流失對(duì)混凝土強(qiáng)度和開(kāi)裂的影響，必要時(shí)增加適量保水外加劑，以減緩混凝土中水分的流失。

4)在混凝土中摻入適量的聚丙烯纖維，可提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，能有效抑制混凝土的開(kāi)裂。聚丙烯纖維的摻量為0.9 kg/m3。

4.4.2 混凝土的施工工藝控制

1)高溫環(huán)境中對(duì)混凝土的澆筑應(yīng)加強(qiáng)事先組織，并加快施工速度。

2)混凝土入模后應(yīng)加強(qiáng)振搗，避免缺陷。

3)對(duì)洞壁或圍巖表面采取噴水等措施加快降溫速度。在洞壁溫度下降后進(jìn)行混凝土施工，有利于混凝土的早期硬化，提高混凝土的性能。

4)調(diào)整二次襯砌混凝土的一次澆筑長(zhǎng)度，一次澆筑長(zhǎng)度宜采用6 m。

4.4.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

1)加強(qiáng)灑水保濕養(yǎng)護(hù)，采取有效措施提高隧道中環(huán)境濕度。

2)采用熱水養(yǎng)護(hù)，且混凝土表面應(yīng)覆蓋保溫。

3)覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)不低于7 d，灑水養(yǎng)濕不少于14 d。

5 結(jié)語(yǔ)

地?zé)犭m對(duì)隧道圍巖影響不大，但過(guò)高的溫度會(huì)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重要影響，并影響日后施工及運(yùn)營(yíng)，所以查明地?zé)岢梢颉⒎植紶顩r、具體溫度值等對(duì)隧道選線及設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要。應(yīng)采用綜合方法對(duì)地?zé)釒ч_(kāi)展選線及勘察工作，并采取合理的工程處理措施，做好高地溫施工預(yù)案，施工期間開(kāi)展地溫超前預(yù)報(bào)工作。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)．吉沃希嘎隧道工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)，2010．

［2］李金城．拉日鐵路地?zé)崴淼婪桨副冗x研究［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(4):42-46．

［3］謝強(qiáng)，陳永坪．秦嶺隧道區(qū)域地溫場(chǎng)特征分析和隧道圍巖巖溫預(yù)測(cè)［J］．西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(7):177-179．

［4］郭進(jìn)偉，方燾，盧祝清．高地溫隧洞熱—結(jié)構(gòu)耦合分析［J］．鐵道建筑，2010(6):77-79．

［5］佟偉，章銘陶．西藏地?zé)幔跰］．北京:科學(xué)出版社，1981．

U452．2+7

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．10

1003-1995(2013)09-0031-03

2012-01-30;

2013-06-16

雷俊峰(1981— )，男，山西代縣人，工程師。

(責(zé)任審編 李付軍)