滇東北深埋特長(zhǎng)公路隧道工程區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)研究*

鄧小龍 孫光吉 俞永華 何乃武

(中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司， 北京 100089， 中國)

0 引 言

地應(yīng)力通常指賦存在地殼巖體內(nèi)、未受擾動(dòng)的應(yīng)力。作為地質(zhì)環(huán)境與地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、地下工程設(shè)計(jì)和施工的重要基礎(chǔ)資料，它是科學(xué)確定地下工程巖體力學(xué)行為，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工，圍巖穩(wěn)定性分析和科學(xué)決策的必要前提(王成虎等， 2011a，2011b； 張杰等， 2016； 裴啟濤等， 2017)。

隨著交通運(yùn)輸基礎(chǔ)建設(shè)向西南山區(qū)的推進(jìn)，為了滿足公路線性設(shè)計(jì)需要，深埋特長(zhǎng)隧道成為現(xiàn)代隧道建設(shè)的總體趨勢(shì)(王慶武等， 2016)。在山區(qū)復(fù)雜地形地貌及地質(zhì)環(huán)境下，初始地應(yīng)力場(chǎng)直接影響著隧道工程的穩(wěn)定性與安全性?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量為探明工程區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)提供了一種直接方法。根據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)試驗(yàn)方法委員會(huì)建議，目前被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用的方法為水壓致裂法和應(yīng)力解除法(Haimson et al.，2003； Zang et al.，2010)。但受限于場(chǎng)地條件、測(cè)試技術(shù)、經(jīng)費(fèi)等諸多因素，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作往往難以大量開展(汪波等， 2012)。而有限個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果只能反映局部的應(yīng)力狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果又受測(cè)量誤差的影響，具有一定的離散性，難以反映工程區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)的宏觀規(guī)律(汪波等， 2012； 鄧小鵬等， 2013)。尤其對(duì)深埋特長(zhǎng)隧道而言，單純依靠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段來獲取工程區(qū)特別是隧道全長(zhǎng)范圍內(nèi)軸線上的初始地應(yīng)力場(chǎng)是十分困難的(代聰?shù)龋?2017)。一些學(xué)者提出根據(jù)有限的實(shí)測(cè)資料結(jié)合數(shù)值模擬來反演分析工程區(qū)初始地應(yīng)力的方法，主要有應(yīng)力試算法、邊界荷載調(diào)整法、多元線性回歸分析法等(王金安等， 2015； 徐彬等， 2018)。其中：應(yīng)力試算法考慮了構(gòu)造、河谷下切等因素的影響，以其實(shí)用性和科學(xué)性在水利水電行業(yè)應(yīng)用廣泛(朱煥春等， 1996； 李超等， 2016； 李璐等， 2017)。多元線性回歸分析法推算結(jié)果的可靠性更多的是依賴實(shí)測(cè)資料的數(shù)量和精度，對(duì)影響地質(zhì)條件的因素則考慮不夠充分(徐佩華等， 2012； 徐正等， 2014； 李天斌等， 2016)。王成虎等(2011a，2011b，2014)認(rèn)為，數(shù)值模擬方法僅適用于水電站壩址或廠房區(qū)這類面狀工程地應(yīng)力場(chǎng)的預(yù)測(cè)。對(duì)于深埋特長(zhǎng)隧道這類線狀工程，工程地質(zhì)勘察是相對(duì)粗放的，勘察鉆孔的布設(shè)也相對(duì)分散。而且，受限于比例尺精度和模型構(gòu)建問題的影響，數(shù)值模擬的方法并不是很適用。張敏等(2019)也曾指出，數(shù)值模擬方法只有在較多的實(shí)測(cè)地應(yīng)力數(shù)據(jù)時(shí)，才能保證模擬結(jié)果的可靠性，故多適用于水利水電開發(fā)這種大型的區(qū)域性工程。

隨著實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的積累，諸多學(xué)者探討了側(cè)壓力系數(shù)(水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比)與深度之間的經(jīng)驗(yàn)公式，用以預(yù)測(cè)相應(yīng)區(qū)域的地應(yīng)力狀態(tài)(Zoback， 2007； Zang et al.， 2010)。其中：Sheorey考慮了巖層彈性參數(shù)、地溫梯度、泊松比等參數(shù)，推導(dǎo)出了靜態(tài)黏彈熱應(yīng)力模型來計(jì)算水平應(yīng)力均值與垂直應(yīng)力的比值(Sheorey， 1994； Sheorey et al.， 2001)，從而來預(yù)測(cè)地應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)合國內(nèi)的工程實(shí)踐和技術(shù)環(huán)境，一些學(xué)者(王成虎等， 2014， 2019； 何國華等， 2018； 駱俊暉等， 2018)基于中國大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征(謝富仁等， 2003)及Anderson斷層理論(Anderson， 1951)，將Hoek-Brown巖體強(qiáng)度估算理論中的巖體變形模量(Hoek et al.，2006)引入Sheorey模型進(jìn)行修正，并提出相應(yīng)的地應(yīng)力預(yù)測(cè)分析方法，在引水隧道、鐵路隧道等線狀工程中的地應(yīng)力預(yù)測(cè)中得到了一定的推廣應(yīng)用。然而，在深埋特長(zhǎng)公路隧道中利用此方法進(jìn)行初始應(yīng)力場(chǎng)的研究還相對(duì)比較少。

本文以國家高速公路網(wǎng)中的G7611都勻至香格里拉高速公路守望—紅山段控制性工程——樂紅隧道為研究對(duì)象，對(duì)其工程區(qū)地應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。樂紅隧道是滇東北烏蒙山區(qū)典型的深埋特長(zhǎng)隧道，其穿越區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，且面臨著活動(dòng)斷層、高地應(yīng)力等突出風(fēng)險(xiǎn)?；谝陨险J(rèn)識(shí)，本文在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力分區(qū)特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)測(cè)地應(yīng)力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，利用修正后的Sheorey模型開展了隧道全長(zhǎng)范圍內(nèi)軸線方向上初始地應(yīng)力的預(yù)測(cè)分析。研究成果可為樂紅隧道及其他類似隧道地應(yīng)力的合理確定及應(yīng)用研究提供借鑒。

1 工程概況

在建樂紅隧道位于云南昭通魯?shù)榭h境內(nèi)，牛欄江下游北側(cè)，屬構(gòu)造-剝蝕溶蝕中山-高中山地貌單元。隧道全長(zhǎng)9773m，最大埋深1031m，為典型的山區(qū)深埋特長(zhǎng)公路隧道。

樂紅隧道穿越包谷垴—小河全新世活動(dòng)斷裂，位于“8·03”魯?shù)榈卣鸢l(fā)震斷裂昭通—魯?shù)閿嗔盐鞅眰?cè)(圖1)。工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造作用十分強(qiáng)烈，褶皺、斷裂極為發(fā)育。隧道穿越的地層主要為：下寒武統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)、龍王廟組(∈1l)； 中寒武統(tǒng)陡坡寺組(∈2d)、西王廟組(∈2x)； 上寒武統(tǒng)二道水組(∈3e)； 下奧陶統(tǒng)湄潭組(O1m)； 中奧陶統(tǒng)十字鋪組(O2s)； 中-上奧陶統(tǒng)大箐組(O2-3d)； 中泥盆統(tǒng)紅崖坡組(D2h)。

圖1 工程區(qū)周邊主要地質(zhì)構(gòu)造示意圖

從圖2可以看出，隧址區(qū)巖性主要由灰?guī)r、白云巖和砂巖等堅(jiān)硬巖組成，具備了形成高地應(yīng)力場(chǎng)的必要條件。在勘察設(shè)計(jì)階段，受地形、交通條件的制約，隧址區(qū)現(xiàn)場(chǎng)勘察的難度極大，所能開展的現(xiàn)場(chǎng)工作十分有限。因此，如何找到一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行，而且合理的地應(yīng)力預(yù)測(cè)分析方法就顯得十分重要。

圖2 樂紅隧道縱斷面地質(zhì)示意圖

2 實(shí)測(cè)地應(yīng)力資料

在樂紅隧道工程區(qū)勘察階段，布置了1處深孔ZK001(終孔深度： 561m； 里程：K60+900)進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量。測(cè)量工作由中國地震局地殼應(yīng)力研究所完成，所采用方法為水壓致裂法，其測(cè)試設(shè)備、測(cè)試步驟及參數(shù)計(jì)算均嚴(yán)格按國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(Haimson et al.，2003)及中國國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，測(cè)量結(jié)果詳見表1。

表1 水壓致裂法實(shí)測(cè)地應(yīng)力結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果可知，在該孔測(cè)試深度范圍內(nèi)，三向主應(yīng)力均表現(xiàn)出隨深度增加而增大的特征。三者之間的大小關(guān)系為SH>SV>Sh，表明該測(cè)點(diǎn)在地殼淺部水平應(yīng)力占主導(dǎo)地位，現(xiàn)今地應(yīng)力表現(xiàn)為以構(gòu)造應(yīng)力作用為主。同時(shí)由表1可知，實(shí)測(cè)最大主應(yīng)力方向?yàn)镹25°～47°W，表明測(cè)孔附近的地應(yīng)力場(chǎng)以NNW～NW向擠壓為主。

3 地應(yīng)力狀態(tài)預(yù)測(cè)方法

針對(duì)如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)長(zhǎng)大深埋隧道工程區(qū)地應(yīng)力狀態(tài)問題，王成虎等(2011a， 2011b， 2014)提出了綜合分析法，即首先利用“中國大陸地殼應(yīng)力環(huán)境數(shù)據(jù)庫”對(duì)工程區(qū)的應(yīng)力分區(qū)進(jìn)行初判，同時(shí)利用Anderson斷層理論分析工程區(qū)可能的主應(yīng)力方向，并可和原地應(yīng)力實(shí)測(cè)相互支持印證； 最后利用修正Sheorey模型開展工程區(qū)地應(yīng)力量值水平的預(yù)測(cè)。然而，此方法在深埋特長(zhǎng)公路隧道工程區(qū)地應(yīng)力的研究中應(yīng)用相對(duì)較少。因此，本文擬采用上述方法進(jìn)行深埋特長(zhǎng)公路隧道的地應(yīng)力研究，以期對(duì)該方法進(jìn)行有益探索并推廣應(yīng)用。

3.1 應(yīng)力分區(qū)

基于“中國大陸地殼應(yīng)力環(huán)境數(shù)據(jù)庫”(謝富仁等， 2003)基礎(chǔ)資料，謝富仁將中國大陸及鄰區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)劃分為4級(jí)。其中一級(jí)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)主要受板塊邊界的幾何特征和作用在邊界上的力所控制； 二級(jí)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)受區(qū)域塊體間的相互作用影響； 三級(jí)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)受控于區(qū)域內(nèi)部塊體間的相互作用； 四級(jí)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)受控于塊體和斷裂相互作用的影響(謝富仁等， 2004； 王成虎等， 2019)。據(jù)此，可初步獲得工程區(qū)所屬的應(yīng)力分區(qū)。

3.2 Anderson斷層理論

Anderson斷層理論認(rèn)為，對(duì)于一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地質(zhì)塊體，其內(nèi)部的應(yīng)力量值水平應(yīng)該是相對(duì)穩(wěn)定的，其應(yīng)力方向受控于斷層的空間分布情況(Anderson， 1951)。其中：正斷層、逆斷層和走滑斷層分別對(duì)應(yīng)3種應(yīng)力狀態(tài)，即SV>SH>Sh、SH>Sh>SV和SH>SV>Sh。據(jù)此，可推測(cè)出工程區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的方向。

3.3 修正Sheorey模型

Sheorey模型假設(shè)地球?yàn)榍蛐螝んw，把組成地球的地殼、地幔和地核按不同物態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行分層。地殼和地幔中的巖體密度、彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)及地溫梯度等參數(shù)隨埋深的增加而增加，并存在一定的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。因此，可基于這些參數(shù)推測(cè)出地殼中的地應(yīng)力量值水平(Sheorey， 1994)。

對(duì)各向同性材料：

(1)

式中：SH為地殼中的水平應(yīng)力；SV為地殼中的垂直應(yīng)力；E為巖石彈性模量；υ為泊松比；β為巖石線性熱膨脹系數(shù)；G為地殼中地溫梯度；z為埋深。

一般地，淺層地殼中各類巖石的線性熱膨脹系數(shù)為8.0×10-6/℃，地溫梯度為0.024℃·m-1。將上述參數(shù)代入式(1)，經(jīng)變換可得淺層地殼中的平均側(cè)壓力系數(shù)k(即水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比)隨深度的變化：

k=0.25+7E(z)(0.001+1/z)

(2)

式中：E(z)為特定深度上巖石的平均彈性模量。

由于Sheorey在研究過程中并未明確巖石彈性模量、巖體彈性模量及巖體變形模量三者之間的區(qū)別，而這對(duì)淺層地殼中水平應(yīng)力的分布又十分重要。同時(shí)，當(dāng)以原地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)來預(yù)測(cè)地應(yīng)力場(chǎng)量值時(shí)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通常是工程區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面和地質(zhì)歷史信息的綜合反映，而Sheorey模型并未考慮這些因素。因此，可引入Hoek-Brown巖體強(qiáng)度估算理論中的巖體變形模量Erm進(jìn)行修正：

(3)

式中：Erm為原位巖體的變形模量；D為巖體擾動(dòng)指數(shù)，其值范圍為0～1；GSI為地質(zhì)體強(qiáng)度指標(biāo)。各指標(biāo)表征的具體物理意義可詳見文獻(xiàn)(Hoek et al.，2006)。

將式(2)中巖石的平均彈性模量E替換為原位巖體的變形模量Erm，利用式(3)，結(jié)合有限的原地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用下式進(jìn)行工程區(qū)地應(yīng)力量值水平的預(yù)測(cè)：

(4)

式中：k1、k2分別對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)(實(shí)測(cè)點(diǎn))、預(yù)測(cè)點(diǎn)的平均側(cè)壓力系數(shù)。

上式即為修正后的Sheorey模型。它充分考慮了巖體的原位變形模量Erm。實(shí)際工程中，Erm隨深度的變化而變化，它表征了原位巖體的結(jié)構(gòu)面、巖性等信息，可用來較好地?cái)M合和預(yù)測(cè)原位地應(yīng)力的分布。而且，平均側(cè)壓力系數(shù)k也反映了部分區(qū)域斷層應(yīng)力狀態(tài)和Anderson斷層理論的信息，因此可較好地開展線狀深埋隧道工程區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)預(yù)測(cè)(王成虎等， 2014)。

4 應(yīng)力場(chǎng)量值預(yù)測(cè)

基于“中國大陸地殼應(yīng)力環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫”，可得工程區(qū)附近的實(shí)測(cè)地應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(圖3)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，該區(qū)域在埋深500m左右時(shí)，最小、最大水平主應(yīng)力分別為4.0～15.6MPa、7.6～25MPa。工程區(qū)布置的ZK001實(shí)測(cè)地應(yīng)力結(jié)果(表1)與上述區(qū)域應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果也較一致。

圖3 工程區(qū)附近地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)樂紅隧道勘察資料，采用Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則(詳見Hoek et al. (2006))對(duì)工程區(qū)巖體強(qiáng)度及變形模量進(jìn)行估算，結(jié)果如表2所示。需要說明的是，Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則中所采用的參數(shù)均是綜合室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)、原位鉆孔波速測(cè)試等成果確定。

根據(jù)圖5的應(yīng)力數(shù)據(jù)及表2的工程區(qū)巖體參數(shù)，按修正后的Sheorey公式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，結(jié)果如圖4示。其中，kH=SH/SV，kh=Sh/SV，k=(SH+Sh)/2SV。從圖中可以看出，當(dāng)埋深大于200m時(shí)，側(cè)壓力系數(shù)開始集中(亦即離散性開始降低)。同時(shí)，為了保守起見，采用了埋深500m處的側(cè)壓力系數(shù)擬合值(kH=1.35和kh=0.8)作為基準(zhǔn)值，來開展隧道全長(zhǎng)范圍內(nèi)軸線方向上不同深度和地層巖性條件下的地應(yīng)力量值預(yù)測(cè)。

表2 基于Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則的工程區(qū)巖體強(qiáng)度

圖4 修正Sheorey模型k值擬合結(jié)果

樂紅隧道軸線方向上地應(yīng)力預(yù)測(cè)結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯觯こ虆^(qū)的應(yīng)力量值水平一般隨著深度的增加而增大，在地形起伏變化劇烈處出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象。埋深在500m左右時(shí)，最大水平主應(yīng)力為11.2～20.5MPa，最小水平主應(yīng)力為6.6～12.2MPa； 埋深在1000m左右時(shí)，水平最大主應(yīng)力為25.9～28.2MPa，最小水平主應(yīng)力為15.4～17.1MPa。該結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)水壓致裂實(shí)測(cè)結(jié)果較一致。

圖5 樂紅隧道軸線方向地應(yīng)力分布圖

5 分析與討論

5.1 工程區(qū)應(yīng)力方向分析

根據(jù)中國大陸應(yīng)力場(chǎng)分區(qū)，工程區(qū)所屬應(yīng)力區(qū)為B219川-滇應(yīng)力區(qū)(謝富仁等， 2004)。震源機(jī)制解給出的水平最大主應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方位為NNW-NW向，斷層應(yīng)力狀態(tài)以走滑型(SS)為主(崔效鋒等， 2005)。表明該區(qū)域主壓應(yīng)力軸P軸整體優(yōu)勢(shì)方位為NNW-NW向，深部應(yīng)力狀態(tài)SH>SV>Sh，這一結(jié)果與表1中工程區(qū)實(shí)測(cè)地應(yīng)力數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系也是一致的。

G7611都勻至香格里拉高速公路守望—紅山段沿線主要斷裂走向有NNE向、NW向兩組(圖1)，對(duì)工程區(qū)影響顯著的斷裂為NW向的包谷垴—小河斷裂，該斷裂是與NE向昭通—魯?shù)閿嗔褞嗯涮椎拇渭?jí)斷裂，屬全新世活動(dòng)斷裂。按照Anderson斷層理論分析，NW向斷裂的主應(yīng)力方向應(yīng)為NNW～NWW向，NE向斷裂的最大水平主應(yīng)力方向應(yīng)為NNE～NEE向。因此，可初步得出該區(qū)域的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向應(yīng)為NNW-NW向。

進(jìn)一步地，結(jié)合工程區(qū)周邊水壓致裂應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并參閱“中國大陸地殼應(yīng)力環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫”，可得出區(qū)域的實(shí)測(cè)地應(yīng)力數(shù)據(jù)水平最大主應(yīng)力方位的玫瑰花圖(圖6)。工程區(qū)周邊實(shí)測(cè)水平最大主應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方位為N20°～60°W，表1所示的工程區(qū)ZK001測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)最大主應(yīng)力方向(即破裂方位)的優(yōu)勢(shì)方位為N25°W～N47°W，與上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果吻合。

圖6 工程區(qū)附近水平最大主應(yīng)力方位

綜合B219川-滇構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征、地震震源機(jī)制解、周邊及現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可確定工程區(qū)應(yīng)力方向近似為NNW-NW向，這一結(jié)果亦與中國現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)圖(http：∥www.eq-netlab.com)所反映的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向亦相吻合(圖7)。

圖7 基于中國現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)圖的工程區(qū)應(yīng)力狀態(tài)

5.2 巖爆(脆性破壞)及大變形破壞

從樂紅隧道工程地質(zhì)剖面圖(圖2)來看，整個(gè)隧道穿越區(qū)的地層巖性主要為灰?guī)r及白云巖等硬質(zhì)巖。對(duì)Ⅱ、Ⅲ級(jí)硬質(zhì)巖，高地應(yīng)力下巖石可能會(huì)出現(xiàn)脆性破壞或巖爆現(xiàn)象。

對(duì)巖爆(脆性破壞)的分析，本文主要利用王成虎等(2012)提出的應(yīng)力強(qiáng)度比的判據(jù)，即采用工程區(qū)最大主應(yīng)力與巖石單軸抗壓強(qiáng)度之比σ1/σci。對(duì)于本隧道的灰?guī)r及白云巖等硬質(zhì)巖，當(dāng)埋深在200m以內(nèi)時(shí)幾乎不發(fā)生或發(fā)生輕微脆性破壞； 埋深在200～500m時(shí)，σ1/σci>0.2且σθ max/σci>0.5，可能會(huì)出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象或中等脆性破壞； 埋深超過500m時(shí)，σθ max/σci>0.8且σ1/σci>0.4，可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重脆性破壞或巖爆現(xiàn)象。

對(duì)Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖或軟巖在高地應(yīng)力作用下的大變形預(yù)測(cè)采用Hoek變形預(yù)測(cè)公式(包林海等， 2015)。通過對(duì)本隧道工程區(qū)的大變形預(yù)測(cè)可知， Ⅳ級(jí)圍巖幾乎不存在大變形問題； 而對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖來說，埋深小于900m時(shí)，圍巖相對(duì)位移值小于1%，為輕微變形，幾乎無支護(hù)問題； 當(dāng)埋深超過900m，圍巖相對(duì)變形量在1%～2.5%以后可能出現(xiàn)大變形問題，變形程度為輕微。

6 結(jié) 論

通過對(duì)樂紅隧道工程區(qū)文獻(xiàn)調(diào)研、應(yīng)力分區(qū)特征分析及地應(yīng)力量值預(yù)測(cè)，可得如下結(jié)論：

(1)基于工程區(qū)及其周邊應(yīng)力分區(qū)特征分析，可知工程區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力表現(xiàn)為以構(gòu)造應(yīng)力作用為主?；趯?shí)測(cè)地應(yīng)力數(shù)據(jù)，利用震源機(jī)制解分析可知工程區(qū)沿線最大水平主應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)方位為N20°～60°W。應(yīng)力場(chǎng)方向較為穩(wěn)定。

(2)基于修正Sheorey模型對(duì)樂紅隧道軸線方向上的應(yīng)力量值進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明在不同深度和地層巖性條件下，埋深在500m左右時(shí)的最大水平主應(yīng)力為11.2～20.5MPa； 埋深在1000m左右時(shí)的最大水平主應(yīng)力為25.9～28.2MPa。預(yù)測(cè)結(jié)果與周邊及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地應(yīng)力水平整體較一致。埋深超過500m以上時(shí)，地應(yīng)力量值水平較高(>10MPa)，需引起施工單位注意。

(3)工程區(qū)在高地應(yīng)力的情況下將有可能發(fā)生巖爆。隧址區(qū)灰?guī)r及白云巖等硬質(zhì)巖在埋深超過500m時(shí)可能發(fā)生中等脆性破壞到嚴(yán)重脆性破壞； 由于Ⅴ級(jí)圍巖主要分布在隧道進(jìn)出洞口，幾乎不存在大變形問題。

(4)基于中國大陸應(yīng)力場(chǎng)分區(qū)，利用Anderson斷層理論及修正Sheorey模型，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)有限鉆孔實(shí)測(cè)地應(yīng)力資料可開展線狀公路隧址區(qū)地應(yīng)力的分析及預(yù)測(cè)。通過本文的深埋特長(zhǎng)公路隧道工程實(shí)例，其應(yīng)用效果較好，可有效地解決線狀工程隧址區(qū)應(yīng)力預(yù)測(cè)的問題。