王喜華，趙志明，尹建勛，黃 秦

（1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500；2.西南交通大學(xué) 地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 610031；

3.中鐵二十一局集團(tuán)公司，蘭州 730000）

雅魯藏布江峽谷段某鐵路是國(guó)家 “十一五”規(guī)劃和《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的重要項(xiàng)目之一。線路東起青藏鐵路終點(diǎn)拉薩站，出站后向南沿拉薩河而下，經(jīng)堆龍德慶縣、曲水縣后，折向西溯雅魯藏布江而上，穿越長(zhǎng)度近90km的雅魯藏布江峽谷區(qū)，經(jīng)尼木、仁布縣后抵達(dá)藏西南重鎮(zhèn)日喀則。鐵路全長(zhǎng)253km，投資108億元，設(shè)拉薩南、曲水、尼木、吉瓊、日喀則等13個(gè)站，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)為國(guó)家I級(jí)鐵路，工期4年，全線為單線，預(yù)留電氣化條件，列車運(yùn)行時(shí)速不低于120km，年貨運(yùn)量可達(dá)830萬噸以上。

盆因拉隧道為該鐵路的關(guān)鍵性控制工程之一（圖1）。隧道穿越雅魯藏布江左側(cè)中高山，全長(zhǎng)10 410m，洞身山體高程范圍為3 750～4 990m，最大埋深1 080m。除進(jìn)口段104.38m位于R-5 000m曲線上之外，其余段落均位于直線上。洞內(nèi)坡度依次為5‰、9‰、7‰、-3‰。全隧道共設(shè)一個(gè)斜井，三個(gè)橫洞。

圖1 鐵路走向圖及盆因拉深埋隧道位置示意圖

圖2 盆因拉隧道所經(jīng)F4-4和F4-5斷層示意圖

1 隧址區(qū)地質(zhì)環(huán)境

1.1 地形地貌

隧道進(jìn)口位于澤朗曲右岸沖洪積臺(tái)地，地形陡峻，基巖裸露，有危巖落石分布，進(jìn)口端溝谷為一泥石流溝。洞身通過雅魯藏布江北岸中高山區(qū)，地形起伏極大，地勢(shì)極為陡峻，整體上西高東低，山體周邊沖溝發(fā)育，V型沖溝較多，溝兩側(cè)坡面較陡，溝內(nèi)小型泥石流發(fā)育。出口位于雅魯藏布江左岸至宗嘎村后的山坡處，地形相對(duì)較緩，為第四系松散堆積層所覆蓋。

1.2 地層巖性

隧道通過區(qū)主要出露的地層為燕山期閃長(zhǎng)巖，局部地表覆蓋第四系全新統(tǒng)0～3m的粗、細(xì)角礫土，山體坡腳地表多為坡積碎石土和粗、細(xì)角礫土，出口段分布有第四系全新統(tǒng)坡積粗角礫土。另外，構(gòu)造巖主要分布在洞段 F4-4斷層和F4-5斷層的破碎帶和影響帶中，主要由碎裂巖、斷層角礫組成，局部夾少量斷層泥礫，扁平狀、次棱角狀-次圓狀碎塊，且從斷裂帶中心向兩側(cè)隨距離的增大，形成碎粉結(jié)構(gòu)-碎裂結(jié)構(gòu)-原巖的遞變現(xiàn)象。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

線路走行于岡底斯-念青唐古拉板塊（南緣）、喜馬拉雅板塊（北緣）和兩者之間的雅魯藏布江縫合帶，呈近東西向展布。這些構(gòu)造單元直接控制著本區(qū)沉積建造、火山建造、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用及褶皺和斷裂構(gòu)造活動(dòng)。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)，使得該區(qū)仍存在整體抬升、掀斜和差異性的上升運(yùn)動(dòng)。隧道經(jīng)過較大的斷裂構(gòu)造為F4-4斷層和F4-5斷層（圖2）。

1.3.1 斷層

F4-4斷層為正斷層，斷層走向呈近南北向，傾向東，傾角約 75°～85°，斷層破碎帶寬約 90m；F4-5斷層為逆斷層，斷層走向呈近南北向，傾向東，傾角約60°～70°，斷層破碎帶寬約160m。兩條斷層破碎帶均主要由碎裂巖、斷層角礫組成，局部夾少量斷層泥礫，扁平狀、次棱角狀－次圓狀碎塊，且從斷裂帶中心向兩側(cè)隨距離的增大，形成碎粉結(jié)構(gòu)-碎裂結(jié)構(gòu)-原巖的遞變現(xiàn)象。斷層上下盤均為燕山期閃長(zhǎng)巖。

1.3.2 節(jié)理

測(cè)區(qū)內(nèi)巖體受構(gòu)造影響較嚴(yán)重，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，野外地質(zhì)調(diào)查中，沿雅魯藏布江邊對(duì)整個(gè)隧道洞身進(jìn)行了調(diào)查，共計(jì)做了23個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，并對(duì)該隧道的節(jié)理裂隙情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，主要為NE、NW向及近SN、EW向節(jié)理，多為共軛節(jié)理。

1.4 地震動(dòng)參數(shù)

根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）的劃分，結(jié)合2008年5.12地震后《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第1號(hào)修改單（自2008年6月11日起執(zhí)行），考慮《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）及《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50111-2006）的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合工點(diǎn)區(qū)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，相當(dāng)于基本烈度八度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45s。

1.5 水文地質(zhì)

該區(qū)屬雅魯藏布江水系，隧道區(qū)地下水類型為基巖裂隙水，基巖裂隙水主要以淺部風(fēng)化裂隙網(wǎng)狀水與深部構(gòu)造裂隙脈狀水的形式存在。地下水的補(bǔ)給主要依賴于大氣降水、冰雪融水的補(bǔ)給，由于隧道圍巖裂隙發(fā)育，有利于地下水的補(bǔ)給。地下水徑流主要受地形條件的控制，進(jìn)、出口端地下水流向沖溝，就整個(gè)隧道區(qū)而言地下水流向自北向南，其排泄形式在沖溝內(nèi)多為下降泉，雅魯藏布江河床為該區(qū)地下水排泄的基準(zhǔn)面。

2 勘測(cè)技術(shù)與手段

針對(duì)盆因拉隧道的特點(diǎn)，在勘測(cè)過程中運(yùn)用了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的勘探設(shè)備與技術(shù)。

2.1 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

盆因拉隧道地質(zhì)條件較復(fù)雜，埋深較大且洞身穿越兩條斷層破碎帶，施工中進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。

2.1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要方法

根據(jù)盆因拉隧道的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征，并結(jié)合國(guó)內(nèi)其它特長(zhǎng)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)，盆因拉隧道采用以洞內(nèi)地質(zhì)編錄為主，并與物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（TSP202、TSP203、地質(zhì)雷達(dá)等）和超前水平鉆探相結(jié)合的綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的方法。

對(duì)地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單的地段，以洞內(nèi)地質(zhì)編錄為主，根據(jù)對(duì)洞內(nèi)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育情況、地下水的發(fā)育情況等，分析圍巖的穩(wěn)定情況，并據(jù)此預(yù)報(bào)掌子面前方圍巖的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件；對(duì)地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地段，如長(zhǎng)大節(jié)理密集帶、物探異常段、次級(jí)斷層、富水段等，在洞內(nèi)地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)上，采用物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法（TSP202、TSP203、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水等），對(duì)隧道掌子面前方的地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)；對(duì)地質(zhì)條件特別復(fù)雜的地段，如區(qū)域性斷層、突涌水段等，在洞內(nèi)地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)上，先進(jìn)行物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，必要時(shí)采用超前水平鉆探進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

2.1.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容

1）地質(zhì)編錄。由專業(yè)地質(zhì)人員對(duì)隧道及輔助坑道的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)編錄，根據(jù)掌子面的地質(zhì)特征（地層巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、地下水發(fā)育情況等），并結(jié)合勘察設(shè)計(jì)地質(zhì)資料，對(duì)掌子面前方的地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提出工程措施意見。

2）物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜地段，如斷層、地下水發(fā)育的突涌水段等，在地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)上，進(jìn)行物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，一般地段以TSP202、TSP203為主；地質(zhì)條件復(fù)雜地段，要采用兩種以上的方法（TSP203、地質(zhì)雷達(dá)等）進(jìn)行預(yù)報(bào)，以便資料的對(duì)比分析，提高預(yù)報(bào)的質(zhì)量和精度。

3）超前水平鉆探。對(duì)規(guī)模較大的區(qū)域性斷層、物探超前預(yù)報(bào)的異常段（可能的斷裂帶及突涌水段），在地質(zhì)編錄和物探超前預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，通過超前水平鉆探進(jìn)一步確定斷層的位置、破碎帶的寬度、富水情況等。

2.1.3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)及工作量

1）地質(zhì)編錄。對(duì)隧道及所有輔助坑道進(jìn)行地質(zhì)編錄，總計(jì)：13 945m。

2）物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。隧道及各輔助坑道通過的斷層、地層分界線、長(zhǎng)大節(jié)理密集帶、物探異常段、突涌水段等，進(jìn)行物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，TSP法：88次，正線隧道：64次；輔助坑道24次；地質(zhì)雷達(dá)法：21次，均為正線隧道。

3）超前水平鉆探。隧道通過的主要區(qū)域性斷層、突涌水段等，根據(jù)物探超前預(yù)報(bào)的結(jié)果，必要時(shí)采用超前水平鉆探進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，超前水平鉆探的位置應(yīng)根據(jù)物探超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)果并結(jié)合施工揭示的地質(zhì)情況，經(jīng)綜合分析后確定，總計(jì)：450m。

2.2 水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試

水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試工作在盆因拉隧道地應(yīng)力鉆孔內(nèi)進(jìn)行。該測(cè)試孔布置在盆因拉隧道鉆孔巖芯較完整部位處，孔內(nèi)巖芯為閃長(zhǎng)巖，全孔巖芯較完整，局部略顯破碎。鉆孔部位山頂?shù)母叱碳s 4340m，孔口高程約3790m，測(cè)孔部位埋深約550m，孔深30m。測(cè)試結(jié)果見表1所示，其中σH為最大水平主應(yīng)力，σh為最小水平主應(yīng)力，σz為測(cè)點(diǎn)上覆巖石的自重計(jì)算值，λ為最大水平主應(yīng)力方向的側(cè)壓系數(shù)（σH/σz）。測(cè)試時(shí)的水位在孔口，孔口上覆巖體按550m計(jì)算，巖石容重取為27.0kN/m3。現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)試共成功獲得3個(gè)測(cè)段壓裂資料和相應(yīng)的圍巖壓裂印模資料。

根據(jù)地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果知，σH為 24.7～27.4MPa，平均為25.6MPa；σh為 14.6～15.4MPa，平均為 14.9MPa；σz平均為15.5MPa。本隧道巖石的飽和抗壓強(qiáng)度Rc在72.4～96.8MPa之間，Rc/σmax的最小數(shù)值為2.64。應(yīng)力水平屬于極高應(yīng)力水平，且地應(yīng)力場(chǎng)以水平應(yīng)力為主導(dǎo)。測(cè)試部位最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹35°E，與峽谷區(qū)地應(yīng)力重分布的一般規(guī)律所得出的結(jié)論是接近的，即以北北東向的擠壓為主（計(jì)算數(shù)據(jù)去除了3倍隧道直徑應(yīng)力釋放區(qū)的數(shù)據(jù)）。

表1 水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

2.3 涌水量預(yù)測(cè)

采用降水入滲法和地下徑流模數(shù)法對(duì)隧道涌水量的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)公式如下：

根據(jù)計(jì)算得到隧道涌水量如表2。預(yù)測(cè)結(jié)果：大氣降水入滲法計(jì)算值偏小，采用地下徑流模數(shù)法計(jì)算值。故該隧道的正常涌水量為10 110.9m3/d（單位正常涌水量 970.8m3/d.km），最大涌水量 為30 332.7m3/d。

表2 隧道涌水量預(yù)測(cè)

3 工程地質(zhì)問題評(píng)價(jià)

隧道工程影響范圍內(nèi)的主要不良地質(zhì)有泥石流、突涌水（泥）、危巖落石、圍巖失穩(wěn)和高地應(yīng)力。

3.1 泥石流

隧址范圍內(nèi)在洞身溝谷內(nèi)，由于松散堆積層較厚，溝內(nèi)縱坡較陡，季節(jié)性降水集中，溝谷內(nèi)均不同程度存在泥石流問題，但由于隧道多為深埋，最大埋深1 080m，泥石流對(duì)隧道正線工程無影響，僅對(duì)隧道斜井、橫洞的選擇有一定影響，本次隧道的斜井、橫洞位置均避開了泥石流。因此，泥石流對(duì)工程影響有限。

3.2 突、涌水（泥）

結(jié)合區(qū)域資料綜合分析，圍巖的富水程度為弱富水，但隧道洞身通過F4-4斷層、F4-5斷層，斷帶附近巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水較發(fā)育，主要富存于斷層帶、長(zhǎng)大節(jié)理密集帶及部分隧道淺埋地段中，結(jié)合以往隧道涌水經(jīng)驗(yàn)分析，突（集中）涌水段水量約為隧道最大涌水量的70%～80%。

3.3 危巖落石和圍巖失穩(wěn)

由于本區(qū)地處高原，晝夜溫差大，物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈，雅魯藏布江峽谷區(qū)山體陡峻，多為閃長(zhǎng)巖體，巖質(zhì)性脆，受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，多處高陡臨空面，局部呈現(xiàn)“凹”槽狀凌空突出，在強(qiáng)烈物理風(fēng)化作用下，導(dǎo)致表層巖體破碎，裂隙張開，邊坡穩(wěn)定性很差，多分布有危巖，在風(fēng)化、降雨及自重應(yīng)力、地震等因素的作用下，危巖與母巖分離而產(chǎn)生崩塌、落石，在坡腳形成巖堆。隧道進(jìn)口存在危巖、落石，施工前需采取清除、主被動(dòng)防護(hù)結(jié)合等綜合防治措施，以保證施工、運(yùn)營(yíng)的安全。

隧道洞身通過F4-4斷層、F4-5斷層兩個(gè)斷層，局部受構(gòu)造影響，存在長(zhǎng)大節(jié)理密集帶，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，局部含水，施工中可能會(huì)出現(xiàn)坍塌、變形等圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象。另外，在隧道出口段由于第四系全新統(tǒng)坡積層較厚，且埋深淺，施工中可能會(huì)出現(xiàn)坍塌、冒頂、變形等圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象。

3.4 高地應(yīng)力

根據(jù)地應(yīng)力實(shí)測(cè)成果分析，峽谷區(qū)最大主應(yīng)力方向?yàn)镹35°E，和隧道軸向近于垂直，最大水平主應(yīng)力為24.7～27.4MPa，且隧道最大埋深達(dá)1080m，巖體較完整，巖質(zhì)堅(jiān)硬，因此，局部地段可能存在高地應(yīng)力條件下的巖爆問題。

采用 Barton判據(jù)對(duì)盆因拉隧道進(jìn)行巖爆預(yù)測(cè)。Barton判據(jù)為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度 Rc與最大地應(yīng)力σH的比值，以此比值作為預(yù)測(cè)巖爆的判據(jù)，其判據(jù)式為：

預(yù)測(cè)結(jié)果見表3所示，結(jié)果表明在該隧道埋深處圍巖有輕微-中等巖爆的可能性。

4 結(jié)論

表3 Barton判據(jù)（Rc /σH）巖爆預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)工程地質(zhì)條件和預(yù)測(cè)得出以下結(jié)論：

1）隧道進(jìn)口為泥石流溝谷，施工時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)防洪措施。隧道出口第四系覆蓋層較厚，且隧道出口下方為居民區(qū)，施工中應(yīng)對(duì)坡面加固后進(jìn)洞以確保施工安全和行人的安全。隧道洞口施工應(yīng)避開雨季，洞口排水系統(tǒng)應(yīng)在雨季前完成。

2）隧道洞身通過F4-4和F4-5斷層地段，產(chǎn)生突、涌水（泥）的可能性較大，施工中要加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)進(jìn)行超前預(yù)注漿加固，確保施工安全。

3）隧道進(jìn)口、1號(hào)斜井、2號(hào)橫洞、3號(hào)橫洞洞口均存在危巖、落石，施工前需采取清除、主被動(dòng)結(jié)合等綜合處理措施。另外，隧道洞身主要通過燕山期閃長(zhǎng)巖，巖體堅(jiān)硬，節(jié)理較發(fā)育，局部發(fā)育節(jié)理密集帶，施工中易發(fā)生掉塊及坍塌，施工中加強(qiáng)支護(hù)，并做好防排水措施。

4）該隧道洞身段屬于極高地應(yīng)力區(qū)，最大水平主應(yīng)力為 24.7～27.4MPa，最小水平主應(yīng)力為 14.6～15.4MPa，最大水平主應(yīng)力方位總體為近N35°E向。經(jīng)Barton判據(jù)預(yù)測(cè)，得出該隧道具有輕微-中等巖爆的可能性，在施工中應(yīng)采取積極主動(dòng)的預(yù)防措施和強(qiáng)有力的施工支護(hù)，確保巖爆地段的施工安全，將巖爆發(fā)生的可能性及巖爆的危害降到最低。

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