吴同山隧道地应力测试的方法与成果
深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析
2017年第1期广东公路交通GuangDong GongLu JiaoTong总第148期文章编号：1671-7619 (2017)01-0045-05深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析彭仙淼(广东省南粵交通投资建设有限公司，广州510101)摘要：对于深埋特长隧道，岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。
准确地测量地应力，对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。
基于水压致裂法和室内岩体力学试验，研究了隧道围岩地应力状态，最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测，为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。
关键词：深埋特长隧道；地应力；围岩应力中图分类号:U456.2 文献标识码：B0概述地应力是指存在于地壳岩体内的未受工程扰 动的天然应力，亦称岩体初始应力。
它是导致地 壳岩体产生变形、断裂、褶皱乃至地震的根本作用 力。
精确测量地应力对于预测岩爆、地震等工程 地质灾害有着非常重大意义。
岩爆是岩体中聚积的弹性变形势能在一定条 件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来 的现象。
它是岩石破裂过程的一种失稳形式，是 深埋特长隧道的主要地质灾害之一。
测量地应力 是研究围岩变形破坏机理和设计相关防治方案的 基本依据。
某高速公路位于粤东地区,穿越莲花山脉，将 建成全长6 175m的特长隧道，埋深最大达739m。
本文基于水压致裂法和室内岩体力学试验，分析 研究了隧道围岩地应力状态，基于隧道地应力对 岩爆发生的部位和等级进行了预测，为隧道的开 挖与支护方案设计提供依据。
1工程概况1.1工程简介该高速公路位于粤东地区，特长隧道是其控 制性工程。
隧道全长6 175m，最大埋深约739m。
隧址区受区域构造莲花山断裂带、莲花山断裂伴 生北西向断裂、桐子洋复向斜褶皱影响。
依据地 质调绘、遥感、物探及钻探资料，隧址区内分布多 条断裂。
1.2测试钻孔简介本次测试利用钻探孔CSZK14,使用水压致裂法进行地应力测量。
CSZK14钻孔地下水位约228m，钻孔靠近山脊部位。
岩体地应力及其测量方法综述
岩体地应力及其测量方法综述明有封闭应力的存在。
地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。
应力解除法是岩体应力测量中应用较广的方法。
(2)对于地表剥蚀作用因素是导致常规初始应力反演中重力因子大于1的原因,易达根据地表剥蚀作用对地应力场反演影响的研究成果对此问题做了假定分析。
关键词：地应力，剥蚀作用，应力解除法，重力因子1 地应力的成因及其分类地应力一般是质地壳岩体处在未经人为扰动的天然状态下所具有的内应力，或称初始应力，主要是在重力和构造运动综合作用下形成的应力，有时也包括在岩体的物理、化学变化及岩浆浸入等作用下形成的应力[1]。
1.1 地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。
另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。
其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分[1]。
1.2 地应力的分类地应力按不同起源分为：自重应力、构造应力、剩余应力（卸荷作用在岩体内引起高的水平应力）和变异应力（由岩体的物理状态、化学性质或赋存条件方面的变化而引起的应力）。
值得注意的是剩余应力与残余构造应力是完全不同的：剩余应力不具有方向性，常是x=y；而残余应力引起的高水平应力具方向性，x与y相差较大[2]。
1980年陈宗基曾提出封闭应力的概念。
由于岩石是非均质介质，它的颗粒大小、力学性质及热传导系数等各不相同。
当地壳经受压力或温度变化后，岩石中各种晶体将产生变形。
由于晶体间的摩擦力使其在变形过程中局部将受到阻碍，引起应力积累。
隧道衬砌设计中的初始应力分析方法
隧道衬砌设计中的初始应力分析方法在现代地下隧道工程中，隧道衬砌设计是一个重要的环节。
隧道衬砌的作用是为地下隧道提供支撑和保护，使其能够承受外界地压力和其他不利因素的影响。
而在隧道衬砌的设计中，初始应力分析方法起着至关重要的作用。
初始应力分析方法是指通过实测或经验计算等手段，获得隧道施工前潜在的地应力状态，并在此基础上进行衬砌结构的设计。
在地下隧道工程中，地层的应力状态是复杂而多变的，取决于地层的类型、地质构造、地下水位等诸多因素。
因此，准确地确定初始应力状态对于隧道衬砌设计至关重要。
首先，初始应力分析方法可以通过地质勘探和实测数据来获得隧道所处地层的一些基本特征。
地质勘探可以通过钻孔、地质雷达等技术手段来获取地下土层的信息，如土层的厚度、组成、密实度等。
通过实测数据，可以获得地层的地应力和水压力等信息。
通过分析这些数据，可以初步了解地层的力学特性，从而为初始应力分析提供重要的依据。
其次，初始应力分析方法还可以借助于地质地貌学和数学模型等工具来进行补充。
地质地貌学是研究地貌形成和地质过程发展的科学，通过对地貌特征的观察和分析，可以间接推测地层中的应力状态。
数学模型则是通过建立地层力学模型，运用数学方法来模拟地层中的应力分布。
这种方法可以通过改变不同因素的数值来分析不同条件下的初始应力状态，从而得出设计所需的参数。
此外，初始应力分析方法还可以根据历史工程经验和类似地质条件下的隧道衬砌设计来进行。
通过对历史工程中类似地层条件下的隧道施工和衬砌结构的成功经验的总结，可以为当前工程提供宝贵的参考。
同时，通过对类似地质条件下隧道衬砌设计的分析，可以借鉴其初始应力分析方法，并结合实际情况进行适当的调整和改进。
在隧道衬砌设计中，初始应力分析的准确性直接关系到后续工程的可靠性和安全性。
只有通过科学严谨的分析方法来确定初始应力状态，才能为衬砌结构的设计提供可靠的依据。
而在实际设计中，还应考虑到地质不确定性和工程施工实际情况的影响，采取适当的安全系数，提高设计的可靠性。
隧道围岩变形与应力监测技术在施工中的应用与评估
隧道围岩变形与应力监测技术在施工中的应用与评估隧道工程是近年来城市建设中不可或缺的一部分。
随着隧道工程的不断发展，工程中的围岩变形与应力监测技术的应用与评估也越来越受重视。
本文将从不同的角度探讨隧道围岩变形与应力监测技术在施工中的应用与评估。
1. 前言隧道工程中的围岩变形与应力监测技术对工程安全和经济效益的提升起着至关重要的作用。
围岩变形与应力监测技术主要是通过安装传感器在隧道内部或围岩上进行实时监测，以获取有关围岩变形和应力分布的数据，从而及时调整施工方式，确保工程质量和安全。
2. 隧道围岩变形监测技术的应用隧道围岩变形监测技术主要包括测量套管法、测量灌浆法和测量剖面法。
其中，测量套管法是较为常用的技术，它通过在隧道围岩周围安装套管，通过测量套管的变形和应力变化来确定围岩的状态。
测量灌浆法则是通过注入灌浆材料来填充隧道围岩的裂缝和空隙，同时监测灌浆材料的流动情况，来评估围岩变形情况。
测量剖面法是通过在隧道围岩上沿着剖面安装传感器，测量围岩的变形和应力分布。
3. 隧道围岩应力监测技术的应用隧道围岩应力监测技术主要有引挠式、锚杆式和应力计式。
引挠式监测技术是通过引入外部力的方式来监测隧道围岩的应力分布。
锚杆式监测技术是通过在围岩内部安装锚杆，根据锚杆的应变变化来推断围岩的应力分布。
应力计式监测技术则是通过安装应力计来直接测量围岩的应力大小。
这些技术能够准确地评估围岩承载能力，从而指导隧道的施工进程。
4. 隧道围岩变形与应力监测技术在施工中的应用案例以某城市地铁隧道施工项目为例，工程师在施工过程中采用了围岩变形与应力监测技术。
通过定期对隧道内的传感器数据进行分析，工程师发现施工过程中围岩变形量较大，应力分布不均匀。
在得知这一情况后，工程师及时调整了施工方案，增设了加固措施，确保了隧道的稳定性。
5. 隧道围岩变形与应力监测技术在施工中的优势与挑战隧道围岩变形与应力监测技术在施工中具有诸多优势，如能够提供实时监测数据，及时发现问题。
地应力测量方法综述
地应力测量方法综述张重远1，2，吴满路1，2，陈群策1，2，廖椿庭2，丰成君2（1．国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室，北京100081；2．中国地质科学院地质力学研究所，北京100081）摘要：通过回顾地应力测量的起源及发展历程，对地应力测量方法进行了归类分析，明确了各种方法的基本原理、优缺点及应用范围；同时，对地应力测量的最新发展趋势以及目前我国在地应力测量方面面临的问题与挑战进行了剖析．研究成果对于采用较好的地应力测量方法以提高地应力测量精度无疑具有重要的指导意义．关键词：地应力测量；绝对应力；相对应力中图分类号：P553文献标识码：A文章编号：1673-9787（2012）03-0305-06Review of in-situ stress measurement methodsZHANG Chong-yuan1，2，WU Man-lu1，2，CHEN Qun-ce1，2，LIAO Chun-ting2，FENG Cheng-jun2（1．Key Laboratory of Neotectonic Movement and Geohazard，Ministry of Land and Resources，Beijing，100081，China；2．Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing，100081，China）Abstract：After reviewing the origin and development process of in-situ stress measurement，major present-day methods to measure in-situ stress are classified and their fundamental principles，advantages and disadvanta-ges，and applications are introduced．Meanwhile，new development trends about in-situ stress measurement as well as the problems and challenges that emerge in in-situ stress measurement in China now are analyzed in detail．The study has a guiding significance for using different methods of in-situ stress measurement and thereby improving its measuring accuracy．Key words：methods of in-situ stress measurement；absolute stress measurement；relative stress measurement0引言地应力是指客观赋存于地壳岩体内且未受工程扰动的一种自然力，亦称原岩应力．它是导致地壳岩体产生变形、断裂、褶皱乃至地震的根本作用力．李四光教授认为，岩层中发生的种种变形或破裂，是应力活动的结果［1］．随着我国采矿、隧道、水利水电、地热能开发、核废料处置等工程的持续增加，岩爆、巷道变形、高边坡失稳等一系列问题愈加突出．再加上我国又是当今世界上构造活动最为强烈的国家之一，陆内地震、山体滑坡等地质灾害频频发生．因此，开展地应力测量和监测，探知地壳应力状态，不仅可以服务各类岩体的工程建设，而且还能为地球动力学研究、断裂活动性研究和地质灾害预警研究提供重要的科学依据．目前，随着地应力测量在工程建设、地质灾害预警以及断裂活动性研究等领域的广泛应用，地应力测量方法日益增多．本文在回顾地应力测量起源及发展历程的基础上，对地应力测量方法进行了系统的归纳分析，以期为地应力测量方法的第31卷第3期2012年6月河南理工大学学报（自然科学版）JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）Vol．31No．3Jun．2012收稿日期：2012-02-23基金项目：国家科技专项（SinoProbe-06-01）．作者简介：张重远（1987—），男，河南周口人，主要从事地应力测量与区域应力场稳定性研究．E-mail：zhchongyuan@126．com合理应用提供借鉴．1地应力测量的起源与发展1932年，美国人R S Lieurace率先在胡佛大坝坝底泄水隧洞采用岩体表面应力解除法测量洞壁的围岩应力状态，开辟了地应力测量的先河．20世纪50年代初，瑞典人N Hast采用压磁套芯应力解除法在斯堪的纳维亚半岛进行了大规模的地应力测量试验，首次测得近地表地层中水平应力大大超过垂直应力，证明了A Heim的静水压力假说和A H Gennik的垂直应力大于水平应力的理论不具普遍性［2］；同时，他还认为这种现象与斯堪的纳维亚半岛的缓慢地壳构造运动有关．另外，他还将地应力测量引入了地质构造分析与地壳应力场研究之中．20世纪60年代以后，地应力测量理论和方法呈现多样化发展趋势，除了套芯应力解除法和水压致裂法等主流方法外，还涌现了诸如声发射法、应变恢复法、钻孔崩落法、岩芯饼化法、地质构造分析法及应力场反演法等一系列间接测量地应力的方法．20世纪80年代以后，地应力测量受到世界各国的广泛关注，特别是一些发达国家相继开展了深部应力（应变）监测计划．如美国的板块边界计划（PBO）在美国西部圣安德森断层边界计划安装200套钻孔应变仪，以研究美国西部板块边缘地区的变形；日本在京都地区与伊豆半岛等地安装了近40套深井地壳活动综合监测装置，用于地震活动性研究及地震预警监测［3］．我国地应力测量试验和研究开始于20世纪50年代后期，是由著名地质学家李四光和陈宗基两位教授分别指导的地质力学研究所和三峡岩基专题研究组率先组织实施的．1966年邢台地震之后，在李四光教授的指导下，在河北省隆尧县建立了全国第一个、也是世界上第一个地应力监测台站．该台站发现了地应力与地震活动有密切的联系．在过去的几十年间，我国原地应力测试技术得到了迅速发展，相继成功研制了压磁应力解除法、空芯包体应力解除法、水压致裂法、声发射法地应力测试系统仪器设备．汶川地震后，我国在南北地震带及首都圈安装了最新研制的圧磁应力监测仪器，显示了良好的地震前兆及响应信息．为了提高地球深部资源勘查和灾害预警水平，我国近期启动了深部探测技术与实验研究，这为建立我国地应力测量及监测网络、提高地震预警能力提供了坚实的物质基础和技术保障［4］．2地应力测量的主要方法迄今为止，可用于地应力测量的方法虽然很多，但尚未形成统一的分类标准．根据测量数据特点的不同，地应力测量大体分为绝对应力测量和相对应力测量．前者主要是确定地壳应力背景值，即主应力的大小和方向；后者则是观测应力随时间变化的动态变化规律，通常也称为地应力监测．根据测量基本原理的不同，绝对应力测量方法又可分为直接测量法和间接测量法．所谓直接测量法就是利用测量仪器直接测量和记录各种应力量，并由这些应力量和原岩应力的相互关系直接换算得到原岩应力值．间接测量法则是借助某些传感元件或媒介，测量和记录与岩体相关物理量的变化（如密度、泊松比、弹性波速等变化），然后通过相应的公式换算间接得到原岩应力值［5］．目前，较为常用的绝对应力测量方法主要有水压致裂法、声发射法、钻孔崩落法、套芯应力解除法、应变恢复法等．其中，前3种方法属于直接测量方法，后2种方法属于间接测量方法．相对应力测量方法包括压磁法、压容法、体应变法、分量应变法及差应变法等．其中，最为常用的方法是钻孔应变测量，它包括钻孔分量应变法和钻孔体积应变法．2．1套芯应力解除法套芯应力解除法既是2003年国际岩石力学测试专业委员会（ISRM）新推荐的一种地应力测量方法［6］，也是当前国内外最为常用的一种地应力测量方法．它是以平面应力状态为理论基础，假定岩体是连续、均匀、各向同性、线弹性的［7］．具体测量方法见图1．603河南理工大学学报（自然科学版）2012年第31卷目前，主要采用的套芯应力解除法有空芯包体应力解除法和压磁应力解除法．空芯包体应力解除法采用空芯包体应变计进行测量，压磁应力解除法采用以铁磁体磁致伸缩原理为基础设计的传感器进行应力测量［7］．压磁应力解除法地应力测量技术最早起源于瑞典，经过地质力学所的长期改进和创新，该方法已在国内许多重大工程应用中取得了良好的效果［7-11］．相比较而言，空芯包体应力解除法操作简单，经济实用，精确度较高，且可测量三维应力状态，但是其测量深度较浅（仅数10m ），且多用于隧道、矿山、地下硐室安全设计等方面．压磁应力解除法是一种平面测量方法，在3个相互正交的钻孔中可测得三维应力值，其测量探头稳定性好、灵敏度高，测量深度大（可达100 200m ［10-11］），多用于对变形控制要求较高的隧道、硐室及核废料处置等工程中．2．2水压致裂法水压致裂法地应力测量是通过在钻孔中封隔一小段钻孔，向封隔段注入高压流体（通常为水），并通过孔壁岩体的胀裂来确定地应力的一种方法（图2）．由于该方法可以在无需岩石力学参数的情况下直接测量应力值，特别是可以直接确定最小主应力值，再加上其具有操作简单、测量深度较大等优点，目前已被广泛应用．2003年，国际岩石力学测试专业委员会推荐了经典水压致裂法（HF ）和原生裂隙水压致裂法（HTPF ）［12］．HF 法地应力测量假设岩体为理想、非渗透性的且有一个主应力为垂直方向，大小等于上覆岩层重量．严格意义上讲，HF 法是一种平面测量方法，若要获取全应力张量，需采用三孔交汇测量．HF 法选择岩性完整的测试段，进行3 5个压裂循环试验并生成压力-时间曲线．最小水平主应力大小可从曲线中分析得到，其中关闭压力的准确判读是关键，ISRM 推荐至少用2种方法保证其可靠性［12］．孔壁的破裂方向即为最大水平主应力方向，一般用带有定位系统的印模器确定，但也可用地球物理成像技术记录裂隙方向［12-14］．当岩体中存在较多原生裂隙时，可以选用HTPF 法［12］．HTPF 法是HF 法的发展，能够估算全应力张量，且不涉及孔隙压力、钻孔方向和材料属性等参数，若裂隙间距大于50m ，需假设应力梯度，这会增加测试次数［12-16］．作为目前能完整测量深部地应力的最有效方法，水压致裂法广泛应用于水电、石油、地热及科研钻探中．2．3应变恢复法应变恢复法的原理是岩芯从周围岩体分离后即发生体积恢复（一部分是立即发生的弹性恢复，一部分是随时间缓慢发生的滞弹性恢复），且各方向的应变恢复量与之前所受压力正相关［16］．应变恢复法可分为滞弹性应变恢复法（ASR ）和微分应变曲线分析法（DSCA ）．目前，该技术在日本发展的较为成熟，并在科研及工程中取得了较好的应用效果．ASR 法通过对岩芯在径向和轴向测量应变恢复，可获得主应变方向，进而得到主应力方向，但对主应力值的估计较为困难，需要针对不同岩性建立准确的本构模型．DSCA 法认为，解除应力后，定位岩芯将随着膨胀而出现微裂隙，裂隙分布和原岩应力方向有关，裂隙密度与原岩应力大小成正比［17］．通过对试件正交面上应变片施加静水压力、记录各应变片的应变值并描绘应变-压力曲线，可以分析得到3个主应力方向及比值．若已知其中一个主应力大小（通常假设垂直应力为上覆层岩体重量），即可确定另外两个主应力大小［18-19］．ASR 法岩芯定向费用较高，且影响测量结果的因素很多［16］．DSCA 法操作复杂，仅为二维测量．但在一些大深度钻井条件下，当水压致裂法和应力解除法无法有效实施时，或者当需要其他方法的补充性数据来确保测量结果可信度时，应变恢复法具有较高的应用价值．2．4钻孔崩落法钻孔崩落指大深度的钻孔孔壁自然坍塌、掉703第3期张重远，等：地应力测量方法综述块现象［20］．同一地区井孔深部孔壁多发生塌陷，且具有相似的优势坍塌方位．钻孔孔壁挤压应力最大集中区通过剪切破碎而形成崩落，崩落的方向与最小水平主应力平行．有人认为，可利用崩落形状和岩石强度参数来确定水平主应力的大小，以及根据孔壁崩落的深度和宽度来估算应力值［21］．崩落方位可以用井下电视等辅助工具描述．钻孔崩落法的优点是速度较快，而且能在其他手段效率较低的深孔乃至超深孔获取有效信息．但也有很多不足，比如需要有崩落段的存在，岩体的各向异性会扰乱崩落方位、损害已获信息的有效性、尚无令人满意的理论与方法确定应力值的大小等［16］．钻孔崩落法广泛应用于石油工业及科研深钻中，如德国KTB深钻、日本海洋钻探计划（ODP）、中国台湾TCDP深钻和大陆科学钻探（CCSD）等［22-27］．2．5声发射法声发射（AE）是材料内部储存的应变能快速释放时所产生的弹性波现象．德国人J Kaiser研究发现，多晶金属的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载时，若应力未达到先前的最大应力值，则很少有声发射产生；当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做Kaiser效应［28］．把从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称之为Kaiser点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力．据此，在实验室对岩石试件进行6个以上不同方向的单轴压缩试验，可获得6个以上不同方向的压应力，并进一步根据弹性理论确定岩石取芯点的全应力张量［28］．岩芯的定位多采用古地磁法．由于声发射与弹性波传播有关，且高强度的脆性岩石通常具有较明显的Kaiser效应，而多孔隙低强度及塑性岩体的Kaiser效应往往不明显，所以一般不建议用AE法测定比较软弱疏松及塑性岩体中的应力．不过，M Seto通过试验认为，即使脆弱的岩芯，若采用多次加载也可以较好地分辨出Kaiser点［29］，这为利用AE法测定软弱疏松岩体提供了可能．目前，AE法在矿山和油田等工程中应用较多．2．6相对地应力测量方法长期以来，相对地应力测量的主流方法是钻孔应变观测，包括钻孔分量应变监测法和钻孔体积应变监测法．当前的监测台站多使用这类方法，限于篇幅，仅简要介绍这两种方法．钻孔分量应变观测法是观测钻孔直径的相对变化量，原理上沿不同方位布设3个压磁式、振弦、电容或半导体应变片就可以测出钻孔所在的平面应变状态．我国主要使用四分量式应变仪（其4个顺次标记元件相隔45ʎ夹角），其优点是可以利用奇数与偶数元件位移量之和的相关性自行检验观测的正确性，且当其中1个元件不能正常工作时，其余3个元件仍然可以完成测量［30］．钻孔体积应变监测法是测量岩石的体积应变，测量探头为液压式或液位式传感器．该法对岩石的完整性要求相对宽松，也容易获取长期稳定的资料，而且能在土层或松软岩层中测量［31］．地壳的构造运动、地球的固体潮汐作用、气压变化、地下水位变化、温度的变化以及人类的活动等都会造成地壳中的应力（应变）变化，而钻孔应力应变监测关心的又是构造运动引起的地壳中的应力（应变）变化，因此，需要对影响观测值变化的各种因素同时进行辅助监测［30］．目前，钻孔应变监测主要用于地震预警，但也可以用于矿山安全监测．3地应力测量存在的问题与展望3．1存在的问题随着我国工程建设不断向深部发展，地应力测量及监测正面临着严峻的考验．与发达国家相比，尚存在许多问题与不足．首先，在宏观层面上存在的问题与挑战有：第一，测量和监测深度不足［3］．目前，国际上最大地应力测量深度已达5100m［32］．在德国的KTB深钻及美国的SAFOD计划中，应力测量深度一般达到2000 3000m；日本也建立了数10座深度为1000 3800m的深井观测台站［3，30］．我国的绝大部分应力测量深度仅数百米，超过1000m的深井观测极为稀少，这严重制约了测量数据在空间上的代表性．第二，缺乏合理系统的地应力监测网络［3］．我国虽然积累了大量的地应力测量数据，但数据分布不均且质量参差不齐，地应力监测台站少、布局不合理，大部分监测台站数据网络传输、数据分析处理能力也亟待加强，这些问题制约了地学领域的创新性发现．第三，统一的地应力测量规范和标准亟待解决［3］．ISRM早在1987年即发布了“确定岩石应力的建议方法”．2003年，结合地应力测量方法的最新进展，又发布了新的建议规范．然而，在这些权威的地应力测量方法技术规范起草和编写过程中，没有我国相关领域科学803河南理工大学学报（自然科学版）2012年第31卷家的参与．其次，在技术与操作层面上存在的问题与挑战有：第一，测量深度引起的仪器设备性能问题．深部岩体的苛刻环境要求钻探设备和监测仪器具备足够的耐高压、耐高温、抗干扰、防水能力，而仪器在这种环境下，长期工作的稳定性以及与孔壁的耦合性不容忽视．第二，测量仪器和方法的精度与可重复性问题．测量的精度是确保数据可靠的关键，对此，除了改进已有仪器，更需要新技术、新材料的研发．测量过程和结果的可重复性既是测量工作科学、严谨的体现，又是测量仪器与方法广泛应用的保障，具有重要意义．第三，测量仪器及测量平台的现代化程度问题．提高测量与数据采集的质量与效率、推进测量成果网络传输与共享、建立测量方法标定平台，既需要增强地应力测量体系的现代化水平，又需要地应力测量系统向自动化、集成化、智能化方向发展．3．2展望近年来，人们逐渐认识到，由于地壳结构的高度复杂性和非均质性，加之地形等因素的影响，基于浅部及孤立测点所获得的地应力测量数据的代表性十分有限．因此，只有提高地应力测量深度，加大监测密度，才可能比较准确地认识和把握某一构造单元地质构造活动的动力学成因和内在机制．有鉴于此，在绝对应力测量方面，深部乃至超深部应力测量已成为必然趋势．同时，考虑到目前尚没有哪一种地应力测量方法能够适应和胜任所有目的和环境的测试，采用多种方法联合观测，实现不同观测方法之间的优势互补已成为提高测量结果可信度的必然举措．此外，在相对应力测量方面，高密度深井综合监测已成为未来的发展方向．这不仅是深部地质研究的客观需要，也是消除气压、温度、地下水以及地面噪音等自然和人为因素干扰的现实需要．有鉴于此，钻孔分量应力和应变监测方法无疑将成为重点发展方向．目前，地应力相对测量正朝着多元化方向迈进，钻孔地应力（应变）监测以及其他物理参数检测技术将一起作为地球物理观测的重要手段在未来深部地壳研究中发挥重要的作用．参考文献：［1］李四光．地质力学方法［M］．北京：科学出版社，1976．［2］HAST N．The state of stress in the upper part of the earth＇s crust［J］．Tectonophysics，1969，8（3）：169-211．［3］陈群策，李宏，廖椿庭，等．地应力测量与监测技术实验研究-SinoProbe-06项目介绍［J］．地球学报，2011，32（S1）：113-124．［4］董树文，李廷栋，SinoProbe团队．深部探测技术与实验研究（SinoProbe）［J］．地球学报，2011，32（S1）：3-23．［5］蔡美峰．地应力测量原理与技术［M］．北京：科学出版社，2000．［6］SJ BERG J，CHRISTIANSSON R，HUDSON J A．IS-RM Suggested Methods for rock stress estimation-Part2：overcoring methods［J］．J Rock Mech＆Min Sci，2003，40（7/8）：999-1010．［7］王连捷，潘立宙，廖椿庭，等．地应力测量及其在工程中的应用［M］．北京：地质出版社，1991．［8］吴满路，马寅生，张春山，等．兰州至玛曲地区地应力测量与现今构造应力场特征研究［J］．地球物理学报，2008，51（5）：1468-1474．［9］吴满路，廖椿庭，张春山，等．红透山铜矿地应力测量及其分布规律研究［J］．岩石力学与工程学报，2004，23（23）：3943-3947．［10］吴满路，张春山，廖椿庭，等．青藏高原腹地现今地应力测量与应力状态研究［J］．地球物理学报，2005，48（2）：327-332．［11］LIAO CHUNTING，ZHANG CHUANSHAN，WU MANLU，et al，Stress change near the Kunlun faultbefore and after Ms8．1Kunlun earthquake［J］．Geo-physical Research Letters，2003，30（20）：2027．［12］HAIMSON B C，CORNET F H．ISRM Suggested Methods for rock stress estimation-Part3：hydraulicfracturing（HF）and/or hydraulic testing of pre-exist-ing fractures（HTPF）［J］．Rock Mech J＆Min Sci，2003，40（7/8）：991-998．［13］丰成君，陈群策，吴满路，等．四川省大凉山腹地当前地应力状态分析［J］．河南理工大学学报：自然科学版，2010，29（4）：468-474．［14］王成虎，郭启良，陈群策，等．新一代超声波钻孔电视及其在工程勘察中的应用［J］．地质与勘察，2007，43（1）：98-101．［15］刘亚群，李海波，景峰，等．考虑应力梯度的原生水压致裂法地应力测量原理及工程应用［J］．岩石力学与工程学报，2007，26（6）：1145-1150．［16］LIUNGGREN C，CHANG YANTING，JANSON T，et al．An overview of rock stress measurement methods［J］．J Rock Mech＆Min Sci，2003，40（7/8）：975-989．［17］OIKAWA Y，MATSUNAGA I，YAMAGUCHI T．Dif-ferential strain curve analysis to estimate the stressstate of the Hijiori hot dry rock field，Japan［J］．Rock J903第3期张重远，等：地应力测量方法综述Mech Min Sci＆Geomech Abstr，1993，30（7）：1023-1026．［18］KANG S S，NAKAMURA N，OBARA Y，et al．Rock stress interpretations from Mt．Torigata（Japan）basedon calcite strain gauge and differential strain curve a-nalysis［J］．Engineering Geology，2000，58（3）：35-52．［19］SAKAGUCHI K，IINO W，MATSUKI K．Damage in a rock core caused by induced tensile stress and its rela-tion to differential strain curve analysis［J］．J RockMech＆Min Sci，2002，39（3）：367-380．［20］翟青山，毛吉震，张钧，等．根据钻孔崩落资料确定剑川地区应力场方向［J］．地震地质，1989，11（2）：46-53．［21］HAIMSON B C，Lee C F．Estimating in situ stress conditions from borehole breakouts and coredisking-ex-periment results in granite［M］//Proceedings of theWorkshop on Rock Stress Measurement at GreatDepth．Tokyo，Japan：Eighth ISRM Congress，1995：147-153．［22］BRUDY M，ZOBACK M D，FUCHS K，et al．Estima-tion of the complete stress tensor to8km depth in theKTB scientific drill holes：Implications for crustalstrength［J］．Journal of Geophysical Research，1997，102（B8）：18453-18475．［23］HUBER K，FUCHS K，PALMER J，et al．Analysis of borehole televiewer measurement in the Vorotilov drill-hole，Russia-first results［J］．Tectonophysics，1997，275（1）：261-272．［24］MASANORI IENAGA，LISA C MCNEILL HITOSHI MIKADA，et al．Borehole image analysis of NankaiAccretionary Wedge，ODP Leg196：Structural andstress studies［J］．Tectonophysics，2006，426（1/2）：207-220．［25］COWGILL S M，MEREDITH P G，MURRELL S A F．Crustal stresses in the North Sea from Breakouts andother borehole data［J］．J Rock Mech Min Sci＆Geo-mech Abstr，1993，30（7）：1111-1114．［26］WEIREN LIN，EN-CHAO YEH，JIH-HAO HUNG，et al．Localized rotation of principal stress around faultsand fractures determined from borehole breakouts inhole B of the Taiwan Chelunpu-fault Drilling Project（TCDP）［J］．Tectonophysics，2010，482（1/4）：82-91．［27］CUI JUN-WEN，WANG LIAN-JIE，LI PENGWU，et al．Wellbore breakouts of the main borehole of ChineseContinental Scientific Drilling（CCSD）and determina-tion of the present tectonic stress state［J］．Tectono-physics，2009，475（2）：220-225．［28］李宏，张伯崇．北京房山花岗岩原地应力状态AE 法估计［J］．岩石力学与工程学报，2004，23（8）：1349-1352．［29］SALMON V，DERENNE S，LARGEAU C，et al．In situ stress determination by acoustic emission tech-nique［J］．J Rock Mech＆MinSci，1997，34（3）：638．［30］李海亮，李宏．钻孔应变观测现状与展望［J］．地质学报，2010，84（6）：895-900．［31］苏恺之，李桂荣，张涛，等．小型化体积式钻孔应变仪［J］．内陆地震，1997，11（4）：316-322．［32］HAIMSON B C．Hydrofracturing stress measuring method and recent field results［J］．J Rock Mech MinSci＆Geomech Abstr，1978，15（4）：167-178．（责任编辑杨玉东）013河南理工大学学报（自然科学版）2012年第31卷。
大型工程中地应力的测试与应用
大型工程中地应力的测试与应用摘要随着社会经济的飞速发展以及科学技术的日趋进步，工程建设也得到了很大的发展，也由此延伸至高山峡谷以及江河源头地带，而工程建设的内容主要囊括了大面积的地下厂房、深埋长隧道以及大跨越厂房等，其地质特征也更加的复杂，所以水电工程应该科学合理的对地应力测试手段进行安排。
本文主要对大型工程建设过程中的不同地应力测试手段的测试步骤、基本原理、主要特征以及使用条件等进行了详细的介绍，并对比分析不同地应力测试手段的测试结果。
关键词大型工程；地应力；测试；应用随着社会经济的飞速发展，工程建设也得到了很大的发展，而工程建设的过程中，对地应力测试是不可或缺的阶段，它会直接影响着建筑物设计的安全，还会对工程质量产生很大的影响。
基于地应力测试在工程建设中具备的重要作用，地应力测试也在一定程度上得到了很大的突破，而不断的出现了各种测试方法以及试验手段，并且获得了良好的效果。
但作为测试地应力的重要手段，例如接触法以及常规水压致裂法等依旧占据着主体的地位。
除此之外，在三维测量中对水压致裂法的应用也获得了很大的进步，并在很多工程中被成功的应用。
1 地应力测试手段1.1 常规水压裂法现阶段，我国广泛应用的地应力测试手段为常规水压裂法，主要具备以下优点：测试周期短、测试深度大（国内外测试深度最大）、测试周期短；整理资料时不需要参考岩石具有的弹性参数，能够有效的避免参数取值而导致的误差；加压测试钻孔的长度一般是80cm～100cm之间，其岩壁具有非常广的受力范围等。
选取该手段进行测试，并对岩体做各项同性、线性以及均匀的线弹性体设想；如果把围岩当做多孔介质时，所加入的流体需要根据达西定律流动于岩体孔隙内。
除此之外，把铅直钻孔轴向力假定成主应力，其力的大小和覆岩层具有的自重压力相等。
此测试手段流程主要是：按照钻孔地质特征情况对岩芯段的完整进行确定，通过可膨胀橡胶密封器对其密封处理；泵入液体施压钻孔，且多次重复循环，并全程采集加压时的液体流量和液体压力；通过测试曲线所得出的特征值，并据此对平面应力值进行计算。
秦岭隧洞越岭段地应力测试成果分析
第三主应力 σ３
倾角 方位角 量值
/ Ｄｅｇ
测试结果接 近ꎬ 说 明 两 种 方 法 皆 可 行ꎬ 可 相 互 佐
τ ＺＸ
１６ ７
空间主应力 / ＭＰａ
倾角 方位角 量值
/ Ｄｅｇ
解除法测试地应力量值和方位均与三维水压致裂法
空间应力分量 / ＭＰａ
图 １ 所示ꎮ
得到三维地应力 [８] ꎮ
其中秦岭深埋引水隧洞位于秦岭造山带岭脊高
中山区及岭南中低山区中ꎬ 地形起伏ꎬ 地质构造异
常复杂ꎮ 主要涉及地层下元古界长角坝岩群黑龙潭
岩组石英岩、 印支期花岗岩、 华力西期闪长岩以及
断层碎裂岩ꎬ 通过 ｆ７、 ＱＦ４ 断层ꎬ 断带物质为碎裂
收稿日期: ２０２１￣０１￣１７
水利规划与设计
４９ ２ＭＰａ 之间ꎬ 方位角分别在 ２７１° ~ ２９０°、 ２６６° ~
间ꎬ 方位角在 ２５９° ~ ２６７ ° 、 ２７７ ° ~ ２９０ ° 之 间ꎮ 地
３５ ６ＭＰａ、 ３１ ４ ~ ３３ ６ＭＰａ 之间ꎻ ＺＫ２、 ＺＫ３ 钻孔最大
接近ꎮ
２８３°之 间ꎻ 最 小 水 平 主 应 力 量 值 分 别 在 ２９ ５ ~
主应力为 ４１ ８ ~ ５５ ５ＭＰａꎬ 最 小 主 应 力 为 ２３ ０ ~
３ 测试结果及区域应力场分析
２８ ９ＭＰａꎮ ＺＫ３ 孔在 ７ ４ ~ ２８ ２ｍ 测深范围ꎬ 最大
３ １ 测试简介
为了探明秦岭隧洞围岩的初始应力状态ꎬ 在秦
岭隧洞岭南 ＴＢＭ 段 Ｋ３８ ＋ ８５０ 里程处花岗岩深埋隧
１３２
设计施工
２０２１ 年第 ２ 期
深埋隧道岩爆地段地应力测试及应用探讨
XU Baohua
（ The 1st Engineering Co. ，Ltd. of China Ｒailway 12 Bureau Group，Xi’an，Shaanxi 710038，China）
Abstract： Based on the rebuilding of Laobishan tunnel on Chengdu-Kunming railway line，the stress relief method is used
2019 年 6 月
施工技术
第 48 卷 增刊
CONSTＲUCTION TECHNOLOGY
563
深埋隧道岩爆地段地应力测试及应用探讨*
胥宝华
（ 中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西 西安 710038）
［摘要］以改建铁路成都至昆明线老鼻山隧道为工程依托，采用应力解除法对该隧道深埋岩爆地段的地应力进行测
改建铁路成都至昆明线峨眉至米易扩能改造工程 EMZQ-3 标段老 鼻 山 隧 道 全 长 13 579m，起 止 里 程 为 D1K198+253—D1K211+ 832，共设置 1 号、2 号、3 号 3
* 国家自然科学基金（ 51378435） ［作者简介］ 胥宝华，高级工程师，E-mail： 503003598@ qq. com ［收稿日期］ 2019-01-08
试，并根据岩爆烈度评定等级给出相应的岩爆预防措施。研究表明，老鼻山隧道 2 号工区深埋地段实测最大主应
力为 23. 8MPa，与隧道轴线方向夹角约 60°，呈大角度相交，岩体强度应力比为 2. 43 ～ 2. 90，属于中等岩爆； 施工过
程中通过优化爆破参数、采用涨壳式预应力中空锚杆主动支护、钢纤维韧性喷射混凝土等技术措施有效预防岩爆
隧洞工程试验检测方案
隧洞工程试验检测方案一、试验检测目的隧洞工程试验检测是为了确认隧洞的安全性、稳定性和可靠性，保证隧洞工程的完成和使用。
本方案旨在对隧洞工程进行全面的试验检测，包括地质勘测、隧道质量、结构力学性能、环境监测等方面的内容。
二、试验检测内容1. 地质勘测地质勘测是为了了解隧洞区域的地层情况，包括岩石性质、构造特征、节理分布等。
通过地质勘测，可以为隧洞工程的设计和施工提供参考。
地质勘测内容包括地质调查、岩土勘察、地质预报等。
2. 隧道质量检测隧道质量检测是为了确认隧洞质量是否符合设计要求，包括隧道内部及周边的构造情况、隧洞内部设施的完好性等。
隧道质量检测内容包括隧道结构检测、检测仪器的选择和布置等。
3. 结构力学性能检测结构力学性能检测是为了确认隧洞结构的安全性和稳定性，包括隧洞结构的受力情况、变形情况等。
结构力学性能检测内容包括结构受力分析、变形监测、结构损伤检测等。
4. 环境监测环境监测是为了确认隧洞的环境条件是否符合要求，包括隧洞内部的空气质量、水质情况等。
环境监测内容包括空气检测、水质监测、环境噪音检测等。
三、试验检测方法1. 地质勘测方法地质勘测方法包括地质调查、岩土勘察、地质勘测报告等。
地质调查主要包括现场勘察和野外调查，根据野外勘查所得资料，编制地质图、岩土图等，预测地质灾害。
岩土勘察主要包括取样分析和实验室试验，通过岩土勘察获得岩土性质参数，为工程设计提供数据支撑。
地质勘测报告主要包括地质调查资料、岩土勘察资料、地质灾害风险评价等。
2. 隧道质量检测方法隧道质量检测方法包括非破坏检测和破坏检测。
非破坏检测主要包括地下水位、地下水质、地下水渗流方向等的监测。
破坏检测主要包括隧道内部构造的检测和立管灌浆的检测。
3. 结构力学性能检测方法结构力学性能检测方法包括结构受力分析、变形监测、结构损伤检测等。
结构受力分析主要包括驻站力和径向压力等的计算。
变形监测主要包括立管变形和沉降的检测。
结构损伤检测主要包括裂缝、变形、腐蚀等的检测。
水压致裂地应力测试法在茅坪隧道中的应用与研究
｝ｆ ｒ 交 技 ２１年 期 ３ 福建 通科 — ７ ］ ０１ 第２
３ 测试 结果综 合分 析 ． ３
３３ １ 最大水 平主 应力 的量级 及方 向 ．．
垂 向 应 力 比值 ｋ ａ ／ ｈ ＝ Ｈ ａ ）随 深 度 的 关 系 曲 线 如 图 ４ 所 示 ，其 侧 压 系数 范 围 值 如 下 ：ｋ １ ５ １ ７ ＝ ． ￣ ． ；在 试 验 深 ３ ５
２２ 试验方 法 ． ．
本 次 试 验 选 取 茅坪 隧道 ￣ Ｌ ｌ岩 体 较 完 整 部 位 ｘｓｏ 的８ 进行 了水 压 致裂地 应 力试验 ，并成 功 获得 了６ 试 段 段
验 曲线 ，其 测试 成果 如表 １ 所示 。
表 １ ＸＳ ０ 孔水 压 致 裂 地 应 力 测 试 成 果 表 ｌ钻
区域构 造 形式 多样复 杂 ，区 内以北北 东 的新华 夏 系构 造
水 压致 裂 地应 力测 试 的经典 理论 采 用最大 单 轴拉 应 力破坏 准 则 ，在 这 种破坏 准 则 的制约 下 ，轴 向应 力仅 与
较 为发 育 。该隧 道 由于埋 深较 大 ， 岩 完整坚 硬 ，构 造 基 及 节理 裂 隙不很 发 育 ，所 以高地 应 力和岩 爆 问题 是 该隧 道 设计 必须 考虑 的 重要 因素 。
度范围内，测试孔侧压 系数均大于１ ，表明场区地应力
以构 造应 力为 主 。 ３ ． 最大 、最小 水平 主应 力与岩层 深度 的关 系 ．３ ３
由图５ 的测试孔应力随深度变化关系曲线可以看出， 除个别点外 ， 测孔的应力值随深度的增加均有增大趋势。
Ｘ ｌＮ 试孔 侧 压系数 （ Ｓ０Ｕ 实测 最 大水平 主应 力与 铅
高应 力地 区 ，隧道 施 工期 间岩体 开挖 可 引起 一系 列与 地 应 力释 放相 关 的变 形 与破坏 现 象 ，尤 其是 岩 爆 。本文 应
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
吴同山隧道地应力测试的方法与成果 摘要：近年来，国内高速公路工程掀起建设热潮，对于山区高速公路，隧道的地质条件和设计具有重要意义。笔者以福建省永春至永定高速公路吴同山隧道为例，对其地应力条件的测试方法作以说明，对类似隧道工程有一定的参考价值。
关键词： 高速公路隧道地应力地质勘察 Abstract: in recent years, domestic highway engineering a construction boom, for the mountainous area highway, the geological conditions and tunnel design is of great significance. The author quan in fujian province highway tunnel yongding to WuTongShan as an example, the ground stress test method of the conditions to explain to the similar tunnel project is of some reference value.
Keywords: highway tunnel geostress geological investigation
1 项目概况 1.1 工程概况 拟建的吴同山隧道位于福建省安溪县湖头镇，总体呈北东～南西向曲线形展布。隧道采用分离式，其中左洞起讫桩号ZK8+217～ZK11+394，总长3177m；右洞起讫桩号K8+215～K11+390，总长3175m；净空（宽×高）均为10.25×5.0m。设计时速80km/h，最大埋深489m，属特长隧道。
1.2 隧址区地质概况 本隧道在区域地质上位于闽西南拗陷带与闽东火山断拗带之间，区内构造较发育，在地质历史上先后经历了加里东、印支、燕山和喜山期重大构造运动，致使区内构造复杂及岩浆侵入频繁，奠定了本区地质构造基础。区域地震抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，峰值频谱周期为0.45s，设计地震分组属第二组。
隧址区属构造剥蚀低山丘陵地貌，地形起伏大，进出口均与山间沟谷盆地相连，切割深度10～25m，最大高程742.5m，最小高程188.5m，相对高差554m。山体表层为残积粘性土（Qel），层厚一般2.00～5.50m；下伏基岩为侏罗系上统 南园组凝灰岩、流纹岩（J3nb）及燕山早期侵入花岗岩（γ52(3)c），其中花岗岩与凝灰岩、流纹岩呈侵入不整合接触关系，接触带内岩层蚀变较强烈，岩体节理裂隙发育，多破碎呈碎块状，对隧道洞身围岩稳定性有一定影响。微风化花岗岩层新鲜坚硬，节理裂隙弱发育，为隧道洞身主要围岩。
2 隧道的地应力条件 2.1 测试方法及步骤 勘察期间根据钻孔SZK吴7#岩芯的完整性，在钻孔不同深度采用水压致裂测量法进行测试。本方法是国际岩石力学学会测试方法委员会于1987年颁布的测定岩石应力的建议方法之一，其原理是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度封隔一段钻孔，然后泵入液体对该段钻孔施压，根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力，使用的设备示意图见图1。
本方法具有以下突出优点：（1）测量深度大；（2）资料整理时不需要岩石弹性参数参与计算，可以避免因岩石弹性参数取值不准引起的误差；（3）岩壁受力范围较广(钻孔承压段长)，可以避免“点”应力状态的局限性和地质条件不均匀性的影响；（4）操作简单，测试周期短。因此，本方法被广泛应用于水利水电、交通、矿山等领域。
图1 水压致裂法测试设备示意图 在进行水压致裂测试之前，对钻孔进行检查，包括岩芯完整性指标RQD、透水率、钻孔倾斜度等参数，根据工程的需要选择合适的压裂段。同时现场对压力传感器进行标定，对每根加压钻杆进行密封检验。本次测试主要步骤如下：
（1）坐封：通过钻杆将两个可膨胀的橡胶封隔器放置到选定的压裂段，加压使其膨胀、坐封于孔壁上，形成承压段空间。
（2）注水加压：通过钻杆推动转换阀后，液压泵对压裂段注水加压（此时封隔器压力保持不变），钻孔孔壁承受逐渐增强的液压作用。
（3）岩壁破裂：在足够大的液压作用下，孔壁岩体沿阻力最小的方向出现破裂，该破裂将在垂直于截面最小主应力的平面内延伸。与之相应，当泵压上升到临界破裂压力Pb后，由于岩体破裂导致压力值急剧下降。
（4）关泵：关闭压力泵，泵压迅速下降，然后随着压裂液渗入到岩层，泵压下降缓慢。当压力降到使裂缝处于临界闭合状态时的压力，即垂直于裂缝面的最小主应力与液压回路达到平衡时的压力，称为瞬时关闭压力Ps。 （5）卸压：打开压力阀卸压，使裂缝完全闭合，泵压记录归零。 （6）重张：按（2）～（5）步骤连续进行多次加压循环，以便取得合理的压裂参数，以判断岩石破裂和裂缝延伸的过程。
（7）解封：压裂完毕后，通过钻杆拉动转换阀，使封隔器内液体通过钻杆排除，此时封隔器收缩恢复原状，即封隔器解封。
（8）破裂缝方向记录：采用定向印模器，通过扩张印模筒外层的生橡胶和能自动定向的定向器记录破裂缝的长度和方向。
2.2 测试成果 （1）应力量值 测试后各项数据基本符合水压致裂法测试的一般规律，各压力特征值比较明显。钻孔SZK吴7#在160.6～379.9m测试深度范围内的最大水平主应力σH为5.5～13.3MPa，最小水平主应力σh为4.1～10.5MPa，铅直应力z 为4.3～10.3MPa。测试成果详见下表1。测试部位隧道围岩为微风化花岗岩，参考试验结果并根据工程经验，取单轴饱和抗压强度Rc=80MPa，测试区域的Rc/σmax=6.3（σmax为垂直洞轴线方向的最大初始应力），依据《工程岩体分级标准》（GB/50218-94），岩体应力量级为高应力水平。
表1 SZK吴7#钻孔水压致裂法地应力测试成果表
注：1、Pb-岩石破裂压力，Pr-裂缝重张压力，Ps –瞬时闭合压力，P0 –岩石孔隙压力，σt - 岩石抗拉强度，σH –最大水平主应力，σh–最小水平主应力，σz–铅直（自重）应力，λ最大水平主应力方向的侧压系数(σH/σz)。破裂压力、重张压力及关闭压力为测点孔口压力值；2、岩石容重取为27kN/m3，测试时钻孔水位位于孔口以下45m。
（2）测压系数 测深范围内测段的最大水平主应力侧压系数σH/z绝大多数在 1.1～1.3之间，隧道围岩处应力场主要呈σH>σz >σh特征，说明该深度范围内地应力场水平应力起主导作用，主要受构造应力和山谷地形作用的影响。
（3）应力方位 钻孔所得破裂缝方向比较一致，最大水平主应力方向范围为N22°W～N40°W，平均方位为N31°W，与隧址区沿线内主要断裂构造走向基本一致，主要裂缝印模见下图2。
（4）地应力量值与埋深的关系 通过拟合，获得的水平主应力量值随深度（H，单位m）的变化关系见下式及图3，可以看出：在测试深度范围内，应力量值随深度的增加而增大。
（5）地应力场与隧道轴线布置 隧道轴线方向主要受整体工程布置情况及地质条件决定，但地应力的大小和方向对它有重要影响。研究表明，在以水平构造为主的应力场中，洞
H=298.9m H=343.9m H=370.9m 图2 钻孔SZK吴2#水压致裂法压裂缝印模图
图3水平主应力测值随深度的变化关系图 室轴线最好平行最大水平主应力方向布置，否则边墙将产生严重的变形和破坏。根据本隧道地应力测试结果，测孔深部最大水平主应力方向（N40°W）与隧道轴线方向（约78°）夹角较大（约62°），对隧道围岩的稳定性相对不利。
2.3 隧道围岩的地应力场评估 本次测试最大测深为379.9m，小于隧道的最大埋深（约489m）。因此，需对可能发生岩爆的深埋段隧道围岩应力状态进行粗略估计。
孔深272m以下测段的最大水平主应力侧压系数在1.1～1.3之间。对于埋深大于测孔深度的深埋段隧道，需对测试结果进行适当外延，估计适用埋深的隧道围岩应力状态。依据测试结果及已有工程经验，重点针对可能发生岩爆的深埋段隧道，初步建议隧道综合应力场如下式所表述（H为隧道围岩埋深，单位m）。 实测最大水平主应力方位为N22°W～N40°W， 建议深埋段隧道围岩的最大水平主应力方向为N40º W。据上式粗略估计最大埋深处（约489m）围岩最大水平主应力为17.2MPa，属高应力水平。
2.4 施工期间隧道岩爆预测 针对完整硬质隧道围岩，参考试验结果与工程经验，取单轴饱和抗压强度Rc=80MPa。隧道施工开挖期岩爆预测评价结果如下表2所示。
综合以上测试成果，当隧道埋深小于225m时，施工期一般不会发生岩爆；隧道埋深在225～370m范围，可能发生轻微岩爆；隧道埋深大于370m时，可能发生中等岩爆。
由于影响岩爆发生的因素很多，除地应力因素外，还有岩体性状、地质构造及开挖方式等。在应用上述预测结论时应对多种影响因素加以考虑，进行综合分析，必须选择合理的开挖方式，并在施工过程中采取必要的安全措施。
表2吴同山隧道岩爆判别表 Russenes法 Turchaninov法 岩爆烈度 σθ/Rc H/m 岩爆烈度 （σθ+σL）/Rc H/m 无岩爆 <0.2 <225 无岩爆 ≤0.3 ≤245 弱岩爆 [0.2,0.3） [225,370） 有岩爆可能 （0.3,0.5] （245,560] 中岩爆 [0.3,0.55） [370,620） 肯定发生岩爆 （0.5,0.8] （560,900]
【参考文献】 （1）《工程地质手册》（2007年2月第四版） （2）《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）