川藏铁路项目完成西藏林芝地应力台站建设并获取尼泊尔8.1级强震远场应力变化

　　川藏铁路工程是我国正在规划建设的大型重点工程，该工程的规划建设采取分段建设的思路。进入21世纪后，随着青藏铁路的开工建设和运行，川藏铁路也开始进入正式规划设计阶段，成为新时期国家实施西部大开发综合交通运输体系的重要组成部分。目前该工程正在有计划地顺利进行：成都至雅安段城际铁路已开工建设、雅安至康定段完成定测、川西地区正在进行线路比选，拉萨至林芝段已完成初勘，昌都至林芝段作为长远规划设计。由于受青藏高原隆起的影响，该区地壳变形十分强烈、构造应力场复杂，地质环境非常脆弱、地质灾害频生，铁路工程建设在很大程度上受到新构造运动及内外动力地质作用产生的各类地质灾害的制约。

　　为发挥地质调查工作以防灾减灾需求、服务国家重大工程建设的导向作用，在中国地质调查局的部署下，于2013年启动了“川藏铁路活动断裂调查与地质灾害效应评价”子项目，隶属“重要活动构造带地质灾害与区域地壳稳定性调查”工程。

　　一、西藏林芝地应力台站建设概况

　　地应力是深埋隧道、围岩变形等工程病害的控制因素，因此，地应力实测数据是重大工程规划和实施的基础资料。在川藏铁路工程建设的重要构造位置和区段开展地应力测量和监测工作是保障其安全建设的重要技术支撑。2014年8月初，地质力学研究所完成了川藏铁路林芝八一测点的地应力测量及实时监测站建设工作，获得了测点及其附近地应力赋存状态及分布规律。在此之前，该研究区内未开展过地应力实测工作，林芝八一地应力测量工作的开展不仅为川藏铁路工程建设提供了基础资料和重要依据，同时也填补了该区地应力实测数据的空白（图1）。


　　地应力测量结果表明（图2，图3），该区最大水平主应力值为3.74～12.62MPa，最小水平主应力值为2.74～7.88MPa，总体来看，水平主应力占主导；林芝八一主应力随深度增加整体表现为逐渐增大，但相关性不高，显示应力值波动较大，主要受测点所处地形地貌及岩体结构的影响，造成局部应力集中或应力释放。主应力方向为NNE向，一定程度上反映出区域构造应力场特征，除受背景构造应力场环境的控制以外，主应力方向还受到局部地形地貌、地质构造条件的影响而在部分测段表现为应力方向偏转。利用库仑滑动准则讨论了断层摩擦滑动的可能，当断层摩擦系数弱化到一定值时，将达到断层失稳的条件，且测点邻近断裂很有可能成为理想滑动面。根据以上测量和分析结果，林芝八一测点地应力状态受地形地貌及断裂影响较大，在工程建设实施过程中，应充分结合地质构造等因素综合分析。
    

　　在地应力测量的基础上，确定地应力实时监测的位置，进行了孔内地应力监测设备的安装，并完成台站建设（图4）。该点监测深度为94.10m，采用四分量压磁地应力监测探头。探头1、探头2、探头3和探头4之间夹角分别为45°，探头1位于NW290°，探头2位于NE20°（监测深度水平最大主应力方向），探头3位于NE65°，探头4位于NW335°。通过GPRS实时数据传输，对该区地应力相对变化进行实时监测，为工程建设及安全运营提供技术支持。
   

　　二、西藏林芝地应力台站运营正常，并获取尼泊尔Ms8.1级强震远场应力变化特征

　　2015年4月25日下午14:11尼泊尔发生Ms8.1级地震（北纬28.2°，东经84.7°），此次地震震中距离林芝地应力台站约1000km（图5）。根据台站地应力实时监测数据表明，地震发生后，四个监测方向应力值发生了明显降低变化（图6），反映在西藏林芝地区100米深度范围产生了同震应力松弛现象。2015年4月25日下午14:00-15:00，监测深度94.10m四个应力方向监测数据变化情况（小时值）为：NE20°方向地应力相对大小减小了约95kPa，NE65°方向地应力相对大小减小了约30kPa，NW290°方向地应力相对大小减小了约25kPa，NW335°方向地应力相对大小减小了约10kPa，目前该台站各方向地应力监测数据变化幅度较小，相对稳定。另外，地下水位在震后（整点）也发生了相对变化，震后1小时降低了4cm，震后10小时降低了16cm（图7）。



　　目前西藏林芝地应力实时监测台站已进入正常监测运行阶段，为拉萨块体地应力变化的监测起到了重要的作用。项目组进一步分析该台站的地应力初测值、相对变化值，结合川藏铁路沿线及邻区活动断裂、地质灾害调查结果，开展区域构造应力场反演分析，评价铁路沿线及邻区地壳稳定性，深入剖析活动断裂的地质灾害效应及其控灾规律，为重大工程规划提供科学依据和相关地质资料。