高山复杂地区工程地质选线

赵俊军

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

2007年受巴基斯坦铁道部委托，中铁二院集团公司完成了由巴基斯坦哈维连至中国红其拉甫新建铁路可行性研究工作(以下简称中巴铁路)。中巴铁路途经高海拔、高地震、多地质病害地区，下面重点就中巴铁路地质选线作一介绍。

中巴铁路起点位于巴基斯坦首都伊斯兰堡以北100 km的哈维连车站，途经阿伯特巴德、白苏姆、丹苏、乔拉斯、吉尔吉特、洪扎、索斯特到中国边界红其拉甫结束，线路长度630 km。

1 沿线自然特征

1.1 地形地貌特征

世界著名的喀喇昆仑山脉、喜马拉雅山脉、兴都库什山脉等在此汇聚，使这里成了众山之结和万山之父。拟建的中巴铁路正处于帕米尔高原中南部及南缘地区，这里高山林立，著名的有南伽峰(8 125 m)、勒搁博希山(7 788 m)，在洪扎附近，7 000 m以上高山多达18座。

拟建中巴铁路起于哈维连车站，沿着喀喇昆仑公路，依山傍水北上，先后通过中山宽谷地带、峡谷地带、窄谷地带以及高山宽谷地带、窄谷地带、峡谷地带和高山冻土地带。线路除起点地段地势相对平缓、开阔外，其余地段均为地形起伏剧烈的高、中山地，在这些山区中，拟建铁路或蜿蜒于重峦叠嶂、山势巍峨、人迹罕至的山地，或出没于切割强烈、悬崖绝壁较多、岸坡险峻、水流湍急、交通闭塞的峡谷。

全线最低点是白苏姆车站，高程仅646 m，全路线最高点是中巴交界的喀喇昆仑山米它卡山口，线路高程为4 050 m，最低点和最高点高差达到约3 400 m，线路总的趋势是北高南低。

1.2 水文特征

拟建铁路沿线水系均属于印度河水系，铁路通过印度河及印度河支流吉尔吉特河、洪扎河、红其拉甫河等四条河谷。

1.3 气候与气象特征

项目区地处南亚次大陆亚热带气候区，由于项目区由南向北跨度较大，海拔高差变化很大，气候垂直分带明显。项目起点哈维连车站至瑞克特为亚热带气候，夏季最高气温46℃，瑞克特至红其拉甫为高原山地气候，空气稀薄、太阳辐射强烈、气温低，冬季最低气温可达零下30℃。该地区的地形导致极端降雨形式，年平均降雨量各地相差很大,一般是南端雨水多，北端雨水少(图1)。

1.4 风速

沿线地形对风的影响显著，风向多与河谷走向一致，10月下旬至次年5月为干风季节，风速一般为6～8级，最大可达9～10级。

1.5 积雪冰封和冻土

在当年11月至次年4月，海拔4 000 m以上高山，温度在-20℃下，最低温度达-30℃，有积雪冰封现象；局部垭口地段，冬季有季节性冻土，冻土层不厚，范围不大。

2 工程地质特征

2.1 地层岩性

拟建铁路通过区可以见到不同时代、各种类型的沉积岩、变质岩、岩浆岩和混杂岩等，其中岩浆岩分布区约占到线路全长的近三分之一。出露较多的有杂岩和混杂岩、片麻岩、片岩、板岩和榴辉岩等。

2.2 区域地质构造

项目区在大地构造上属印度板块与欧亚板块的结合部位，由于印度板块向欧亚板块的强烈俯冲，形成喜马拉雅山和喀喇昆仑山的强烈隆升。项目线路位于喀喇昆仑山褶皱造山带及其西缘，主要构造线的方向呈NW—SE向，以压性逆掩断层和紧密褶皱为主。

2.3 新构造运动

拟建铁路通道区域内活动构造主要包括活动板块、活动块体、活动板块缝合带和活动断裂等，其中活动断裂非常发育，这是由该区所处的大地构造环境及强烈的新构造运动决定的(图2)。

2.4 地震基本烈度

拟建铁路通道区域上跨越青藏高原地震区的西昆仑—帕米尔地震带和喜马拉雅地震带。

项目通道区域内地震活动水平较强，其空间分布不均匀，区域北部和南部地区中、强震密集。区域内地震的震源深度分布深浅不一，以浅源地震为主，平均震源深度约56 km(表1)。

表1 拟建铁路通道内各路段地震参数值一览表

2.5 水文地质特征

项目地处素有“世界屋脊”之称的喜玛拉雅山和喀喇昆仑山以西、帕米尔高原南缘。区内沟谷深切，山高谷深，河流密布，水流湍急，河床比降大，落差大，冲刷切割能力极强(表2)。

表2 沿线河流水系一览表

3 不良工程地质

拟建铁路通道所经地区属印度板块和欧亚板块接触部位，新生代以来，地壳差异性活动幅度大，因地壳强烈隆升、地质条件复杂、新构造运动活跃、区域性大断裂发育、岩石较为破碎。同时由于气候恶劣、昼夜温差大、冻融交替循环，物理风化作用也极为强烈。加之该地区因地形破碎、悬崖绝壁林立、雪峰连绵、河谷深切、水流湍急，使沿线不良工程地质现象分布较广，范围大。

(1)崩塌与岩堆。

(2)泥石流。

(3)滑坡。

(4)雪崩。

(5)冰川。拟建铁路进入高海拔、高寒地区，周围群山林立，5 000 m以上的高山终年积雪，冰川十分发育，仅AK520～AK542段有5条长度超过50 km的冰川。

(6)高地应力及岩爆。拟建铁路长大隧道一般埋深较大，其地应力也会随埋深增大，因此深埋隧道均可能形成高地应力，施工中造成围岩的变形、破坏或岩爆。

(7)地热与地温。拟建铁路在瑞克特大桥前后约10 km的范围内，有温泉、热泉出露，水温50℃～80℃，沿河水面上冒热气，呈雾状。因此深埋隧道将会遇到高温地热问题，造成施工中的热害。

(8)风沙。主要分布在贝斯罕姆-乔拉斯印度河两岸稍宽平的河漫滩和阶地上，特别是右岸分布面积更广，厚度更大。所以，要在风口地段采取防风固沙的工程措施。

(9)冻土。铁路通道内的多年冻土主要分布在4 000 m海拔以上，位于线路终点的红其拉甫山口段，连续分布长10 km，冻土埋深较大(约3.7 m)。

4 铁路选线

4.1 线路走向方案

中巴铁路是经过高海拔、高地震、多地质病害地区铁路，对铁路走向方案进行全面研究，对不同的局部方案进行逐一比选，尽量绕避不良地质，减少不良地质对铁路的危害。根据巴基斯坦铁道部的要求主要研究了三个大的走向方案：东线方案、中线方案、西线方案(图3)。

图3 中巴铁路走向方案示意

4.1.1 中线方案

线路起点从哈维连既有铁路车站接轨，沿多瑞河前行到达阿伯特巴德、丹苏，该段由于巴基斯坦在在印度河上修建梯级水电站，受水电站设计高程控制，铁路采用加力坡来适应地形的起伏变化。从丹苏站引出后，线路继续沿印度河、吉尔吉特河至洪扎，进入兴都库什、喀喇昆仑、喜马拉雅三大山脉交汇处，该段地形海拔介于2 830～5 900 m，相对高差大；自然坡度陡峭，道路崎岖，岩层较为破碎。在从洪扎引出后在索斯特以北18 km处跨洪扎河后，向东至红其拉甫河，该段地形海拔在高程3 500 m以上，该段属于高寒山区，每年有五个月被冰雪覆盖。铁路以隧道下穿海拔5 500 m的中巴边境米它卡垭口至本项目终点，线路高程4 050 m。

中线方案线路主要沿既有喀喇昆仑公路、印度河河谷行进,地形条件相对较开阔,设站条件相对较好。段内未发现大断层构造通过，软质岩较多，风化厚度较大、滑坡、泥石流等不良地质发育程度低且易于绕避或处理通过。总体地质条件相对较好，线路途径的城市多，交通便利，有利于铁路的勘察和施工，也有利于铁路将来更好地为沿线城镇服务。

4.1.2 东线方案

该方案线路从位于哈维连的既有铁路车站接轨，沿中线方案至曼泽拉后经贝萨在乔拉斯与中线方案相接。该方案线路长度较中线方案短63 km。该方案沿线地形、地质复杂，穿越4 500 m高山，出现一座47 km的隧道，而该地区处于高烈度地震带，在现有技术条件下，高烈度地震区修建超长隧道缺乏防灾救援的可靠工程经验，尤其是运营期间地震灾害破坏后超长隧道恢复运营难度极大，隐患多。处于板块结合带区域，采用超长隧道面临着高地应力岩暴、高水压涌水、高地温热害、软岩大变形、深埋围岩高辐射等可以遇见的地质因素将严重制约工程实现；虽然该方案线路可缩短63 km，但是存在地质条件差、技术风险大、运营安全和施工工期长等因素，本次研究不采用该方案。

4.1.3 西线方案

该方案线路从位于哈维连的既有铁路车站接轨后，跨多瑞河向西连续穿9座隧道后在A1K50处北转沿印度河北上，同时先后四跨印度河，在AK191.9处与中线方案相接。

西线方案主要处于西部山区地带，河谷冲沟多，受洪水威胁大，地形切割极为破碎；存在滑坡、崩塌、泥石流、冰川、冻融等严重的地质病害。

同时该方案沿线人烟稀少，交通条件差，其中有150 km铁路经过无人区，不利于带动沿线城镇经济发展。

4.1.4 线路走向方案工程数量比较

三个方案进行比较见表3，比较范围：AK0+000～AK630+000。

表3 各方案比较

4.1.5 推荐意见

各方案比较：东线方案线路长度虽较中线方案、西线方案短63 km，但由于存在特长隧道风险；中线方案与西线方案比较工程数量相当，但中线方案线路地质条件相对较好，经过城镇多，能很好地为沿线的经济发展服务；而西线方案沿线地质条件差，岩石破碎，特殊、困难工程较多，其中有约150 km线路经过人烟稀少地区，不能很好地带动地方经济的发展，本次研究推荐中线方案。

4.2 线路越岭方案

为了翻越红其拉甫垭口，本次结合垭口地区高海拔、高寒地形、地貌、水文、地质条件研究了不同线路穿越中巴边境红其拉甫不同垭口的线路方案，经方案比较具有比较价值的方案有米它卡越岭方案和红其拉甫越岭方案。

4.2.1 米它卡越岭方案

米它卡垭口越岭方案两相邻站的站间距15 km，对线路能力有所影响，设站条件比红其拉甫更困难，但米它卡垭口越岭方案线路顺直，经过地段地质条件较好，没有大的不良地质病害，避开了红其拉甫垭口的冰川发育地区，避免了冰川融水及冰川泥石流和冻土对铁路的危害，采用短隧道群对规避高烈度地震区次生灾害较为有利。且比红其拉甫越岭方案线路长度短25 km。

4.2.2 红其拉甫越岭方案

红其拉甫垭口越岭方案线路沿着喀喇昆仑公路进行展线，交通方便，有利于铁路施工，设站条件比米它卡略要好些，但红其拉甫垭口是冰川发育地区，冰川融水及冰川泥石流、冻土对铁路的影响大。线路长度较米它卡垭口越岭方案长度长25 km，线路增长段线路多平行于主构造线方向，地质条件差，工程造价高。

4.2.3 越岭方案主要工程数量比较

两种越岭方案主要工程量比较见表4。

表4 越岭方案工程数量比较

4.2.4 推荐意见

米它卡越岭方案地质条件好，岩层坚硬，有利于隧道围岩稳定，有利于工程建筑物基础稳定；地下水分布较少，有利于建筑物防水防渗；线路长度短，多为隧道和桥通过，减少了滑坡、冰川泥石流、雪崩、冻土、风沙等不良地质问题，有利于铁路养护和维修。本次研究推荐米它卡越岭方案。

5 结束语

拟建铁路通过帕米尔高原东南部，山高谷深，地形复杂，自然条件恶劣，存在多种不良地质和特殊地质问题。因此为了线路方案可实施性和可操作性，必须始终坚持以工程地质工作为先导，熟悉和掌握工程地质情况，从而更好地指导铁路方案选定。

(1)关于复杂的地形：本线经过帕米尔高原东南高山峡谷地带，山高谷深，地形险峻。但线路大部分走在河谷阶地之中，为了能够更好适应地形变化，局部地段采用加力坡度。

(2)关于高寒、冻土：全线在越岭垭口地势较高，存在冻土问题，但冻土地段不长，深度不厚。线路采用隧道方案通过。

(3)关于新构造运动和高地震烈度区问题：活动构造采取尽量躲避。高地震烈度区较长，做好抗震设防，保证工程的稳定。

(4)关于不良地质：对于沿河两岸的崩积、堆积、滑坡等重力不良地质，根据考察，均属于山区铁路建设中普遍遇见的问题，只要查清性质、规模、线路方案合理、技术处理措施得当，线路可安全顺利通过；对规模大的不良地质地段，线路已采取绕避或以隧道通过。冰川、雪崩是本线的特殊地质问题，冰川一般离线路较远，直接危害不大；雪崩对线路虽有较大威胁，但地段不长，而且有宽缓阶地可供铁路位置选择，做好防护，线路可以通过。