川藏铁路主要地质灾害特征及地质选线探析

宋　章，张广泽，蒋良文，吴　光

(1.中铁二院工程集团有限责任公司，成都　610031；2.中铁二院地质创新工作室，成都　610031；3.西南交通大学地质工程系，成都　610031)



川藏铁路主要地质灾害特征及地质选线探析

宋章1，2，张广泽1，2，蒋良文1，2，吴光3

(1.中铁二院工程集团有限责任公司，成都610031；2.中铁二院地质创新工作室，成都610031；3.西南交通大学地质工程系，成都610031)

摘要：拟建川藏铁路横穿三山，跨越五水；沿线地形起伏大、构造活动强烈、地层岩性及气候复杂多变；大型崩滑体、高位危岩落石、泥石流、碎屑坡、水毁、雪崩、冰害及生长期高陡岩质边坡等山地灾害发育，其具有规模大、破坏力强、灾害发生频繁且难于治理等特点。在调查拟建川藏铁路沿线主要地质灾害及分析其特征的基础上，从地质角度研究其选线原则。研究认为：拟建川藏铁路高山峡谷地貌段选线首先应遵循线位服从桥位、桥位服从地质及线位服从车站、车站服从地质的两大总体选线原则；对于高山峡谷地貌段，铁路选线宜应先确定桥位，再以越岭的长隧方案或以傍山的长隧短打方案展线为宜，尽可能地绕避大型不良地质体；对于藏东南宽广的高山峡谷地貌段，铁路选线宜外移绕避大型滑坡、岩屑坡或展线于对岸避开泥石流，主要以路基或桥的方式、局部可辅以隧道绕避大型不良地质体通过为佳；而针对迫龙藏布峡谷段，铁路选线宜以傍山的长隧短打的方案通过为佳，尽可能减少线位露头以绕避地质灾害体。

关键词：川藏铁路；地质灾害；傍山隧道；长隧短打；地质选线

1概述

拟建川藏铁路东起四川成都，经雅安、康定、理塘、白玉过金沙江入藏，再经昌都、八宿、林芝抵达西藏首府拉萨。川藏铁路作为西藏及沿线地区的重要东出通道，为全国铁路网中长期规划的重要组成部分；川藏铁路的建成将彻底改变川西甘孜藏族自治州、西藏昌都、林芝地区、山南地区落后的交通运输条件；此外，川藏铁路也是开发沿线旅游资源，促进大香格里拉生态旅游区发展的需要。目前，中国通过青藏线、宝成线、成昆线等复杂铁路的建设，已经积累了修建高山峡谷铁路的丰富经验，目前有足够的能力修建川藏铁路。但川藏铁路沿线因其复杂的地形地质条件及气候条件，季节性冻土、高寒风化堆积体、危岩崩塌、错落、滑坡、冰川泥石流、水毁、地热、高地震区、高地应力等地质灾害极其发育[1-13]，对铁路这样的线状工程来说影响非常严重。笔者在2013年至2015年多次现场勘测的基础上，对拟建川藏铁路沿线的主要地质灾害特征进行分析，并评价其对铁路工程选线的影响(鉴于川藏铁路成都至雅安段及拉萨至林芝段已开工建设，在此主要探析川藏铁路中间段即雅安至林芝段的主要地质灾害特征及地质选线问题)。

2川藏铁路区域地质环境

川藏铁路雅安至林芝段行走于印度板块与欧亚板块大规模碰撞而隆升的青藏高原及其边缘地带，穿越横断山、念青唐古拉山、喜马拉雅山等三大山脉，跨越大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江等五大水系。沿线山高谷深，地层岩性复杂多变、地形切割破碎，地质构造复杂，断裂褶皱发育，新构造运动活跃，地震活动强烈，气候恶劣复杂。致使内、外动力地质作用十分强烈，沿线地质灾害种类及其规模[10]均属罕见。

2.1　沿线地形地貌特征

川藏铁路雅安至林芝段地貌形态主要受青藏高原地貌隆升的影响，总体地势西高东低。雅安处于青藏高原的东部边缘，以盆地丘陵地貌形态为主；从雅安至康定，为我国地势第二梯度的四川盆地经雅安过渡到第三梯度的青藏高原，地势急剧隆升抬起，为典型的“V”形高山峡谷地貌；康定之后已走向高原面，地貌形态主要以丘状高原及构造侵蚀形成的深切峡谷地貌为其总体特征。

2.2　沿线地质构造特征

(1)区域大地构造特征

按板块构造的观点，拟建川藏铁路雅安至林芝段穿过华南板块(Ⅲ)、滇藏板块(Ⅳ)及印度板块(Ⅴ)3个一级构造单元(图1)。从东向西依次穿过6个二级构造单元：华南板块(Ⅲ)之扬子板块(Ⅲ1)、松潘-甘孜活动带(Ⅲ6)及羌北-昌都-思茅微陆块(Ⅲ7)3个二级构造单元；滇藏板块(Ⅳ)之羌中南-唐古拉-保山陆块(Ⅳ1)及冈底斯-腾冲活动带(Ⅳ2)2个二级构造单元；印度板块(Ⅴ)之喜马拉雅逆冲板片(Ⅴ1)1个二级构造单元。

(2)沿线主要深大断裂

测区以板块缝合带、地壳拼接带等深大断裂为构造格架，与其他活动断裂一起，构成了与川藏铁路雅安至林芝段最为密切的地质构造。在构造分区图上，研究区主体位于华南板块(Ⅲ)及滇藏板块(Ⅳ)内；测区主要的板块缝合带断裂有澜沧江断裂、雅鲁藏布江断裂，地壳拼接带断裂有龙门山断裂、金沙江断裂、怒江断裂，此外还发育有鲜水河断裂、甘孜-玉树断裂、理塘断裂、巴塘断裂、玉龙希断裂、八宿断裂、嘉黎断裂、米林-鲁朗断裂等其他活动断裂，如图1所示。

图1　拟建川藏铁路地质构造纲要

2.3　沿线地层岩性特征

测区地层大体以平武—汶川—二郎山为界，分东西两大部分。东部岩浆岩活动不显著，西部岩浆岩分布广泛；地层岩性十分复杂。地层时代从震旦系至新生界均有分布。主要分布有：(1)砂岩、板岩、千枚岩为主的沉积岩、变质岩；(2)以花岗岩为主的侵入岩；(3)以灰岩为主的可溶岩。

2.4　气候特征

拟建川藏铁路从四川盆地温暖湿润气候，经鹧鸪山—雅安—二郎山逐渐过渡到高原气候(川西高原、藏东高原及其峡谷区)，气温和降雨量随海拔的升高而递减；高原气候区其气候垂直分带显著，冬季最低气温可降至-15～-20 ℃，夏季最高气温可达35～40 ℃；具有昼夜温差大(30～35 ℃)、寒冻风化作用强烈的特点；高原区降雨量450～1 127 mm，且具有分配极不均匀的特征。

3主要地质灾害及其特征

沿线受地形地貌、地质构造、地层岩性及极端气候等内外动力地质作用的影响，大型崩滑泥石流、高寒风化堆积体、水毁、生长期高陡岩质岸坡等地质灾害及活动断裂极其发育，主要地质灾害及其特征概括如下。

3.1　高位危岩落石、崩塌、滑坡、错落灾害

拟建川藏铁路沿线活动断裂发育、新构造运动强烈，岩体破碎，加之地形起伏大，受降雨、降雪的影响，河、沟水流冲刷严重，致使边坡高位危岩落石、崩塌、滑坡、错落等重力不良地质发育(图2)，且具有数量多、规模大、分布广泛、难以整治等特点，是控制铁路线路方案的重要地质病害。据现场勘察，危害性较大的崩滑体主要分布于地质构造交叉复合部位和新构造运动活跃的峡谷地段，特别是雅砻江、澜沧江、玉曲河谷、怒江、冷曲河谷、帕隆藏布峡谷、东久河峡谷、鲁朗河峡谷的等高山峡谷地段。

图2　重力地质灾害

针对重大崩滑地质灾害分布的高山峡谷地段，铁路选线宜以傍山隧道长隧短打的方案加以绕避，或通过两岸地质比选绕避。

3.2　泥石流灾害

拟建铁路沿线河流的支沟纵坡大，受构造、风化等作用，岩体破碎，松散固体物质丰富，泥石流发育，其数量众多、规模宏大、爆发频繁、破坏力强；尤其是在构造发育的瓦斯沟、雅砻江、澜沧江、怒江、帕龙藏布及其支流的两侧。按照泥石流形成时的水动力条件，沿线泥石流可分为雨洪型泥石流、冰川型泥石流和冰川-雨洪混合型泥石流3种基本类型。

3.2.1雨洪型泥石流

雨洪型泥石流是由夏季暴雨径流对谷坡松散固体物质进行强烈侵蚀、搅合、搬运作用而发生，主要分布在拟建铁路沿线安久拉山以东路段及非冰川作用区内的中小流域内，尤其是沿线业拉山至安久拉山段具有分布数量最多、爆发频率高、危害性大等特点，如加马其美沟暴雨型泥石流，是这类泥石流的典型。

针对雨洪型泥石流区，铁路选线应尽量以高墩大跨的桥梁方式从泥石流扇尾沟口附近跨过，也可以考虑从堆积扇前缘泥石流能量较低的部位以桥跨跨越方式通过。

3.2.2冰川型泥石流

冰川型泥石流是以大量冰碛物与冰湖溃决洪水、冰川及冰雪融水为水动力条件而形成的泥石流。然乌至林芝段的迫龙藏布峡谷受海洋性冰川的影响，是我国冰川型泥石流的主要集中分布区。据调查统计，帕龙藏布峡谷公路两侧分布冰川型泥石流沟达180 多条。此类泥石流具有规模宏大、搬运力和破坏力极强、治理难度大等特点；如古乡沟泥石流、排龙沟泥石流、冬茹弄巴泥石流、天磨沟泥石流(图3)等均分布在该区段内。大量冰川泥石流的分布、活动与危害，是川藏公路、川藏铁路在西藏境内地质灾害的一大特色。

图3　冰川型泥石流

冰川型泥石流中的一种特殊表现形式是冰湖溃决泥石流。由于现代冰川的强烈活动，导致冰川末端的冰碛湖出口的堤坝突然溃决，产生大量洪水，冲刷、搬运沿途沟床及谷坡松散固体物质，使之逐渐形成冰湖溃决型泥石流。这类泥石流主要分布在然乌至墨竹工卡段有现代冰川和冰湖分布的沟谷内。此类泥石流虽然分布不多，发生频率也较低，但一旦发生，则危害极大。

针对冰川型泥石流，铁路宜以隧道的方式绕避，且应考虑隧道埋深应低于泥石流的下切深度；或以高墩大跨桥梁的方式从流通区跨过，但应考虑泥石流的强烈冲刷破坏可能诱发两岸滑坡及强烈下切，桥梁主墩应置于泥石流冲刷破坏影响区以外并留足净空。

3.2.3冰川-雨洪混合型泥石流

冰川-雨洪混合型泥石流是以冰川冰雪融水与降雨作为水动力条件。该类泥石流主要水动力来自中低山区的暴雨径流和高山区的冰雪消融洪水的混合补给，灾害规模随其流域面积的增大而加大，特大型规模的泥石流爆发，多数属于此种类型。在高温加暴雨的条件下，极易爆发此类泥石流，如拟建铁路的西藏八宿以西的安久拉山顶到米拉山以东区段帕隆藏布流域，凡是冰川积雪分布区距离沟口较远的流域，多数都爆发此类泥石流。

因冰川-雨洪混合型泥石流与冰川型泥石流有时难以准确界定，故铁路选线原则和工程设置与冰川型泥石流相同。

3.3　水毁灾害

水毁一般发生在河床纵坡大、阻塞严重的峡谷段。因地形限制，拟建川藏铁路昌都至林芝段在藏东南横断山区为沿河谷展线，河谷狭窄、多堵塞，河床纵坡大，具备发生水毁的必要条件。造成水毁原因主要有3个：①由于洪水位、流量、泥沙含量等变化幅度大，河床冲淤十分强烈，岸坡侧蚀严重；②受支沟泥石流、山崩滑坡堵塞河道，形成回水，使铁路长期被淹没和冲刷；③由于峡谷河床窄，铁路沿河选线占据河道，影响洪水畅通。

针对水毁路段，铁路选线应尽量考虑线路内移以隧道的方式绕避水毁河段。

3.4　岩屑坡灾害

由于受昼夜温差大(常大于20 ℃)的影响，岩石裂隙、孔隙中的水分结冰产生巨大冻胀力，冰融后冻胀力又消失，如此反复作用，使岩石崩解、破碎，称为寒冻风化。寒冻风化形成的松散岩体堆积在坡体表层，即形成岩屑坡(图4)。岩屑坡按照崩解块体的大小又分为块石坡、碎屑坡和流砂坡。岩屑坡多呈扫帚状连续分布，具有厚度大、稳定性差、连续分布的特点。由于冻融作用和融水冲刷作用的参与，岩屑坡也发生蠕流运动。一般来说，岩屑坡的发育是有极限的，当其坡面角低于35°～40°时，趋向于稳定。拟建川藏铁路通过的横断山区，岩屑坡主要出现在折多山、小毛亚坝、邦达以及八宿以西安久拉山地区，海拔多在4 000 m以上。通过现场调查，发现岩屑坡坡面较陡，接近松散固体物质的安息角，在重力作用下易坍塌下滑。铁路线路如以明线工程通过，易遭掩埋破坏，治理难道较大。

针对碎屑坡发育地段，铁路选线不宜从坡脚通过，宜外移设路桥或内移设隧道的方式通过。

图4　岩屑坡

3.5　断层破碎带灾害

拟建川藏铁路沿线由于其强烈的内动力地质作用，导致区域内岩体破碎，尤其规模宏大的深大断裂破碎带，其边坡、围岩稳定性极差。由于部分断裂(如金沙江和怒江断裂)规模非常宏大，构造带总宽度可达数十千米，断层密集区其影响带相互重叠，加之部分断裂与线路小角度相交或并行，因此线路通过的断层破碎带总宽度可达到50 km以上。

针对断层破碎带，铁路选线宜大角度穿过断层破碎带，而与断层并行段应加以绕避。

3.6　冰害灾害

冰害主要包括涎流冰和壅冰两种。因受地形、地貌及水文地质条件的限制，冰害主要分布在海拔较高、地形浑圆起伏的丘状高原盆地、越岭线路或海拔较高、气温较低的峡谷与山岭过渡的地段。测段海拔均在3 000 m以上，地下水发育段隧道反坡施工中或隧道建成后隧道内积水，低温下易冻结冰，危及施工和营运安全；在路基两侧地下水常年出露之处当排水不畅时低温下易结冰并逐渐累积、延伸扩大；而一些常流水溪沟，在低温下逐渐结冰时对桥涵产生阻塞及冻胀作用，使其造成胀裂破坏。

针对冰害地段，铁路选线宜选择在阳坡一面通过；应避免地下水发育段挖方工程；地表水容易汇集段或当跨越溪沟时宜设桥通过；隧道内加强防排水工程，避免冰害的影响。

3.7　雪崩灾害

山坡积雪在重力作用下产生滑动，并在山坡积雪中发生连锁反应，引起雪体(内挟大量的泥沙石块)向下崩塌，称为雪崩。雪崩主要发生于大量降雪的秋冬季节和春季融雪开始时期，其具有爆发突然、运动快速、崩塌量大等特点。从川藏公路的雪崩灾害分析，对拟建铁路的危害主要表现在：①埋没铁路，造成断道；②撞坏桥梁、涵洞、撞翻列车，造成严重事故；③堵江成湖，溃决成洪，对铁路造成水毁灾害。特别是①②项病害发生频繁，对铁路破坏严重。

雪崩主要分布在八宿至林芝段高山陡坡区，海拔4 800 m以上为长年雪崩区，其下为季节性雪崩区。而对拟建川藏铁路有影响的主要为季节性雪崩，铁路选线宜内移设隧道的方式通过或外移至雪崩影响区之外。

3.8　生长期高陡岩质边坡

从板块构造观点来看，印度板块与欧亚板块碰撞，使青藏高原强烈隆升，且至今仍保持着强烈的上升隆起趋势；由于高原的迅速隆起，使水系发育迅速加快，河流下切和高原侵蚀十分强烈，金沙江、澜沧江和怒江等这些上新世末还游荡在宽谷中的河流，由于大面积的隆升而引起的快速下切，在金沙江发育有多达7 级河流阶地，澜沧江多达8 级的阶地，并伴有大量的高山峡谷区出现。深切河谷的岩质岸坡，由于处在新构造运动异常强烈的地质环境中，岩体破碎，在地震和人类活动的影响下，极有可能失稳，诱发大规模的滑坡或崩塌。

因此，拟建川藏铁路选线不宜在深切河谷区沿陡缓分界处选线，更不宜设计深路堑工程；宜外移设路桥或内移设隧道的方式。

4川藏铁路地质选线原则

4.1　总体选线原则

(1)拟建川藏铁路(雅安至林芝段)跨越典型的高山峡谷地貌、高原地貌及高原高山峡谷地貌等多个地貌单元，当铁路穿越高山峡谷尤其是三江地区时，其江河两岸的生长期高陡岩质边坡深厚卸荷带、高位危岩落石、崩塌及滑坡等不良地质发育，铁路选线宜在河谷边坡相对稳定、不良地质工程可控的部位快速过江后再前后展线；因此铁路选线必须是线位服从桥位，桥位服从地质的选线原则。

(2)车站的设置是铁路线位的关键节点，具有条形、带状展布且较铁路线位宽等特点，而拟建川藏铁路多穿越高山峡谷区，多为陡峻斜坡地带，挖填方高度可能最终影响站位是否成立，因此车站应选择在边坡稳定性较好，不良地质工程可控的地段；此外铁路的修建必须服从地方城市的整体规划及地方经济发展的需要，从这个角度来说，铁路选线必须是线位服从车站，车站服从地质的选线原则。

4.2　分段选线原则

(1)雅安至康定段为典型的“V”形高山峡谷地貌，地势急剧抬升，受龙门山断裂、鲜水河断裂及安宁河断裂组成的“Y”形断裂构造结合部的影响，崩滑体、高位危岩落石、雨洪型泥石流等山地灾害发育，破坏力强，此段铁路选线宜以越岭的长隧方案最大程度规避山地灾害风险为佳。

(2)康定至理塘段为高原地貌及高原高山峡谷地貌，不良地质主要为峡谷中的寒冻风化形成坡体松散体、冰害及崩塌等，此段铁路选线宜以越岭的长隧方案通过，减少隧道进出口坡面松散体及崩塌等不良地质的影响。

(3)理塘至毛垭坝段、邦达机场至邦达镇段处于高原坝子中，地势平坦开阔，主要不良地质为理塘断裂、冰害及坡脚附近的小型高原冰雪融水泥石流等，相对而言高原坝子为铁路选线最好的地段，以路基及矮桥通过为宜。

(4)毛垭坝至措普沟至白玉至金沙江至同普至江达至昌都至邦达机场段、邦达镇至八宿段处于高原构造侵蚀形成的深切峡谷地貌中，受金沙江断裂束、澜沧江断裂束及怒江断裂的影响，岩体极其破碎，大型崩滑体、高位危岩落石、雨洪型泥石流、生长期高陡岩质边坡等山地灾害极其发育，铁路选线应先确定金沙江桥位、澜沧江桥位及怒江桥位之后，再以越岭的长隧方案或以傍山的长隧短打(即傍山长隧，短辅助坑道)方案前后展线为宜，尽可能地绕避大型不良地质体。

(5)八宿至然乌段为藏东南宽广的高山峡谷地貌，铁路行走于玉曲河，受构造影响，岩体破碎，段内冰川-雨洪混合型泥石流、岩屑坡及大型滑坡等山地灾害极其发育，铁路选线宜外移绕避大型滑坡、岩屑坡或展线于对岸避开泥石流，主要以路基或桥的方式、局部可辅以隧道绕避大型不良地质体通过为佳。

(6)然乌至波密至林芝段为迫龙藏布高山峡谷地貌，段内岩性复杂，构造发育，气候复杂多变，冰川泥石流、大型岩屑坡、高位危岩落石、雪崩、水毁及大型崩滑体等不良地质灾害极其发育，素有“地质灾害博物馆”及“地质盲肠”之称；具有灾害规模大、破坏力强且灾害发生频繁等特点，铁路选线宜以傍山的长隧短打的方案通过为佳，尽可能减少线位露头以绕避高位危岩体、冰川泥石流及岩屑坡等地质灾害。

5结论

(1)拟建川藏铁路沿线地形起伏大、构造活动强烈，地层岩性及气候条件复杂多变；全线大型崩滑体、泥石流、高位危岩落石、碎屑坡、水毁、雪崩、冰害及生长期高陡岩质边坡等不良地质灾害发育，具有规模大、破坏力强、灾害发生频繁且难治理等特点。

(2)针对拟建川藏铁路沿线的地灾特点，铁路展线应遵循线位服从桥位、桥位服从地质及线位服从车站、车站服从地质的两大总体选线原则。

(3)针对高山峡谷地貌段，铁路选线宜以越岭的长隧方案最大程度规避山地灾害风险为佳。

(4)针对高原构造侵蚀峡谷地貌段，铁路选线宜应先确定桥位，再以越岭的长隧方案或以傍山的长隧短打方案展线为宜，尽可能地绕避大型不良地质体。

(5)针对藏东南宽广的高山峡谷地貌，铁路选线宜外移绕避大型滑坡、岩屑坡或展线于对岸避开泥石流，主要以路基或桥的方式、局部可辅以隧道绕避大型不良地质体通过为佳。

(6)针对迫龙藏布峡谷段，铁路选线宜以傍山的长隧短打的方案通过为佳，尽可能减少线位露头以绕避地质灾害。

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Analysis of the Characteristics of Major Geological Disasters and Geological Alignment of Sichuan-Tibet Railway

SONG Zhang1，2， ZHANG Guang-ze1，2， JIANG Liang-wen1，2， WU Guang3

(1.China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu 610031， China;

2.Geological Innovation Studio of CREEGC， Chengdu 610031， China;

3.Department of Geological Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China)

Abstract：The proposed Sichuan-Tibet Railway traverses the N-S Mountains， Nyainqntanglha Mountains and Himalayas， and Dadu River， Yalung River， Chin-sha River， Lantsang River and Nujiang River. It is characteristic of high-relief， strong tectonic activities， varied stratum and lithology， and complex climate conditions. The mountain disasters， such as large scale landslide and avalanche， rockfall halfway up a steep hill， debris flow， debris slope， washout， snow avalanche， ice trouble and growing steep-high rock slope are posing great and frequent challenges. Based on the investigation of major geological disasters and analysis of its characteristics of the proposed railway， this paper researches the geological alignment fundamentals of the proposed Sichuan-Tibet railway in a geological perspective. The results suggest that the proposed Sichuan-Tibet railway should first adhere to the following geological alignment principles that the railway alignment follows the position of bridge， the location of bridge follows the geological condition， the location of the line follows the location of the station， and the location of the station follows the geological conditions; and in mountain valley sections， the perfect railway alignment scheme is firstly to determine the position of the bridge and extends with the long tunnel through the mountain or the long tunnel with short access adit by the mountain to avoid weak geological conditions; in the wide southeast of Tibet canyon section， the expected railway alignment is to run away from the landslide， avalanche and debris slope distributed slope toe or extends to other side of slope to avoid debris flow; the line should be dominated with bridge and embankment with local tunnels to avoid geological disaster; however， in the Palongsangpo canyon section， the best choice is the long tunnel with short access adit to reduce the outcrop of the line and avoid geological disaster as much as possible.

Key words：Sichuan-Tibet railway; Geological disaster; Tunnel by the mountain; Long tunnel with short access adit; geological alignment

作者简介：宋章(1977—)，男，高级工程师，2008年毕业于西南交通大学，工学博士，E-mail:szhn03@126.com。

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划(2013G014-B)；国家铁路局科技研究计划(KF2014-019)；中铁二院工程集团有限责任公司科研项目(院计划14126005(14-17))

收稿日期：2015-07-09； 修回日期：2015-09-18

中图分类号：U212.32

文献标识码：ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.01.003

文章编号：1004-2954(2016)01-0014-05