川藏铁路旺北村特大型滑坡特征及对铁路危害分析

2018-01-26边江豪李秀珍

铁道标准设计 2018年2期

边江豪,李秀珍

(1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所,成都 610041； 2.中国科学院大学,北京 100049)

铁路的修建对于四川、西藏、整个西南地区乃至全国来说都有多方面重要意义。川藏铁路即新建成都至拉萨铁路，是国家发改委在2008年《中长期铁路网规划》中提出的，是西藏重要的东出通道之一。川藏铁路途经印度洋板块与欧亚板块的地形急变地带，沿线地形高差大、地层岩性混杂、新构造运动活跃、地震活动频繁，气候多变，内外动力地质作用强烈，滑坡、崩塌等山地灾害极其发育[1-2]。根据实地调查统计，川藏铁路昌都至然乌段(包括八宿段)仅滑坡灾害57处，其大型及特大型滑坡41处，占70.2%，例如旺北村特大型滑坡、嘎玛沟特大型滑坡、朱巴村特大型滑坡等。滑坡灾害已成为川藏铁路建设的关键控制性节点之一。

大型滑坡(体积大于100万m3)和特大型滑坡(体积大于1 000万m3)因其规模大、机制复杂、影响范围广、危害大等特点[3]，在滑坡灾害研究领域一直居于核心地位，一直也是国内外学者研究的重点[4-10]。如殷跃平[11]探讨了西藏波密县易贡高速巨型滑坡(3×108m3)的特征，并提出了相应的减灾措施。张晓刚等[12]对川藏公路102滑坡群的基本特征进行了详细分析研究；郭海强[13]分析了中国铁路沿线的特大型(大型)滑坡对铁路的破坏方式，并进行了相关总结。这些前期的研究成果为特大型(大型)滑坡研究奠定了重要基础。但是，目前川藏铁路八宿段沿线大型或特大型滑坡灾害方面系统研究少，有关滑坡灾害对铁路工程的危害分析研究缺乏。本文选择旺北村滑坡为研究对象，因旺北村滑坡形成原因特殊、体积规模巨大，同时对铁路威胁大；因此针对旺北村滑坡展开深入系统研究，查明了滑坡的平面形态、滑坡地貌等，分析阐述滑坡成灾过程、形成原因及可能产生的危害方式，并提出相应的防治建议，以期为川藏铁路的建设提供科学依据，以及为该区域特大型(大型)滑坡研究提供基础参考。

1 滑坡区地质环境条件

(1)地形地貌

研究区受青藏高原长期隆升作用影响，形成了以广大基岩山地挟持河谷的总体地貌态势，地势呈西北高东南低，主要有河谷地貌、侵蚀剥蚀地貌、冰川地貌等类型，其中河谷地貌地处伯舒拉岭与他念他翁山脉之间。滑坡区所在地的地貌，按水系划分，属于冷曲河谷地貌，坡体前缘为冷曲河，因遭受到河流强烈侵蚀切割，地势陡峻[14-15]。

(2)地层岩性

研究区出露的地层主要为白垩系多尼组含煤变质砂岩、板岩(J3K1d)，侏罗系马里组杂色变质砂岩、砾岩、灰色板岩、八宿断裂带含碱性玄武岩(J2m)，上白垩系朱村组中酸性火山岩、火山碎屑岩(K2Ez)等岩性。坡体上部岩性主要为红色砂岩、砾岩，含砾砂岩，岩体裂隙发育，风化严重，整体破碎。坡体中、下部为板岩等(图1)。按照岩石坚硬程度划分，都属于较软弱岩组(单轴饱和抗压强度为5～30 MPa)，为易滑岩组。

图1 滑坡区地质示意

(3)地质构造

研究区地处雅鲁藏布江板块构造缝合带以北的欧亚板块之冈底斯—念青唐古拉板片(拉萨地体)以及羌塘地体，跨越了班公错—怒江蛇绿岩带(缝合带)、澜沧江缝合带。地质构造作用主要受控于新特提斯洋及其南北大陆的拼接和夹挤，使得该区域地质构造变得异常复杂。断裂构造十分发育，岩层褶皱变形强烈。主要的断裂构造有：八宿断裂带、边坝—洛隆断裂带等，其中八宿断裂带从滑坡体后壁穿过，断裂带从全新世以来活动明显，对滑坡区的影响较大[16-17]。

(4)水文气象

研究区地处青藏高原腹部，由于受到地形的控制性影响，该区属于高原温带半干旱季风气候，具有太阳辐射强，空气湿度小，风力大气压低，蒸散作用十分强烈，风化作用强的特点。研究区的多年平均降雨量约230 mm，降水季节分配不均，干湿季分明，降雨集中在雨季，一般占全年总量的90%左右，时有短时强降雨天气出现。冷曲河是怒江的一级支流，年径流总量较大。河水的补给来源主要为大气降雨和冰雪融水，在雨季河流径流量显著增加，对两岸的侵蚀作用加强[18]。

(5)新构造运动与地震

研究区地处青藏高原腹地，新构造运动活跃，主要表现为地壳强烈上升，断裂分布广，活动性强，分布密度高，强烈影响第三系与第四系岩层产生错断。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)的划分方案，滑坡区属于高烈度区，基本抗震设防参数Ⅷ，峰值加速度为0.15g。滑坡区隶属嘉黎—墨脱地震活动带，主要受到八宿断裂带、边坝—洛隆断裂带、雅鲁藏布江缝合带控制。八宿断裂带从全新世以来活动明显，坡体后部能观察到由断裂活动引起的三角状陡坎。根据历史地震和现代地震记录分析，八宿断裂带地震活动不算太强，从1951年至今八宿地区发生过6次5级以上地震(表1)，但Ms≥3.0级的低强度地震活动频繁，震源深度一般较浅，多发生在10 km左右[19]。

表1 八宿县≥5级地震统计

2 滑坡基本特征

(1)地理位置

旺北村滑坡位于西藏自治区八宿县白马镇旺北村境内，冷曲河左岸。东距八宿县城约15 km，国道318从滑坡的对岸通过。地理坐标：北纬30°02′32.30″，东经96°46′48.17″(图2)。

图2 旺北村滑坡地理位置示意

(2)基本特征

旺北村滑坡平面形态近似呈“长舌”形，滑坡区轴向长约2 900 m，平均宽度约1 000 m，滑坡总面积约2.9 km2；滑坡堆积体纵向斜长约2 100 m，平均宽度800 m，平均厚度40～50 m，堆积体体积6 720～8 400万m3。滑坡体前缘海拔约3 481 m，后缘海拔约4 642 m，最大高差达约1 161 m。通过无人机航拍可以清晰地看到滑坡区地形相对周围坡体存在明显的下错，形成了明显的控制性边界。根据滑坡不同部位的运动特征和堆积体分布，判断滑坡在运动过程中方向发生了改变，从南偏西210°转向为南偏东170°。以滑坡体运动方向发生改变部位为界，坡体以上部分坡体地形较陡，坡度约30°，滑坡区宽度近似相等，约700 m；以下部分坡体较缓，坡度约19°，由于坡体前缘临空条件好，滑坡堆积体呈扇形，整个坡体呈“上陡下缓”。

滑坡后壁可见长约1 200 m、高20～50 m、坡度约70°，线状陡坎，陡坎表面岩体受到断裂的构造运动和强烈的风化作用共同影响，节理裂隙发育，岩体十分破碎，发育小型崩塌。滑坡堆积体表面凹凸不平，发育多条纵向冲沟，冲沟宽度0.5～2 m不等，可见深度约0.8～3 m。滑坡体前缘受冷曲河流的侵蚀切割，坡度陡，稳定性差，发育数处次级小型滑坡(图3)。通过无人机航拍的旺北村滑坡全貌见图4。

图3 滑坡前缘及次级小型滑坡

图4 旺北村滑坡全貌

3 滑坡影响因素及形成过程分析

3.1 滑坡影响因素

由于旺北村滑坡所处的地质、地形等环境条件复杂，八宿断裂从滑坡后部穿越，且该区海拔高，辐射作用、蒸散作用强，从而风化作用也十分强烈。通过调查分析，笔者认为，断裂带构造运动、地震、地层岩性等因素对滑坡的形成具有重要影响旺北村滑坡位于青藏高原腹地，该区分布有八宿断裂、边坝—洛隆断裂。全新世以来，这些断裂的活动性明显。其中，八宿断裂属于怒江断裂中部的一条分支，东始于八宿次果，向西延伸经八宿县城、旺比至东巴消失，全长约65 km，沿断裂一带地层可见褶皱或断错作用，滑坡体后部具有明显的线性断层陡坎，呈“三角状”(图5，图6)。该区断裂分布广，活动性强，历史地震发育，偶有震级大于等于5级地震，但震级为3级以上的地震活动频繁。该区总体地震活动不算强，但低强度地震频繁。断裂构造运动和地震是滑坡形成重要内外在因素。

图5 旺北村滑坡纵剖面

图6 无人机航拍的滑坡后缘三角崖地貌

滑坡区出露地层岩性以含煤变质砂岩、板岩等为主，强度差，抗风化能力弱，属于易滑岩组；滑坡区原始斜坡结构为顺向坡，基岩岩层倾向与坡向基本一致。坡体前缘又受河流持续的下切侵蚀，使得斜坡前缘所在坡体变的陡峻，临空条件变好。地层岩性、地形地貌对滑坡的形成发育具有一定影响。

3.2 滑坡形成过程简单分析

依据实地勘察，结合坡体地形地貌、堆积体分布等特征，推测滑坡的形成过程。坡体内部受到断裂构造运动作用，岩体完整性被破坏，稳定性变差，加之遭受到频繁的地震，斜坡体突然发生了滑动，由于良好的临空面条件，滑坡体向前快速滑动；当运动到坡体中部时，受到右侧较高山脊的阻挡，滑坡体运动方向发生了转向，最终形成了近似“长舌”形的平面形态，整个水平滑动距离约1 km，滑坡体上冲沟、裂缝密布，分块特征显著，显示滑坡体在启动后及滑动过程中发生了严重解体。

4 滑坡对拟建铁路的危害及防治建议

根据实地调查，除了滑坡后壁有小型崩塌、滑坡前缘存在小型次级滑坡，目前旺北村滑坡整体在天然状态下稳定性较好。但是因滑坡前缘受到河流的不断下切侵蚀等作用，坡体陡峻，变形严重，稳定性较差；而坡体后缘岩体受构造作用以及强烈的风化作用，偶有小型崩塌发生，崩塌物堆积在坡体表面，增加了坡体的潜在不稳定。滑坡区年平均降雨量相对较少(约230 mm)，但降雨集中，短时强降雨天时有出现；滑坡区处于地震活动带，地震强度较低，以Ms6以下为主，但地震活动频度高，以上这些对坡体稳定性属于不利因素。如果遇到强降雨、强震等极端环境条件，滑坡体局部或整体复活滑动的可能性大。同时，拟建川藏铁路规划以桥梁方式从滑坡体前缘穿过，铁路工程的开挖定会进一步扰动滑坡体，对滑坡体稳定性造成不良影响。

综上分析，由于旺北村滑坡的体积规模巨大，如果滑坡体出现大范围复活滑动，定会造成严重影响，可能对拟建铁路带来严重危害：对铁路路基造成推移、掩埋、毁坏，或者堆积体堵塞冷曲河，形成堰塞湖，造成路基淹没，堰塞坝溃决冲毁铁路设施等危害(图7)。

图7 滑坡与拟建铁路分布

川藏铁路属于国家重大基础设施工程，重要性不言而喻。为保证铁路的顺利建设及长期的安全运营，同时也为保证铁路线具有较高的安全储备，针对旺北村特大型滑坡隐患点，非常有必要采取防治措施。根据前文分析，提出如下防治建议。(1)采用绕避方式。依据实地调查，旺北村滑坡对岸(冷曲河右岸)斜坡体稳定性较好，也不存在较大型的滑坡灾害隐患点，建议把铁路线移到对岸，采用短打隧道的方式。(2)采用原规划线路加工程防治措施。铁路线按照之前规划建设，开工前对滑坡体进行防治。采用坡体前缘坡面进行固化，坡体下部增设抗滑桩等综合措施，并且尽量提高铁路设计高程。

5 结语

保证川藏铁路的顺利建设及长期的安全运营，尽量避免或者降低滑坡等灾害带来的影响，是铁路建设的重要目标之一。依托旺北村特大型滑坡典型灾害点为研究对象，通过多次的现场考察，运用工程测量、无人机航拍、遥感影像等手段，查明了旺北村滑坡的平面形态、滑坡地貌等，分析阐述了旺北村滑坡形成原因、成灾过程及可能产生的危害方式，并提出了针对性的防治建议，以期为川藏铁路的建设提供科学依据以及为该区域特大型(大型)滑坡研究提供参考。

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