川藏铁路雅鲁藏布江缝合带地质选线研究

2019-03-07张广泽蒋良文

资源信息与工程 2019年1期

张敏，张广泽，蒋良文，王科

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

川藏铁路拉萨至林芝段位于青藏高原东南部，属于冈底斯山与念青唐古拉山、喜马拉雅山之间的藏南谷地，雅鲁藏布江中游，海拔在2 800～3 700 m之间。线路方案沿雅鲁藏布江河谷展布，依次经过拉萨、贡嘎、扎囊、泽当、桑日、加查、朗县、米林、岗嘎、林芝，全线正线全长403.144 km。从区域构造角度分析，线路位于印度洋板块俯冲欧亚板块形成的结合部位——雅鲁藏布江缝合带，由此带来一系列具有高原特色、与构造地质紧密相关的工程地质问题。选线过程中，如何有效地绕避大的不良地质和合理地进行工程设置成为其首要考虑的问题。

本文以川藏铁路拉萨至林芝的区域构造雅鲁藏布江缝合带为背景，对雅鲁藏布江缝合带沿线存在的工程地质问题进行深入分析研究，为铁路线路提供科学依据。

1 沿线工程地质概况

1.1 区域构造背景

青藏高原是著名的特提斯造山系(带)东段，具有复杂而独特的巨厚地壳和岩石圈结构。按板块构造观点，它是一个由北部古欧亚板块南缘和南部古印度板块北缘经中生代-新生代，两大古陆板块边缘不断裂离、弧后扩张，之后经弧后小洋盆萎缩消减、弧-弧、弧-陆俯冲碰撞形成的复杂构造域——特提斯构造域。在这个构造域中发育有一系列规模不等的弧-弧、弧-陆俯冲碰撞带和夹持于碰撞带之间的岛弧和陆。

雅鲁藏布江下游区域正处于冈瓦纳古陆(古印度板块)北缘喜马拉雅地块与劳亚古陆(古欧亚板块)南缘冈底斯-念青唐古拉地块接触部位(图1)。一系列微板块、板块及断块组成区域地壳岩体构造的基本格架。它们之间以深海沉积残体、蛇绿岩和混杂岩带等共同组成的板块俯冲消减带的前缘缝合线、或以深断裂为分界，显示出地壳陆块(片)结合-镶嵌的结构特征。

印度—亚洲碰撞是新生代地球上最为壮观的重大地质事件。青藏高原广大地域发生了与碰撞前截然不同的变形，地貌、环境及其深部结构都发生了深刻变化。

图1 川藏铁路拉萨至林芝段地质构造简图

I—冈底斯—念青唐古拉地块(冈底斯—念青唐古拉褶皱系)；II—喜马拉雅地块(喜马拉雅褶皱系)；III—雅鲁藏布江缝合带

1.2 沿线地形地貌特征

西藏自治区位于青藏高原的主体区域，总体地势由西北向东南倾斜。地貌大致可分为喜马拉雅高山区、藏南谷地、藏北高原和藏东高山峡谷区。线路位于藏南谷地，雅鲁藏布江中游，海拔2 800～3 700 m。川藏铁路拉萨至林芝段可分为四个大的地貌单元：

(1)雅鲁藏布江河谷区：分布于线路的贡嘎至桑日段，河谷宽阔，河面宽度几百至几公里不等。

(2)桑加峡谷区：分布于线路的桑日至加查段，高山斜谷，地形高差2 000～3 000 m。

(3)山原湖盆、高山河谷区：分布于线路的加查至米林段。

(4)山间河谷地貌区：分布线路的米林至林芝段。

1.3 沿线地层分布特征

沿线主要分布有新生界、中生界、古生界、元古界沉积岩、岩浆岩、变质岩及雅鲁藏布江构造地层区和各种成因的松散堆积层。侵入岩形成时代主要为燕山晚期到喜山期，局部为寒武系。

2 雅鲁藏布江缝合带主要工程地质问题

雅鲁藏布缝合带规模巨大，断裂带宽度一般都在100 m以上。线路选线基本沿雅鲁藏布江两岸岸区展布，而雅鲁藏布江与雅鲁藏布江缝合带基本呈平行发育状态，尤其贡嘎至热米段，线路选线基本与雅鲁藏布江缝合带并行。因此，雅鲁藏布江缝合带的工程地质特征对选线起到了关键作用。

由于雅鲁藏布江缝合带为印度板块俯冲欧亚板块形成的结合单位部位，故其构造特征异常发育，由此带来一系列具有高原特征的工程地质问题。以下就沿雅鲁藏布江缝合带铁路选线存在的主要工程地质问题分述如下：

(1)地震：线路方案沿著名的喜马拉松雅地震带展布，依据既有的记录资料分析，该地震带历史上发生多次6级及以上地震，著名的如1950年发生于察隅的8.6级地震。

地震导致的震害特征主要表现为：地面破坏而导致的交通系统建筑物破坏，如地震液化、山体滑坡等，其次为构筑物的直接破坏。

(2)高地应力：主体表现为硬质岩的岩爆和软质岩的大变形特征。

(3)高地温：断裂带构造的活动性与高地温的展布特征息息相关，一般多表现在断裂带的交叉带及其断裂的端点部位。

线路沿线经过的沃卡地堑东缘断裂带为现今活动的构造带。据历史记载，1915年，该断裂带曾发生7级地震，沿该断裂带地表出露多处温泉，温度一般为50～75 ℃，流量一般为0.8～1.5 L/s。

(4)风积沙：依据沿线地形地貌及覆盖层特征分析，其主要为季风吹扬河谷河沙形成，多表现为移动或半移动特征。

(5)水库坍岸：依据区域水电规划，线路沿线正在修建或规划多座电站，而线路所经桑日至朗县段地形地貌具有岸坡陡峻、河谷宽阔特征，具有不同形成成因的深厚堆积层分布，水库蓄水后两岸斜坡存在水库坍岸等地质问题。

(6)危岩落石：主要分布于沿线的硬质段地段，如泽当—加查，朗县—里龙段。受地质构造及后期浅表生改造作用影响，卸荷特征强烈，节理裂隙与临空面的不利组合形成大量潜在可动块体，在强烈的机械风化作用下，导致浅表层岩体与母岩分离，继而产生崩塌、落石等现象。

(7)滑坡、岩堆：滑坡、岩堆等不良地质一直是地质选线中的重要控制因素。线路沿线此等不良地质具有分布广泛、规模巨大等特征，尤其是加查—朗县段的三叠系软质岩段落，该段落位于或紧靠雅鲁藏布江缝合带主断裂带。

(8)泥石流：依据沿线泥石流的活动特征，主要分为古冰川型泥石流和雨洪型泥石流，前者为冰川演变退缩过程遗留的痕迹，不具备再次启动的动力条件，后者具有目前正在发育的特征。

3 综合地质选线原则

(1)一般来讲，位于宽阔河谷地段且覆盖层极厚段的线路为抗震有利地段，陡峻岸坡地段为抗震不利地段，故线路应尽可能走形于雅鲁藏布江河谷的河床、漫滩及一级阶地等段落。

(2)雅鲁藏布江北岸较南岸处于缝合带被动盘相对较远部位，而沿江南岸紧靠缝合带断裂，从构造作用角度分析，深埋长大隧道应尽量以傍山形式走形于北岸。

(3)线路首先应尽量绕避地热发育地段，当线路必须通过规模较大的地热地质体时，应选择地热边缘地带、构造简单、地热强度弱的地段。

(4)线路宜选择河谷背风岸，或以桥通过，不得已在迎风岸采用路堤时应远离坡脚，并采取防沙固沙工程。

(5)方案宜彻底避开水库坍岸影响范围；若无条件时，线路方案应选择在最终坍岸线以外，并留有适当安全距离；个别地段有防护和跨越条件，并且确能保证线路稳定且能节省工程投资时，方可考虑局部线路以最短的线路长度通过坍岸范围。

(6)对山体极不稳定、岩体非常破碎、松散的陡坡地段，或预计人工开挖使自然条件遭受破坏后，可能发生较大规模崩塌，且工程处理困难的地段，线路应尽量绕避；工程设置宜选择隧道工程，隧道洞口宜选择工程地质性能相对较好的山脊位置。

(7)绕避地质复杂的巨、大型滑坡及滑坡群，主要集中体现在加查至朗县段；避开地形零乱，坡脚有地下水出露的山坡。

(8)古冰川泥石流为冰川退缩后的遗迹，洪积扇区地形、地层稳定，可选择路基、矮桥等简单工程通过；对正在发育的雨洪型泥石流，首先应选择绕避特大型、大型或群体型、淤积严重的洪积扇区和大面积分布的山坡型泥石流地段，远离泥石流堵河影响范围内的河段，同时，结合工程设置，应选择大跨度桥梁、明洞或隧道通过。

4 加查至朗县段选线分析

4.1 概述

加查县和朗县分别位于山南地区和林芝地区，线路先后经加查乡、冷达乡、仲达镇和朗镇。雅鲁藏布江在本段范围内蜿蜒曲折，大于90°的河道拐弯有16处，拐弯处多形成宽缓的一级阶地平台。

从地层岩性分析，沿江两岸宽缓河谷地带分布第四系全新世冲积层(Q4al)、冲洪积层(Q4al+pl)卵石土、漂石土、坡残积层(Q4dl+el)、崩坡积层(Q4dl+col)碎石土、块石土、风积层(Q4eol)粉、细砂，更新统冲积层(Q3al)卵石土、漂石土，下伏基岩主要为三叠系姐德秀组(T3j)千枚岩、砂岩、第三系罗布莎群(R1b)砾岩、砂岩、始新世安岗超单元(E2Z)中细粒角闪黑云英云闪长岩、晚白垩系泥朗单元(K2N)中-细粒少斑黑云角闪石英闪长岩。

从区域地质构造分析，雅鲁藏布江缝合带呈东西向展布于加查至朗县之间。缝合带主断裂由加查县城北侧约1.5 km处起，向东至朗县县城北侧约1.3 km附近，此后继续向东延伸，主断裂整体位于雅江北岸。缝合带以北为被动盘，岩性较好，多以花岗岩体为主，缝合带以南为主动盘，岩性相对较差，以软质变质岩为主，缝合带内岩石软弱，挤压破碎严重。受雅鲁藏布江缝合带这一宏观构造的影响，在本段流域内形成了一系列的与缝合带相关的不良地质体，如滑坡、危岩落石、泥石流及岩堆等。

综合分析本段地形地貌、地质构造、不良地质及规划梯级电站的因素，研究了雅江北岸方案和多跨雅江方案。

雅江北岸方案有5.2 km隧道穿越三叠系姐德秀组一段(T3j1)千枚岩、砂岩地段，日阿墨站进出站段和朗县进站端约7.5 km穿越缝合带，其余段落均位于花岗岩和砾岩地层。由于缝合带经历韧性剪切—脆性挤压等多期、多层次的互活动特点，且该方案地形起伏较大、洞身埋深大，存在高地应力等工程地质问题；同时，隧道辅助横洞及斜井均穿越雅鲁藏布江缝合带，岩体稳定性差。

多跨雅江方案位于阶地前缘，短隧道位于雅鲁藏布江缝合带中，岩体稳定性差，属于可控范畴；桥梁主要位于第四系卵砾石地层，承载力高。

4.2 选线原则

加查至朗县段线路方案整体位于雅鲁藏布江缝合带中，构造带内岩体主要以碎块状板岩、变质砂岩围岩，岩体稳定性较差，坡面崩滑、沟谷泥石流等地质灾害发育。综合分析认为，该段线路方案选线原则为：(1)线路方案以长隧道工程走行于缝合带北侧的火成岩地层(雅鲁藏布江北岸长隧方案)；(2)线路方案以路基、桥梁及短隧道工程走行于河谷阶地前缘(多跨雅鲁藏布江方案)。

4.3 方案比选分析

根据现场地质调绘及对既有资料的综合分析，对雅鲁藏布江北岸长隧方案和多跨雅江方案存在的主要工程地质问题进行分析评价，详见表1。

(1)雅鲁藏布江北岸长隧方案地形起伏大、洞身埋深大，主要存在高地应力等工程地质问题，影响施工进度；隧道辅助横洞及斜井均穿越雅鲁藏布江缝合带，岩体稳定性差；

(2)多跨雅鲁藏布江方案位于阶地前缘，短隧道位于缝合带中，岩体稳定性差，属于可控范围；桥梁主要为第四系卵砾石地层，承载力高。因此，多跨雅鲁藏布江方案存在的主要工程地质问题为上游坡体发生滑坡渡江溃坝形成的突发性洪流对下游第四系岸坡产生强烈的冲刷。由于加查至朗县段河谷宽阔，不存在发生堵江事件，重点考虑桑加峡谷段，而桑加峡谷段下游已建藏木水电站，电站的建设及运营对该问题已充分评估过，且应已有应对措施。综合分析认为，加查至朗县段的岸坡冲刷只需考虑正常洪水位。另外，测区内无全新世活动断裂，对桥渡的设置十分有利。

根据《川藏铁路拉萨至林芝段活动断裂调查鉴定报告》，雅鲁藏布江缝合带为非全新世活动断裂，故不考虑区域稳定性问题，只考虑抗震设防。综述，多跨雅江方案工程地质问题明确，技术可行，施工条件较好。