雅安至林芝交通廊道重大工程地质问题与对策研究*

黄 勇 孟祥连 胡卸文 张利国 王哲威 杜世回 张文忠 陈兴强 罗 锋

(①中铁第一勘察设计院集团有限公司， 西安 710043， 中国)

(②陕西省铁道及地下交通工程重点实验室， 西安 710043， 中国)

(③西南交通大学地质工程系， 成都 614202， 中国)

(④川藏铁路有限公司， 林芝 860100， 中国)

(⑤中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031， 中国)

0 引 言

雅安至林芝交通廊道内规划的川藏铁路近东西走向，主要经雅安、康定、昌都、林芝等地区，如图1所示，沿线长大深埋隧道众多，桥隧比例高，如规划的铁路工程线路全长约1017 km， 105座桥梁118 km、72座隧道837 km，全线桥隧总长955 km，占比约94%。

图1 雅安至林芝交通廊道规划铁路地理位置示意图

规划交通廊道从位于第二阶梯的四川盆地急剧上升至第一阶梯的青藏高原，穿越三江并流区和藏东南高山峡谷区，跨越大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、帕龙藏布江、雅鲁藏布江等7条大江大河，穿越二郎山、折多山、沙鲁里山、海子山、芒康山、他念他翁山、伯舒拉岭、色季拉山等8座山脉，跨七江穿八山，地形高差十分显著。

在前期川藏铁路规划建设中，通过开展天空地一体化的综合勘察，获取了大量的勘察数据，线路先后穿越龙门山断裂带、鲜水河断裂带、金沙江断裂带、澜沧江断裂带、怒江断裂带、嘉黎断裂带等多条规模巨大的块体边界活动断裂带，总体位于地震多发区，也是强震的主要分布区，如1950年墨脱察隅MS8.6级地震(温燕林等， 2016)、1973年炉霍MS7.6级地震(张力方等， 2017)、2008 年汶川MS8.0级地震(李宁等， 2020)等，区内90%的地段地震动峰值加速度大于0.15 g，最大可达0.40 g。 区域构造应力场模拟(陈兴强， 2020； 杜世回， 2020)和大量深孔地应力实测数据表明，研究区地应力整体水平偏高，且方向复杂多变，在喜马拉雅东构造结北侧1410 m深度范围内测试最大水平主应力约为45 MPa，预测规划铁路隧道洞身最大水平主应力值可达66 MPa，高地应力场环境下不同岩性岩组表现出不同挤压力学特征，呈现出危害程度不一的岩爆和软岩大变形灾害。受深大活动断裂、地震、强降雨、冰川等作用，沿线崩塌、滑坡、泥石流、岩堆、冰崩雪崩等重大地表地质灾害极其发育，主要集中在泸定—康定段、巴塘—贡觉段、昌都—邦达段、怒江—洛隆段、波密—林芝段，具有频发性、群生性和链生性的特点。著名的易贡滑坡(邢爱国等， 2010)发生在该研究区域。然乌至鲁朗段是我国冰水混合型泥石流及冰川型泥石流的高发区(屈永平等， 2015； 许佑顶等， 2017)，素有川藏公路的“盲肠地段”之称。古乡沟泥石流、培隆贡支泥石流、天摩沟泥石流、米堆泥石流等曾多次毁坏川藏公路。据不完全统计，金沙江、大渡河、雅鲁藏布江等流域在四川及西藏境内发生滑坡堵江46次。

沿线水热活动较为活跃，位于全球两大地热带之一的地中海-喜马拉雅地热活动带(多吉， 2003)。沈显杰 (1992) 根据大地热流密度值测量数据表明，青藏高原中部热流异常，大地热流密度值在300mW·m-2以上。青藏高原南部地区大地热流密度值为60～146mW·m-2，虽然远远低于青藏高原中部地区，但仍高于正常值。李午阳等 (2018) 研究表明：巴塘热水区热流密度为61.64～73.60mW·m-2，理塘为55.36～75.27 mW·m-2，康定为77.36～82.22mW·m-2。大地热流分布呈现西南高、东北低，沿NNE方向从约90mW·m-2降低到60mW·m-2。根据热红外遥感、温泉调查和深孔钻探揭示，研究区可划分为鲜水河断裂地热异常带、甘孜至理塘断裂地热异常带、金沙江断裂地热异常带、澜沧江断裂地热异常带、怒江断裂地热异常带、嘉黎断裂地热异常带和雅鲁藏布江缝合带地热异常带等7个地热异常区(图2)，测试最高地温达95 ℃，预测规划铁路隧道最高地温达66 ℃。

图2 雅安至林芝交通廊道规划铁路地热异常区分布示意图

相比传统山区公路、铁路及青藏公路、青藏铁路，雅安至林芝段交通廊道工程地质条件具有复杂性、多样性和特殊性，活跃的地质构造、频繁强烈的地震作用、频发多样的地质灾害在研究区普遍存在。高位巨型的滑坡、崩塌及大型冰川泥石流，其规模和复杂性均属罕见，具有规模大、分布广、破坏力强、频率高、治理难度大的特点(冯文凯等， 2020； 李宁等， 2020)，严重影响线路方案选择。在高地应力和地热活动的影响下，岩爆、软岩大变形、高地温等地质问题在隧道工程中普遍存在，成为隧道工程建设的技术难点。

本文根据相关研究成果，结合勘察设计前期阶段获取的勘察数据，对沿线的重大地质问题进行全面分析和阐述，主要为活动断裂、高烈度地震、高地应力、高地温和泥石流、滑坡、崩塌、冰湖溃决等地质灾害，针对不同的工程地质问题，研究分析工程危害程度，通过地质选线、合理的工程设置绕避或降低工程风险，同时在施工运营阶段，加强地质风险的超前探测、预报和监测预警，采用经济合理的工程措施，为雅安至林芝交通廊道工程建设提供科学技术支撑。

1 复杂独特的地质环境

作为现今地球构造活动最为强烈的地区之一，青藏高原经历了长达4.9亿年的长期演化，碰撞、挤压、隆升作用形成现今的高山峡谷地貌、特殊高原气候，同时造就了极其复杂的地质环境。

1.1 地形地貌

青藏高原是现今世界上地形地貌最复杂、构造活动最强烈的地区之一(Tapponnier et al.，2001; Yin， 2010)，沿线从东至西依次经过四川盆地、川西高山峡谷区、横断山高山峡谷区和藏东南高山峡谷区4个地貌单元(图3)。沿线地形起伏巨大，平均海拔达到3000 m以上，地势险峻、山高坡陡、河谷深切，岭谷相间排列，相对高差2000～3000 m。地貌形态主要受青藏高原地壳隆升的影响，伯舒拉岭以东山脉走向主要为南北向，以西由南北向向东西向过渡，群峰高耸，支流密布，冰川、冰湖、冰碛地貌及冻融地貌特征明显。

图3 雅安至林芝交通廊道规划铁路沿线地势分布示意图

研究区跨越太平洋和印度洋两大水系，涉及的主要河流有大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、易贡藏布和帕隆藏布等，水系流向呈南北向至北北西向，与区域构造走向大体一致。特殊的高原、高山峡谷地貌，为研究区的地表地质灾害提供了必要的孕灾环境，为高位远程滑坡、崩塌、冰川泥石流的发育等创造了地形条件，同时为跨越大江大河桥梁和长大越岭隧道的设置带来挑战。

1.2 构造格架

青藏高原的地球动力学过程是原有的地质体不断蜕变、改造，新生地质体不断增生形成的过程。距今4.9亿年前，青藏高原进入到特提斯洋演化阶段，随着冈瓦纳大陆北缘晚古生代不断弧后扩张、裂离形成了复杂的多岛弧-盆系，随后经洋盆萎缩消减、弧-弧、弧-陆碰撞的复杂碰撞拼合过程最终奠定了现今的大地构造格局(潘桂棠等， 2009)。

雅安至林芝交通廊道横跨了扬子陆块和青藏高原内部共计4个一级大地构造单元和12个二级构造单元(图4)，由东至西依次为扬子陆块、三江造山系、班公湖-双湖-怒江-昌宁对接带和冈底斯-喜马拉雅造山系(潘桂棠， 2013)，同时穿越5条岩浆弧、6个沉积盆地和7条蛇绿混杂岩带(潘桂棠等， 2020)。藏东南地区现今构造格架直接决定了区域地壳稳定性，同时控制和影响研究区冈底斯岩浆弧、怒江构造混杂岩、嘉黎构造混杂岩等特殊岩性岩组的展布。

图4 雅安至林芝交通廊道规划铁路沿线大地构造图

新生代以来，印度板块与欧亚板块持续碰撞，青藏高原及其周边地区发生了强烈的构造挤压变形和地壳隆升，使得青藏高原及其周边地区一直是现今地球构造活动最为活跃的区域之一(Molnar et al.，1975; Molnar， 2005; Niu， 2020)。印度板块相对稳定，欧亚大陆以约50 mm·a-1水平速率向北运移(Liang et al.，2013; Wang et al.，2020)，直接影响着研究区新生代构造变形和地貌形态。

1.3 岩性岩组

青藏高原构造格局控制着研究区地层岩性的分布，地层时代从震旦系至新生界均有分布，主要岩性有以砂岩、泥岩、灰岩为主的沉积岩，以片麻岩、大理岩、板岩等为主的变质岩和以花岗岩、闪长岩等为主的岩浆岩。 以邦达为界，邦达以东，砂岩、板岩等沉积岩，变质砂岩、千枚岩等浅变质岩大范围分布，局部地段有花岗岩侵入岩； 邦达以西以片麻岩、花岗岩等硬质岩为主，局部分布板岩、片岩等软质岩(图5)。

图5 雅安至林芝交通廊道规划铁路沿线岩性岩组分布示意图

在金沙江东岸格聂山、怒江西岸饿穷拉山、芒康山、东达山、海子山等地区分布有灰岩、大理岩等可溶岩，局部地段岩溶发育，隧道施工中存在突涌水风险； 受金沙江断裂带、怒江断裂带和嘉黎断裂带影响，分布有大量的构造混杂岩，岩性复杂多变，岩体破碎、完整性差、富水，对隧道围岩的稳定性影响较大； 在邦达草原、毛亚坝草原等高原夷平面地区分布有季节性冻土； 沿高山峡谷区分布有第四系冲洪积、崩坡积的砂类土、碎石类土和黏性土； 受冰川作用，局部沟谷两侧分布有大量的冰碛物，如波堆藏布倾多镇地区、冻措曲腊久乡地区。

1.4 水文地质

受深大断裂构造、复杂岩性岩组、地表广覆冰雪、冰湖和强降雨等因素影响，研究区水文地质条件复杂，地下水的主要类型为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水和岩溶水。

研究区的泥岩、板岩、砂岩、页岩、千枚岩、花岗岩、片麻岩等多为弱-中等基岩裂隙含水层，多为弱-中等富水区； 局部地段受构造影响，特别是规模巨大的区域断裂带，为大气降雨与冰雪融水入渗补给提供了有利的通道，张性裂隙发育区为良好的构造富水带，隧道突涌水风险极高； 第四系孔隙潜水主要分布于河谷区河漫滩和两岸阶地，埋深较浅、水量较大，分布范围较小。

可溶岩主要呈南北向条带状展布，与区域构造行迹展布一致，其中金沙江东侧格聂山体为研究区可溶岩分布最广、极为复杂的地段，呈现出垂向分带的特征。

2 重大工程地质问题

长期复杂的地球演化造就了现今青藏高原独特的地理地质环境，使研究区处于全球地形起伏最大、内外动力地质作用最强烈、气候条件极其恶劣、地质灾害频发的区域之一。主要的重大工程地质问题有深大活动断裂与高烈度地震、高位远程滑坡崩塌、危岩落石、冰川泥石流、岩爆、软岩大变形、高地温、突涌水等。

2.1 强烈发育的深大活动断裂与高烈度地震

规划交通廊道所在区域属于喜马拉地震带与南北地震带交汇处，构造和地震活动强烈，主要边界断裂均具有显著的晚第四纪活动性。断裂的规模、活动强度在铁路建设史上实为罕见。主要深大活动断裂带有鲜水河断裂带、嘉黎断裂带、怒江断裂带等，如表1、图6所示，其中色拉哈断裂、玉农希断裂、边坝-洛隆断裂、嘉黎断裂等活动断层未来可能突发最大水平位错量达4～6 m，怒江断裂地表最大垂直位错量达4 m。

图6 雅安至林芝交通廊道规划铁路沿线主要活动断裂分布示意图(据张培震等，2003;邓起东，2007;谢超，2018;Wang et al.，2020修改)

表1 雅安至林芝交通廊道主要断裂晚第四纪活动性特征表

研究区域内公元前26年至今，地震记录共有4.7级以上地震561次， 6～6.9级地震77次，7～7.9级地震21次，8～8.9级地震2次，分别为2008年汶川8级地震(李宁等， 2020)和我国大陆震级最大的1950年西藏墨脱8.6级地震(温燕林等， 2016)。

在昌都以东区域，地震震中沿鲜水河断裂带呈北西向展布，沿龙门山断裂带呈北东向展布，沿马边断裂带的地震震中呈近南北向展布。在理塘—巴塘一带，存在一个北西西向的弧形地震条带； 在昌都以西区域，地震震中大多沿北西向断裂分布； 在喜马拉雅东构造结所在地区(林芝、波密、墨脱一带)，东、西两侧地震沿北东向断裂分布，波密以西地震沿北西向断裂分布(图7)。

图7 雅安至林芝交通廊道规划铁路沿线历史性地震震中分布图(M≥4.7，至2019年)

主要的地震带有龙门山地震带、鲜水河-滇东地震带、藏中地震带、喜马拉雅地震带等，潜在震源区共58个，震级上限整体偏高，如图8所示，其中震级上限9.0级的潜在震源区1个， 8.0级以上的潜在震源区达10个。

图8 雅安至林芝交通廊道规划铁路沿线潜在震源区分布图

在鲜水河断裂带和喜马拉雅东构造结，区域地震问题尤为突出，通过历史地震分析表明，鲜水河断裂带、金沙江断裂带、嘉黎断裂带等均具有一定的未来地震风险，鲜水河断裂带震级较大的几次地震虽然都发生在1990年之前，但是在进入1990年以来地震活跃性呈增加趋势(图9)，预测未来地震风险较大，金沙江断裂带与嘉黎断裂带地震活跃性在近几十年虽然呈一定下降趋势，但不排除进入下一个地震活跃周期的可能性。

图9 鲜水河断裂各段历史地震活动性分析图(1900年至今)

2.2 强烈发育的多样化地质灾害

在内外地质动力作用下，藏东南及横断山脉地区深大活动断裂发育、地震频发、气候复杂多变、风化冻融强烈，形成了大量松散物源，为地质灾害的发育提供了充分条件。

研究区特殊的气候条件，催生了冰川、冻融、风化作用，加重了岩体的损伤，为地质灾害松散物源的积累起到了促进作用，同时强降雨、冰雪融水为地质灾害的启动提供了外部动力，不同的气候特征和地形条件导致地质灾害类型的差异性。波密至鲁朗段冰川、强降雨发育，形成了以冰川泥石流为特色的地质灾害，怒江、金沙江一带形成了以大型滑坡、崩塌为特色的地质灾害。地质灾害主要分布在川西龙门山区、大渡河流域、鲜水河流域、“三江”流域、易贡藏布流域和帕隆藏布流域(图10， 表2)。对交通工程规划建设影响重大的地质灾害主要有高位远程滑坡、崩塌、危岩落石、冰川泥石流及由此引发的山地灾害链等。

图10 雅安至林芝交通廊道规划铁路沿线地质灾害发育分布与易发性评价图

表2 雅安至林芝交通廊道地质灾害分布特征表

地震是地质灾害的主要触发因素之一，地震在直接触发地质灾害的同时，也可造成山体松动，为次生地质灾害的发生提供大量的物质来源，降低地质灾害的触发阈值。强震区地震作用后，地质灾害显著增加且具有长期活动性，对汶川地震前后(2000～2011)灾难性滑坡数量统计分析表明，灾难性滑坡数量在2008年强震后的3年中，呈明显的上升趋势，暴雨年滑坡数量震后较震前增加了近1倍，非暴雨年滑坡数量震后较震前增加了3～4倍(黄润秋， 2011)。研究区多位于强震区，在频发强震的作用下，地质灾害问题尤为突出。

2.2.1 高位远程滑坡、崩塌、危岩落石

地质灾害在高山峡谷区和沿断裂构造带密集分布，受河流切割和地震强度的诱发影响明显，地质构造复杂、强烈的部位往往是高位远程、大型、巨型崩塌、滑坡发育密集区，主要分布于金沙江、帕隆藏布、易贡藏布等高山峡谷区，如位于金沙江缝合带的白格滑坡、嘉黎断裂带的易贡滑坡等。

沿线分布有大量的高陡岸坡，如金沙江、怒江、色曲、冻措曲、易贡藏布两岸，边坡高度达数千米，受卸荷、风化、冻融、地震等作用的影响，两岸边坡分布有大量的危岩体(图11)，在降雨等外部作用下，极易发生落石风险。

图11 洛隆冻措曲高陡边坡高位危岩体

2.2.2 冰川泥石流

沿线泥石流广泛发育，雅安至伯舒拉岭段主要以雨洪型泥石流为主，伯舒拉岭至林芝段主要以冰水混合型、冰雪融水型和冰川泥石流为主，局部发育有冰湖溃决型泥石流(屈永平等， 2015)。

规划交通廊道伯舒拉岭至林芝段分布泥石流沟292条，其中冰川型、冰雪融水型和冰水混合型泥石流229条，暴雨型泥石流沟63条，泥石流总体线密度为0.86条·km-1，具有流域面积广、高差大、易发性和致灾能力强的特点(图12， 表3)。

图12 伯舒拉岭至林芝段沿线泥石流综合致灾能力示意图

表3 伯舒拉岭至林芝段泥石流分布特征

泥石流受极端降雨、高温、强烈地震事件的影响，可在不同空间尺度诱发群发性的泥石流灾害。如2007年9月天摩沟暴发特大泥石流的同时，周边的古乡沟、索通沟、比通沟等泥石流沟也暴发规模不等的泥石流。川藏公路然乌至鲁朗段是泥石流集中发育区，泥石流多次冲毁川藏公路桥梁及路基工程，造成交通中断， 如表4所示，在1950～1970年代泥石流集中暴发， 1970进入相对平稳期，在2007年又集中暴发。

表4 川藏公路然乌至鲁朗段重大泥石流灾害统计

2.2.3 山地灾害链

受特殊的孕灾环境影响，研究区内山地灾害呈现类型多样、暴发频率高和发生规模大的特征，同时高山峡谷区的地形条件为一种灾害转化为另外一种灾害创造了必要条件，从而形成灾害链，使得灾害在空间和时间上进一步延伸，灾害持续时间更长、影响范围更广、破坏力更强。如2000年发生易贡滑坡，大量的滑坡体物质进入易贡藏布形成长约2.5 km、宽约2.5 km的滑坡堆积体，体积约(2.8～3)×108m3，堵塞易贡藏布(图13)，坝体内水位不断上升导致溃坝而形成溃坝洪水，溃坝时最大洪峰流量达12×104m3·s-1，从而对下游近百公里范围造成毁灭性破坏(邢爱国等， 2010)。研究区主要的灾害链类型有崩塌-滑坡-碎屑流-堵江堰塞坝-溃坝洪水、滑坡-碎屑流-堵江堰塞坝-溃坝洪水、泥石流-堰塞湖-溃决洪水、冰崩-冰湖溃决-泥石流-堰塞湖-溃决洪水等。

图13 易贡特大山体崩塌滑坡遥感图像(滑坡发生后第26天的SPOT 图像)(戴兴建等， 2019)

线路跨越大渡河、金沙江、帕隆藏布、易贡藏布等大江大河，历史上均发生过滑坡、崩塌、泥石流堵江事件，在未来地震及强降雨活动影响下，沿线流域存在发生大型滑坡、崩塌、泥石流堵江的风险，特别在帕隆藏布流域然乌至鲁朗段，多次发生堵江从而影响川藏公路通行。

2.3 高地应力

研究区紧邻喜马拉雅东构造结，属板块挤压强烈区，也是我国高地应力梯度区，板块运动控制着构造应力的格局与变化，GPS地表形变(Wang et al.， 2020)、震源机制解(罗钧等， 2014; 王晓楠等， 2018)、深孔地应力实测及数值模拟(孙玉军等， 2017)均表明，从东到西主应力方向总体为北西-南东向(NW-SE)转为近东西向(EW)，最后为北东-南西向(NE-SW)。同时，地应力整体偏高，特别在“Y”字型构造区和南迦巴瓦构造结区，实测数据显示1000 m埋深范围内，其侧压力系数达3.3，梯度超过3.5 MPa/100 m，如图14所示。

图14 波密至林芝段地应力不同深度实测值分布图

交通廊道范围内长大深埋隧道众多，规划的铁路隧道最大埋深达2100 m。如穿越色季拉山铁路隧道最大埋深为1687 m，在埋深1410 m处测试最大水平主应力值达45.52 MPa，最小水平主应力值约35 MPa，预测隧道洞身最大水平主应力最大值约62 MPa，如图15所示，强度应力比约1～5，大部分段落属极高地应力区，局部地段属高地应力区。

图15 规划铁路色季拉山隧道沿洞身轴线预测最大、最小水平主应力及垂直应力分布图

2.3.1 岩 爆

规划铁路硬质岩隧道中埋深大于1500 m隧道多达12座，预测硬质岩隧道中洞身最大水平主应力达66 MPa，在强烈挤压高地应力的背景下，在花岗岩、闪长岩、大理岩、片麻岩、厚层状砂岩等硬质岩隧道施工中存在岩爆风险，预测规划铁路工程中有28座隧道存在不同程度的岩爆问题，主要分布在冈底斯岩浆弧波密至林芝段和二郎山、他念他翁山、伯舒拉岭等越岭硬质岩隧道段。

岩爆作为一种突发性强、破坏性大的高地应力灾害在隧道修建中屡见不鲜，如拉林铁路巴玉隧道(王庆武等， 2016)、引汉济渭输水隧洞(黄志平等， 2018)、锦屏二级水电站深埋隧道群(江权等， 2008)施工过程中多次发生强烈岩爆甚至极强岩爆，严重影响人员、设备安全和施工进度。

2.3.2 软岩大变形

沿线分布有大量的板岩、炭质板岩、页岩、炭质片岩、千枚岩等薄层软质岩。雅安至林芝段规划铁路软质岩隧道总长达450 km，占比达53%，整体埋深在600 m以上，其中最大埋深达1800 m。在高地应力环境下，极易发生软岩大变形，结合现场勘察数据和工程类比分析，预测规划铁路隧道软岩大变形长度约150 km。

兰渝铁路、成兰铁路等隧道施工中均发生过软岩大变形，具有变形量大、速率高、变形持续时间长、变形控制难的特点(李国良等， 2015)。木寨岭铁路隧道施工中最大水平收敛4385 mm，最大收敛速率472 mm·d-1。隧道软岩变形破坏范围大，如不加以及时控制，就会迅速发展成难以控制的变形和破坏，对施工进度产生严重影响，造成巨大的经济损失，已成为世界性的地下工程难题之一。

交通廊道部分隧道所经软质岩的岩性特征、完整性与兰渝铁路、成兰铁路类似，但隧道埋深更大，构造环境更复杂，地应力水平更高，软岩大变形问题也将更为突出。

2.4 高地温

印度板块俯冲于欧亚板块之下，强烈的挤压碰撞作用将导致青藏高原地区发生广泛的区域性地壳变形、增厚，并伴随着大规模的火山喷发和岩浆活动(姜枚等， 2012； 彭淼等， 2017)，塑造了独特的陆-陆碰撞型地壳结构和区域性高热流异常环境，形成著名的喜马拉雅地热活动带。研究表明，藏南地区大地热流整体偏高，大地热流密度值60～146mW·m-2，如图16所示。研究区深大断裂及巨型构造带发育，对区域地温有明显的控制作用，同时地下水沿断裂构造下渗向深部循环，经深部加热后沿断裂上升，隐伏于地下或出露于地表，形成了一系列的温泉和高地温区，地震过程中伴随断层摩擦、应变等形成的热源也将影响区域地温。不完全统计研究区温泉达182处，其中通麦长青温泉温度达95 ℃，如表5所示。

图16 中国大陆地区大地热流分布图(Jiang et al.，2019)

表5 雅安至林芝交通廊道典型温泉汇总表

通过热红外遥感、地表调查和大量深孔测温数据表明，研究区整体地温梯度偏高，一般地段地温梯度为1～3 ℃/100 m，地热异常段地温梯度为3～5 ℃/100 m，最大可达20 ℃/100 m，其中以通麦至鲁朗段地热问题尤为突出，如拉月隧道钻探揭示洞身最高温度达58 ℃，如图17、图18所示。

图17 通麦至鲁朗段反演地表温度与温泉分布图

图18 通麦至鲁朗段深孔实测地温曲线

预测规划铁路工程中31座隧道存在高温热害问题，局部地段地温温度将达50 ℃以上，存在高温热水的风险，如规划铁路中紧临雅鲁藏布江缝合带的拉月隧道，受米林活动断裂的影响，地热问题尤为突出，预测洞身最高地温达66 ℃，大于50 ℃段落长度达3.5 km，如图19所示。高温环境将导致隧道内施工环境恶化，对人的身心造成伤害，降低施工效率。支护结构在高地温及地下水化学环境下力学性能劣化，从而增加施工成本，高温热水防护不当将严重影响施工安全。

图19 规划铁路拉月隧道地温预测等温线图

2.5 突涌水

沿线隧道具有埋深大、长度长、越岭多的特点，构造极其发育。遥感、地表调查、物探、钻探等揭示规划铁路隧道通过断裂多达260余条，深大断裂既是良好的导水通道，也是储水构造，在局部地段还可能形成高压富水带，在怒江构造混杂岩中多处深孔揭示存在承压水，有的承压水水压高达4.5 MPa。

在格聂山、果拉山、饿穷拉山等地区分布有灰岩、大理岩等可溶岩，岩溶地貌明显，出露岩溶泉，如图20所示，沿线规划铁路隧道穿越可溶岩总长约58 km。

图20 八宿拥巴岩溶瀑布

在山岭海拔4000～4500 m以上地区有大量的冰川、积雪覆盖，局部地段分布大量的冰湖。波密和雅安地区降雨量大，常年平均降雨量可达1000 m以上。冰雪融水、冰湖、强降雨造成了隧道水文地质条件更为复杂，突涌水风险更高。

2.6 多场耦合效应的深部灾害

岩爆、软岩大变形、突涌水、高地温等单一灾种在铁路、公路、水利隧道工程修建中经常发生，但研究区特殊的地质环境，在渗流场、热流场和高地应场等多场作用下，多场耦合效应与多灾种叠加产生的深部灾害问题将是隧道工程面临的一个新的、重大挑战。

基于水-热-力-化等多场耦合作用下的研究多基于理论研究和室内模拟，而对灾变演化和防控技术研究不多，隧道施工中揭示的多灾种问题也相对较少，研究区多座隧道勘察揭示不仅存在高地应力问题，而且还存在高地温和地下水问题，在多场耦合作用下，单一灾种是否会进一步演化和加剧，如高温环境下是否会促进岩爆的发生，高地应力环境下在地下水渗流和高温作用下对围岩稳定性的影响等，均有待进一步的研究。

3 工程对策研究

研究区特殊的地理地质环境造就了复杂的地质条件和特殊的地质问题，首先需要厘清区域地质背景，查明工程地质条件，再开展地质选线、工程设置研究，降低和减少地质风险，最后结合不同地质问题、地形条件、施工技术水平采用有针对性的工程措施。

3.1 天空地一体化勘察技术

沿线山脉纵横起伏、沟谷深切、地形陡峻，人迹罕至、冰雪常年覆盖，很多影响线路方案的重点桥隧工程位于无人区内，工程地质调绘及勘察难度极大，常规地质勘察手段、勘探设备难以满足勘察精度和要求(孟祥连， 2020)，因此，应积极推广使用新技术、新方法、新手段，采用适应藏东南地区的勘察方法，充分利用天空地一体化综合勘察技术，解决交通廊道线状工程地质勘察难题。

采用天空地一体化综合地质勘察技术体系，以多源三维遥感、热红外遥感、多光谱及高光谱岩性遥感解译、航空物探等新技术从空而下，宏观把脉； 以无人机平台、三维倾斜摄影、三维Lidar激光扫描等新设备和技术由天着眼，微观把握； 以超深水平钻、千米钻、高精度地面物探等新手段自地而起，精准把控； 形成多样化、立体化、全方位的勘察技术体系(黄勇， 2020)，如图21所示，为查明沿线区域地质背景、工程地质条件提供技术保障。

图21 天-空-地多源立体化勘察技术体系融合与应用

3.2 地质选线与工程设置

经前期的大量勘察工作，查明影响和控制线路方案的主要地质因素，如地壳稳定性与活动断裂、岩性岩组、地表地质灾害、高地温等。在规划设计前期阶段，通过方案比选、地质选线，绕避重大的、难以治理的地表地质灾害，寻找相对安全稳定的“安全岛”(胡海涛， 2001)，选择区域地壳稳定性较好、低地温的安全廊道，从而规避或减少施工运营阶段的地质风险。

在地质选线研究中，充分考虑高烈度地震区、活动断裂对工程的影响，如在波密至林芝段铁路方案研究中，采用北绕避开喜马拉雅东构造结方案，从而避开了九度高烈度区，避开了长大段落穿行于米林、西兴拉等全新世活动断裂，走行于稳定性相对较好的冈底斯地块； 针对昌都至波密段中然乌—波密发育冰川泥石流、崩塌、雪崩等山地灾害，八宿地区高地温和软岩大变形问题，线路方案北移取直走行于邦达草原高原夷平面后，如图22所示，增加了线路通过花岗岩、片麻岩等硬质岩段落，减少了千枚岩、炭质板岩等软质岩段落，软岩大变形长度由近60 km长度减少至22 km，同时绕避了八宿高温热害区和山地灾害极其发育的然乌至波密段，通过地温大于37 ℃段落长度由近50 km降低为不到10 km，极大改善了工程地质条件，降低了地质风险。

图22 规划铁路昌都至波密段线路方案比选示意图

对高地温、岩爆、软岩大变形等地质风险，采用“走高、走边、走硬”等方式，降低隧道埋深减少岩爆、软岩大变形、高地温等风险，如对铁路拉月隧道高地温问题，采用抬高线路高程从而降低高地温风险，线路标高抬高约130 m后，通过大于50 ℃的高温段落长度由近7 km减少为约3.5 km。

在规划设计阶段，采用设置科学可靠、经济合理的工程型式，做到宜桥则桥、宜隧则隧、宜路则路，可降低地质灾害对工程的影响。在铁路工程设计研究中，穿越活动断裂地段，尽量避开设置隧道洞口和桥梁工程，如在邦达草原线路穿越怒江活动断裂时，通过优化线路方案将桥梁工程调整为路基填方工程，既降低了活动断裂对工程的危害性，同时也大大提高了工程的可修复性； 采用以隧代桥、以隧代路等方式下穿泥石流、滑坡密集发育区，如在波密至通麦段近54 km冰川泥石流集中易发区； 通过设置长大傍山的易贡隧道和通麦隧道，下穿泥石流集中发育区，如图23所示，成果解决了地表地质灾害问题； 针对金沙江、易贡藏布等存在堵江风险的地段，可以设置高墩大跨桥梁方式一次跨越，如跨越易贡藏布河流采用主跨310 m、桥高95 m的拱桥，从而规避了上游再次发生类似易贡滑坡堵江溃坝的风险； 在岩溶地区，可通过调整线路标高合理设置横洞和平导，为隧道涌水的排泄创造条件，降低施工风险。

图23 帕隆藏布流域扎塔多沟至来曲遥感影像图

3.3 工程措施

通过地质选线、设置合理工程型式，规避了风险高、治理难度大的地质灾害，但还有诸多如活动断裂、泥石流、危岩落石、岩爆、软岩大变形、突涌水、高地温等地质问题，需要采用针对性工程措施进行防控和治理，结合中国铁路近70多年的修建技术经验，工程防治措施遵循超前探测与监测预警先行、主动控制和综合治理的原则，见表6所示。

随着我国青藏、兰渝、成兰、西成、丽香、大瑞等西部山区高原铁路、公路工程的修建，对不同地质问题有较为成熟、完善的防控技术体系，对单一灾种或常见的灾害问题有成功的工程经验，但鉴于研究区位于板块运动极其活跃区，地质条件极其复杂，有些地质问题只有隧道施工开挖后才能揭示，需要在施工阶段加强动态设计，遇到不同地质问题采用综合分析、综合防控的思路，积极探索新技术、新材料、新工艺。

4 结 论

本文以雅安至林芝段特殊的地理地质环境为基础，结合规划设计阶段获取的勘察数据充分分析了研究区重大工程地质问题，针对深大活动断裂与高烈度地震、高位远程滑坡、崩塌、危岩落石、冰川泥石流、岩爆、软岩大变形、突涌水、高地温等地质风险，从地质选线、工程设置、工程措施3个层次开展对策研究，主要研究结论如下：

(1)雅安至林芝规划交通廊道走行于青藏高原东南缘，地质条件极其复杂，具有三高两强的地质特征：高烈度地震、高地应力、高地温及强烈发育多样化地质灾害、强烈发育深大活动断裂。深大活动断裂和高烈度地震严重影响工程的区域稳定性； 在内外动力地质作用和特殊的气候条件下，导致冰川泥石流、高位崩塌、滑坡及链生灾害等地表地质灾害极其发育，严重影响桥梁、路基、车站等明线工程的安全； 在板块强烈挤压、碰撞作用下，研究区地应力水平整体偏高，隧道施工开挖中岩爆和软岩大变形问题将会非常突出； 隧道工程穿越数百条断裂构造、可溶岩和地热异常区，高温热害和突涌水风险大。

表6 雅安至林芝规划铁路工程地质问题主要措施原则

(2)针对研究区高海拔、大高差、常年冰雪覆盖和道路交通不便的特点，采用天空地一体化综合勘察技术，以面、线、点多层次勘察结构体系为指导，由面及线、由线到点，从而厘清区域地质背景和工程区工程地质条件，为重大地质问题的对策研究提供技术支撑。

(3)规划设计前期通过方案比选、地质选线，选择走行于区域地壳稳定性较好、地质灾害危害性相对较低、地质条件相对较好的廊道； 设计和施工阶段，通过合理的工程设置降低地质风险对工程的影响，对无法绕避的地质问题，采用针对性的工程措施，做到预警先行、主动防控、生态环保和经济合理。

(4)鉴于研究区地质条件的复杂性和特殊性，很多地质问题只有在施工中才能被揭示，建议加强施工阶段动态设计，及时调整设计参数和措施，同时对有些科学问题，如深部灾害的多场耦合效应、板块活跃区地下工程动力灾变时间效应、强烈挤压区岩爆与软岩大变形机理研究、水热活动特性、活动断裂的蠕滑变形等方面需要进一步研究，灾害的防控技术需在施工中进行进一步的完善。

致谢感谢中国地震局地质研究所李彦宝副研究员、桂林理工大学陈立春教授、中国地调局地质力学所杨志华副研究员、中国科学院成都山地所陈华勇副研究员等在本论文的写作中给予的指导和帮助。