川藏鐵路雅魯藏布江縫合帶地質(zhì)選線研究

張 敏， 張廣澤， 蔣良文， 王 科

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

川藏鐵路拉薩至林芝段位于青藏高原東南部，屬于岡底斯山與念青唐古拉山、喜馬拉雅山之間的藏南谷地，雅魯藏布江中游，海拔在2 800～3 700 m之間。線路方案沿雅魯藏布江河谷展布，依次經(jīng)過拉薩、貢嘎、扎囊、澤當(dāng)、桑日、加查、朗縣、米林、崗嘎、林芝，全線正線全長(zhǎng)403.144 km。從區(qū)域構(gòu)造角度分析，線路位于印度洋板塊俯沖歐亞板塊形成的結(jié)合部位——雅魯藏布江縫合帶，由此帶來一系列具有高原特色、與構(gòu)造地質(zhì)緊密相關(guān)的工程地質(zhì)問題。選線過程中，如何有效地繞避大的不良地質(zhì)和合理地進(jìn)行工程設(shè)置成為其首要考慮的問題。

本文以川藏鐵路拉薩至林芝的區(qū)域構(gòu)造雅魯藏布江縫合帶為背景，對(duì)雅魯藏布江縫合帶沿線存在的工程地質(zhì)問題進(jìn)行深入分析研究，為鐵路線路提供科學(xué)依據(jù)。

1 沿線工程地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造背景

青藏高原是著名的特提斯造山系(帶)東段，具有復(fù)雜而獨(dú)特的巨厚地殼和巖石圈結(jié)構(gòu)。按板塊構(gòu)造觀點(diǎn)，它是一個(gè)由北部古歐亞板塊南緣和南部古印度板塊北緣經(jīng)中生代-新生代，兩大古陸板塊邊緣不斷裂離、弧后擴(kuò)張，之后經(jīng)弧后小洋盆萎縮消減、弧-弧、弧-陸俯沖碰撞形成的復(fù)雜構(gòu)造域——特提斯構(gòu)造域。在這個(gè)構(gòu)造域中發(fā)育有一系列規(guī)模不等的弧-弧、弧-陸俯沖碰撞帶和夾持于碰撞帶之間的島弧和陸。

雅魯藏布江下游區(qū)域正處于岡瓦納古陸(古印度板塊)北緣喜馬拉雅地塊與勞亞古陸(古歐亞板塊)南緣岡底斯-念青唐古拉地塊接觸部位(圖1)。一系列微板塊、板塊及斷塊組成區(qū)域地殼巖體構(gòu)造的基本格架。它們之間以深海沉積殘?bào)w、蛇綠巖和混雜巖帶等共同組成的板塊俯沖消減帶的前緣縫合線、或以深斷裂為分界，顯示出地殼陸塊(片)結(jié)合-鑲嵌的結(jié)構(gòu)特征。

印度—亞洲碰撞是新生代地球上最為壯觀的重大地質(zhì)事件。青藏高原廣大地域發(fā)生了與碰撞前截然不同的變形，地貌、環(huán)境及其深部結(jié)構(gòu)都發(fā)生了深刻變化。

圖1 川藏鐵路拉薩至林芝段地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖

I—岡底斯—念青唐古拉地塊(岡底斯—念青唐古拉褶皺系)；II—喜馬拉雅地塊(喜馬拉雅褶皺系)；III—雅魯藏布江縫合帶

1.2 沿線地形地貌特征

西藏自治區(qū)位于青藏高原的主體區(qū)域，總體地勢(shì)由西北向東南傾斜。地貌大致可分為喜馬拉雅高山區(qū)、藏南谷地、藏北高原和藏東高山峽谷區(qū)。線路位于藏南谷地，雅魯藏布江中游，海拔2 800～3 700 m。川藏鐵路拉薩至林芝段可分為四個(gè)大的地貌單元：

(1)雅魯藏布江河谷區(qū)：分布于線路的貢嘎至桑日段，河谷寬闊，河面寬度幾百至幾公里不等。

(2)桑加峽谷區(qū)：分布于線路的桑日至加查段，高山斜谷，地形高差2 000～3 000 m。

(3)山原湖盆、高山河谷區(qū)：分布于線路的加查至米林段。

(4)山間河谷地貌區(qū)：分布線路的米林至林芝段。

1.3 沿線地層分布特征

沿線主要分布有新生界、中生界、古生界、元古界沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖及雅魯藏布江構(gòu)造地層區(qū)和各種成因的松散堆積層。侵入巖形成時(shí)代主要為燕山晚期到喜山期，局部為寒武系。

2 雅魯藏布江縫合帶主要工程地質(zhì)問題

雅魯藏布縫合帶規(guī)模巨大，斷裂帶寬度一般都在100 m以上。線路選線基本沿雅魯藏布江兩岸岸區(qū)展布，而雅魯藏布江與雅魯藏布江縫合帶基本呈平行發(fā)育狀態(tài)，尤其貢嘎至熱米段，線路選線基本與雅魯藏布江縫合帶并行。因此，雅魯藏布江縫合帶的工程地質(zhì)特征對(duì)選線起到了關(guān)鍵作用。

由于雅魯藏布江縫合帶為印度板塊俯沖歐亞板塊形成的結(jié)合單位部位，故其構(gòu)造特征異常發(fā)育，由此帶來一系列具有高原特征的工程地質(zhì)問題。以下就沿雅魯藏布江縫合帶鐵路選線存在的主要工程地質(zhì)問題分述如下：

(1)地震：線路方案沿著名的喜馬拉松雅地震帶展布，依據(jù)既有的記錄資料分析，該地震帶歷史上發(fā)生多次6級(jí)及以上地震，著名的如1950年發(fā)生于察隅的8.6級(jí)地震。

地震導(dǎo)致的震害特征主要表現(xiàn)為：地面破壞而導(dǎo)致的交通系統(tǒng)建筑物破壞，如地震液化、山體滑坡等，其次為構(gòu)筑物的直接破壞。

(2)高地應(yīng)力：主體表現(xiàn)為硬質(zhì)巖的巖爆和軟質(zhì)巖的大變形特征。

(3)高地溫：斷裂帶構(gòu)造的活動(dòng)性與高地溫的展布特征息息相關(guān)，一般多表現(xiàn)在斷裂帶的交叉帶及其斷裂的端點(diǎn)部位。

線路沿線經(jīng)過的沃卡地塹東緣斷裂帶為現(xiàn)今活動(dòng)的構(gòu)造帶。據(jù)歷史記載，1915年，該斷裂帶曾發(fā)生7級(jí)地震，沿該斷裂帶地表出露多處溫泉，溫度一般為50～75 ℃，流量一般為0.8～1.5 L/s。

(4)風(fēng)積沙：依據(jù)沿線地形地貌及覆蓋層特征分析，其主要為季風(fēng)吹揚(yáng)河谷河沙形成，多表現(xiàn)為移動(dòng)或半移動(dòng)特征。

(5)水庫(kù)坍岸：依據(jù)區(qū)域水電規(guī)劃，線路沿線正在修建或規(guī)劃多座電站，而線路所經(jīng)桑日至朗縣段地形地貌具有岸坡陡峻、河谷寬闊特征，具有不同形成成因的深厚堆積層分布，水庫(kù)蓄水后兩岸斜坡存在水庫(kù)坍岸等地質(zhì)問題。

(6)危巖落石：主要分布于沿線的硬質(zhì)段地段，如澤當(dāng)—加查，朗縣—里龍段。受地質(zhì)構(gòu)造及后期淺表生改造作用影響，卸荷特征強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙與臨空面的不利組合形成大量潛在可動(dòng)塊體，在強(qiáng)烈的機(jī)械風(fēng)化作用下，導(dǎo)致淺表層巖體與母巖分離，繼而產(chǎn)生崩塌、落石等現(xiàn)象。

(7)滑坡、巖堆：滑坡、巖堆等不良地質(zhì)一直是地質(zhì)選線中的重要控制因素。線路沿線此等不良地質(zhì)具有分布廣泛、規(guī)模巨大等特征，尤其是加查—朗縣段的三疊系軟質(zhì)巖段落，該段落位于或緊靠雅魯藏布江縫合帶主斷裂帶。

(8)泥石流：依據(jù)沿線泥石流的活動(dòng)特征，主要分為古冰川型泥石流和雨洪型泥石流，前者為冰川演變退縮過程遺留的痕跡，不具備再次啟動(dòng)的動(dòng)力條件，后者具有目前正在發(fā)育的特征。

3 綜合地質(zhì)選線原則

(1)一般來講，位于寬闊河谷地段且覆蓋層極厚段的線路為抗震有利地段，陡峻岸坡地段為抗震不利地段，故線路應(yīng)盡可能走形于雅魯藏布江河谷的河床、漫灘及一級(jí)階地等段落。

(2)雅魯藏布江北岸較南岸處于縫合帶被動(dòng)盤相對(duì)較遠(yuǎn)部位，而沿江南岸緊靠縫合帶斷裂，從構(gòu)造作用角度分析，深埋長(zhǎng)大隧道應(yīng)盡量以傍山形式走形于北岸。

(3)線路首先應(yīng)盡量繞避地?zé)岚l(fā)育地段，當(dāng)線路必須通過規(guī)模較大的地?zé)岬刭|(zhì)體時(shí)，應(yīng)選擇地?zé)徇吘壍貛?、?gòu)造簡(jiǎn)單、地?zé)釓?qiáng)度弱的地段。

(4)線路宜選擇河谷背風(fēng)岸，或以橋通過，不得已在迎風(fēng)岸采用路堤時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離坡腳，并采取防沙固沙工程。

(5)方案宜徹底避開水庫(kù)坍岸影響范圍；若無條件時(shí)，線路方案應(yīng)選擇在最終坍岸線以外，并留有適當(dāng)安全距離；個(gè)別地段有防護(hù)和跨越條件，并且確能保證線路穩(wěn)定且能節(jié)省工程投資時(shí)，方可考慮局部線路以最短的線路長(zhǎng)度通過坍岸范圍。

(6)對(duì)山體極不穩(wěn)定、巖體非常破碎、松散的陡坡地段，或預(yù)計(jì)人工開挖使自然條件遭受破壞后，可能發(fā)生較大規(guī)模崩塌，且工程處理困難的地段，線路應(yīng)盡量繞避；工程設(shè)置宜選擇隧道工程，隧道洞口宜選擇工程地質(zhì)性能相對(duì)較好的山脊位置。

(7)繞避地質(zhì)復(fù)雜的巨、大型滑坡及滑坡群，主要集中體現(xiàn)在加查至朗縣段；避開地形零亂，坡腳有地下水出露的山坡。

(8)古冰川泥石流為冰川退縮后的遺跡，洪積扇區(qū)地形、地層穩(wěn)定，可選擇路基、矮橋等簡(jiǎn)單工程通過；對(duì)正在發(fā)育的雨洪型泥石流，首先應(yīng)選擇繞避特大型、大型或群體型、淤積嚴(yán)重的洪積扇區(qū)和大面積分布的山坡型泥石流地段，遠(yuǎn)離泥石流堵河影響范圍內(nèi)的河段，同時(shí)，結(jié)合工程設(shè)置，應(yīng)選擇大跨度橋梁、明洞或隧道通過。

4 加查至朗縣段選線分析

4.1 概述

加查縣和朗縣分別位于山南地區(qū)和林芝地區(qū)，線路先后經(jīng)加查鄉(xiāng)、冷達(dá)鄉(xiāng)、仲達(dá)鎮(zhèn)和朗鎮(zhèn)。雅魯藏布江在本段范圍內(nèi)蜿蜒曲折，大于90°的河道拐彎有16處，拐彎處多形成寬緩的一級(jí)階地平臺(tái)。

從地層巖性分析，沿江兩岸寬緩河谷地帶分布第四系全新世沖積層(Q4al)、沖洪積層(Q4al+pl)卵石土、漂石土、坡殘積層(Q4dl+el)、崩坡積層(Q4dl+col)碎石土、塊石土、風(fēng)積層(Q4eol)粉、細(xì)砂，更新統(tǒng)沖積層(Q3al)卵石土、漂石土，下伏基巖主要為三疊系姐德秀組(T3j)千枚巖、砂巖、第三系羅布莎群(R1b)礫巖、砂巖、始新世安崗超單元(E2Z)中細(xì)粒角閃黑云英云閃長(zhǎng)巖、晚白堊系泥朗單元(K2N)中-細(xì)粒少斑黑云角閃石英閃長(zhǎng)巖。

從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析，雅魯藏布江縫合帶呈東西向展布于加查至朗縣之間?？p合帶主斷裂由加查縣城北側(cè)約1.5 km處起，向東至朗縣縣城北側(cè)約1.3 km附近，此后繼續(xù)向東延伸，主斷裂整體位于雅江北岸?？p合帶以北為被動(dòng)盤，巖性較好，多以花崗巖體為主，縫合帶以南為主動(dòng)盤，巖性相對(duì)較差，以軟質(zhì)變質(zhì)巖為主，縫合帶內(nèi)巖石軟弱，擠壓破碎嚴(yán)重。受雅魯藏布江縫合帶這一宏觀構(gòu)造的影響，在本段流域內(nèi)形成了一系列的與縫合帶相關(guān)的不良地質(zhì)體，如滑坡、危巖落石、泥石流及巖堆等。

綜合分析本段地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)及規(guī)劃梯級(jí)電站的因素，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隧道穿越三疊系姐德秀組一段(T3j1)千枚巖、砂巖地段，日阿墨站進(jìn)出站段和朗縣進(jìn)站端約7.5 km穿越縫合帶，其余段落均位于花崗巖和礫巖地層。由于縫合帶經(jīng)歷韌性剪切—脆性擠壓等多期、多層次的互活動(dòng)特點(diǎn)，且該方案地形起伏較大、洞身埋深大，存在高地應(yīng)力等工程地質(zhì)問題；同時(shí)，隧道輔助橫洞及斜井均穿越雅魯藏布江縫合帶，巖體穩(wěn)定性差。

多跨雅江方案位于階地前緣，短隧道位于雅魯藏布江縫合帶中，巖體穩(wěn)定性差，屬于可控范疇；橋梁主要位于第四系卵礫石地層，承載力高。

4.2 選線原則

加查至朗縣段線路方案整體位于雅魯藏布江縫合帶中，構(gòu)造帶內(nèi)巖體主要以碎塊狀板巖、變質(zhì)砂巖圍巖，巖體穩(wěn)定性較差，坡面崩滑、溝谷泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。綜合分析認(rèn)為，該段線路方案選線原則為：(1)線路方案以長(zhǎng)隧道工程走行于縫合帶北側(cè)的火成巖地層(雅魯藏布江北岸長(zhǎng)隧方案)；(2)線路方案以路基、橋梁及短隧道工程走行于河谷階地前緣(多跨雅魯藏布江方案)。

4.3 方案比選分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪及對(duì)既有資料的綜合分析，對(duì)雅魯藏布江北岸長(zhǎng)隧方案和多跨雅江方案存在的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，詳見表1。

(1)雅魯藏布江北岸長(zhǎng)隧方案地形起伏大、洞身埋深大，主要存在高地應(yīng)力等工程地質(zhì)問題，影響施工進(jìn)度；隧道輔助橫洞及斜井均穿越雅魯藏布江縫合帶，巖體穩(wěn)定性差；

(2)多跨雅魯藏布江方案位于階地前緣，短隧道位于縫合帶中，巖體穩(wěn)定性差，屬于可控范圍；橋梁主要為第四系卵礫石地層，承載力高。因此，多跨雅魯藏布江方案存在的主要工程地質(zhì)問題為上游坡體發(fā)生滑坡渡江潰壩形成的突發(fā)性洪流對(duì)下游第四系岸坡產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷。由于加查至朗縣段河谷寬闊，不存在發(fā)生堵江事件，重點(diǎn)考慮桑加峽谷段，而桑加峽谷段下游已建藏木水電站，電站的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)對(duì)該問題已充分評(píng)估過，且應(yīng)已有應(yīng)對(duì)措施。綜合分析認(rèn)為，加查至朗縣段的岸坡沖刷只需考慮正常洪水位。另外，測(cè)區(qū)內(nèi)無全新世活動(dòng)斷裂，對(duì)橋渡的設(shè)置十分有利。

根據(jù)《川藏鐵路拉薩至林芝段活動(dòng)斷裂調(diào)查鑒定報(bào)告》，雅魯藏布江縫合帶為非全新世活動(dòng)斷裂，故不考慮區(qū)域穩(wěn)定性問題，只考慮抗震設(shè)防。綜述，多跨雅江方案工程地質(zhì)問題明確，技術(shù)可行，施工條件較好。

表1 加查至朗縣段線路方案分析

5 結(jié)論

(1)雅魯藏布江縫合帶為兩大板塊俯沖碰撞的結(jié)合部位，區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，不良地質(zhì)眾多。鐵路選線過程中，結(jié)合工程設(shè)置，應(yīng)繞避重大不良地質(zhì)，如滑坡(群)、泥石流(群)及危巖落石(群)等。

(2)加查至朗縣段屬山原湖盆、高山河谷區(qū)，主要有江北的長(zhǎng)隧方案和多跨雅魯藏布江方案，兩個(gè)方案基于本身存在的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行綜合對(duì)比分析，明確控制方案的根本性因素，后者方案優(yōu)于前者。