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      川藏鐵路雅魯藏布江縫合帶地質(zhì)選線研究

      2019-03-07 02:08:24張廣澤蔣良文
      資源信息與工程 2019年1期
      關(guān)鍵詞:雅魯藏布江選線工程地質(zhì)

      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。

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