新藏铁路主要工程地质问题研究

王 朋

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043； 2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043)

1 概述

拟建新疆至西藏铁路为5条进藏铁路之一。线路起点位于日喀则，经过拉孜县、萨嘎县、仲巴县、阿里地区、日土县，然后经昆仑山进入塔里木盆地，最终到达和田。途经举世闻名的昆仑山、喀喇昆仑山、冈底斯山、喜马拉雅山脉。全线要穿越十几处冰达坂、几十条冰河、沿途横卧着逾千千米的荒漠戈壁、永冻土层和常年积雪的崇山峻岭、人迹罕至的羌塘草原及上百里的无人区，全线平均海拔在4 500 m以上[1]。

2 自然地理特征

2.1 地貌单元极为多变

沿线经过的地貌单元有雅鲁藏布江河谷区、却萨高山区、朋曲河谷区、拉轨岗日高山区、噶尔藏布及雅鲁藏布宽谷区、冈底斯中高山区、喀喇昆仑高山区、羌塘高原区、昆仑山高山区、塔里木盆地山前冲洪积平原区[1]。除河谷区和平原区外，大部分地区相对高差多在500～1 500 m，地形陡峭，山势巍峨挺拔，沟谷发育，相对切割深度大于1 000 m。

2.2 气象条件极为恶劣

沿线气候受纬度和海拔控制，由高原温带半干旱气候向高原寒带干旱气候区逐渐过渡，并由高原气候区进入暖温带干旱半干旱气候区，气候条件极为恶劣。

日喀则至定日段属高原温带半干旱气候区，定日至萨嘎属高原严寒半干旱季风气候区，萨嘎至仲巴属高原亚寒带半干旱气候区，仲巴至日土段属高原亚寒带季风半干旱气候区，日土至郎如段属高原寒带干旱区，郎如至和田段属暖温带大陆性干旱气候区。

区内年平均气温-3～12.5 ℃，极端最低气温-40 ℃，极端最高气温41.1 ℃；降雨量年分布不均衡，雨季多集中在每年的6～9月，年平均降水量166.38～470 mm，年最大降水量750 mm左右，年平均蒸发量2 070～2 420 mm，年平均风速1.5～4.4 m/s，最大风速可达30.0 m/s，年大风日数可达149 d。

2.3 地层岩性极为混杂

沿线地层自新生界至元古界均有分布，包括沉积岩、变质岩及岩浆岩等各种岩类，极为混杂多变。各个地貌单元地层分述如下。

(1)雅鲁藏布河谷区，主要为第四系冲洪积黏性土、砂类土和碎石土，古近系砂岩、泥岩等，中生界砂岩、灰岩等，燕山期和喜马拉雅期花岗岩、闪长岩等。

(2)拉轨岗日高山区，主要为中生界页岩、砂岩等，燕山期花岗岩、闪长岩等。

(3)朋曲河谷区，主要为第四系湖积、冲积黏性土、砂类土和碎石类土，中生界页岩、砂岩等。

(4)冈底斯中高山区，主要为新近系砂岩、泥岩等，中生界砂岩、泥岩等，燕山期、印支期、华里西期、喜马拉雅花岗岩、闪长岩等。

(5)喀喇昆仑高山区，主要为新近系、古近系砂岩、泥岩等，中生界砂岩、泥岩等，古生界灰岩、砂岩等，燕山期花岗岩、闪长岩等。

(6)羌塘高原区，主要为第四系冰川、冰水沉积砂类土、碎石类土以及黏性土，中生界砂岩、泥岩等，古生界灰岩、砂岩、板岩等，燕山期花岗岩等。

(7)昆仑高山区，主要为新近系砂岩、泥岩等，中生界砂岩、砾岩、泥岩等，古生界砂岩、千枚岩等，元古界片岩等，燕山期、印支期、华里西期花岗岩、闪长岩等。

(8)塔里木盆地山前冲洪积倾斜平原区，主要为第四系冲洪积黄土、黏性土、砂类土以及碎石类土，新近系砾岩、砂岩及泥岩，局部分布有风积沙。

2.4 地质构造极为复杂

2.4.1 区域地质构造

线路通过区分属两大构造体系，分别为塔里木地台和青藏高原。青藏高原是印度板块北移与欧亚板块拼合的直接作用带，中生代和新生代多次挤压拼贴事件，产生了诸多缝合带和板片。近场区的一级构造单元有塔里木地台、阿尔金构造带、南昆仑—巴颜喀拉板片、羌塘—三江复合板片、冈底斯一念青唐古拉板片、喜马拉雅板片和板片之间的金沙江缝合带、班公错—怒江缝合带、雅鲁藏布江缝合带。如图1所示。总体上呈近东西向、北西—南东向展布。这些构造单元直接控制着本区沉积建造、岩浆活动、变质作用及褶皱和断裂构造活动[2-3]。

Ⅰ阿尔金构造带 Ⅱ金沙江缝合带 Ⅲ班公错—怒江缝合带 Ⅳ班公湖—怒江缝合带 Ⅴ雅鲁藏布江缝合带图1 新藏铁路所经区域构造分区略图

2.4.2 新构造运动

线路主要位于青藏高原及塔里木盆地，自新生代以来，印度板块与欧亚板块的碰撞导致青藏高原隆升，新构造运动十分活跃。高原的隆起，具有空间上大范围的整体性、局部的差异性和时间上明显的阶段性等特点。根据新构造运动表现形式和强弱程度的不同、地貌特征的差异，可划分为喜马拉雅边界翘起带、冈底斯—念青唐古拉山断块隆起区、喀喇昆仑—唐古拉断块隆起区、藏东绥倾斜断块隆起区、西昆仑—阿尔金边界翘起带等。

青藏高原是新生代的造山地区，构造活动带十分发育，与之相随的地震活动也强烈发生，地震数量多、强度大，共发生≥8级地震4次，7～7.9级地震11次，6～6.9级地震86次，其中8级以上地震数量居全国之首。1950年8月15日发生的察隅—墨脱地震，震级达8.7级，是目前我国有记录的震级最高特大地震[3-6]。

2.4.3 主要断裂构造(表1)

表1 沿线深大断裂构造

3 主要工程地质问题

3.1 滑坡、错落

沿线新构造运动活跃，断裂构造发育，地震频发，加之喜马拉雅以北广大区域植被稀疏，使得该区域内广泛分布规模不一的滑坡、错落。沿线的滑坡类型主要有两类，一类为堆积层滑坡，成因是由于河流下切，堆积层前缘形成高陡临空面，在地下水及其他因素的长期作用下，堆积层失稳形成滑动；另一类为沿不利结构面如层理、大型节理、断层等形成的基岩滑坡，由于存在着各种软弱面，容易产生滑动或错动[7]。如图2所示。

图2 马甲藏布江右岸滑坡群

选线及应对措施：原则上线路应对滑坡、错落进行绕避。无法绕避时，应选择在有利于滑坡稳定和线路安全的部位通过，并对其进行削方减载、设置抗滑措施等工程处理。

3.2 危岩落石和崩塌

线路通过高原山区，地形陡峻，植被稀疏，风化严重，局部受冰川作用影响，岩体破碎，坡面多堆积松散层，易形成危岩、落石和崩塌现象。

特别是雅鲁藏布江河谷区，受“V”形谷约束，纵横坡大，枯洪水位落差大，水流湍急，弯多水急流速快，两岸堆积层边坡段物质松散，河道狭窄，切割和侧蚀十分强烈，巨大的临空面为山坡变形创造了条件，多分布有危岩，在风化、降雨及自身重应力作用下，危岩与母岩分离而产生崩塌、落石，在坡脚形成岩堆。如图3所示。

选线及应对措施：线路方案绕避危岩、落石、崩塌发育区，无法绕避的尽量以隧道、明洞等形式通过，并采取必要的防护措施[8]。

图3 马甲藏布峡谷区危岩

3.3 岩堆

沿线中高山区山体陡峻，岩性多为脆性岩体，受地质构造影响严重，节理裂隙发育，多见高陡临空面，局部呈现“凹”槽状凌空突出，在强烈物理风化作用下，导致表层岩体破碎，裂隙张开，边坡稳定性很差，多分布有危岩，在风化、降雨及自身重应力作用下，危岩与母岩分离而产生崩塌、落石，在坡脚形成岩堆[9]。如图4所示。

病原菌一般经气孔或伤口侵入，侵入后在适宜条件下，叶片上一般3～6天，果实上一般5～7天，即可发病，叶片表皮的损坏、叶毛擦伤以及细胞间充水过多都能加重病情。高温高湿，多雨天气或暴风雨过后易流行。连作田、低洼地、土质黏重、田间积水、窝风或缺肥、植株生长不良的地块发病重。病菌发育的最低温度为5℃，最高温度为40℃，最适温度为27～30℃，在59℃条件下，经10分钟可致病菌死亡。据调查，大田内有10%的植株发病，只要温湿度适宜，就可传染到整个地块以至造成流行。

图4 红柳滩河谷岩堆

选线及应对措施：线路应绕避补给来源丰富、结构松散、处于发展阶段或具有软弱夹层、地面和岩堆基底横坡较陡、地下水丰富、极易产生变形或滑动且工程处理困难的大型岩堆以及溜石坡。

3.4 泥石流

沿线坡面形、沟谷形泥石流普遍发育，为全线主要的工程地质问题，以中、小型泥石流为主。沿线山体岩体多裸露且表层风化破碎严重，并有部分受冰川作用影响，岩体极其破碎，沟谷内碎石类土普遍发育，为泥石流提供了丰富的物质来源。青藏高原降水量往往较为集中，特别是雪山、冰川融水、冰湖溃决，均易造成泥石流的发生[10]。

选线及应对措施：线路应绕避处于发育期的特大型、大型泥石流沟和淤积严重的泥石流沟；一般不宜穿越泥石流区。经过泥石流沟谷时，严禁在洪积扇上设挖方工程，宜选择在流通区以桥梁工程通过，留足净空，并做好导流措施，确保泥石流排泄畅通。

3.5 风沙

昆仑山山前冲洪积平原区和青藏高原均有分布。昆仑山区风沙类型以固定沙地为主，地表以角砾土、碎石土为主，植被覆盖率为10%～50%，局部有轻微积沙，沙害较轻微。

青藏高原由于蒸发量大、气候干燥、植被稀疏、风季时间长，沙漠化严重。风沙主要出现在高原的湖滨平原、冲洪积平原、河流谷地和下切河流宽谷的河滩、阶地、洪积扇缘及谷坡、平河床和山麓前缘等地貌部位。线路附近主要分布区域，一是雅鲁藏布江上游马泉河宽谷区，中游萨嘎—拉孜；二是朋曲中下游和主要支流河谷；三是森格藏布(狮泉河)、噶尔藏布、浪钦藏布(象泉河)和班公错等胡盆地；四是昆仑山前倾斜平原和塔里木盆地。风沙地表形态主要有平地沙、山坡沙地、新月形沙丘及沙丘链、格状沙丘、高大复合型沙丘。沙丘高度一般在2～20 m，植被覆盖率小于10%。主导风向为SW，风沙来源主要为就地起沙[11]。如图5所示。

图5 当却藏布附近沙丘

选线及应对措施：线路通过风沙山地时，应避开溜沙坡等陡坡积沙地段，选择在背风侧影响部分以外的地段或沿山地积沙带的丘间地通过。

3.6 地震

本段所经区域地震动峰值加速度为0.10g～0.20g，地震活动频繁、强烈，应按地震区进行工程地质勘察。

根据其地形条件分析，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。地震可能引起的灾害主要有两类：一是由地震造成地面破坏而导致铁路工程建筑物破坏，如斜坡失稳、山体变形及饱和砂土、粉土液化地基土失效等，这种震害是间接的；二是由地震的震动直接造成工程建筑物的破坏，这种震害是直接的。但受场地工程地质条件的影响，不同的场地土，地震惯性力不同，破坏程度也有所不同[12]。

沿线平原区、谷地湖盆区、大型河谷区地势低平地段地下水位埋深较浅，饱和粉土、砂类土存在地震液化的风险。

选线及应对措施：勘察阶段应查清易发生地震灾害的地段，在抗震设计时，应予以考虑。

3.7 高地温

线路位于青藏高原多个地热活动带内，带内天然热流异常区特别集中，水热活动形式多种多样，诸如温泉、沸泉、水热爆炸、间歇喷泉以及水汽两相、放热地面等。西藏水热区的分布与活动构造带的关系十分密切，水热活动强度基本上与所在活动构造带内新构造运动显示的强度相当，地热显示点主要出露于不同方向活动断裂交汇地区、地堑式或半地堑式断陷盆地或切穿断块山地的线状断陷谷地[13-14]。与线路有关的高地温带主要有：日土—申扎—那曲一带，活动强度中等，以温泉为主；噶尔县—公珠错地区，呈北西向分布，地热显示强烈，以水热爆炸、沸泉为主；雅鲁藏布江谷地，以汽水两相为主[15-18]。如图6所示。

选线及应对措施：线路应尽量绕避地热发育地段，当无法绕避时，宜选择在地热边缘地带，构造简单、地热强度弱的地段，尽量以桥、路形式通过。

图6 日喀则地区间歇地热喷泉

3.8 雪害

沿线的雪害分为风吹雪和雪崩两种类型。

线路位于高海拔地区，山峰常年积雪，降雪多发，且风力大，给风吹雪的形成创造了有利条件。风吹雪主要分布于沿线泉水沟—甜水湾、噶尔—拉孜段落。风吹雪地段宜以桥梁工程通过；以路基通过时，需做好防风措施和路基防护措施，避免积雪掩埋路基。

线路通过高原中高山区，地形陡峻，山峰上有常年积雪和季节性降雪，达到临界深度或受外力如施工等影响时易触发雪崩。

选线及应对措施：勘察阶段应查清其分布范围，线路应尽量绕避或远离雪崩危险区域，无法绕避时应筑构防雪崩工程。

3.9 冻土

多分布于海拔4 500 m以上，冻土分为多年冻土和季节性冻土。多年冻土主要分布于昆仑山区和羌塘高原，以高含冰量(富冰冻土、饱冰冻土、含土冰层)多年冻土为主。多年冻土区主要不良冻土现象有冻胀融沉、热融滑塌、热融湖塘、冻胀丘、冰椎冰丘等[19]。季节性冻土分布于除多年冻土区以外的段落，一般厚0.5～2.0 m。

选线及应对措施：勘察阶段应查清其分布范围，工程设置及应对措施应充分借鉴青藏铁路的相关研究成果和技术经验。

4 主要工程地质问题研究及对策展望

新藏线平均海拔在4 500 m以上，沿线自然环境恶劣，人口稀少，大部分线路走行于无人区，地质调绘难度极大，传统的技术手段无法满足地质调绘和勘察的要求。

本线与正在勘察设计的川藏铁路、中尼铁路工程地质环境特征类似，主要工程地质问题及特征基本相同，在勘察设计阶段应充分借鉴其勘察设计经验及先进勘察技术，使用“空天地一体化”的综合勘察方法，推动多学科联合勘察手段，利用遥感技术、真实感大场景技术、航空物探以及无人机三维技术等先进技术手段，满足不同技术要求、勘察精度要求，确保为新藏铁路的选线、设计提供可靠的地质基础资料，对主要工程地质问题做到过有依据，绕有通道。同时，青藏铁路遇到的多年冻土问题[20]、拉林铁路及拉日铁路遇到的高地温与岩爆问题[21]在施工及运营中的应对措施，对新藏铁路类似工程地质问题均有借鉴意义。

因此，在充分借鉴青藏铁路、拉日铁路、拉林铁路、川藏铁路、中尼铁路等科研成果和勘察设计、施工经验的基础上，针对不同的地形地貌、地质构造以及工程地质条件，采用相适应的新技术、新方法，探索新型勘察技术和手段。

对重点的工程地质问题开展专项研究工作。采用综合勘察方法和手段，通过科研、专题等研究形式，研究沿线滑坡和错落、危岩、落石和崩塌、岩堆、泥石流、风沙、地震、高地温、雪害及冻土等工程地质问题，建立重大地质灾害的现场勘察技术体系，提高我国山区铁路勘察、设计的理论和技术水平。

5 结论

(1)新藏线地形地貌多样、气候环境恶劣、地层岩性多变、地质构造单元复杂、深大断裂密集分布，致使沿线地质环境复杂。

(2)沿线影响铁路建设的主要工程地质问题：滑坡、危岩落石和崩塌、岩堆、泥石流、风沙、地震、放射性、有害气体、高地温、雪害以及冻土。

(3)应在充分吸收和利用既有先进技术成果的基础上，探索新型的勘察技术和手段，对重点的工程地质问题开展专项研究工作。