川藏鐵路雅魯藏布江縫合帶地質選線研究

張 敏， 張廣澤， 蔣良文， 王 科

(中鐵二院工程集團有限責任公司，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，依次經過拉薩、貢嘎、扎囊、澤當、桑日、加查、朗縣、米林、崗嘎、林芝，全線正線全長403.144 km。從區域構造角度分析，線路位于印度洋板塊俯沖歐亞板塊形成的結合部位——雅魯藏布江縫合帶，由此帶來一系列具有高原特色、與構造地質緊密相關的工程地質問題。選線過程中，如何有效地繞避大的不良地質和合理地進行工程設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域構造雅魯藏布江縫合帶為背景，對雅魯藏布江縫合帶沿線存在的工程地質問題進行深入分析研究，為鐵路線路提供科學依據。

1 沿線工程地質概況

1.1 區域構造背景

青藏高原是著名的特提斯造山系(帶)東段，具有復雜而獨特的巨厚地殼和巖石圈結構。按板塊構造觀點，它是一個由北部古歐亞板塊南緣和南部古印度板塊北緣經中生代-新生代，兩大古陸板塊邊緣不斷裂離、弧后擴張，之后經弧后小洋盆萎縮消減、弧-弧、弧-陸俯沖碰撞形成的復雜構造域——特提斯構造域。在這個構造域中發育有一系列規模不等的弧-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、板塊及斷塊組成區域地殼巖體構造的基本格架。它們之間以深海沉積殘體、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)結合-鑲嵌的結構特征。

印度—亞洲碰撞是新生代地球上最為壯觀的重大地質事件。青藏高原廣大地域發生了與碰撞前截然不同的變形，地貌、環境及其深部結構都發生了深刻變化。

圖1 川藏鐵路拉薩至林芝段地質構造簡圖

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

西藏自治區位于青藏高原的主體區域，總體地勢由西北向東南傾斜。地貌大致可分為喜馬拉雅高山區、藏南谷地、藏北高原和藏東高山峽谷區。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大的地貌單元：

(1)雅魯藏布江河谷區：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：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：分布于線路的加查至米林段。

(4)山間河谷地貌區：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、變質巖及雅魯藏布江構造地層區和各種成因的松散堆積層。侵入巖形成時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問題

雅魯藏布縫合帶規模巨大，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展布，而雅魯藏布江與雅魯藏布江縫合帶基本呈平行發育狀態，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特征對選線起到了關鍵作用。

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合單位部位，故其構造特征異常發育，由此帶來一系列具有高原特征的工程地質問題。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，依據既有的記錄資料分析，該地震帶歷史上發生多次6級及以上地震，著名的如1950年發生于察隅的8.6級地震。

地震導致的震害特征主要表現為：地面破壞而導致的交通系統建筑物破壞，如地震液化、山體滑坡等，其次為構筑物的直接破壞。

(2)高地應力：主體表現為硬質巖的巖爆和軟質巖的大變形特征。

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

線路沿線經過的沃卡地塹東緣斷裂帶為現今活動的構造帶。據歷史記載，1915年，該斷裂帶曾發生7級地震，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)風積沙：依據沿線地形地貌及覆蓋層特征分析，其主要為季風吹揚河谷河沙形成，多表現為移動或半移動特征。

(5)水庫坍岸：依據區域水電規劃，線路沿線正在修建或規劃多座電站，而線路所經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，水庫蓄水后兩岸斜坡存在水庫坍岸等地質問題。

(6)危巖落石：主要分布于沿線的硬質段地段，如澤當—加查，朗縣—里龍段。受地質構造及后期淺表生改造作用影響，卸荷特征強烈，節理裂隙與臨空面的不利組合形成大量潛在可動塊體，在強烈的機械風化作用下，導致淺表層巖體與母巖分離，繼而產生崩塌、落石等現象。

(7)滑坡、巖堆：滑坡、巖堆等不良地質一直是地質選線中的重要控制因素。線路沿線此等不良地質具有分布廣泛、規模巨大等特征，尤其是加查—朗縣段的三疊系軟質巖段落，該段落位于或緊靠雅魯藏布江縫合帶主斷裂帶。

(8)泥石流：依據沿線泥石流的活動特征，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，不具備再次啟動的動力條件，后者具有目前正在發育的特征。

3 綜合地質選線原則

(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，故線路應盡可能走形于雅魯藏布江河谷的河床、漫灘及一級階地等段落。

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

(3)線路首先應盡量繞避地熱發育地段，當線路必須通過規模較大的地熱地質體時，應選擇地熱邊緣地帶、構造簡單、地熱強度弱的地段。

(4)線路宜選擇河谷背風岸，或以橋通過，不得已在迎風岸采用路堤時應遠離坡腳，并采取防沙固沙工程。

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

(6)對山體極不穩定、巖體非常破碎、松散的陡坡地段，或預計人工開挖使自然條件遭受破壞后，可能發生較大規模崩塌，且工程處理困難的地段，線路應盡量繞避；工程設置宜選擇隧道工程，隧道洞口宜選擇工程地質性能相對較好的山脊位置。

(7)繞避地質復雜的巨、大型滑坡及滑坡群，主要集中體現在加查至朗縣段；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，洪積扇區地形、地層穩定，可選擇路基、矮橋等簡單工程通過；對正在發育的雨洪型泥石流，首先應選擇繞避特大型、大型或群體型、淤積嚴重的洪積扇區和大面積分布的山坡型泥石流地段，遠離泥石流堵河影響范圍內的河段，同時，結合工程設置，應選擇大跨度橋梁、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和林芝地區，線路先后經加查鄉、冷達鄉、仲達鎮和朗鎮。雅魯藏布江在本段范圍內蜿蜒曲折，大于90°的河道拐彎有16處，拐彎處多形成寬緩的一級階地平臺。

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、風積層(Q4eol)粉、細砂，更新統沖積層(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)中細粒角閃黑云英云閃長巖、晚白堊系泥朗單元(K2N)中-細粒少斑黑云角閃石英閃長巖。

從區域地質構造分析，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約1.5 km處起，向東至朗縣縣城北側約1.3 km附近，此后繼續向東延伸，主斷裂整體位于雅江北岸?？p合帶以北為被動盤，巖性較好，多以花崗巖體為主，縫合帶以南為主動盤，巖性相對較差，以軟質變質巖為主，縫合帶內巖石軟弱，擠壓破碎嚴重。受雅魯藏布江縫合帶這一宏觀構造的影響，在本段流域內形成了一系列的與縫合帶相關的不良地質體，如滑坡、危巖落石、泥石流及巖堆等。

綜合分析本段地形地貌、地質構造、不良地質及規劃梯級電站的因素，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，日阿墨站進出站段和朗縣進站端約7.5 km穿越縫合帶，其余段落均位于花崗巖和礫巖地層。由于縫合帶經歷韌性剪切—脆性擠壓等多期、多層次的互活動特點，且該方案地形起伏較大、洞身埋深大，存在高地應力等工程地質問題；同時，隧道輔助橫洞及斜井均穿越雅魯藏布江縫合帶，巖體穩定性差。

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，構造帶內巖體主要以碎塊狀板巖、變質砂巖圍巖，巖體穩定性較差，坡面崩滑、溝谷泥石流等地質災害發育。綜合分析認為，該段線路方案選線原則為：(1)線路方案以長隧道工程走行于縫合帶北側的火成巖地層(雅魯藏布江北岸長隧方案)；(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

根據現場地質調繪及對既有資料的綜合分析，對雅魯藏布江北岸長隧方案和多跨雅江方案存在的主要工程地質問題進行分析評價，詳見表1。

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

(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問題為上游坡體發生滑坡渡江潰壩形成的突發性洪流對下游第四系岸坡產生強烈的沖刷。由于加查至朗縣段河谷寬闊，不存在發生堵江事件，重點考慮桑加峽谷段，而桑加峽谷段下游已建藏木水電站，電站的建設及運營對該問題已充分評估過，且應已有應對措施。綜合分析認為，加查至朗縣段的岸坡沖刷只需考慮正常洪水位。另外，測區內無全新世活動斷裂，對橋渡的設置十分有利。

根據《川藏鐵路拉薩至林芝段活動斷裂調查鑒定報告》，雅魯藏布江縫合帶為非全新世活動斷裂，故不考慮區域穩定性問題，只考慮抗震設防。綜述，多跨雅江方案工程地質問題明確，技術可行，施工條件較好。

表1 加查至朗縣段線路方案分析

5 結論

(1)雅魯藏布江縫合帶為兩大板塊俯沖碰撞的結合部位，區域構造復雜，不良地質眾多。鐵路選線過程中，結合工程設置，應繞避重大不良地質，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，主要有江北的長隧方案和多跨雅魯藏布江方案，兩個方案基于本身存在的主要工程地質問題進行綜合對比分析，明確控制方案的根本性因素，后者方案優于前者。