地震频发区堰塞湖、泥石流对成兰铁路的影响研究

李明清，韦 魏

(中铁二院有限责任公司，四川成都610031)

1 成兰铁路概况

新建成都至兰州铁路(简称成兰线)位于四川省和甘肃省境内，始于成都，经广汉、什邡、绵竹、安县、茂县、松潘至九寨沟，向北延伸连接拟建兰渝铁路的哈达铺车站，线路全长457.62 km，成都至兰州运营总长730.549 km。本线建成后，向北连通兰渝铁路，与既有宝成铁路、拟建兰渝线及规划的川青线、川藏线共同构建连通西北与西南及华南沿海的区际干线铁路通道，是承担开发川西大九寨旅游资源，推进四川省实现从旅游资源大省向旅游经济强省跨越的重要基础设施。沿线属于地震多发区，据史料记载，西秦岭断裂带上文县发生过8级地震1次;龙门山断裂带共发生过6级地震5次，5级地震13次;岷江断裂带为强震多发地带，发生过4次7级以上地震及一系列5～6级地震，为1933年叠溪7.5级地震、1976年松潘7.6级地震及2008年“5·12”汶川大地震。地震造成多处山崩地裂，堰塞成湖和泥石流，对成兰铁路选线影响重大。

2 沿线堰塞湖与泥石流概况

2.1 沿线堰塞湖的分布情况

成兰铁路沿线经历了1933年8月25日茂县叠溪7.5级地震，1976年8月16日松潘、平武7.6级地震，2008年5月12日汶川8.0级地震，沿线形成了很多堰塞湖。勘察设计阶段对沿线堰塞湖进行了详细调查分析，成都至茂县段堰塞湖为2008年汶川“5·12”地震形成，茂县至松潘堰塞湖大多是1933年茂县叠溪7.5级地震形成。沿线堰塞湖对铁路选线影响重大，情况如下。

(1)2008年汶川“5·12”地震形成的堰塞湖有:绵远河上游的黑洞崖、小岗剑、一把刀堰塞湖;石亭江上游的红松一级、马槽滩上、马槽滩中、马槽滩下、燕子岩，木瓜坪堰塞湖;雎水河罐滩堰塞湖等。

(2)1933年叠溪7.5级地震形成的岷江流域堰塞湖有:岷江河谷沿线共调查到较大的堰塞湖泊有6个，分别是叠溪海子(大海子、小海子)、鱼儿寨海子、白石海子、若尔寨海子、小沟海子、牟尼沟二道海。

2.2 沿线泥石流沟的分布情况

2.2.1 安县至茂县段成兰铁路经安县后顺雎水河而上，穿越龙门山前、中、后三个活动断裂带，2008年“5·12”汶川大地震后，区域内山河改观，面目全非，山坡好像被削了一层皮似的，形成了很多泥石流沟，泥石流正处于发展旺盛期。2009年7月成兰铁路勘测时，孙家沟暴发泥石流，勘探钻机冲走两台。由于地震后沿线沟谷内土石堆积物较多，属于山坡型泥石流，易暴发，破坏力极强。

2.2.2 茂县至松潘川主寺段线路沿岷江两岸而上，岷江河谷属于高山、高原面构造侵蚀、寒冻风化剥蚀地貌及极高山冰蚀地貌，地质主要为千枚岩、板岩和页岩，在几次地震作用下，坡面形成了大量的物质。沿线有庙子沟泥石流、东龙沟泥石流、龙达沟泥石流、岷江村沟泥石流、落石沟泥石流、苦水沟泥石流、太平村泥石流、解放村泥石流、甲竹寺泥石流、格子沟泥石流等。

2.2.3 松潘川主寺至九寨沟段本段地形相对平缓，属典型的高海拔地区，海拔为2800～4500m，沿线河谷属于宽浅型、U形或V形河槽，河流流量稳定，为岷江和嘉陵江源头。该段泥石流由园砾、碎块石和砂组成，为小型泥石流，处于泥石流的衰退期。泥石流分布较广，沿线对铁路有影响的泥石流沟有26处。

3 沿线堰塞湖与泥石流对铁路选线的影响

3.1 沿线堰塞湖对成兰铁路的影响

3.1.1 “5·12”汶川大地震产生的堰塞湖2008年“5·12”汶川特大地震，瞬间在四川省的绵阳、德阳、汶川等地市形成了大大小小107座堰塞湖，其中极高危的堰塞湖有唐家山堰塞湖，高危的肖家桥堰塞湖、小岗剑、一把刀、老鹰岩、石板滩等33座。这些堰塞湖坝体松散，没有固结，极不稳定，很容易产生溃坝危险。

3.1.1.1 对铁路影响轻微的堰塞湖

绵远河上游黑洞崖、小岗剑、一把刀堰塞湖;石亭江上游红松一级、马槽滩上、马槽滩中、马槽滩下、燕子岩、木瓜坪堰塞湖;这些堰塞湖在四川抗震救灾指挥部和地方政府组织实施，处理措施为在堰塞湖堤坝上开槽泄洪的应急排险，泄洪通道的泄洪能力都能满足二十年一遇的洪水排泄，且铁路分别位于绵远河和石亭江的下游，距堰塞湖坝体相对较远，达30～40 km，即使溃坝对成兰铁路影响也不大，且桥梁净高留有富余量。

3.1.1.2 对铁路有一定影响的堰塞湖

从现有的研究来看，作为现代汉语中十分常见而又复杂的“让”字还鲜有研究。因此，该文在加的夫语法的指导下对现代汉语“让”字进行多维度的分析。

罐滩堰塞湖位于雎水河双线大桥上游4.2 km，假定溃坝前漫顶，水头35m，顶宽114m，蓄水量200×104m3，溃坝处桥址处瞬时最大流量:

该堰塞湖是因2008年“5·12”汶川大地震滑坡堵塞河道而形成的堰塞湖，坝体松散，溃坝时可能伴随泥石流发生，铁路桥梁应适当加大桥下净空，主河槽中不宜设置桥墩，桥梁孔跨式样为:(2×48)mT构+(43+2×72+43)m连续梁，主跨2×72m跨越河槽，桥墩躲避了堰塞湖溃坝的影响;桥高60m，墩高52m，净空满足要求。

3.1.2 1933年叠溪7.5级地震形成的岷江流域堰塞湖

3.1.2.1 大型堰塞湖

叠溪海子，由于1933年叠溪地震滑坡堵塞岷江而形成，1933年10月9日7时，堤坝溃决，洪峰到达120 km外的茂汶县，直至距叠溪260 km的乐山县;叠溪周围15 km的山陵川泽，全部崩坏，方圆上百公里为重灾区，死亡6800多人;堰塞湖溃决，又将灌县以上村镇冲没大半，死亡达2500多。1986年6月15日溃决两次，因溃决规模较小，对下游影响不大。

根据叠溪堰塞湖(大海子)库容V=7000×104m3(根据阿坝州志统计最大库容计算)，坝高H=29m，按全溃计算，流速按山区范围选定V=5.0m/s，K=1.5，坝址断面最大溃坝洪峰流量为43056m3/s。叠溪堰塞湖属于特大型堰塞湖，溃坝时流量大，破坏性极强，对铁路影响较大。对坝址下游0～10 km范围进行洪水演算，下游10 km处溃坝流量为5 200m3/s，溃坝流量较大，因此堰塞湖下游这个区域内不宜设桥梁跨越。成兰铁路沿岷江左岸而上，不在该堰塞湖下游跨越岷江，且沿江线路路肩高程应高于溃坝洪水线，确保铁路安全。

3.1.2.2 影响较大的堰塞湖

鱼儿寨堰塞湖，由1933年8月25日地震形成，坝长110m，坝高121m，最大水深73.553m，库区长892m，实测水面高程2505.90m，对应库容1117×104m3。位于成兰铁路可行性研究线位上游2411m，相对高差300m，对下游铁路影响较大(表1)。

表1 鱼儿寨堰塞湖溃坝流量

初步设计进一步优化线路方案，完全绕避该堰塞湖。

3.1.2.3 影响甚微的堰塞湖

白石海子、若尔寨海子、小沟海子、牟尼沟二道海子等均位于成兰铁路上游，这几个堰塞湖库容量较小，距离成兰铁路较远，按照全溃坝计算流量计算到桥址处，溃坝流量均不足50m3/s。对于该河沟地段，成兰铁路均设置桥梁跨越，且净空预留一定的富余量。

3.2 泥石流对成兰铁路的影响

3.2.1安县至茂县段

2008年“5·12”汶川大地震，使该段山崩地裂，植被破坏严重，形成了很多滑坡与崩积体堆积在沟槽内及山坡上，该段是平原区向高原区的过渡带，沟槽和河流四周高山环抱，暴雨强度大，泥石流危害程度极其严重，处于泥石流的发展期和旺盛期。

段内泥石流沟破坏力极强，暴发时规模巨大及其易暴发，成兰铁路多次优化方案，采用绕避或隧道深埋稳定地层内通过，如绕避了孙家沟大型泥石流、甘沟泥石流、柿子园泥石流等大型泥石流，本段内泥石流全部绕避。

3.2.2茂县至松潘县段

本段成兰铁路沿岷江河谷而行，段内地质岩性主要为志留系千枚岩、板岩夹砂岩，三叠系变质砂岩、板岩、千枚岩、页岩，且该段落处于岷江地震带附近，为高烈度地震多发区，属地震强烈区和强震波及区。区内植被较差，生长低矮灌木，坡面风化严重，平缓或低洼地带大部分被开垦为旱地，降雨量丰富，暴雨强度大，泥石流危害程度严重，处于泥石流暴发的旺盛期。

段内泥石流规模以中型泥石流为主，沟谷明显，桥位选择在流通区跨越，采用主跨一跨跨越泥石流沟，如龙塘站四线大桥采用(40+64+40)m连续梁、甲竹寺双线中桥1孔80m钢桁梁跨越泥石流沟;局部宽浅泥石流沟，不能一跨跨越的，在滩地上布设桥墩，设置防护墩，如核桃沟右线大桥采用(1×24+3×32+2×24)m简支梁通过;对于部分泥石流严重地段，设置泥石流监测预警系统，确保运营安全。运营阶段加强植被环保工作，加强流域内植树造林工作，使泥石流逐渐衰退，甚至消失。

3.2.3 松潘至九寨沟段

本段位于高海拔地区，海拔为2900～4500m之间，处于近年几次大地震的边缘地带，只造成了一些小型滑坡。区内植被较好，海拔3400m以下生长原始森林，其上为低矮灌木，降雨量小，暴雨强度不大，大部份属小型稀性泥石流，危害程度轻微，处于泥石流的衰退期或停歇期。

成兰铁路选线时，一般不需绕避，从泥石流流通区或堆积区采用桥梁方案跨越，该区域内泥石均为稀性、低频率泥石流，且属于衰退期，并根据泥石流流量和百年淤积高确定铁路桥梁梁底标高，净空满足要求;且对泥石流采用综合整治措施，上下游采用疏导或挡排等工程措施处理。

4 地震多发山区堰塞湖、泥石流地区铁路设计原则和注意事项

4.1 山区堰塞湖、泥石流地区铁路设计原则

(1)本线堰塞湖多为近年地震后滑坡造成，坝体松散，极不稳定，溃坝危险较大，对于特大型或大型堰塞湖，线位应尽量绕避，或在下游一定距离设置桥梁跨越。对规模巨大者，应进行专题研究，评价其对铁路的影响。

(2)对位于铁路上游的中小型堰塞湖，一般缺少实测资料供查询，勘测时应实测、调查堰塞湖的坝高、坝宽、最大水深、库容量等资料，采用多种方法进行不同溃坝情况的计算，考虑可能出现的最不利组合确定设计水位，线路设计时桥下净空或路肩高程确定，应充分考虑溃坝影响。

(3)位于堰塞湖下游的铁路桥梁，一般不宜在主河槽内设置桥墩，应采用一跨或大跨方案跨越主河槽。若必须设置桥墩，则应在其上游增设防护工程，对桥墩进行横向冲击力检算，确保发生溃坝时桥梁的安全。

(4)由于泥石流暴发突然，破坏性强，对于特大型或大型泥石流，线路应采取绕避或隧道下穿通过。

(5)对于中型或小型泥石流，采用桥梁跨越，原则上采用一跨跨越，在滩地布置桥墩，对于桥梁主体结构加强，考虑泥石流掏蚀，基础相应加强。对泥石流采用拦挡、排导槽等措施，对泥石流进行防护处理。

(6)对于衰退期的泥石流，应充分考虑自然条件和人类活动改变的影响，预见其复发的可能，线路穿越此类泥石流时，尽量采用桥梁跨越，并采取适当的疏导和挡排措施，使泥石流归槽，快速排走。

4.2 注意事项

(1)部分堰塞湖位于偏远地段，缺乏基础资料，通过测绘手段查清楚库容量，通过溃坝演算，评价对铁路的影响。

(2)位于地震活动断裂带附近铁路设计，桥梁跨越河流桥下应留足净空，发生地震后易造成山体垮塌，形成新的堰塞湖，造车新的次生灾害。

(3)通过泥石流沟桥涵宁大勿小，暴发时破坏性极强，桥梁设计净空应预留一定的富余量。

(4)地震后造成的泥石流很多是不可预见的，如成兰线孙家沟泥石流，地震前植被很好，从没有发生过泥石流，地震后山体坍塌，09年7月突然暴发特大型泥石流，危害巨大，冲毁下游村庄。地质专业应加大对流域内物质储量的调查，区域内物质丰富的地区应按泥石流沟考虑。

5 结束语

成兰线地形险峻，地质复杂，地质构造活跃，地震频繁，环境敏感，在选线过程中本着工程措施可行，确保运营安全的原则，特别是堰塞湖、泥石流对选线影响较大，成兰铁路勘察设计中，充分考虑堰塞湖和泥石流对铁路的影响，须跨越泥石流的桥梁，桥梁设计主体应结构加强，对泥石流沟进行整治，确保铁路运营的安全。

［1］ 阿坝藏族羌族自治州地方志编纂委员会．阿坝州志［M］．民族出版社，1994

［2］ 铁道部第三勘测设计院．铁路工程设计技术手册·桥渡水文［M］．中国铁道出版社，1999

［3］ GB50021－2001岩土工程勘察规范［S］

［6］ TB10017－99铁路工程水文勘测设计规范［S］

［7］ DZ/T0239－2004泥石流灾害防治工程设计规范［S］