中巴铁路奥依塔克至沙湖段泥石流特征分析及防治对策

黄　勇

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安　710043)

The Analysis and Prevention of Debris Flow from Aytag to Shahu Section Along the China to Pakistan Railway

HUANG Yong

中巴铁路奥依塔克至沙湖段泥石流特征分析及防治对策

黄勇

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

The Analysis and Prevention of Debris Flow from Aytag to Shahu Section Along the China to Pakistan Railway

HUANG Yong

摘要中巴铁路穿越帕米尔高原，其中奥依塔克至沙湖段泥石流极其发育，严重控制铁路走向方案及工程设置，以现场调查为主，从地形地貌、地质构造、岩体结构、气候、水源等条件系统分析泥石流灾害形成的原因，结合该地区泥石流灾害的特征，提出泥石流地区选线的基本原则及“排导、拦截、滞留”等治理措施。

关键词中巴铁路泥石流新构造运动冰川地质灾害防治对策

1自然概况

1.1　地形地貌

拟建中巴铁路奥依塔克至沙湖段长约110 km，位于新疆克州阿克陶境内，铁路主要沿盖孜河两岸展线，走行于昆仑山高山峡谷区，线路高程由1 700 m展线爬升至3 300 m。盖孜河河谷宽200～1 000 m，下游较宽，上游较窄，具常年流水，水量较大，每年5月至9月为洪水期，12月至次年2月为枯水期。盖孜河两岸基岩裸露，植被稀少，地势高耸，山峰高度达6 000 m以上，最高峰公格尔峰海拔7 649 m，谷底与山顶高差达2 000～4 000 m。海拔在4 200vm以上山体为积雪、冰川所覆盖。

1.2　地质条件

该区位于昆仑山地槽褶皱带构造单元中的西昆仑山褶皱系，属喜马拉雅造山运动带，受印度板块向青藏板块的俯冲、碰撞和挤压的影响(见图1)，区域地壳强烈隆升，形成地势险峻的高山峡谷地貌[1]，区内断裂构造发育，新构造极其强烈，主要的断裂有布伦口断裂(岩石圈断裂)等。地震活动相对频繁和强烈，属高烈度地震区，地震动峰值加速度为0.20～0.30g。

区内岩性为古生界和元古界的砂岩、灰岩、石英岩等沉积岩，以及变质砂岩、片岩、大理岩、片麻岩、板岩等变质岩，局部出露有花岗岩、闪长岩等岩浆岩，岩体多为硬质岩，受多期地质构造作用影响，岩体破碎，风化严重，节理发育，岩体完整性差。

1.3　气象条件

中巴铁路奥依塔克至沙湖段位于帕米尔高原，属大陆性高山气候，冬季漫长，夏季短暂，太阳辐射强烈，日温差大。

高山峡谷区年平均气温在5 ℃以下，随海拔高度的升高气温逐渐降低，气温最高在7月，在海拔2 100 m处7月平均气温22.5 ℃，海拔3 600 m，7月平均气温13.9 ℃，海拔3 600～5 700 m气温低于10 ℃。年平均降水量为80 mm，降雨量虽然稀少，但主要集中在7、8月，日最大降水量达28.4 mm，极易形成暴雨，在山坡的底部和中部，雨雪量少，在超过4 877 m的高度，降水多为固态形式，大冰积累区的年降水量在1 000 mm以上。

2泥石流分布类型及特征

奥依塔克至沙湖段线路沿盖孜河蜿蜒爬升，盖孜河两岸泥石流发育，可谓“逢沟必泥石流”，泥石流松散堆积体随处可见，堆积物厚度根据泥石流规模厚度不等，一般厚度1～8 m，规模较大厚度达20 m，物质成分主要以水石流为主，属稀性泥石流，黏性物质少，多为块石、砾石等。

泥石流发育地段主要为盖孜河支沟沟口及坡度较缓、岩体破碎的山坡坡脚。主要发生在每年的7、8月，爆发频率高、规模大，每年均有发生，遇暴雨及高温天气，发生的频率和规模更大。

本段沟谷形泥石流和山坡形泥石流均有发育，由于其流域形态不同，其分布、特征危害程度也不同，总体而言沟谷形泥石流规模以大型为主，危害程度严重-中等，山坡形泥石流规模以中型为主，但分布广泛，危害程度中等(见表1)。

图1　中巴铁路板块构造示意

特征沟谷型山坡型分布范围分布于盖孜河两侧大型支沟中坡度较缓(25°~45°)、岩体破碎的山坡坡面及坡面冲沟沟口形态特征沟谷形态明显,支沟长一般大于5km,基岩裸露无植被覆盖,沟谷平均纵坡3%~15%,沟谷上游为形成区和流通区,沟口为堆积区,堆积区呈扇形,部分泥石流物质直接冲入盖孜河流中沟床及坡面基岩裸露,无植被,沟床浅、陡,一般沟床延伸至半山腰,部分延伸至山顶,沟谷长度0.5~3km,纵坡与山坡坡度基本一致,为25°~45°,流通区不明显,形成区与堆积区直接相连,堆积物呈锥形,堆积于山体坡脚下物质来源及成分主要来自支沟两侧破碎松散风化岩体、冰碛物、冰缘堆积物、崩塌体堆积物等,泥石流成分以水石流为主,黏性物质少,多为块石、砾石,块石粒径一般0.1~1m,个别可达5~8m主要来自盖孜河岸山体坡面破碎松散风化岩体、崩塌体堆积物、冰碛物等。泥石流成分以水石流为主,基本无黏性物质,多为砾石、块石,粒径一般0.05~0.5m,个别可达1~5m规模及危害程度松散固体物质丰富,泥石流规模以大型为主,个别特大型,危害程度严重-中等松散固体物质较丰富,泥石流规模以中型为主,个别大型,危害程度为中等,个别严重

3泥石流发育的原因分析

中巴铁路奥依塔克至沙湖段泥石流频发有特殊的地质背景，同时又受水文气候等条件控制。该地区为高山峡谷地貌，地质构造发育，新构造运动强烈，地震活动频繁，岩体破碎是泥石流发育的内因[2]，降雨集中，气温升高导致冰雪融化形成洪水是外因。

3.1　地质背景

该区域属帕米尔高原，由于板块运动，分离出的印度板块以较快的速度向北移动、挤压，其北部发生了强烈的褶皱断裂和抬升，新生代以来一直处于造山运动中[3]，促使昆仑山隆生为陆地，脱离波涛汹涌的辽阔海洋，随着印度板块继续向北插入古洋壳下，并推动着洋壳不断发生断裂，帕米尔高原逐年抬升，形成今天的高原地貌格局[4]。

(1)陡峻的地形

地质构造控制着地貌的发育，地壳的抬升导致高原、山脉的形成；地壳抬升的同时，河流不断下切侵蚀及风化剥蚀，高差加剧，又导致高山峡谷的形成[5]。这些为泥石流的形成创造了地形条件，既有陡峻的地形，又有较大的沟床。

(2)丰富的松散物质

该区域为古生界、元古界的砂岩，灰岩，片麻岩等硬质岩，这些硬质岩体处于高寒的多风地带，昼夜温差大，长期受强烈的风蚀、热胀冷缩、冻融[6]等物理风化作用，岩体风化极其严重[7]；另外，板块的挤压运动，导致该区域构造发育，新构造运动强烈，断裂极其发育，致使岩体破碎，这些都为泥石流提供了丰富的碎屑物质来源。

该区域属西昆仑山地震带，地震活动十分强烈，从1931年至今，该区域发生5.0～5.9级地震28次，6.0～6.8级地震14次。地震活动破坏了地表岩体的结构，使得岩体更容易风化，加速了崩塌、滑坡等各类灾害的发育进程[8]，同时也为泥石流提供了更多的物质来源。因此，地震也是诱发泥石流的一个因素[9]。

另外，盖孜河两侧的山体海拔大多在4 000～6 500 m，由于长期受冰川作用[10]，在山体表面形成了大量的冰碛物[11]，均由砂砾、块石等组成，也为泥石流提供了丰富的碎屑物质来源。

3.2　水文气象

雨水是泥石流发生必不可少的外因，水既是泥石流的液相物质，同时也是泥石流形成的激发因素和水动力条件。

虽然奥依塔克至沙湖段属严寒高山气候，降雨量少，年平均降雨量仅84.9 mm，但月最大降雨量(7月)为46.5 mm，7～8月降雨量可占年降雨量的70%～80%，日最大降雨量可达28.4 mm，有形成暴雨可能；在7～8月气温回升，海拔4 200 m以上高山覆盖的冰川、积雪开始消融[12]。降雨形成的暴雨及冰雪强烈消融，极易在短时间形成大量的流水，为泥石流的发生创造了有利的外部条件。

3.3　植被环境

该地区气候环境恶劣，干旱少雨，山体植被稀少，基岩裸露，因构造及风化作用形成的大量碎屑物质无法得到保护，极易受雨水冲刷而带走。

3.4　人为因素

近年来，由于中巴公路的改扩建，水电站等重大工程的修建，在开挖取料、开山削坡、隧道开挖等过程中，容易造成新的滑坡、崩塌、弃渣乱堆等情况，这些人类的活动都为泥石流提供了更多的松散物质来源。

4泥石流对铁路工程的危害

泥石流具有突发性，有极大的破坏力，对铁路工程的危害主要表现在冲毁路堤和桥梁，掩埋钢轨，堵塞涵洞等方面，严重时会造成“道坏车毁人亡”的悲剧。

4.1　侵蚀作用

泥石流中的固体物质直接冲击铁路路堤、桥墩等，特别是流速快、粒径大的块石冲击力极大，可直接摧毁铁路路堤甚至桥墩；泥石流具有极强冲刷作用，长期作用会底蚀沟床，掏空桥梁墩台和护坡基础，对工程安全造成极大的隐患。

4.2　堆积作用

在泥石流堆积区，因流速的不断减少导致泥石流中的固体物质停止运动而滞留地表，如铁路工程以桥涵形式通过该区域，会造成对涵洞或桥跨的淤积，长期积累会导致堵塞涵洞，造成排水不畅，严重时导致泥石流上道掩埋轨道。

5防治对策

泥石流是拟建中巴铁路奥依塔克至沙湖段最为严重的地质灾害，其危害性大、破坏力强，且长期存在。因此，合理的选线方案和有效的防治措施尤为重要。泥石流防治可从地质选线、工程设置、工程治理3方面进行。

5.1　地质选线

奥依塔克至沙湖段是泥石流发育的强烈区，在方案设计阶段，应从地质选线上将泥石流的危害降至最低。

(1)绕避

发育旺盛的特大型、大型泥石流，泥石流群以及淤积严重的洪积扇，线路应绕避。

特大型、大型泥石流及泥石流群危害大，发生频率高，无法根治，在选线设计阶段应该进行绕避。

(2)远离

当支沟中泥石流物质堵塞主河道时，线路应该远离堵河严重地带。

支沟中的泥石流物质排入河道造成堵塞，挤压河床、冲刷岸坡，线路应远离河岸，避免因冲刷掏蚀地基而失稳。

对于坡面泥石流地段，线路应禁止陡坡挂线或走行于坡脚下，远离坡面泥石流，与之保持一定的安全距离，避免因泥石流的爆发而冲毁铁路工程。

(3)跨越

当泥石流沟无法绕避需跨越时，避免在由陡变缓的变坡处、泥石流沟谷转弯处、急骤变窄处跨越，应选择在沟床固定、主流较稳定、水流较顺直处通过，宜与主流正交。

泥石流在沟床纵坡变缓处因消能而造成淤积，大量的淤积堵塞桥涵会危及线路安全；由于泥石流具有直进性和较大冲击力，遇到沟床急弯会发生猛烈的撞击和冲起爬高，如铁路工程在沟谷转弯处跨越则会造成更严重的危害。

5.2　工程设置

在泥石流地区，线路方案确定后，应该根据泥石流的规模和特征，采用合理的工程设置，“宜桥则桥，宜隧则隧”，切不可因降低工程造价而以路代桥，压低线路高程等，造成灾难性后果。

(1)桥隧选择

在经规模中等或较大的泥石流沟谷时，可采用高桥、大跨的形式通过，并做好桥墩的保护措施；在经特大泥石流或泥石流群时，可采用隧道方式下穿泥石流沟而彻底绕避，但应预留足够的抗冲蚀顶板厚度。

线路通过坡面泥石流地段，如无远离条件时，可采取桥梁方式在泥石流的堆积区下游通过。

(2)桥涵净空选择

根据泥石流的规模，输送大块石所需的高度，使用年限内淤积的厚度等确定线路的高程、桥梁的孔跨及涵洞的孔径，确保有足够的净空使得泥石流安全通过。

5.3　治理措施

奥依塔克至沙湖段山高沟深，地处严寒干旱的高山气候区，自然条件恶劣，植被难以成活，采用植树造林、植草等水土保持预防措施无实施的可能。山体高2 000～4 000 m，采取削坡、挡土、排水等坡面治理措施实施困难。结合该区域的自然环境条件，可采取排导、滞流、拦截等工程治理措施(见表2)。

表2　奥依塔克至沙湖段泥石流治理工程措施

参考文献

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[2]黄晓光，唐利平，李朝安.地震次生地质灾害对山区公路的危害和防灾研究[J].地质灾害与环境保护，2010，21(2)：88-91

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中图分类号：P642.23； U212.32

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)03-0071-04

作者简介：黄勇(1983—)，男，2006年毕业于中国地质大学(武汉)岩土工程专业，工程师。

收稿日期：2015-02-10