中巴喀喇昆仑公路奥依塔格－布伦口段泥石流灾害及防治

陆 军，刘 杰，王立波

(1.新疆维吾尔自治区交通建设管理局，新疆乌鲁木齐 830000；2.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥 230009；3.新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆乌鲁木齐 830006)

中巴喀喇昆仑公路奥依塔格－布伦口段泥石流灾害及防治

陆 军1，刘 杰2，3，王立波3

(1.新疆维吾尔自治区交通建设管理局，新疆乌鲁木齐 830000；2.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥 230009；3.新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆乌鲁木齐 830006)

中巴公路奥依塔克镇－布伦口段位于喀喇昆仑山盖孜河流域，区域气候干燥而寒冷，属暖温带大陆性气候，气候差异大。路线主要位于山岭重丘区，地质条件复杂，泥石流每年均有暴发。泥石流灾害对公路的正常通行影响较大。通过大量的野外调查研究中巴喀喇昆仑公路奥依塔克镇－布伦口段泥石流灾害的形成条件、爆发频率、分布规律、危害方式以及危害程度，提出针对中巴公路奥依塔克镇－布伦口段改建项目特点的泥石流防治原则。

泥石流；中巴喀喇昆仑公路；灾害；防治

0 引言

中巴喀喇昆仑公路是中国至巴基斯坦的国际公路，也是世界闻名的高原公路。奥依塔克镇－布伦口段为中巴喀喇昆仑公路国内段的重要组成部分，是喀什通往塔什库尔干县及红其拉甫口岸的必经段，路线全长70.2km，如图1所示。

中巴喀喇昆仑公路奥依塔克镇－布伦口段路线主要位于山岭重丘区，路线多依山傍(盖孜)河而行，山势险峻，公路路线最高海拔高程3560m，自然条件极其恶劣，地质条件复杂。该路段所经区域泥石流暴发频率高，且路线难以避绕，泥石流对公路具有极大的危害，一直是造成中巴公路损毁的主要地质灾害类型之一[1－4]。

中巴公路奥依塔格－布伦口段公路由于其特殊的地形、地质和气候条件，泥石流灾害以其暴发突然、动力极大等特点对公路损害严重，甚至常有车毁人亡的事件发生，2010年6月9日、2011年6月27日、2012年5月23日、2013年8月22日、2014年8月10日均发生过不同规模的泥石流，尤其是2013年共发生21处泥石流，2014年达12处。2014年中巴公路奥依塔克镇－布伦口段泥石流导致至少500辆车、上千人被困，一辆越野车被瞬间滑落的大量泥石流冲下路基，车内共6人，5人获救，1人遇难，造成了重大的经济损失和恶劣的社会影响。

为了降低泥石流对中巴公路奥依塔格－布仑口段公路改建工程的影响，进行了大量的现场调查和踏勘。在分析中巴公路奥依塔格－布仑口段公路泥石流成因及其基本特征的基础上，结合目前国内外应用比较成熟的泥石流灾害防治措施和中巴公路奥依塔格－布仑口段公路泥石流分布特征、严重程度和稳定状态等情况，提出应对泥石流灾害的防治原则。

1 泥石流形成机制、规模及性质

1.1 泥石流形成机制

中巴公路奥依塔格－布仑口段独特的地质、地貌、水文及气候条件的综合作用为公路沿线泥石流的爆发提供了条件[5]。

图1 奥依塔格－布伦口段路线走向示意图Fig.1 ThesketchesoftheAoyitage-Bulunkousection

1.1.1 地形地质条件

(1)地形条件

中巴公路奥依塔格－布仑口段公路改建工程位于塔里木盆地西南的西昆仑山腹地，区域地貌形态在强烈的新构造运动和外应力作用下，形成高山地貌、中山地貌、洪积扇地貌、盖孜河河床漫滩地貌和河流阶地地貌五种地貌类型。路线依盖孜河山谷沿盖孜河布设。路线南部以高山地貌为主，海拔高程在3000m以上，相对高差较大，盖孜河河流侵蚀切割作用强烈，多为宽敞河床沟谷地貌，堆积作用明显。路线东北则主要为中山地貌，海拔高2000～3000m之间，剥蚀切割作用强烈，多见沟谷地貌，沟谷较深，多为V型。

该区间沿河发育多级阶地及洪积扇体，多连续覆盖于两侧河流阶地上，向河倾斜，物质组成多为卵砾石层。山麓斜坡堆积工程地质区主要分布于沿线高中山山前，多为山前坡洪积扇体地貌及山谷沟口洪积扇地貌，扇面堆积大，坡面型洪积扇沟口堆积长一般为800～2000m，坡度3°～5°，堆积物质主要为卵碎石及角砂。

(2)地质条件

中巴公路奥依塔格－布仑口段公路根据地质构造岩性特征和地形地貌分为构造侵蚀高山工程地址区、山麓斜坡堆积工程地质区、构造侵蚀中山工程地质区、河流侵蚀堆积工程地质区4类工程地质区。

构造侵蚀高山工程地址区位于项目区南部的高山区，高山绝对海拔3000～5000m，相对高差大于1000m，岩性主要包含华力西中期二长黑云母花岗岩及印支燕山期花岗岩为主的坚硬岩浆类工程地质组、以侏罗系、第三系砂岩为主的较坚硬沉积岩类工程地质岩组构造侵蚀切割作用强烈，河流下切严重。

路线区位于欧亚地震带上，该地区属于地壳运动活跃区，地震活动非常频繁；项目区域在大地构造上属公格尔－桑株塔格隆起褶皱带、恰尔隆－库尔浪优地槽褶皱带组成的西昆仑褶皱系。项目区及附近较大的活动性断层主要有北昆仑、木吉－慕士塔格、康西瓦3条断裂，如图2所示。受褶皱和断裂影响，区内形成了大量的压碎裂岩、角砾岩、糜棱岩、断层泥[5～6]。

图2 奥依塔格－布伦口段区域构造纲要图Fig.2 Theregionalgeologicalmapof Aoyitage-Bulunkousection

1.1.2 物源条件

中巴公路奥依塔格－布伦口段公路沿线泥石流的固体物源条件主要来自风化、侵蚀、剥蚀及下切侵蚀作用，包括寒冻风化、化学风化、河流侵蚀、冻融侵蚀和块体运动等导致岩石结构破坏且疏松软弱[5～6]。

路线区域历史上经历过大规模的冰川运动，冰川搬运和沉积下来的松散物质，包括岩石矿物，大至巨石，小至粘粒。此外，印度洋板块和亚洲板块碰撞挤压形成的昆仑山山脉，属于板块相撞地震极易发生区域，属于抗震设防高烈度区域，据中国地震台网相关数据记载在1900—2010年期间发生在项目所在区域的75°～77°E，38°～40°N范围之内的Ms5以上地震达78次，Ms6以上地震21次，1997年一年就发生Ms6以上的地震8次，Ms7以上地震3次，Ms8地震1次(1902年08月21日，Ms8.3)。较近的一次发生在2003年9月2日7时16分，在新疆阿克陶县(38.5°N，75.1°E)发生Ms5.9地震。地震加剧了岩体的节理发育及结构破坏，致使山体进一步失稳，非常容易诱发滑坡、崩塌、雪崩和岸崩等地质灾害，形成分布在沟道与坡面的大量松散物质组成的扇体[5]。扇体洪积物质主要包含大量的裂解物多以土、砂、砾石、石块、岩块、漂石为主，其粘度差，且粘土层或含沙粘土层薄多不发育，为泥石流的形成提供了非常丰富的松散固体物源。

1.1.3 降水条件

中巴公路奥依塔格－布仑口段属于盖孜河流域，该地区处在中亚大陆中心，北邻天山主脉，南连喀喇昆仑山，西接帕米尔高原，东临塔里木盆地，区域气候干燥而寒冷，属暖温带大陆性气候，地形复杂，气候差异大。

中巴公路奥依塔格－布仑口段大陆性干旱气候区降雨量的年均变异性明显也是导致泥石流暴发的原因之一。盖孜河流域山区最高气温32.7℃，布伦口站点的年平均气温为0.7℃，年平均降水量为131.1mm，且降水主要集中在5月～9月，占全年的77.2%，降水量相对较为集中[7]。大陆性气候明显的特点是缺水，降雨少且集中。降雨多为对流性暴雨，历时短暂，降水量等值线随地面高程的抬升而增加，而且山前地带降水相对丰富且历时极短的特征，容易形成局地暴雨，且出现的频率较高，特点更加显著，为山区山前地带形成泥石流提供了丰富的水源。

盖孜河流域7月－8月份日照最长，太阳辐射和气温的升高导致大量的高山冰雪消融，如图3。近年来，由于温室效应等因素，高山积雪融化、冰川退缩，形成冰崩、雪崩及冰湖溃决等常导致泥石流发生[8]。

图3 盖孜河河谷高山积雪与现代冰川Fig.3 Thealpinesnowandmodernglaciers inGaiziRivervalley

1.2 泥石流分类与性质

1.2.1 按照形成过程分类

中巴公路奥依塔格－布伦口段公路沿线泥石流根据形成过程，公路沿线的泥石流可分为沟谷型泥石流及坡面型泥石流2类。

路线区经过现场实地调查沟谷型28处，其形成区在路线右侧的山谷内，呈“V”形，泥石流流通区大多位于山谷和山前坡地。分区不明显，大多沟谷狭窄，沟床纵坡不大，沟谷两侧坡脚处坡积物发育，沟床中的堆积物厚度较大，松散固体物质较为丰富，如图4所示。

路线区分布有坡面型泥石流34处，形成区位于路线附近山体，一般距离路线不远，山体较破碎，堆积物较多，较松散，粒径较大，新的泥石流在老堆积扇上切割，在路基旁堆积。坡面没有沟道，仅有坡面的水流汇集，表层松散堆积物直接转化成泥石流，如图5所示。

1.2.2 按泥石流的成因分类

按泥石流的成因分类分为冰川(积雪)消融型泥石流和雨洪型泥石流。

图4 路线区典型沟谷型泥石流地形Fig.4 TheTypicalterrainofV-shapeddebris flowintheroutearea

图5 路线区坡面形泥石流典型地形Fig.5 TheTypicalterrainofslopedebrisflow intheroutearea

冰川(积雪)消融型泥石流4处，冰川(积雪)消融型泥石流主要分布于路线K1584＋000之后右侧，均属于沟谷型泥石流，沟谷呈“V”形，堆积区地层为土黄色—青灰色，碎石，含有少量块石，以砾砂充填，最大粒径1.0 m×0.9 m×0.5m，纵坡8°～10°，堆积区冲沟多，四季常流水，堆积区地表有少量草丛生长，冰川(积雪)消融型泥石流均为稀性泥石流，平均2～3a暴发1次。K1584＋662右侧泥石流总量达8970m3，对路线影响较为严重。资料显示，坡面型冰川(积雪)消融型泥石流在公路沿线几乎很少发生。

全线共有雨洪型泥石流58处，在年降水量极少的干旱期由于强烈的物理风化作用形成丰富的碎屑物质，地表干燥，成松散状态[9－10]。持时短的大雨、暴雨和特大暴雨伴随的泥石流为其主要特征，沿线雨洪型泥石流平均2～3a暴发1次，部分泥石流每年均有爆发。

K1557＋852～K1557＋942右侧、K1558＋008～K1558＋168右侧、K1560＋183～K1561＋493右侧、K1567＋272～K1568＋299右侧等处普遍存在着有利于汇水的围谷地貌，形成区的面积大、坡面多、山坡陡、沟壑密度大，在暴雨作用下泥石流集流历时短暂，暴发频率高。

1.2.3 按泥石流的物质组成和流体性质分类

按泥石流的物质组成分为稀性泥石流、黏性泥石流和水石流。容重大于1.8g/cm3为黏性泥石流，容重1.3～1.8g/cm3为稀性泥石流，容重小于1.3g/cm3为水石流。路线区分布黏性泥石流12处，有稀性泥石流44处，水石流6处[8]。

黏性泥石流主要分布于K1551＋500～K1555＋500之间，该段地貌主要间断分布于盖孜河左岸山沟出口，规模都较大，扇体坡度一般在3°～6°，扇体基本都已稳定。洪积物质主要包含卵、碎石、砾石、块石、碎石，块石最大粒径1.90m，主要以细砂、粉土充填，扇体上分布有岛状堆积物，高度0.5 m～0.8m。

稀性泥石流主要分布于高山、中山、盖孜河河床漫滩地貌区。坡面型稀性泥石流发育地段山坡表面发育有多条冲沟，沟谷呈“V”形，补给来源为上更新统—全新统洪积层(Q3－4pl)坡面强风化坡积物和山顶第四系卵漂石。堆积区为碎石，含有块石、漂石，砾砂充填。大多数沟口存在有古泥石流带来的有巨石。沟谷型稀性泥石流的补给来源为山体坡面强风化物及卵漂石层，堆积物土层红褐色或青灰色角砾、卵石、漂石、块石、碎石。

水石流主要分布于路线K1569＋000～1571＋000、K1572＋500～K1573＋500右侧区域，在古泥石流的冲积扇坡面上发育，坡面堆积区有多条冲沟，沟谷呈“V”形，补给来源为山体风化物形成的床面铺石层。两侧山体坡度一般在32°～55°，宽度3.0 m～10.0m。堆积区地层为青灰色－灰绿色花岗岩、石英岩等质地粗糙的碎石，夹有大量块石、卵石，含有少量漂石最大粒径1.0m，纵坡22°～25°。水石流一般在稀遇的洪水下暴发，暴发水石流的频率较低。

1.3 泥石流规模

根据泥石流规模与总量(V)关系，V≤1× 104m3为小型；1×104m3≤V＜10×104m3为中型；10×104m3≤V＜50×104m3为大型。中巴公路奥依塔格－布伦口段泥石流规模不一，以中小型泥石流和群发性中小型泥石流为主。

路线区62处泥石流中有小型泥石流53处，占总数的85.5%，其中:小型坡面型泥石流32处，占总数的52%，小型沟谷型泥石流21处，占总数的33.9%，小型泥石流主要分布于K1549＋000～K1554＋000(小型坡面型7处，小型沟谷型5处)、K1561＋500～K1564＋500(小型坡面型3处、小型沟谷型3处)、K1568＋500～K1573＋500 (小型坡面型9处、小型沟谷型2处)、K1584＋500～K1588＋200(小型沟谷型6处)，小型泥石流流域面积大小不一，部分小型泥石流隐蔽性较强，在公路勘察中难以发现，只有在极端暴雨天气下才会爆发，对公路有一定危害。

通过野外实地考察中巴公路奥依塔格－布仑口段公路分布有中型泥石流9条，仅占总数的14.5%，其中:中型坡面型泥石流2处，占总数的3.2%，中型沟谷型泥石流 7处，占总数的11.3%，中型泥石流伴随一些小型泥石流主要分布于K1554＋000～K1561＋500(小型坡面型9处、中型坡面型2处、小型沟谷型2处、中型沟谷型3处)、K1564＋500～K1568＋500(小型沟谷型1处、中型沟谷型1处)、K1573＋500～K1584＋500(小型坡面型4处、小型沟谷型2处、中型沟谷型3处)，如图6所示。

图6 泥石流桩号－规模关系散点图Fig.6 Thescatterplotofpilenumbers-size relationsofdebrisflow

1.4 泥石流活跃程度与爆发频率

泥石流沟的活跃程度指流域中固体物质冲出沟口的难易程度，泥石流越难冲出沟口越不活跃，越容易冲出沟口就越活跃。

通过野外实地考察活跃型泥石流占调查泥石流灾害总数的37.1%，较活跃型泥石流占调查泥石流灾害总数的45.2%(见表1)。活跃型泥石流的发生主要位于新的泥石流在老堆积扇上切割形成的坡面型泥石流和活跃度较高的沟谷形成的沟谷型泥石流。

表1 泥石流活跃程度统计表Tab.1 ThedebrisflowactivityTAB

中巴公路奥依塔格－布仑口段共分布有一年发生多次的极高频率泥石流20处和2～3a发生一次的泥石流高频率泥石流16次，占泥石流总数的58.1%。十年以上或数十年发生一次的中频率泥石流17处，占泥石流总数的27.4%。数十年或上百年才发生一次的低频率泥石流9处，占泥石流总数的14.5%，如表2所示。

表2 泥石流爆发频率统计表Tab.2 Thedebrisflowthefrequencyappear TAB

影响路线区泥石流发生的频率的最主要的是降雨因素和固体物源因素。高频泥石流一般为包含大量的裂解物且由于降雨和洪水导致的坡面型和具有较好汇水空间的沟谷型小型泥石流。冰川(积雪)消融产生的沟谷型泥石流暴发概率大于相同原因产生的坡面型泥石流。

2 泥石流对公路的影响

2.1 泥石流对公路的影响模式

中巴公路奥依塔格－布伦口段泥石流对公路的影响模式主要有:淤埋公路、堵塞桥涵、间接危害等。

(1)淤埋和破坏路基、路面

发生于泥石流沟下游的泥石流堆积地带淤埋、破坏公路路基、路面。K1550＋963～K1550＋983、K1551＋068、1554＋981、K1556＋094～K1556＋204、K1556＋314～K1556＋374、K1556＋409～K1556＋494、1556＋534、K1557＋262～K1557＋287(过水路面)、1559＋832～K1559＋993段均存在着泥石流堆积物覆盖原有路面甚至部分路面被冲毁。

(2)堵塞、淤积桥梁涵洞

K1553＋672处原有道路涵洞尺寸4.5m× 2.5m，淤积1.6m。K1555＋710处有1小桥，宽度7.3m，净空0.8m，淤积严重，右侧有1条导流坝，长度为122m，高度1.2m，淤积厚度达0.7m～0.9m。K1558＋088为沟谷型泥石流堆积区下游居民住房已被泥石流堆积变形。K1556＋836处、K1558＋368处涵洞淤积深度为0.25 m～0.75m，净高1.4 m～1.6m；该段堆积物与现有使用道路路面齐平。K1559＋212处、K1564＋203处、K1564＋538处涵洞已淤满，局部堆积物高出路面0.3m。

(3)间接危害

K1558＋450右侧泥石流堵塞河道导致挡墙冲毁。K1557＋852～K1557＋942右侧、K1558＋008～K1558＋168右侧泥石流通过压缩、堵塞河道使水位雍升，掩没上游沿河路基，迫使主河槽改道，造成间接水毁盖孜河改道冲毁路面及防护措施。K1562＋082～K1562＋306段泥石流堆积区的堆积物已翻越挡墙覆盖到路面厚达0.3 m～0.8m。

2.2 泥石流对公路影响的评价

根据中巴公路奥依塔格－布伦口段泥石流的爆发频率和爆发后对路线的危害程度分析对路线影响轻微的共有14处，影响一般的共27处，影响严重的21处。

影响严重的21处泥石流中坡面型4处，其中小型泥石流 2处分别是 K1555＋291右侧、K1574＋456右侧，中型泥石流 2处，分别是K1551＋914右侧、K1556＋377右侧；沟谷型泥石流17处，其中小型泥石流11处，中型泥石流6处，分别是K1555＋822右侧、K1558＋748右侧、K1560＋838右侧、K1565＋585右侧、K1573＋783右侧、K1576＋276右侧。

3 泥石流的防治

根据中巴公路奥依塔格－布伦口段泥石流的形成条件、分布规律、危害特点、危害方式、危害程度以及危害频率等因素对于小型泥石流，宜选择经济上有利，标高合理的部位通过。对于路线区的中型泥石流，可局部调整线路绕避或选择在泥石流流通区立体跨越，当泥石流必须在堆积扇上通过时，选择在远离沟口的泥石流堆积扇边缘通过；在泥石流堆积扇扇腰通过时，应选择在泥石流活动较为稳定的部位通过。

3.1 沟谷型泥石流

中巴公路奥依塔格－布伦口段公路穿越小型沟谷型泥石流区可以采用三种方式:在泥石流沉积区采用合理的路基填高利用过水路面与泥石流沉积区或流通区设置拦渣、导流措施结合的方式横向穿越；在泥石流流通区采用涵洞或单跨梁(拱)桥、多跨梁桥与导流坝结合的方式横向穿越；公路在泥石流沉积区～流通区过渡段采用涵洞或单跨梁(拱)桥、多跨梁桥与导流坝结合的方式横向穿越[9～11]。

在路线选线和桥涵布置时应该注意桥涵穿越泥石流堆积扇，桥梁或涵洞洞身方位尽量与泥石流沟床走向顺直，避免产生一定交角，导致物质流速进一步降低，致使大量物质沉积在桥涵附近。桥涵穿越泥石流堆积扇时，桥梁或涵洞洞身内坡度应大于泥石流堆积山坡度，保证泥石流物质进入桥梁或涵洞洞身后，在自身重力作用下，通过桥涵，不至于在桥梁或涵洞洞内淤积。在流通区内修建一定约束工程，避免泥石流物质堆积于桥涵入口处。在涵洞设计中注意采取“落底升墙”原则，加大净空增加其排导能力，防治泥石流堵塞、淤积涵洞[12～14]。

3.2 坡面型泥石流防治

中巴公路坡面型泥石流普遍存在坡面倾斜度较低，难以利用棚洞等措施对坡面型泥石流进行处置。根据中巴公路奥依塔格－布伦口段小型坡面型泥石流的类型及启动的力学过程，路线经过规模较小的坡面型泥石流流通区可采用导流坝＋涵洞的形势处理。路线经过规模较大的坡面型泥石流可采取过水路面与谷坊坝群、停淤场等稳固工程相结合的措施[15]。

泥石流的防治工程宜综合防治，采用拦、挡、排相结合的治理措施，因地制宜合理设计结构类型和相应尺寸(合理断面、高度、坡度)，从而将泥石流的危害缩小到最低范围[15～16]。

4 结论

(1)盖孜河流域降雨集中，雨量大，为中巴喀喇昆仑公路奥依塔格－布伦口段泥石流形成提供了充足的水源；路线区内地质构造复杂，特殊的地形地质条件、丰富的松散固体物源及新构造运动强烈，坡体松散，为泥石流形成提供了丰富的松散固体物质；干旱的气候导致坡体上植被覆盖稀少，为地表径流提供了良好的汇流条件。

(2)中巴公路奥依塔格－布伦口段泥石流以中小型沟谷型和坡面型泥石流和群发性中小型泥石流为主，爆发频率较高，对公路的影响模式主要是:淤埋公路、堵塞桥涵、间接危害。

(3)桥涵设计中注意处理桥涵方位尽量与泥石流沟床走向之间的关系，尽量采取“落底升墙”原则，采取综合防治，采用拦、挡、排相结合的治理措施。

致谢:野外科学考察工作得到了中巴公路奥依塔格－布伦口段项目建设指挥部及中铁十五局的大力支持，在此表示诚挚感谢。

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Debris Flow Hazards and Prevention along the Aoyitage-Bulunkou Section of the International Karakoram Highway

Lu Jun1，Liu Jie2，3，Wang Libo1
(1.Xinjiang Communications Construction Administrative Bureau，Urumqi830000，China；2.School of Civil and Hydraulic Engineering，Hefei University of Technology，Hefei230009，China；3.Xinjiang Transportation Planning Surveying and Design Institute，Urumqi830006，China)

The Aoyitage-Bulunkou Section of the international Karakorum highway is situated in the Gaizi River basin，where the altitude is high and the climate is cold and dry.The geographic feature is complex，climate varies greatly. The section of the international Karakorum highway is mainly located in the mountainous area，where the geology condition is complicated.The debris flow is a very serious geologic hazard which explodes suddenly.Taking thegullyshaped debris flows of the Aoyitage-Bulunkou section of international Karakorum highway as the study object，the paper analyzes the forming environment and the development conditions of its unique debris flow.At last，in view of the disasters along the road caused by debris flow，protection principles and methods are raised.

debris flow；international Karakorum highway；disasters；prevention

U

:A

:1673－8047(2015)02－0042－08

2015－04－04

国家自然科学基金(50278030)；安徽省自然科学基金(KJ2014A092)；新疆维吾尔自治区交通厅科技项目(2013(19))；中央高校基本科研业务专项基金(2012HGZY0024)

陆军(1971－)，男，硕士，高级工程师，主要从事公路工程方向的研究与管理工作。