小江活动断裂对渝昆铁路选线的影响及评价

张会刚 付开隆 张广泽 杜 义

(1.中铁二院工程集团有限责任公司, 成都610031；2.中国地震局地壳应力研究所, 北京 100085)

小江活动断裂对渝昆铁路选线的影响及评价

张会刚1付开隆1张广泽1杜 义2

(1.中铁二院工程集团有限责任公司, 成都610031；2.中国地震局地壳应力研究所, 北京 100085)

拟建渝昆高速铁路重要比选方案会泽至嵩明段平行小江活动断裂，地形地貌及地质条件极为复杂。通过对内动力地质灾害(活动断裂及高烈度地震)、重力地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、潜在不稳定山体)以及施工地质灾害(隧道软岩大变形)等控制线路走向的重大工程地质问题分析，对比选方案进行技术、风险等综合性的比选。在充分论证断裂活动性及相关地震次生灾害的基础上，充分应用既有的研究成果资料进行工程类比，把山区活动断裂影响带划分为近地表永久地质变形带、地震次生灾害影响带、地震波影响带，比选方案均有效绕避近地表永久地质变形带，在地震次生灾害影响带或地震波影响带通过，方案基本可行；选择了施工风险及运营风险可控的会泽-寻甸-嵩明方案作为重要比选方案。

高速铁路； 活动断裂； 工程地质问题； 地质选线

1 引言

近几十年的铁路建设过程中，我们也曾无意或被迫将铁路选线与活动断裂结合起来[1]。其间有惨痛的教训、沉重的反思，如东川支线沿小江断裂带因地震及次生灾害泥石流影响出现“桥淤改涵、涵满改路、路淤改隧”的奇观。既有成昆铁路平行安宁河断裂带段落以路基涵洞形式通过，工务部门定期对泥石流堆积物进行清理与疏通；而成昆铁路扩能改造则充分考虑泥石流淤泥影响，以桥梁形式通过，工程环境大有改善。随着铁路路网密度的增大及覆盖范围的扩展，铁路线路不可避免地穿越或平行活动断裂。在穿越活动断裂方面做了一些有益的尝试，活动断裂对铁路选线及工程设置影响较大，争议很大；但平行活动断裂尝试甚少，对“绕避、远离”的程度缺少相应的理论支撑。因此，探讨小江活动断裂对渝昆铁路选线的影响及评价具有重要的意义。

2 地形地貌及地质构造

2.1 地形地貌

东川至寻甸段宏观以小江河谷南北深切，高山峻岭东西对峙为特点的典型高原深切峡谷地貌，属低纬度、高原区主体亚热带季风气候，因地形高差悬殊和不同气流影响，构成显著的主体气候和干、雨季分明的特点。

2.2 地质构造

线路地处扬子亚板块之滇东拗陷带和康滇古隆起，因板块碰撞挤压表现为地壳强烈抬升成高原，地壳紧缩，加之川滇菱形块体向南东的滑移，导致区域地质构造复杂，伴随产生了地应力集中及地震、断裂。

小江断裂带北端在巧家附近与则木河断裂相连，南端止于红河断裂以北，全长约450 km。自蒙姑向南分为东西两支，大体平行向南偏西延伸，东、西支间隔15～20 km左右，近于平行展布。而东、西两支断裂又分别由数条次级断层呈左阶羽列组合而成。会泽—东川—寻甸—蒿明段线路比选方案平行或穿越小江活动断裂。

3 控制线路走向的重大工程地质问题

3.1 高烈度地震

小江活动断裂首先是深大断裂，其次是活动断裂，因此，铁路选线时，必须查明活动断裂其主断裂及支断裂活动性及其影响带，断裂带地震峰值加速度0.2～≥0.40 g。

3.2 断裂活动性

小江断裂为深大活动断裂，自晚更新世早期以来一直左旋位移，如表1所示；小江断裂带曾发生过高烈度地震，如1733年东川级地震、1713年寻甸级地震，1833年嵩明8级地震等多次强震。小江断裂东川段具中等偏大应力水平，中小地震活动频繁；华宁段具较低应力水平，以小震活动为主；宜良—嵩明段具较高应力水平，潜在地震震级偏大，是未来发生7级以上大震的潜在危险区[2]。

表1 小江断裂分段活动性

3.3 活动断裂影响带

铁路选线平行活动断裂明确规定“绕避、远离”，但安全距离有待于进一步研究。活动断裂影响带通常分为近地表永久地质变形带[3]、地震次生灾害影响带[4]、地震波(地震峰值加速度)影响带[5]。

近地表永久地质变形带，即常规意义的活动断层“避让带宽度”问题，是工程界关注和有效减轻地震灾害的科学问题；地震部门选取具有一定代表性的海原断裂带、阿尔金断裂带探槽，探槽地质表明永久地质变形带9～26 m，具有统计意义的活动断层永久变形带或避让带宽度为断层迹线两侧各 15 m，合计为30 m；汶川地震中距离破裂带仅 30～50 m 的建(构)筑物基本未倒塌[6]。因此，工程意义上一般将近地表永久地质变形带为断裂带边缘两侧各50 m，即100 m。

地震次生灾害影响带是因地震而明显加剧崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的范围。综合有关震后灾害调查数据显示，断裂带两侧0～5 km范围内次生地质灾害数量占总数50%～75%；5～10 km范围地质灾害点占20%～40%；大于10 km地质灾害小于10%。地质灾害强发育区主要在断层上盘的7 km 范围以内；断层上盘7～11 km范围和下盘 0～5 km 范围可划为地质灾害的中等发育区。因此，地震次生灾害影响带在断层性质不明一般为11 km，该范围内地质灾害具规模大、灾害延续时间长、反复性大的特点。大于11 km为地震波(地震峰值加速度)影响带，灾害程度及其影响程度较弱，工程措施有相应的规范遵循。

3.4 滑坡、崩塌等重力地质灾害

沿线山高坡陡、沟谷深切，加之出露地层古老、受多次构造运动影响，岩体构造节理发育、较为破碎，小江河谷两侧分布崩塌16处、滑坡224处。由于山坡对地震效应的放大作用，地质灾害高发区主要是深切河谷斜坡区，震后暴雨年地质灾害的数量约为震前暴雨年的2倍，而对非暴雨年，震后地质灾害的数量约为震前的 4～5倍[7]。

3.5 泥石流

小江断裂两支交汇东川区素有“世界泥石流天然博物馆”之称，其特点是密度集中、活动频繁、规模巨大，经常造成江河堵塞、公路淤埋或损毁。东川有泥石流沟80条，泥石流灾害几乎每年都有发生，大型灾害性泥石流5～11年至少发生1次，高频率泥石流沟每年爆发泥石流5次以上。泥石流对拟建铁路工程的影响主要为下切、冲、淤，分别对应泥石流的形成区、流通区、堆积区。

3.6 潜在不稳定山体

潜在不稳定山体主要指“裂而未垮、松而未动”的破碎山体及松散堆积体。该段地层岩层古老，节理裂隙发育，岩体破碎，加之小江活动断裂纵贯该区中部，新构造运动强烈，地震频繁且强度大，节理裂隙张开度增大，脱离母岩形成“裂而未垮”的破碎山体；松散堆积体主要为小江河谷阶地、泥石流堆积台地、岩堆堆积体，其成分复杂、胶结程度低，因小江河水下切形成“松而未动”堆积物，在地震或地表水作用下易形成不稳定边坡，成为泥石流的物源条件。

3.7 隧道软岩大变形

东川设站后，会泽—东川间因尖山沟、蒋家沟、大桥河沟为高及极高风险泥石流沟，线位采取隧道下穿方案。该段以昆阳群浅变质板岩、千枚岩、粉砂岩为主，属软质岩；最大主应力方向为NWW～NNW向， NWW地应力对隧道径向影响巨大。该段隧道长25.2 km，其中软岩地段长度14.5 km，最大埋深800 m，具有隧道软岩大变形地质条件，其变形一般具有变形量大、径向变形显著、危害巨大、工程处理难度高的特点。

4 活动断裂对线路方案影响及评价

结合小江活动断裂影响带的划分，即近地表永久地质变形带、地震次生灾害影响带、地震波影响带分别讨论对拟建渝昆铁路会泽—嵩明段方案的影响，并进行评价。

4.1 东川支线方案

线路位于活动断裂东西两支间，为地震次生灾害影响带。西支为主动盘，存在近地表永久地质变形带，为工程避让带宽度范围；东支为被动盘，影响相对较小。小江断裂东西两支间区域地震峰值加速度≥0.40 g，属工程慎设计区，对工程设置要求地形简单、工程难度低；而该段地形以陡坡深切沟槽为主，工程设置以桥隧为主，不乏高墩大跨桥梁和纵坡起伏长大隧道，因此，该方案可行性甚低，风险极大，投资极高，如表2、图1所示。

表2 会泽—嵩明段比选方案工程地质条件

图1 渝昆铁路会泽—嵩明段线路方案示意图

4.2 东川方案

线路位于活动断裂被动盘外侧，属地震次生灾害影响带。仅东川站位附近地震峰值加速度≥0.40 g，属工程慎设计区，但该段落工程以路基及矮桥为主。会泽—东川若以桥梁形式上跨极高风险泥石流沟时，设计桥下净空50～66 m，能满足过流及淤积要求，泥石流不会对桥梁造成直接危害，但桥主跨需80～100 m。并且泥石流沟两侧分布大量滑坡、崩塌等重力地质灾害和潜在不稳定山体，工程处理难度大。若以长隧方案下穿高风险泥石流沟，则需设置25.2 km长隧，存在隧道软岩大变形问题，隧道需要分修。该方案基本可行，但施工风险及运营风险大，投资巨大。

4.3 会泽—寻甸—嵩明方案

线路绝多数地段距离小江活动断裂西支约19 km，属地震次生灾害影响带边缘与地震波影响带过渡区域，地震峰值加速度以0.20～0.30 g为主，该段地形为高原丘陵和低山，地震次生灾害影响产生的崩塌、滑坡、泥石流数量甚少。方案仅在嵩明站位附近大角度穿越小江活动断裂，该段地形地貌条件简单，工程设置以简单桥梁为主。因此总的来说，该方案可行，风险及投资可控。

5 结论

通过对小江活动断裂影响带与拟选方案空间展布关系的分析，分别阐述了小江活动断裂对铁路选线的影响，从方案是否可行、风险及投资是否可控几方面对拟选方案进行了评价，最终以方案可行、风险及投资可控的方案开展下一阶段工作。

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Evaluation of the Effect of Xiaojiang Active Fault on Route Selection of Chongqing-Kunming High Speed Railway

ZHANG Huigang FU Kailong ZHANG Guangze DU Yi

(1.China Railway Eryuan Engineering Group CO., Ltd., Chengdu 610031, China;2.Institute of Crustal Dynamics, CEA, Beijing 100085,China)

The scheme for Huize-Songming section of Chongqing-Kunming high-speed railway, which parallels Xiaojiang active fault, is an important selection scheme for its complex topography and geological conditions. Major engineering geological problems that control railway trend, such as active faults, high seismic intensity, gravity geological hazard (landslip, collapse, debris flow, potential instable mountain), and construction geologic hazard (large deformation of tunnel soft rock),are analyzed and then the schemes are compared and selected. On the basis of fully demonstrating the activity of fault and the related seismic secondary disaster, this paper makes full use of existing research data of engineering analogy and divides the seismic impact zone into near surface permanent geological deformation zone, seismic secondary disaster zone and seismic wave impact zone in mountainous active faults. The alternatives are feasible for the detouring these zones. Considering the controllable construction and operation risks, the scheme of Huize-Xundian-Songming is chosen as an important alternative.

high speed railway; active fault; engineering geological problems; geology-route selection

2015-11-04

张会刚(1975-)，男，高级工程师。

1674—8247(2016)01—0060—04

P548

A