涎流冰对西部某铁路的影响研究

王崇艮 赵 文 王国生 唐 川 徐正宣

(1.中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031；2.西南交通大学， 成都 610031)

在寒冷气候条件下，地表水或地下水露头，并沿斜坡表层一直渗漏到路面，由下至上在短时间内凝结成冰状，这样的冰体在道路工程中称为涎流冰[1]。涎流冰是高寒地区突出的冰雪害现象，涎流冰会使行车道光滑、不平，或产生冰坎、冰槽等，进而影响正常交通。在春季，涎流冰会因温度上升而消融，冰变成水后出现下渗，进而引发道路翻浆、路基下沉等严重问题，甚至会威胁高寒地区道路的施工及运营安全[2]。

众多学者对涎流冰的形成机理进行过研究，并提出了相应的防治工程措施[3-7]。水文条件、气候和气象条件、地质地貌条件等是涎流冰形成的必备要素。青藏高原独特的地形地貌、气候等自然条件都适合于涎流冰的形成。涎流冰作为一种常见病害，将严重影响川西-藏东交通廊道的建设和运营。为此，本文对川西-藏东交通廊道穿越区的涎流冰发育特征进行了调查分析，分析了涎流冰形成的条件和成因，并评价了其对某铁路工程的影响。

1 某铁路工程概况

某铁路位于四川省和西藏自治区境内，线路起于四川省成都市，经雅安、康定、理塘，在岗托跨金沙江后进入西藏自治区，经昌都、波密、林芝至终点拉萨市，全线长度约 1 838 km。

该铁路横穿藏东南横断山区和川西高海拔原区，中途经过高海拔高寒地域。全年降雨量充足，且冬季气温偏低，最低月平均温度均在0 ℃左右，极端最低温度为 -10 ℃～-30 ℃。昼夜温差较大，具备发生涎流冰病害的气象条件，该铁路不可避免涎流冰的工程危害问题，特别是新都桥(甘孜)至拉萨段。

2 川西-藏东交通廊道区涎流冰发育特征

通过调研查明川西-藏东交通廊道区涎流冰的发育特征及统计规律，本文主要调查范围为康定～昌都段，调研主要内容包括：地理位置、高程、地形地貌、坡向、坡位、岩性、地下水类型、涎流冰类型、涎流冰规模、对工程的影响程度等。

2.1 调研方法

(1)现场调查

对康定-雅江-理塘-巴塘-贡觉-昌都-八宿-左贡-芒康一线国道及省道附近的涎流冰点进行实地调研，包括G318、S215、G317、G214等道路，共计调查涎流冰387处。

(2)卫星图像判识

受交通限制，现场调查不能全面查明川西-藏东交通廊道区的涎流冰分布，因此通过Google earth卫星图像对该区的涎流冰进行判识。选取卫星图片时，尽量选择11月至次年2～3月且精度较高的图像。图1所示为DK 384～DK 384段发育的两处涎流冰。以DK 384-1为例，该点海拔 3 551 m，经度 101.572 085°，纬度 30.072 549°，通过Google earth软件可测得其坡向325°，坡度约7.5°，规模约45 m×130 m，为沟槽型涎流冰，出露于沟口坡积物中，影响线路范围约50 m。通过卫星图片判识，川西-藏东交通廊道区康定～昌都区段共发现涎流冰 1 982点。

图1 涎流冰卫星图像判识示例图

2.2 川西-藏东交通廊道区涎流冰类型

通过卫星图片分析和现场调查，川西-藏东交通廊道康定-昌都段共发现涎流冰点 2 369点，调研的涎流冰点主要集中在某铁路线路附近。涎流冰类型为基岩裂隙型、土石界面型、沟槽型、坡面溢流型、坡脚渗流型、河流型等。

基岩裂隙型涎流冰发育于基岩之中，为基岩裂隙水渗流冻结形成，如图2(a)。沟槽型涎流冰发育于冲沟、溪沟、沟谷等之中，为地表或地下水汇集并溢流出地表冻结而成，如图2(b)。土石界面型涎流冰发育于松散覆盖层与基岩接触部位，为松散覆盖层孔隙水沿土石界面渗流冻结而形成，如图2(c)。坡面溢流型涎流冰一般发育于松散覆盖层缓坡地带，为孔隙水在坡面溢流冻结所致，如图2(d)。坡脚渗流型涎流冰为地下水在坡脚渗流冻结而成，如图2(e)。河流型涎流冰是青藏高原河流的普遍现象，不作单独分析。

图2 涎流冰主要类型图

2.3 川西-藏东通廊道涎流冰分布特征

(1)涎流冰类型

川西-藏东交通廊道区涎流冰的类型统计如图3所示。从图3可以看出，川西-藏东交通廊道区涎流冰以坡面溢流型为主，占71.7%，其次为沟槽型(19.6%)、沟谷型(7.3%)、坡脚渗流型(5.9%)、基岩裂隙型(2.6%)，土石界面型很少。

图3 涎流冰类型统计图

(2)涎流冰地形特征

川西-藏东交通廊道区涎流冰地形统计如图4所示。缓坡出现涎流冰的频率为 1 298次，占总比例的54.8%，其次是陡坡地形、沟槽和冲沟，洪积扇上发育较少。涎流冰通常发生在山前斜坡的缓坡地带，是因为这种地形有较大的汇水面积，有利于降水的汇集和渗入。山坡坡度一般为20°～30°，局部可达 30°～40°。

图4 涎流冰地形统计图

(3)涎流冰坡位特征

坡位根据坡向确定，坡向315°～360°、0°～45°为阴坡、45°～135°为半阴坡、135°～225°为阳坡、225°～315°为半阳坡。涎流冰坡位统计结果如图5所示。统计表明，涎流冰主要发生在阴坡，阴坡通常气温更低，对形成涎流冰更有利。其次为半阳坡、半阴坡，阳坡最少。还有部分涎流冰发育在高原平缓地带，如理塘盆地。

图5 涎流冰坡位统计图

(4)涎流冰海拔高程

图6 涎流冰发育海拔统计图

涎流冰发育海拔统计结果如图6所示。涎流冰病害发生区域的海拔统计结果表明，川西-藏东交通廊道区内涎流冰主要发育于海拔 3 500～4 500 m之间的高海拔高寒地区，频率为 2 115次，所占比例为89.3%。高海拔高寒地区冬季昼夜温差大，平均气温低，为涎流冰发育提供了良好的条件。

(5)涎流冰规模

涎流冰规模统计结果如图7所示。川西-藏东交通廊道区涎流冰的规模统计结果表明，区域内涎流冰的规模分布广泛，从宽度小于5 m至宽度大于50 m的涎流冰都有分布。以宽度5～10 m为主，占29.3%，其次为10～15 m，占19.5%。涎流冰的规模与水源水量有着极大的关系，规模较大的涎流冰会严重影响工程建设，应予以高度重视。

图7 涎流冰规模统计图

3 川西-藏东交通廊道区涎流冰成因

3.1 涎流冰发育特征

川西-藏东交通廊道区冬季最低气温在-11 ℃～-30 ℃左右，从每年10月底到次年的2月份平均气温均在0℃以下。雪层的覆盖和地表植被的存在，使水分的蒸发量降低，丰富的地下水被储存于地表浅层中，为涎流冰的发育提供了有利条件。

表1 川西-藏东交通廊道区涎流冰发育的主要特征表

3.2 涎流冰形成条件

根据野外调查结果，涎流冰形成必须具备3种必不可少的条件，即水文条件、地质地貌条件和气象条件。

(1)水文条件

水源是涎流冰形成的内在因素，同时也是必不可少的条件。水文地质条件取决于区域的地形地貌以及地质构造，同时也影响到浅层地下水的形成、补给、径流、排泄及动态变化。

川西-藏东交通廊道区内，冰川积雪融化而形成的支流较多，地下水的补给量较大，埋藏着松散岩类孔隙水(潜水)和承压水。据调查可知，涎流冰的水源主要是埋藏较浅的浅层地下水。浅层地下水与人类工程活动的关系密切，遭到人工破坏后，浅层地下水易出露，夏季以泉水的形式出露，冬季则会形成涎流冰。

(2)地形地貌条件

地形地貌条件对涎流冰的形成非常重要。通过对康定～昌都沿线涎流冰的调查发现，低山地貌地区、山前坡地缓坡以及沟谷地区的涎流冰发育频率较大，这些区域山坡的坡度一般为20～30°，局部可达到30°～60°。这些地形的共同特点就是具有较大的汇水面积。较缓的地形给大气降水的汇聚与下渗提供了便利的条件，也为地下水的径流带来了良好的水力梯度[8-9]。同时，在沿线的低山地貌地区、山前坡地缓坡以及沟谷地区存在着厚度较大的第四纪沉积层，该沉积层具有良好的透水性能和较强的富水能力，地下水含量普遍较为丰富。

(3)气象条件

温度是形成涎流冰的外部条件。温度在0 ℃以下时，涎流冰都有发生的可能。水文条件及地质条件相同时，温度因素对涎流冰的发育起主导因素，一般情况下，气温越低，涎流冰的规模越大。康定-昌都区域冬季较低的温度为涎流冰的发育创造了良好的气候条件。川西-藏东交通廊道区气象条件如表2所示。

表2 川西-藏东交通廊道区该区气象特征表

降水量的大小也会直接影响涎流冰发育的规模。当降水充足时，涎流冰的规模一般偏大。大气降水会对地表水、浅层地下水、有渗流通道的基岩裂隙水以及河流进行直接补给。因此，由上述几类水源形成的涎流冰的规模也会受到大气降水的较大影响。

4 涎流冰对某铁路线路的影响

通过现场实际调查和卫图判识，铁路附近对线路可能存在影响的涎流冰共150处，厚度从几厘米至数米不等，面积从数平方米到数百平方米不等，沿路线纵向坡度向低处延伸扩展。若防治措施不当，会对工程造成严重的影响。铁路沿线涎流冰的统计分析结果表明，康定～昌都段的涎流冰主要以理塘(占34.2%)、甘孜(21.5%)、察雅(占20.9%)为主。涎流冰发育的区域以缓坡地形为主，坡位以阴坡为主，主要为坡面溢流型涎流冰，分布在 3 500～4 500 m海拔高程范围内，规模以5～15 m为主。

4.1 影响工程类型

铁路康定-昌都段规划线路附近涎流冰影响的工程类型主要为路基、桥梁和隧道进出口。路基段涎流冰点最多，占总比例的43.3%。其次为桥梁段，占38%，并对隧道的进出口也有一定的影响。

表3 涎流冰影响工程类型统计表

4.2 影响程度

铁路目前正在勘察设计阶段，线路方案、工程类型等尚未完全确定，每个涎流冰发育点对工程的影响程度还不能具体评价。但根据其规模及距线路距离可予以初步判定：(1)若涎流冰位于线路上或线路上方20 m以内，且影响线路的范围大于20 m，则其影响程度为严重；(2)若涎流冰位于线路上或线路上方20 m以内，但影响范围小于10 m，则其影响程度为一般；(3)除此以外的其它情况，影响程度为轻微。涎流冰危害程度统计结果如表4所示。

表4 康定-昌都段涎流冰危害程度统计表

由表4可以看出，对铁路影响严重的涎流冰点路基有28个，桥梁有24个，隧道有13个。对铁路影响一般的涎流冰点路基有31个，桥梁有32个，隧道有12个。对铁路影响一般和严重的区段均应采取防治涎流冰危害的工程措施。

5 结论

本文通过对川西-藏东交通廊道区涎流冰进行统计调查，得出结论如下：

(1)川西-藏东交通廊道区的地质条件、气象条件、水文条件都有利于涎流冰病害的发生。川西-藏东交通廊道区涎流冰类型主要为坡面溢流型、坡脚渗流型、基岩裂隙型、土石界面型和沟槽型。

(2)川西-藏东交通廊道区涎流冰类型以坡面溢流型为主；发育地形以缓坡为主；发育坡为以阴坡为主；主要发育于3 500～4 500 m海拔高程范围；宽度以 5～10 m为主。

(3)涎流冰对铁路路基工程影响最大，其次为桥梁工程和隧道进出口。

(4)铁路线路方案应尽量避开影响隧道进出口和桥台的涎流冰发育点，绕避难以防治的严重影响路基的涎流冰点，对于具备排泄引流条件的涎流冰点，设计时加强涎流冰工程防治措施。