趙俊軍

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031)

2007年受巴基斯坦鐵道部委托，中鐵二院集團(tuán)公司完成了由巴基斯坦哈維連至中國紅其拉甫新建鐵路可行性研究工作(以下簡稱中巴鐵路)。中巴鐵路途經(jīng)高海拔、高地震、多地質(zhì)病害地區(qū)，下面重點(diǎn)就中巴鐵路地質(zhì)選線作一介紹。

中巴鐵路起點(diǎn)位于巴基斯坦首都伊斯蘭堡以北100 km的哈維連車站，途經(jīng)阿伯特巴德、白蘇姆、丹蘇、喬拉斯、吉爾吉特、洪扎、索斯特到中國邊界紅其拉甫結(jié)束，線路長度630 km。

1 沿線自然特征

1.1 地形地貌特征

世界著名的喀喇昆侖山脈、喜馬拉雅山脈、興都庫什山脈等在此匯聚，使這里成了眾山之結(jié)和萬山之父。擬建的中巴鐵路正處于帕米爾高原中南部及南緣地區(qū)，這里高山林立，著名的有南伽峰(8 125 m)、勒擱博希山(7 788 m)，在洪扎附近，7 000 m以上高山多達(dá)18座。

擬建中巴鐵路起于哈維連車站，沿著喀喇昆侖公路，依山傍水北上，先后通過中山寬谷地帶、峽谷地帶、窄谷地帶以及高山寬谷地帶、窄谷地帶、峽谷地帶和高山凍土地帶。線路除起點(diǎn)地段地勢相對平緩、開闊外，其余地段均為地形起伏劇烈的高、中山地，在這些山區(qū)中，擬建鐵路或蜿蜒于重巒疊嶂、山勢巍峨、人跡罕至的山地，或出沒于切割強(qiáng)烈、懸崖絕壁較多、岸坡險(xiǎn)峻、水流湍急、交通閉塞的峽谷。

全線最低點(diǎn)是白蘇姆車站，高程僅646 m，全路線最高點(diǎn)是中巴交界的喀喇昆侖山米它卡山口，線路高程為4 050 m，最低點(diǎn)和最高點(diǎn)高差達(dá)到約3 400 m，線路總的趨勢是北高南低。

1.2 水文特征

擬建鐵路沿線水系均屬于印度河水系，鐵路通過印度河及印度河支流吉爾吉特河、洪扎河、紅其拉甫河等四條河谷。

1.3 氣候與氣象特征

項(xiàng)目區(qū)地處南亞次大陸亞熱帶氣候區(qū)，由于項(xiàng)目區(qū)由南向北跨度較大，海拔高差變化很大，氣候垂直分帶明顯。項(xiàng)目起點(diǎn)哈維連車站至瑞克特為亞熱帶氣候，夏季最高氣溫46℃，瑞克特至紅其拉甫為高原山地氣候，空氣稀薄、太陽輻射強(qiáng)烈、氣溫低，冬季最低氣溫可達(dá)零下30℃。該地區(qū)的地形導(dǎo)致極端降雨形式，年平均降雨量各地相差很大,一般是南端雨水多，北端雨水少(圖1)。

1.4 風(fēng)速

沿線地形對風(fēng)的影響顯著，風(fēng)向多與河谷走向一致，10月下旬至次年5月為干風(fēng)季節(jié)，風(fēng)速一般為6～8級，最大可達(dá)9～10級。

1.5 積雪冰封和凍土

在當(dāng)年11月至次年4月，海拔4 000 m以上高山，溫度在-20℃下，最低溫度達(dá)-30℃，有積雪冰封現(xiàn)象；局部埡口地段，冬季有季節(jié)性凍土，凍土層不厚，范圍不大。

2 工程地質(zhì)特征

2.1 地層巖性

擬建鐵路通過區(qū)可以見到不同時(shí)代、各種類型的沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖和混雜巖等，其中巖漿巖分布區(qū)約占到線路全長的近三分之一。出露較多的有雜巖和混雜巖、片麻巖、片巖、板巖和榴輝巖等。

2.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)在大地構(gòu)造上屬印度板塊與歐亞板塊的結(jié)合部位，由于印度板塊向歐亞板塊的強(qiáng)烈俯沖，形成喜馬拉雅山和喀喇昆侖山的強(qiáng)烈隆升。項(xiàng)目線路位于喀喇昆侖山褶皺造山帶及其西緣，主要構(gòu)造線的方向呈NW—SE向，以壓性逆掩斷層和緊密褶皺為主。

2.3 新構(gòu)造運(yùn)動

擬建鐵路通道區(qū)域內(nèi)活動構(gòu)造主要包括活動板塊、活動塊體、活動板塊縫合帶和活動斷裂等，其中活動斷裂非常發(fā)育，這是由該區(qū)所處的大地構(gòu)造環(huán)境及強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動決定的(圖2)。

2.4 地震基本烈度

擬建鐵路通道區(qū)域上跨越青藏高原地震區(qū)的西昆侖—帕米爾地震帶和喜馬拉雅地震帶。

項(xiàng)目通道區(qū)域內(nèi)地震活動水平較強(qiáng)，其空間分布不均勻，區(qū)域北部和南部地區(qū)中、強(qiáng)震密集。區(qū)域內(nèi)地震的震源深度分布深淺不一，以淺源地震為主，平均震源深度約56 km(表1)。

表1 擬建鐵路通道內(nèi)各路段地震參數(shù)值一覽表

2.5 水文地質(zhì)特征

項(xiàng)目地處素有“世界屋脊”之稱的喜瑪拉雅山和喀喇昆侖山以西、帕米爾高原南緣。區(qū)內(nèi)溝谷深切，山高谷深，河流密布，水流湍急，河床比降大，落差大，沖刷切割能力極強(qiáng)(表2)。

表2 沿線河流水系一覽表

3 不良工程地質(zhì)

擬建鐵路通道所經(jīng)地區(qū)屬印度板塊和歐亞板塊接觸部位，新生代以來，地殼差異性活動幅度大，因地殼強(qiáng)烈隆升、地質(zhì)條件復(fù)雜、新構(gòu)造運(yùn)動活躍、區(qū)域性大斷裂發(fā)育、巖石較為破碎。同時(shí)由于氣候惡劣、晝夜溫差大、凍融交替循環(huán)，物理風(fēng)化作用也極為強(qiáng)烈。加之該地區(qū)因地形破碎、懸崖絕壁林立、雪峰連綿、河谷深切、水流湍急，使沿線不良工程地質(zhì)現(xiàn)象分布較廣，范圍大。

(1)崩塌與巖堆。

(2)泥石流。

(3)滑坡。

(4)雪崩。

(5)冰川。擬建鐵路進(jìn)入高海拔、高寒地區(qū)，周圍群山林立，5 000 m以上的高山終年積雪，冰川十分發(fā)育，僅AK520～AK542段有5條長度超過50 km的冰川。

(6)高地應(yīng)力及巖爆。擬建鐵路長大隧道一般埋深較大，其地應(yīng)力也會隨埋深增大，因此深埋隧道均可能形成高地應(yīng)力，施工中造成圍巖的變形、破壞或巖爆。

(7)地?zé)崤c地溫。擬建鐵路在瑞克特大橋前后約10 km的范圍內(nèi)，有溫泉、熱泉出露，水溫50℃～80℃，沿河水面上冒熱氣，呈霧狀。因此深埋隧道將會遇到高溫地?zé)釂栴}，造成施工中的熱害。

(8)風(fēng)沙。主要分布在貝斯罕姆-喬拉斯印度河兩岸稍寬平的河漫灘和階地上，特別是右岸分布面積更廣，厚度更大。所以，要在風(fēng)口地段采取防風(fēng)固沙的工程措施。

(9)凍土。鐵路通道內(nèi)的多年凍土主要分布在4 000 m海拔以上，位于線路終點(diǎn)的紅其拉甫山口段，連續(xù)分布長10 km，凍土埋深較大(約3.7 m)。

4 鐵路選線

4.1 線路走向方案

中巴鐵路是經(jīng)過高海拔、高地震、多地質(zhì)病害地區(qū)鐵路，對鐵路走向方案進(jìn)行全面研究，對不同的局部方案進(jìn)行逐一比選，盡量繞避不良地質(zhì)，減少不良地質(zhì)對鐵路的危害。根據(jù)巴基斯坦鐵道部的要求主要研究了三個(gè)大的走向方案：東線方案、中線方案、西線方案(圖3)。

圖3 中巴鐵路走向方案示意

4.1.1 中線方案

線路起點(diǎn)從哈維連既有鐵路車站接軌，沿多瑞河前行到達(dá)阿伯特巴德、丹蘇，該段由于巴基斯坦在在印度河上修建梯級水電站，受水電站設(shè)計(jì)高程控制，鐵路采用加力坡來適應(yīng)地形的起伏變化。從丹蘇站引出后，線路繼續(xù)沿印度河、吉爾吉特河至洪扎，進(jìn)入興都庫什、喀喇昆侖、喜馬拉雅三大山脈交匯處，該段地形海拔介于2 830～5 900 m，相對高差大；自然坡度陡峭，道路崎嶇，巖層較為破碎。在從洪扎引出后在索斯特以北18 km處跨洪扎河后，向東至紅其拉甫河，該段地形海拔在高程3 500 m以上，該段屬于高寒山區(qū)，每年有五個(gè)月被冰雪覆蓋。鐵路以隧道下穿海拔5 500 m的中巴邊境米它卡埡口至本項(xiàng)目終點(diǎn)，線路高程4 050 m。

中線方案線路主要沿既有喀喇昆侖公路、印度河河谷行進(jìn),地形條件相對較開闊,設(shè)站條件相對較好。段內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大斷層構(gòu)造通過，軟質(zhì)巖較多，風(fēng)化厚度較大、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)發(fā)育程度低且易于繞避或處理通過?？傮w地質(zhì)條件相對較好，線路途徑的城市多，交通便利，有利于鐵路的勘察和施工，也有利于鐵路將來更好地為沿線城鎮(zhèn)服務(wù)。

4.1.2 東線方案

該方案線路從位于哈維連的既有鐵路車站接軌，沿中線方案至曼澤拉后經(jīng)貝薩在喬拉斯與中線方案相接。該方案線路長度較中線方案短63 km。該方案沿線地形、地質(zhì)復(fù)雜，穿越4 500 m高山，出現(xiàn)一座47 km的隧道，而該地區(qū)處于高烈度地震帶，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，高烈度地震區(qū)修建超長隧道缺乏防災(zāi)救援的可靠工程經(jīng)驗(yàn)，尤其是運(yùn)營期間地震災(zāi)害破壞后超長隧道恢復(fù)運(yùn)營難度極大，隱患多。處于板塊結(jié)合帶區(qū)域，采用超長隧道面臨著高地應(yīng)力巖暴、高水壓涌水、高地溫?zé)岷?、軟巖大變形、深埋圍巖高輻射等可以遇見的地質(zhì)因素將嚴(yán)重制約工程實(shí)現(xiàn)；雖然該方案線路可縮短63 km，但是存在地質(zhì)條件差、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、運(yùn)營安全和施工工期長等因素，本次研究不采用該方案。

4.1.3 西線方案

該方案線路從位于哈維連的既有鐵路車站接軌后，跨多瑞河向西連續(xù)穿9座隧道后在A1K50處北轉(zhuǎn)沿印度河北上，同時(shí)先后四跨印度河，在AK191.9處與中線方案相接。

西線方案主要處于西部山區(qū)地帶，河谷沖溝多，受洪水威脅大，地形切割極為破碎；存在滑坡、崩塌、泥石流、冰川、凍融等嚴(yán)重的地質(zhì)病害。

同時(shí)該方案沿線人煙稀少，交通條件差，其中有150 km鐵路經(jīng)過無人區(qū)，不利于帶動沿線城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4.1.4 線路走向方案工程數(shù)量比較

三個(gè)方案進(jìn)行比較見表3，比較范圍：AK0+000～AK630+000。

表3 各方案比較

4.1.5 推薦意見

各方案比較：東線方案線路長度雖較中線方案、西線方案短63 km，但由于存在特長隧道風(fēng)險(xiǎn)；中線方案與西線方案比較工程數(shù)量相當(dāng)，但中線方案線路地質(zhì)條件相對較好，經(jīng)過城鎮(zhèn)多，能很好地為沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)；而西線方案沿線地質(zhì)條件差，巖石破碎，特殊、困難工程較多，其中有約150 km線路經(jīng)過人煙稀少地區(qū)，不能很好地帶動地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本次研究推薦中線方案。

4.2 線路越嶺方案

為了翻越紅其拉甫埡口，本次結(jié)合埡口地區(qū)高海拔、高寒地形、地貌、水文、地質(zhì)條件研究了不同線路穿越中巴邊境紅其拉甫不同埡口的線路方案，經(jīng)方案比較具有比較價(jià)值的方案有米它卡越嶺方案和紅其拉甫越嶺方案。

4.2.1 米它卡越嶺方案

米它卡埡口越嶺方案兩相鄰站的站間距15 km，對線路能力有所影響，設(shè)站條件比紅其拉甫更困難，但米它卡埡口越嶺方案線路順直，經(jīng)過地段地質(zhì)條件較好，沒有大的不良地質(zhì)病害，避開了紅其拉甫埡口的冰川發(fā)育地區(qū)，避免了冰川融水及冰川泥石流和凍土對鐵路的危害，采用短隧道群對規(guī)避高烈度地震區(qū)次生災(zāi)害較為有利。且比紅其拉甫越嶺方案線路長度短25 km。

4.2.2 紅其拉甫越嶺方案

紅其拉甫埡口越嶺方案線路沿著喀喇昆侖公路進(jìn)行展線，交通方便，有利于鐵路施工，設(shè)站條件比米它卡略要好些，但紅其拉甫埡口是冰川發(fā)育地區(qū)，冰川融水及冰川泥石流、凍土對鐵路的影響大。線路長度較米它卡埡口越嶺方案長度長25 km，線路增長段線路多平行于主構(gòu)造線方向，地質(zhì)條件差，工程造價(jià)高。

4.2.3 越嶺方案主要工程數(shù)量比較

兩種越嶺方案主要工程量比較見表4。

表4 越嶺方案工程數(shù)量比較

4.2.4 推薦意見

米它卡越嶺方案地質(zhì)條件好，巖層堅(jiān)硬，有利于隧道圍巖穩(wěn)定，有利于工程建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定；地下水分布較少，有利于建筑物防水防滲；線路長度短，多為隧道和橋通過，減少了滑坡、冰川泥石流、雪崩、凍土、風(fēng)沙等不良地質(zhì)問題，有利于鐵路養(yǎng)護(hù)和維修。本次研究推薦米它卡越嶺方案。

5 結(jié)束語

擬建鐵路通過帕米爾高原東南部，山高谷深，地形復(fù)雜，自然條件惡劣，存在多種不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)問題。因此為了線路方案可實(shí)施性和可操作性，必須始終堅(jiān)持以工程地質(zhì)工作為先導(dǎo)，熟悉和掌握工程地質(zhì)情況，從而更好地指導(dǎo)鐵路方案選定。

(1)關(guān)于復(fù)雜的地形：本線經(jīng)過帕米爾高原東南高山峽谷地帶，山高谷深，地形險(xiǎn)峻。但線路大部分走在河谷階地之中，為了能夠更好適應(yīng)地形變化，局部地段采用加力坡度。

(2)關(guān)于高寒、凍土：全線在越嶺埡口地勢較高，存在凍土問題，但凍土地段不長，深度不厚。線路采用隧道方案通過。

(3)關(guān)于新構(gòu)造運(yùn)動和高地震烈度區(qū)問題：活動構(gòu)造采取盡量躲避。高地震烈度區(qū)較長，做好抗震設(shè)防，保證工程的穩(wěn)定。

(4)關(guān)于不良地質(zhì)：對于沿河兩岸的崩積、堆積、滑坡等重力不良地質(zhì)，根據(jù)考察，均屬于山區(qū)鐵路建設(shè)中普遍遇見的問題，只要查清性質(zhì)、規(guī)模、線路方案合理、技術(shù)處理措施得當(dāng)，線路可安全順利通過；對規(guī)模大的不良地質(zhì)地段，線路已采取繞避或以隧道通過。冰川、雪崩是本線的特殊地質(zhì)問題，冰川一般離線路較遠(yuǎn)，直接危害不大；雪崩對線路雖有較大威脅，但地段不長，而且有寬緩階地可供鐵路位置選擇，做好防護(hù)，線路可以通過。