雷俊峰
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,陜西西安710043)
拉薩至日喀則鐵路位于西藏西南部,線路長(zhǎng)度約253km,起點(diǎn)位于拉薩,穿越了西藏境內(nèi)拉薩河、雅魯藏布江,連接西南部日喀則市及其他縣城,其經(jīng)濟(jì)意義極為重要;本線色麥鎮(zhèn)(AK84+500)至大竹卡鎮(zhèn)(AK176+500)段為雅江高山峽谷區(qū),長(zhǎng)約92 km。該段地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜,工程極為艱巨。
雅江峽谷區(qū)河谷兩岸,岸坡較陡,山坡突兀,局部懸崖絕壁,溝谷呈現(xiàn)“V”型溝槽,雅江江面寬度約為100~200 m,本段江底海拔為3 640~3 700 m,水流湍急。除局部色麥站—尼木站和卡如站—宗嘎站段河谷極其狹窄,河流階地不發(fā)育外,其他地段兩岸發(fā)育有多級(jí)階地地貌,以一、二級(jí)階地為主,階面高度15~40 m。
線路沿線為高原溫帶干旱氣候,空氣稀薄、溫度低,年溫差小、日溫差大、干濕分明、氣候類型復(fù)雜、垂直變化大等特征。沿線自東向西氣溫逐漸降低。
2.3.1 第四系(Q)
該套地層分布于河谷、山間及山前地帶,地層成因?yàn)闆_洪積、坡積,以卵石土、碎石土為主,含有少量細(xì)顆粒土;洪積扇和高階地以漂石土為主。大竹卡站一帶雅江局部分布風(fēng)積沙。風(fēng)化嚴(yán)重的山體,分布崩積物,堆積物成分雜亂,多見(jiàn)大型塊石土。
2.3.2 三疊系上統(tǒng)(T3)
廣泛分布于雅江南岸地區(qū)(雅江斷層以南),曲水站至色麥站之間在雅江北側(cè)山體出露,巖性為灰色砂巖、灰?guī)r夾板巖等。
2.3.3 巖漿巖
沿線分布的最主要巖性,以燕山期的巖漿巖為主,局部分布喜山期侵入巖體。巖體巖性較為復(fù)雜,以閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖為主。喜山期巖漿巖巖性以花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖為主。受構(gòu)造影響嚴(yán)重的巖漿巖類較為破碎。完整的巖體巖質(zhì)堅(jiān)硬,節(jié)理較發(fā)育-發(fā)育,多為陡峻地貌,表層受溫差影響風(fēng)化較為嚴(yán)重。
2.3.4 構(gòu)造巖
分布于構(gòu)造破碎帶內(nèi),主要為壓碎巖、糜棱巖、斷層泥及斷層片理帶等。
1)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征
區(qū)域大地構(gòu)造單元的劃分及其基本特征依據(jù)板塊學(xué)說(shuō)理論,青藏高原是歐亞板塊與印度板塊北移拼合作用產(chǎn)生,新生代和中生代數(shù)次擠壓拼貼作用,產(chǎn)生了諸多縫合帶和板片(板片作為造山帶結(jié)構(gòu)中的Ⅰ級(jí)陸殼型親緣地體,由陸殼或過(guò)渡殼巖石單元組成。板片之間的構(gòu)造單元稱縫合帶,其建造由洋殼型巖石單元組成)。
沿線涉及到的的一級(jí)構(gòu)造單元有岡底斯一念青唐古拉板片(南緣)、喜馬拉雅板片(北緣)和兩者之間的雅江縫合帶,均呈近東西向展布。這些構(gòu)造單元間接控制著該地區(qū)沉積作用、火山作用、巖漿侵入、變質(zhì)活動(dòng)及斷層和斷裂構(gòu)造作用,導(dǎo)致沿線巖性和主要斷烈主要以東西向延伸。
2)斷層構(gòu)造特征
區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造在南北向構(gòu)造應(yīng)力的長(zhǎng)期活動(dòng)下,分布的主要斷層構(gòu)造為東西向、北東向、北西向及南北向四組斷裂。
東西向斷裂,其伸展距離長(zhǎng)、深度大、斷層帶寬且具多次活動(dòng)性,為沿線的主要斷裂骨架,以雅江深大斷裂為代表,兩側(cè)發(fā)育著較多近乎平行的次一級(jí)斷裂。這組斷裂特點(diǎn)為:走向近東西向,傾向南(局部分支斷裂有北傾),傾角50°~70°,沿產(chǎn)狀方向都具波狀的特點(diǎn),很多彎折處多為北東向和北西向斷裂的結(jié)合部位,根據(jù)勘察文件一些超基性巖體多沿結(jié)合部位侵入。
北東和北西向斷裂為兩個(gè)共軛剪切性質(zhì)斷層,主要發(fā)生于雅江大斷裂以北,這兩組共軛剪切性斷層形成時(shí)間早,自形成至今,多次構(gòu)造活動(dòng)的作用,多數(shù)在原斷層構(gòu)造的基礎(chǔ)上繼續(xù)活動(dòng),多次復(fù)活,同時(shí)形成了規(guī)模大、切割深的大斷裂,在本區(qū)個(gè)數(shù)較多,多成對(duì)發(fā)育,但延展長(zhǎng)度比東西向斷層短。它影響了沿線地層的分布、巖漿巖的侵入和現(xiàn)代水系網(wǎng)等。這兩組斷裂多清晰可見(jiàn)擦痕,結(jié)構(gòu)面性質(zhì)以扭壓為主,局部兼有扭張。斷層多有斷層角礫、碎裂巖帶及斷層泥,斷層含水。從形成的斷層破碎帶規(guī)模來(lái)看,北西向斷層破碎帶寬度較北東向斷層破碎帶寬。
南北向斷層發(fā)生時(shí)間相對(duì)較晚,在沿線呈斷續(xù)分布,規(guī)模與其他斷層比較相對(duì)小,但在沿線斷層破碎帶寬度范圍大,斷層較為破碎,含有斷層角礫巖,具棱角,無(wú)定向性,分布雜亂。具體主要斷層性質(zhì)見(jiàn)下表1。
表1 主要斷層構(gòu)造一覽表
3)地震地質(zhì)特征
沿線位于青藏高原兩個(gè)板塊縫合帶,這兩個(gè)板塊均屬于強(qiáng)烈活動(dòng)的構(gòu)造單元,縫合帶附近往往是較大地震的發(fā)生帶,分布有較多的大震和強(qiáng)震。根據(jù)有關(guān)資料記載,區(qū)內(nèi)8級(jí)以上地震多發(fā)生在走滑分量較大的北東向和北西向斷裂帶上,如1951年發(fā)生于桑雄附近崩錯(cuò)8級(jí)地震,1914年當(dāng)雄南8級(jí)地震。以傾滑為主的東西向斷裂,最大震級(jí)7級(jí)左右,如1915年發(fā)生于雅魯藏布江斷裂澤當(dāng)以東的桑日7級(jí)地震。南北向斷裂以正傾滑為主,由于其規(guī)模不大,往往是6級(jí)地震發(fā)生的部位。
根據(jù)有關(guān)資料,測(cè)區(qū)主要位于喜馬拉雅地震帶,北鄰藏中地震帶,屬于高震級(jí)段。自地震記載史以來(lái)共記錄到M≥8級(jí)地震3次。7.0~7.9級(jí)地震23次,6~6.9級(jí)地震83次(包括部分印度地震)。
4)不良地質(zhì)特征
拉日鐵路通過(guò)的雅江峽谷區(qū),巖性主要為閃長(zhǎng)巖、花崗巖類,構(gòu)造極為發(fā)育,沿雅江峽谷東西向構(gòu)造為主構(gòu)造,各向斷層相互交織;由于強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng),造成巖體較為破碎,形成大型的巖層破碎帶,再加之高震級(jí)地震,造成滑坡、錯(cuò)落、崩塌、危巖落石極為發(fā)育;高原植被稀疏,破碎的巖體在溝內(nèi)堆積又極易形成泥石流,峽谷區(qū)幾乎所有溝谷均為泥石流溝;深大斷裂也為地下的熱量提供上移的通道,沿線溫泉發(fā)育,鉆探測(cè)溫局部地段地溫高達(dá)65度以上,存在高地溫現(xiàn)象。
5)水文地質(zhì)特征
(1)地表水
沿線所經(jīng)河流主要為雅魯藏布江及其兩大支流拉薩河與年楚河,均屬于雅魯藏布江水系。雅魯藏布江為本段最大河流,線路通過(guò)區(qū)域干流長(zhǎng)度大約為140 km,其中80 km左右為河谷下切強(qiáng)烈區(qū),兩岸山坡陡峻,河谷狹窄,一般河谷寬100~150 m,最窄處約60 m。大約60 km左右為寬谷區(qū),河谷開(kāi)闊,臺(tái)地發(fā)育,平均河床縱坡0.5‰~1‰,沿江兩岸植被發(fā)育,居民區(qū)集中。拉薩河為雅魯藏布江左岸的一級(jí)支流,線路范圍通過(guò)長(zhǎng)度約50公里,為擺動(dòng)性寬河,河谷寬達(dá)1~3 km,河床縱坡約2‰,由北東流向南西方向,在曲水一帶向雅魯藏布江上游方向匯入。年楚河為雅魯藏布江右岸一級(jí)支流,線路通過(guò)長(zhǎng)度約30 km,平均河床縱坡1‰~4‰,由南東流向北西方向,于日喀則市附近向雅魯藏布江上游方向匯入。各河流水源主要是由雨水、冰雪融水和地下水三種,流量豐富,含沙量少,水質(zhì)良好,水溫低,屬于藏北內(nèi)、外流水系。雅魯藏布江為該地區(qū)的最低侵蝕面。
(2)地下水
線路主要通過(guò)的雅魯藏布江峽谷區(qū),經(jīng)歷了不同的構(gòu)造體系及眾多的地貌單元,水文地質(zhì)條件復(fù)雜,地下水的賦存條件受地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素影響較為明顯。地下水類型可分為松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙潛水、構(gòu)造裂隙水三大類,現(xiàn)分述如下:
①松散巖類孔隙潛水。主要分布于拉薩河河谷平原、雅魯藏布江及年楚河寬谷區(qū),含水層主要為第四系沖洪積卵礫石及砂層,厚30~40 m,水量豐富。其中在河漫灘及一級(jí)、二級(jí)階地,以及山前大型沖洪積扇或扇裙,單井產(chǎn)水量在1 000~3 000 m3/d,地下水位埋深在河谷平原區(qū)較淺,一般2~10 m,洪積扇區(qū)較深,一般30~40 m。地下水水化學(xué)類型屬HCO3-Ca、HCO3-Ca·Na、HCO3·SO4一 Ca型水,礦化度小于 1.0 g/L,水質(zhì)良好。主要接受大氣降水、上游河水的的補(bǔ)給,向河流下游排泄,徑流條件良好。可做為大中型供水水源。
②基巖裂隙潛水。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造作用強(qiáng)烈,巖漿侵入活動(dòng)頻繁,巖石風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙發(fā)育,基巖裂隙水分布較為廣泛。泉水流量一般在0.1~1.0 L/S,地下水化學(xué)類型屬 HCO3-Ca、HCO3-Ca·Na型水,礦化度小于1.0 g/L,水質(zhì)良好。可做為小型供水水源。沿江方案中卡熱鄉(xiāng)~大竹卡為雅魯藏布江峽谷區(qū),線路長(zhǎng)約80 km,谷地基巖裸露,閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖及石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖原生、次生節(jié)理及風(fēng)化節(jié)理發(fā)育,儲(chǔ)存一定量地下水,與其接觸的三疊系砂巖、灰?guī)r及板巖地層中含水條件較好,其中灰?guī)r地層中亦存在灰?guī)r溶洞水。主要接受大氣降水及高山冰雪融化補(bǔ)給,向溝谷及雅江或其支流排泄,徑流條件良好。
③構(gòu)造裂隙水。分布于沿線各大斷裂破碎帶內(nèi),其賦存條件受構(gòu)造性質(zhì)決定,后期顯張性的斷裂帶,水量較大,而顯壓性的斷裂帶,水量則較少。補(bǔ)給來(lái)源主要為基巖裂隙水。多以泉水的形式排泄,徑流條件差異較大。
1)斷層選線原則[2]:測(cè)區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育,斷層破碎帶普遍較寬,特別是近東西向、北西向和近南北向,這些斷層破碎帶多由斷層泥礫、斷層角礫、碎裂巖和擠壓破碎帶等組成,作為隧道圍巖,其自穩(wěn)能力差,施工時(shí)容易發(fā)生圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象、突然涌水現(xiàn)象;線路應(yīng)大角度通過(guò)各斷層,盡量縮短通過(guò)斷帶的距離,盡量避免通過(guò)斷層交匯區(qū)和順斷層帶選線。
2)滑坡、錯(cuò)落選線原則[3]:測(cè)區(qū)滑坡(錯(cuò)落)主要有兩類,一類為堆積層滑坡(錯(cuò)落),由于河谷下切較快,將堆積層前緣切割,形成高陡臨空面,在地下水的長(zhǎng)期作用下,產(chǎn)生滑動(dòng)或錯(cuò)動(dòng)。另一類為斷層破碎帶產(chǎn)生的滑坡(錯(cuò)落),由于斷裂構(gòu)造發(fā)育,斷層破碎帶較寬,且破碎,存在著各種軟弱面,容易產(chǎn)生滑動(dòng)或錯(cuò)動(dòng),在雅魯藏布江河谷或兩側(cè)支溝中多形成規(guī)模不等的滑坡和錯(cuò)落。測(cè)區(qū)滑坡(錯(cuò)落)一般規(guī)模大、滑體厚,斜坡穩(wěn)定性差,滑坡整治困難,又處于高烈度地震區(qū)。因此,在本區(qū)選線時(shí)對(duì)大型滑坡、錯(cuò)落及滑坡(錯(cuò)落)群應(yīng)予繞避;當(dāng)滑坡(錯(cuò)落)規(guī)模小,邊界條件清楚,整治技術(shù)方案可行、經(jīng)濟(jì)合理時(shí),線路可選擇有利于滑坡(錯(cuò)落)穩(wěn)定的安全部位通過(guò)。
3)崩塌、落石選線原則:測(cè)區(qū)多為燕山期閃長(zhǎng)巖體,巖質(zhì)堅(jiān)硬、性脆,受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重,節(jié)理、裂隙發(fā)育,在強(qiáng)烈物理風(fēng)化作用作用下,導(dǎo)致表層巖體破碎,裂隙張開(kāi),邊坡穩(wěn)定性很差,多分布有危巖,在風(fēng)化、降雨及自身重應(yīng)力、地震作用下,危巖與母巖分離而產(chǎn)生崩塌、落石,危巖發(fā)育、落石巨大。在本區(qū)選擇線路方案時(shí),要盡量避開(kāi)崩塌、落石發(fā)育地段,避免選擇順河橋,因巨大的落石難以防護(hù),對(duì)規(guī)模小避讓困難需通過(guò)時(shí)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查工作,并采取必要的措施保證線路安全。選擇隧道洞口時(shí)應(yīng)注意邊、仰坡的巖體穩(wěn)定問(wèn)題。
4)泥石流選線原則:峽谷區(qū)多為現(xiàn)代及新近發(fā)育的泥石流溝,上游具有豐富的物源,溝床縱坡較陡,前緣多具有新近堆積的洪積扇,前緣伸入江中,無(wú)相對(duì)穩(wěn)定的陡坎,洪積扇面積有大有小,無(wú)穩(wěn)定的溝槽,溝槽多發(fā)生彎曲,發(fā)生泥石流規(guī)模小時(shí),沿相對(duì)穩(wěn)定的溝槽沖出,當(dāng)發(fā)生泥石流規(guī)模大時(shí),直接以最短徑流沖出,呈漫流,無(wú)穩(wěn)定的洪積扇,扇面多無(wú)居民居住。對(duì)于該類泥石流溝,選線時(shí)應(yīng)給予足夠重視,對(duì)于大型泥石流盡量于流通區(qū)通過(guò)。如溝中上游有粒徑較大的漂石,在布置孔跨時(shí),不宜在溝中心設(shè)墩,以確保橋墩的安全。
5)高地溫選線原則[4]:應(yīng)詳細(xì)查明高地溫范圍及溫度值,為選線提供依據(jù),線路應(yīng)繞避溫度過(guò)高地段,當(dāng)溫度高且線路難以繞避的情況下,應(yīng)將線路選至傍山靠河一側(cè),首先傍山靠河一側(cè)地溫值低于山內(nèi)側(cè),其次一旦地溫或隧道環(huán)境溫度過(guò)高,影響襯砌安全或?qū)е鹿と藷o(wú)法正常施工,方便采用較短的斜井或橫洞進(jìn)行通風(fēng)降溫。
拉日鐵路雅江峽谷段工程地質(zhì)條件復(fù)雜,斷層發(fā)育,滑坡、錯(cuò)落、危巖落石、泥石流、高地溫等不良地質(zhì)分布廣泛,震級(jí)高且地震多發(fā),線性工程應(yīng)詳細(xì)查明沿線的工程地質(zhì)問(wèn)題,采取合理的工程地質(zhì)選線原則,保障線路選線安全、經(jīng)濟(jì)、合理。
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