趙亞祥 姚令侃 ，2，3 魏永幸 黃藝丹 ，2，3 Sarfraz Ali

（1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都 610031；2.西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610031；3.西南交通大學(xué)陸地交通地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，成都 610031；4.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031；5.College of Civil Engineering，National University of Sciences and Technology（NUST），Pakistan 24080）

中巴經(jīng)濟(jì)走廊穿越青藏高原西緣，通過(guò)喜馬拉雅造山帶西構(gòu)造結(jié)地區(qū)。在過(guò)去的3 500萬(wàn)年里西構(gòu)造結(jié)地區(qū)平均抬升了至少6 km。最近1 000萬(wàn)年抬升速度加快，其中南迦帕爾巴特地區(qū)和洪扎河地區(qū)至少抬升了 10 km［1-2］。

巴基斯坦和中國(guó)分別是世界第一、世界第四冰川大國(guó)?？錾阶鳛橹袊?guó)與巴基斯坦交界處的一個(gè)巨大山脈，是世界上中低緯度冰凍圈的中心。喀喇昆侖地區(qū)總面積的60%都被冰川所覆蓋，達(dá)18 500 km2，尤其以巨型山谷冰川居多［3］。中巴經(jīng)濟(jì)走廊是世界上隆升最快的區(qū)域之一，同時(shí)又是山谷冰川最發(fā)育的區(qū)域，再加上山地災(zāi)害頻發(fā)等因素，使得走廊發(fā)育了河流階地、洪積扇、泥石流扇、冰磧臺(tái)地等多種類型的沿河臺(tái)地。

擬建中巴鐵路是中巴經(jīng)濟(jì)走廊的重大工程，可形成中國(guó)與巴基斯坦陸路貿(mào)易的大能力通道。中巴經(jīng)濟(jì)走廊交通軸線全長(zhǎng)約3 110 km，其中Havelian至Khunjerab是整個(gè)廊道地形最為艱險(xiǎn)、環(huán)境地質(zhì)條件最復(fù)雜的區(qū)段。

該鐵路勢(shì)必經(jīng)過(guò)強(qiáng)隆升區(qū)和冰川區(qū)，將面臨喜馬拉雅縫合帶內(nèi)動(dòng)力作用效應(yīng)與深長(zhǎng)隧道建設(shè)、海洋性冰川覆蓋區(qū)冰川災(zāi)害及其防治等世界性難題。節(jié)省建設(shè)投資并保證鐵路安全運(yùn)營(yíng)是鐵路修建應(yīng)考慮的主要問(wèn)題，而盡量利用沿河臺(tái)地選線是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的有效途徑之一。

河流階地歷史上就是村鎮(zhèn)選址、道路布線的有利地貌。建國(guó)初期，山區(qū)鐵路為節(jié)省投資，方便施工，常利用寬緩的泥石流扇設(shè)站或布線，如寶成線、寶天線有多個(gè)車站設(shè)于泥石流扇部，但運(yùn)營(yíng)期屢遭泥石流襲擊［4］。此后鐵路選線開始規(guī)避泥石流扇區(qū)，這一原則在成昆線選線時(shí)得到重視，并沿用至今，但地方上一直有學(xué)者研究利用泥石流扇從事農(nóng)業(yè)耕作或作為臨時(shí)工程場(chǎng)地［5-6］。對(duì)冰磧物的研究主要集中在將其作為路基工程填料方面，如文獻(xiàn)［7-9］的研究均表明冰磧物具有較好的路用性能。

目前全世界均無(wú)在喜馬拉雅地區(qū)修建鐵路的經(jīng)驗(yàn)，中巴經(jīng)濟(jì)走廊沿河臺(tái)地類型多且具有特殊性，對(duì)此專題的研究可拓展鐵路對(duì)可利用地貌的認(rèn)識(shí)。本文以中巴經(jīng)濟(jì)走廊Thakot至Khunjerab段為研究對(duì)象，歸納總結(jié)中巴經(jīng)濟(jì)走廊各類沿河臺(tái)地的分布特征以及鐵路的可利用性，為中巴鐵路線路方案優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 中巴經(jīng)濟(jì)走廊沿河臺(tái)地分布特征

中巴經(jīng)濟(jì)走廊目前只有喀喇昆侖公路（KKH），是擬建鐵路設(shè)計(jì)線位的參考。中巴經(jīng)濟(jì)走廊Thakot至Khunjerab段自下游至上游依次經(jīng)過(guò)了印度河及其支流吉爾吉特河、洪扎河、紅其拉甫河4條河谷，穿越了中山寬谷區(qū)、中山峽谷區(qū)、中山窄谷區(qū)和高山寬谷區(qū)、高山窄谷區(qū)、高山峽谷區(qū)6個(gè)地貌單元（圖1）。采用遙感和GIS技術(shù)，利用30 m分辨率的ASTER GDEM數(shù)據(jù)，并結(jié)合地質(zhì)資料和野外考察結(jié)果，歸納總結(jié)出沿河臺(tái)地的分布情況，見(jiàn)圖2，山前地帶主要發(fā)育有河流階地、洪積扇、泥石流扇、冰磧臺(tái)地4種類型的沿河臺(tái)地。

圖1 沿河臺(tái)地分布

圖2 沿河臺(tái)地發(fā)育概況

河流階地主要分布在中山寬谷區(qū)、中山窄谷區(qū)、高山寬谷區(qū)、高山窄谷區(qū)4段河谷較為開闊的區(qū)段，總面積約263.622 km2；而在中山峽谷區(qū)、高山峽谷區(qū)河流持續(xù)侵蝕下切，不具備河流階地發(fā)育條件。高山寬谷區(qū)處在西構(gòu)造結(jié)的核心地帶，歷史上曾經(jīng)歷過(guò)多期隆升運(yùn)動(dòng)，目前也是中巴經(jīng)濟(jì)走廊隆升最快的區(qū)段，河流階地最為發(fā)育，面積約154.866 km2，占比約58.7%，多呈大片完整狀分布，地形相對(duì)平坦并高懸于河面。中山寬谷區(qū)、中山窄谷區(qū)、高山窄谷區(qū)河流階地面積相對(duì)較小，分別為5.970，56.960，45.819 km2，多呈狹長(zhǎng)條形或新月形分布。

洪積扇主要分布在中山寬谷區(qū)、中山窄谷區(qū)、高山寬谷區(qū)，區(qū)段內(nèi)河流縱坡較緩，分別為2.2‰，0.9‰，3.2‰。兩岸支溝比降較小，溝谷兩岸坡積物較為松散且分布較廣，植被覆蓋率較高，多表現(xiàn)為洪水溝，往往在山前地帶堆積形成規(guī)模較大的洪積扇，發(fā)育總面積約89.508 km2。

中巴經(jīng)濟(jì)走廊區(qū)域獨(dú)特的地質(zhì)、地貌與氣候環(huán)境為泥石流的發(fā)育提供了充分的條件。峽谷段河流縱坡較陡，輸砂能力強(qiáng)，泥石流扇零星發(fā)育且規(guī)模較小。中山寬谷區(qū)和中山窄谷區(qū)多為洪積扇。泥石流扇主要分布在高山寬谷區(qū)、高山窄谷區(qū)，總面積約73.196 km2。高山寬谷區(qū)內(nèi)的泥石流溝以較高強(qiáng)度的降雨為溝谷主要的補(bǔ)給水源，多為暴雨型泥石流扇；而高山窄谷區(qū)兩岸高山上部大多積雪覆蓋，冰川十分發(fā)育，泥石流溝以冰川和季節(jié)性積雪強(qiáng)烈消融形成的洪水為溝谷主要的補(bǔ)給水源，多為冰水型泥石流扇。

冰磧臺(tái)地是冰川在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中堆積作用塑造的地貌，分布于冰川下游。當(dāng)支谷冰川沿主河方向間斷地分布在主河兩岸時(shí)，冰川搬運(yùn)而來(lái)的冰磧物往往堆積在與主河交匯處，形成一系列沿主河分布的冰磧臺(tái)地。中巴經(jīng)濟(jì)走廊內(nèi)的現(xiàn)代冰川主要分布在喀喇昆侖山西段的紅旗拉普河流域和洪扎河流域，分別對(duì)應(yīng)于高山峽谷區(qū)和高山窄谷區(qū)。其中高山峽谷區(qū)內(nèi)多為大陸性冰川，對(duì)地貌的塑造能力較弱，沿河未見(jiàn)冰磧臺(tái)地發(fā)育；而高山窄谷區(qū)內(nèi)多為海洋性冰川，對(duì)地貌的塑造能力較強(qiáng)，冰川搬運(yùn)冰磧物沿主河堆積形成大量冰磧臺(tái)地，總面積約17.624 km2。

2 沿河臺(tái)地可利用性分析及選線要點(diǎn)

2.1 強(qiáng)隆升區(qū)沿河臺(tái)地

2.1.1 強(qiáng)隆升區(qū)的河流階地

河流階地作為河谷地貌中常見(jiàn)的臺(tái)地，是沿河谷選線的有利地形。一般情況下Ⅰ級(jí)階地保存較為完整，多呈大片狀連續(xù)分布，但是拔河高度基本在5～10 m［10-11］，僅超出一般洪水位，仍有可能受洪水威脅，鐵路通常不會(huì)選用；Ⅱ，Ⅲ級(jí)階地拔河高度相對(duì)較大，高出洪水位較多而不易受洪水威脅，線路常以路基形式從Ⅱ，Ⅲ級(jí)階地中部通過(guò)。

研究區(qū)是世界上隆升最快的區(qū)域之一，印度河侵蝕下切強(qiáng)烈，流域內(nèi)發(fā)育的河流階地拔河高度較大。Ⅰ級(jí)階地面積約225.414 km2，拔河高度在5～10 m的僅占14%，10～50 m的約占46%，50 m以上的約占40%；Ⅱ，Ⅲ級(jí)階地面積約38.208 km2，拔河高度基本在50 m以上。強(qiáng)隆升區(qū)的Ⅰ級(jí)河流階地拔河高度遠(yuǎn)超一般情況下的Ⅰ級(jí)階地，有86%的面積拔河高度在10 m以上，高懸于河床，不會(huì)受到洪水威脅，且Ⅰ級(jí)階地面積遠(yuǎn)大于Ⅱ，Ⅲ級(jí)階地，開闊的地形宜修建明線工程，也有空間對(duì)各種地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行整治或躲避。這是強(qiáng)隆升作用為鐵路選線帶來(lái)的有利地形效應(yīng)。

2.1.2 強(qiáng)隆升區(qū)的洪積扇和泥石流扇

洪積扇和泥石流扇都是由支溝中的水流攜帶固體物質(zhì)在流出山口后堆積形成的扇形體［12］。線路在通過(guò)泥石流扇區(qū)時(shí)應(yīng)盡量繞避，必須跨越時(shí)應(yīng)盡可能以橋梁方式從泥石流的流通區(qū)、扇頂溝口附近或堆積扇緣部位跨過(guò)，并根據(jù)扇面淤積率確定線路標(biāo)高，嚴(yán)禁在泥石流扇上挖溝設(shè)橋或施作路塹［13-14］。線路通過(guò)洪積扇時(shí)問(wèn)題較泥石流小，但仍需注意流水沖刷或泥沙淤積問(wèn)題。

由于西構(gòu)造結(jié)地區(qū)的強(qiáng)隆升作用，印度河侵蝕下切強(qiáng)烈，主河下切意味著支溝侵蝕基準(zhǔn)面下降，從而促使支溝加速下切。泥石流出山口后由原來(lái)的堆積或漫流狀態(tài)轉(zhuǎn)為集中沖刷下切，部分下切深度將超過(guò)老堆積層（老扇面區(qū)）進(jìn)入基巖。泥石流將在與主河交匯處發(fā)生堆積，形成新堆積區(qū)，這時(shí)泥石流從老扇面區(qū)流過(guò)的通道就相當(dāng)于泥石流的流通段（扇頂流通區(qū)）。鐵路選線設(shè)橋跨越流通區(qū)的原則仍然成立，而老扇面區(qū)整體成為鐵路可利用的平坦地形。同理，這一選線原則也適用于發(fā)生類似演變的洪積扇。

圖3為Pattan鎮(zhèn)Shalkanabad泥石流溝的堆積扇。該泥石流溝位于印度河下游左岸，老扇面區(qū)拔河高度在70～85 m，沿河長(zhǎng)約1.7 km，最寬處約0.7 km，面積約0.877 km2；在與目前印度河交匯處形成新堆積區(qū)，明顯低于老扇面區(qū)。該老扇面區(qū)面積大，根據(jù)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司2014年完成的《中巴經(jīng)濟(jì)走廊鐵路通道規(guī)劃研究》中的概略定線，在該處設(shè)Kusser中間站。Pattan是該地區(qū)需要設(shè)站的重要城鎮(zhèn)，而其前后數(shù)十公里均為峽谷區(qū)，缺少設(shè)站地形，因此這種由強(qiáng)隆升造就的特殊地貌為鐵路布設(shè)大型工程提供了難得的條件。

圖3 隆升后的Shalkanabad泥石流堆積扇

2.2 冰磧臺(tái)地

目前我國(guó)尚缺乏在冰川區(qū)建設(shè)鐵路的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)冰川塑造地貌的認(rèn)識(shí)與利用，成為冰川區(qū)鐵路選線的新課題。

冰磧臺(tái)地可利用的判別標(biāo)準(zhǔn)是，在鐵路百年服務(wù)期內(nèi)，不再受冰川作用的穩(wěn)定地貌。隨著全球氣候變暖，世界大多數(shù)冰川處于萎縮狀態(tài)，因此所有目前冰川活動(dòng)未企及的區(qū)域，即可認(rèn)為是鐵路百年服務(wù)期內(nèi)能保持穩(wěn)定的地貌。洪扎河流域歷史上曾經(jīng)歷過(guò)規(guī)模遞減的倒數(shù)第二次冰期、末次冰期、新冰期和小冰期4次較大冰期，目前正處在第四紀(jì)冰期亞間冰期。但巴基斯坦冰川，從小冰期末期（20世紀(jì)初期）到現(xiàn)在，冰川變化比較混亂，大部分冰川處于退縮期，但冰川的總規(guī)模沒(méi)有明顯減少，甚至部分冰川出現(xiàn)不同程度的前進(jìn)現(xiàn)象［15-16］。

基于巴基斯坦冰川具有不同于全球冰川變化趨勢(shì)的特點(diǎn)，可認(rèn)為巴基斯坦冰川確實(shí)萎縮不明顯，即使出現(xiàn)冰川超?；钴S現(xiàn)象，仍不會(huì)超過(guò)小冰期的規(guī)模。因此，小冰期冰川未曾到達(dá)過(guò)的臺(tái)地應(yīng)是鐵路可利用的穩(wěn)定地貌。例如，洪扎鎮(zhèn)下游的Minapin冰川和Pissan冰川發(fā)育于拉喀波希峰東側(cè)，其中Minapin冰川是一條進(jìn)退變化較大的躍動(dòng)冰川。2條冰川都曾跨過(guò)洪扎河，形成了面積達(dá)12 km2的冰磧物堆積，后經(jīng)過(guò)洪扎河的侵蝕下切，現(xiàn)在河谷兩側(cè)表現(xiàn)為被冰后期泥石流半掩埋的冰磧臺(tái)地。據(jù)李吉均等［17］對(duì)第四紀(jì)冰川遺跡的調(diào)查：兩岸冰磧臺(tái)地主體均是末次冰期的產(chǎn)物；左岸山前的新側(cè)磧和終磧堤則是小冰期的產(chǎn)物，右岸未發(fā)現(xiàn)小冰期遺跡。據(jù)此判斷，Minapin冰川和Pissan冰川在末次冰期曾越過(guò)洪扎河，而小冰期則未跨過(guò)洪扎河，僅在左岸活動(dòng)，留下側(cè)磧和終磧堤（圖4）。根據(jù)小冰期冰川未曾到達(dá)過(guò)的臺(tái)地是可利用的穩(wěn)定地貌的認(rèn)識(shí)，右岸冰磧臺(tái)地可以利用。左岸是鐵路百年服務(wù)期可能遭受冰川直接作用的區(qū)域，鐵路應(yīng)采取跨河繞避的措施。根據(jù)概略定線，鐵路在該地段基本沿左岸行進(jìn)，但在該處采取了2次跨河繞避左岸冰川影響區(qū)的措施，且跨河后利用右岸冰磧臺(tái)地布線，是安全經(jīng)濟(jì)的方案。

圖4 Minapin冰川和Pissan冰川下部冰磧臺(tái)地

3 結(jié)語(yǔ)

本文以中巴經(jīng)濟(jì)走廊Thakot至Khunjerab段為研究區(qū)，首先確定了沿線河流階地、洪積扇、泥石流扇和冰磧臺(tái)地的分布特征，分析了不同類型沿河臺(tái)地的成因與穩(wěn)定性，提出強(qiáng)隆升區(qū)Ⅰ級(jí)階地和堆積扇老扇面區(qū)成為鐵路可利用的地形，小冰期時(shí)冰川活動(dòng)未企及的冰磧臺(tái)地也可利用等建議。

中巴鐵路設(shè)計(jì)為時(shí)速120 km的客貨共線鐵路，相對(duì)高速鐵路而言，平面線形標(biāo)準(zhǔn)較低，區(qū)間定線靈活性較大。應(yīng)該結(jié)合地形，多修路基工程、減少橋隧比，以節(jié)省工程投資。本文研究為這一優(yōu)化思路的實(shí)施提供了支撐。

喜馬拉雅造山帶部西構(gòu)造結(jié)是世界上隆升最快的區(qū)域之一，同時(shí)差異性隆升以及斷層蠕滑使得地表變形情況極為復(fù)雜［18］。目前全世界均無(wú)在喜馬拉雅地區(qū)修建鐵路的經(jīng)驗(yàn)，工程設(shè)計(jì)如何處理這種緩慢變形問(wèn)題，尚無(wú)規(guī)范可循。鐵路采用有砟軌道是應(yīng)對(duì)這類因內(nèi)動(dòng)力作用造成地基變形的有效措施，但面臨有砟軌道維修工作量大特別是在隧道中養(yǎng)護(hù)作業(yè)困難的問(wèn)題。因明線工程維修作業(yè)便利得多，所以利用沿河臺(tái)地多修明線對(duì)中巴鐵路也是一種風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控策略。