地震頻發(fā)區(qū)堰塞湖、泥石流對成蘭鐵路的影響研究

李明清，韋 魏

(中鐵二院有限責任公司，四川成都610031)

1 成蘭鐵路概況

新建成都至蘭州鐵路(簡稱成蘭線)位于四川省和甘肅省境內(nèi)，始于成都，經(jīng)廣漢、什邡、綿竹、安縣、茂縣、松潘至九寨溝，向北延伸連接擬建蘭渝鐵路的哈達鋪車站，線路全長457.62 km，成都至蘭州運營總長730.549 km。本線建成后，向北連通蘭渝鐵路，與既有寶成鐵路、擬建蘭渝線及規(guī)劃的川青線、川藏線共同構(gòu)建連通西北與西南及華南沿海的區(qū)際干線鐵路通道，是承擔開發(fā)川西大九寨旅游資源，推進四川省實現(xiàn)從旅游資源大省向旅游經(jīng)濟強省跨越的重要基礎設施。沿線屬于地震多發(fā)區(qū)，據(jù)史料記載，西秦嶺斷裂帶上文縣發(fā)生過8級地震1次;龍門山斷裂帶共發(fā)生過6級地震5次，5級地震13次;岷江斷裂帶為強震多發(fā)地帶，發(fā)生過4次7級以上地震及一系列5～6級地震，為1933年疊溪7.5級地震、1976年松潘7.6級地震及2008年“5·12”汶川大地震。地震造成多處山崩地裂，堰塞成湖和泥石流，對成蘭鐵路選線影響重大。

2 沿線堰塞湖與泥石流概況

2.1 沿線堰塞湖的分布情況

成蘭鐵路沿線經(jīng)歷了1933年8月25日茂縣疊溪7.5級地震，1976年8月16日松潘、平武7.6級地震，2008年5月12日汶川8.0級地震，沿線形成了很多堰塞湖。勘察設計階段對沿線堰塞湖進行了詳細調(diào)查分析，成都至茂縣段堰塞湖為2008年汶川“5·12”地震形成，茂縣至松潘堰塞湖大多是1933年茂縣疊溪7.5級地震形成。沿線堰塞湖對鐵路選線影響重大，情況如下。

(1)2008年汶川“5·12”地震形成的堰塞湖有:綿遠河上游的黑洞崖、小崗劍、一把刀堰塞湖;石亭江上游的紅松一級、馬槽灘上、馬槽灘中、馬槽灘下、燕子巖，木瓜坪堰塞湖;雎水河罐灘堰塞湖等。

(2)1933年疊溪7.5級地震形成的岷江流域堰塞湖有:岷江河谷沿線共調(diào)查到較大的堰塞湖泊有6個，分別是疊溪海子(大海子、小海子)、魚兒寨海子、白石海子、若爾寨海子、小溝海子、牟尼溝二道海。

2.2 沿線泥石流溝的分布情況

2.2.1 安縣至茂縣段成蘭鐵路經(jīng)安縣后順雎水河而上，穿越龍門山前、中、后三個活動斷裂帶，2008年“5·12”汶川大地震后，區(qū)域內(nèi)山河改觀，面目全非，山坡好像被削了一層皮似的，形成了很多泥石流溝，泥石流正處于發(fā)展旺盛期。2009年7月成蘭鐵路勘測時，孫家溝暴發(fā)泥石流，勘探鉆機沖走兩臺。由于地震后沿線溝谷內(nèi)土石堆積物較多，屬于山坡型泥石流，易暴發(fā)，破壞力極強。

2.2.2 茂縣至松潘川主寺段線路沿岷江兩岸而上，岷江河谷屬于高山、高原面構(gòu)造侵蝕、寒凍風化剝蝕地貌及極高山冰蝕地貌，地質(zhì)主要為千枚巖、板巖和頁巖，在幾次地震作用下，坡面形成了大量的物質(zhì)。沿線有廟子溝泥石流、東龍溝泥石流、龍達溝泥石流、岷江村溝泥石流、落石溝泥石流、苦水溝泥石流、太平村泥石流、解放村泥石流、甲竹寺泥石流、格子溝泥石流等。

2.2.3 松潘川主寺至九寨溝段本段地形相對平緩，屬典型的高海拔地區(qū)，海拔為2800～4500m，沿線河谷屬于寬淺型、U形或V形河槽，河流流量穩(wěn)定，為岷江和嘉陵江源頭。該段泥石流由園礫、碎塊石和砂組成，為小型泥石流，處于泥石流的衰退期。泥石流分布較廣，沿線對鐵路有影響的泥石流溝有26處。

3 沿線堰塞湖與泥石流對鐵路選線的影響

3.1 沿線堰塞湖對成蘭鐵路的影響

3.1.1 “5·12”汶川大地震產(chǎn)生的堰塞湖2008年“5·12”汶川特大地震，瞬間在四川省的綿陽、德陽、汶川等地市形成了大大小小107座堰塞湖，其中極高危的堰塞湖有唐家山堰塞湖，高危的肖家橋堰塞湖、小崗劍、一把刀、老鷹巖、石板灘等33座。這些堰塞湖壩體松散，沒有固結(jié)，極不穩(wěn)定，很容易產(chǎn)生潰壩危險。

3.1.1.1 對鐵路影響輕微的堰塞湖

綿遠河上游黑洞崖、小崗劍、一把刀堰塞湖;石亭江上游紅松一級、馬槽灘上、馬槽灘中、馬槽灘下、燕子巖、木瓜坪堰塞湖;這些堰塞湖在四川抗震救災指揮部和地方政府組織實施，處理措施為在堰塞湖堤壩上開槽泄洪的應急排險，泄洪通道的泄洪能力都能滿足二十年一遇的洪水排泄，且鐵路分別位于綿遠河和石亭江的下游，距堰塞湖壩體相對較遠，達30～40 km，即使?jié)螌Τ商m鐵路影響也不大，且橋梁凈高留有富余量。

3.1.1.2 對鐵路有一定影響的堰塞湖

從現(xiàn)有的研究來看，作為現(xiàn)代漢語中十分常見而又復雜的“讓”字還鮮有研究。因此，該文在加的夫語法的指導下對現(xiàn)代漢語“讓”字進行多維度的分析。

罐灘堰塞湖位于雎水河雙線大橋上游4.2 km，假定潰壩前漫頂，水頭35m，頂寬114m，蓄水量200×104m3，潰壩處橋址處瞬時最大流量:

該堰塞湖是因2008年“5·12”汶川大地震滑坡堵塞河道而形成的堰塞湖，壩體松散，潰壩時可能伴隨泥石流發(fā)生，鐵路橋梁應適當加大橋下凈空，主河槽中不宜設置橋墩，橋梁孔跨式樣為:(2×48)mT構(gòu)+(43+2×72+43)m連續(xù)梁，主跨2×72m跨越河槽，橋墩躲避了堰塞湖潰壩的影響;橋高60m，墩高52m，凈空滿足要求。

3.1.2 1933年疊溪7.5級地震形成的岷江流域堰塞湖

3.1.2.1 大型堰塞湖

疊溪海子，由于1933年疊溪地震滑坡堵塞岷江而形成，1933年10月9日7時，堤壩潰決，洪峰到達120 km外的茂汶縣，直至距疊溪260 km的樂山縣;疊溪周圍15 km的山陵川澤，全部崩壞，方圓上百公里為重災區(qū)，死亡6800多人;堰塞湖潰決，又將灌縣以上村鎮(zhèn)沖沒大半，死亡達2500多。1986年6月15日潰決兩次，因潰決規(guī)模較小，對下游影響不大。

根據(jù)疊溪堰塞湖(大海子)庫容V=7000×104m3(根據(jù)阿壩州志統(tǒng)計最大庫容計算)，壩高H=29m，按全潰計算，流速按山區(qū)范圍選定V=5.0m/s，K=1.5，壩址斷面最大潰壩洪峰流量為43056m3/s。疊溪堰塞湖屬于特大型堰塞湖，潰壩時流量大，破壞性極強，對鐵路影響較大。對壩址下游0～10 km范圍進行洪水演算，下游10 km處潰壩流量為5 200m3/s，潰壩流量較大，因此堰塞湖下游這個區(qū)域內(nèi)不宜設橋梁跨越。成蘭鐵路沿岷江左岸而上，不在該堰塞湖下游跨越岷江，且沿江線路路肩高程應高于潰壩洪水線，確保鐵路安全。

3.1.2.2 影響較大的堰塞湖

魚兒寨堰塞湖，由1933年8月25日地震形成，壩長110m，壩高121m，最大水深73.553m，庫區(qū)長892m，實測水面高程2505.90m，對應庫容1117×104m3。位于成蘭鐵路可行性研究線位上游2411m，相對高差300m，對下游鐵路影響較大(表1)。

表1 魚兒寨堰塞湖潰壩流量

初步設計進一步優(yōu)化線路方案，完全繞避該堰塞湖。

3.1.2.3 影響甚微的堰塞湖

白石海子、若爾寨海子、小溝海子、牟尼溝二道海子等均位于成蘭鐵路上游，這幾個堰塞湖庫容量較小，距離成蘭鐵路較遠，按照全潰壩計算流量計算到橋址處，潰壩流量均不足50m3/s。對于該河溝地段，成蘭鐵路均設置橋梁跨越，且凈空預留一定的富余量。

3.2 泥石流對成蘭鐵路的影響

3.2.1安縣至茂縣段

2008年“5·12”汶川大地震，使該段山崩地裂，植被破壞嚴重，形成了很多滑坡與崩積體堆積在溝槽內(nèi)及山坡上，該段是平原區(qū)向高原區(qū)的過渡帶，溝槽和河流四周高山環(huán)抱，暴雨強度大，泥石流危害程度極其嚴重，處于泥石流的發(fā)展期和旺盛期。

段內(nèi)泥石流溝破壞力極強，暴發(fā)時規(guī)模巨大及其易暴發(fā)，成蘭鐵路多次優(yōu)化方案，采用繞避或隧道深埋穩(wěn)定地層內(nèi)通過，如繞避了孫家溝大型泥石流、甘溝泥石流、柿子園泥石流等大型泥石流，本段內(nèi)泥石流全部繞避。

3.2.2茂縣至松潘縣段

本段成蘭鐵路沿岷江河谷而行，段內(nèi)地質(zhì)巖性主要為志留系千枚巖、板巖夾砂巖，三疊系變質(zhì)砂巖、板巖、千枚巖、頁巖，且該段落處于岷江地震帶附近，為高烈度地震多發(fā)區(qū)，屬地震強烈區(qū)和強震波及區(qū)。區(qū)內(nèi)植被較差，生長低矮灌木，坡面風化嚴重，平緩或低洼地帶大部分被開墾為旱地，降雨量豐富，暴雨強度大，泥石流危害程度嚴重，處于泥石流暴發(fā)的旺盛期。

段內(nèi)泥石流規(guī)模以中型泥石流為主，溝谷明顯，橋位選擇在流通區(qū)跨越，采用主跨一跨跨越泥石流溝，如龍?zhí)琳舅木€大橋采用(40+64+40)m連續(xù)梁、甲竹寺雙線中橋1孔80m鋼桁梁跨越泥石流溝;局部寬淺泥石流溝，不能一跨跨越的，在灘地上布設橋墩，設置防護墩，如核桃溝右線大橋采用(1×24+3×32+2×24)m簡支梁通過;對于部分泥石流嚴重地段，設置泥石流監(jiān)測預警系統(tǒng)，確保運營安全。運營階段加強植被環(huán)保工作，加強流域內(nèi)植樹造林工作，使泥石流逐漸衰退，甚至消失。

3.2.3 松潘至九寨溝段

本段位于高海拔地區(qū)，海拔為2900～4500m之間，處于近年幾次大地震的邊緣地帶，只造成了一些小型滑坡。區(qū)內(nèi)植被較好，海拔3400m以下生長原始森林，其上為低矮灌木，降雨量小，暴雨強度不大，大部份屬小型稀性泥石流，危害程度輕微，處于泥石流的衰退期或停歇期。

成蘭鐵路選線時，一般不需繞避，從泥石流流通區(qū)或堆積區(qū)采用橋梁方案跨越，該區(qū)域內(nèi)泥石均為稀性、低頻率泥石流，且屬于衰退期，并根據(jù)泥石流流量和百年淤積高確定鐵路橋梁梁底標高，凈空滿足要求;且對泥石流采用綜合整治措施，上下游采用疏導或擋排等工程措施處理。

4 地震多發(fā)山區(qū)堰塞湖、泥石流地區(qū)鐵路設計原則和注意事項

4.1 山區(qū)堰塞湖、泥石流地區(qū)鐵路設計原則

(1)本線堰塞湖多為近年地震后滑坡造成，壩體松散，極不穩(wěn)定，潰壩危險較大，對于特大型或大型堰塞湖，線位應盡量繞避，或在下游一定距離設置橋梁跨越。對規(guī)模巨大者，應進行專題研究，評價其對鐵路的影響。

(2)對位于鐵路上游的中小型堰塞湖，一般缺少實測資料供查詢，勘測時應實測、調(diào)查堰塞湖的壩高、壩寬、最大水深、庫容量等資料，采用多種方法進行不同潰壩情況的計算，考慮可能出現(xiàn)的最不利組合確定設計水位，線路設計時橋下凈空或路肩高程確定，應充分考慮潰壩影響。

(3)位于堰塞湖下游的鐵路橋梁，一般不宜在主河槽內(nèi)設置橋墩，應采用一跨或大跨方案跨越主河槽。若必須設置橋墩，則應在其上游增設防護工程，對橋墩進行橫向沖擊力檢算，確保發(fā)生潰壩時橋梁的安全。

(4)由于泥石流暴發(fā)突然，破壞性強，對于特大型或大型泥石流，線路應采取繞避或隧道下穿通過。

(5)對于中型或小型泥石流，采用橋梁跨越，原則上采用一跨跨越，在灘地布置橋墩，對于橋梁主體結(jié)構(gòu)加強，考慮泥石流掏蝕，基礎相應加強。對泥石流采用攔擋、排導槽等措施，對泥石流進行防護處理。

(6)對于衰退期的泥石流，應充分考慮自然條件和人類活動改變的影響，預見其復發(fā)的可能，線路穿越此類泥石流時，盡量采用橋梁跨越，并采取適當?shù)氖鑼Ш蛽跖糯胧鼓嗍鳉w槽，快速排走。

4.2 注意事項

(1)部分堰塞湖位于偏遠地段，缺乏基礎資料，通過測繪手段查清楚庫容量，通過潰壩演算，評價對鐵路的影響。

(2)位于地震活動斷裂帶附近鐵路設計，橋梁跨越河流橋下應留足凈空，發(fā)生地震后易造成山體垮塌，形成新的堰塞湖，造車新的次生災害。

(3)通過泥石流溝橋涵寧大勿小，暴發(fā)時破壞性極強，橋梁設計凈空應預留一定的富余量。

(4)地震后造成的泥石流很多是不可預見的，如成蘭線孫家溝泥石流，地震前植被很好，從沒有發(fā)生過泥石流，地震后山體坍塌，09年7月突然暴發(fā)特大型泥石流，危害巨大，沖毀下游村莊。地質(zhì)專業(yè)應加大對流域內(nèi)物質(zhì)儲量的調(diào)查，區(qū)域內(nèi)物質(zhì)豐富的地區(qū)應按泥石流溝考慮。

5 結(jié)束語

成蘭線地形險峻，地質(zhì)復雜，地質(zhì)構(gòu)造活躍，地震頻繁，環(huán)境敏感，在選線過程中本著工程措施可行，確保運營安全的原則，特別是堰塞湖、泥石流對選線影響較大，成蘭鐵路勘察設計中，充分考慮堰塞湖和泥石流對鐵路的影響，須跨越泥石流的橋梁，橋梁設計主體應結(jié)構(gòu)加強，對泥石流溝進行整治，確保鐵路運營的安全。

［1］ 阿壩藏族羌族自治州地方志編纂委員會．阿壩州志［M］．民族出版社，1994

［2］ 鐵道部第三勘測設計院．鐵路工程設計技術(shù)手冊·橋渡水文［M］．中國鐵道出版社，1999

［3］ GB50021－2001巖土工程勘察規(guī)范［S］

［6］ TB10017－99鐵路工程水文勘測設計規(guī)范［S］

［7］ DZ/T0239－2004泥石流災害防治工程設計規(guī)范［S］