川藏鐵路旺北村特大型滑坡特征及對鐵路危害分析

邊江豪,李秀珍

(1.中國科學院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,成都 610041； 2.中國科學院大學,北京 100049)

鐵路的修建對于四川、西藏、整個西南地區(qū)乃至全國來說都有多方面重要意義。川藏鐵路即新建成都至拉薩鐵路，是國家發(fā)改委在2008年《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中提出的，是西藏重要的東出通道之一。川藏鐵路途經(jīng)印度洋板塊與歐亞板塊的地形急變地帶，沿線地形高差大、地層巖性混雜、新構(gòu)造運動活躍、地震活動頻繁，氣候多變，內(nèi)外動力地質(zhì)作用強烈，滑坡、崩塌等山地災(zāi)害極其發(fā)育[1-2]。根據(jù)實地調(diào)查統(tǒng)計，川藏鐵路昌都至然烏段(包括八宿段)僅滑坡災(zāi)害57處，其大型及特大型滑坡41處，占70.2%，例如旺北村特大型滑坡、嘎瑪溝特大型滑坡、朱巴村特大型滑坡等?；聻?zāi)害已成為川藏鐵路建設(shè)的關(guān)鍵控制性節(jié)點之一。

大型滑坡(體積大于100萬m3)和特大型滑坡(體積大于1 000萬m3)因其規(guī)模大、機制復(fù)雜、影響范圍廣、危害大等特點[3]，在滑坡災(zāi)害研究領(lǐng)域一直居于核心地位，一直也是國內(nèi)外學者研究的重點[4-10]。如殷躍平[11]探討了西藏波密縣易貢高速巨型滑坡(3×108m3)的特征，并提出了相應(yīng)的減災(zāi)措施。張曉剛等[12]對川藏公路102滑坡群的基本特征進行了詳細分析研究；郭海強[13]分析了中國鐵路沿線的特大型(大型)滑坡對鐵路的破壞方式，并進行了相關(guān)總結(jié)。這些前期的研究成果為特大型(大型)滑坡研究奠定了重要基礎(chǔ)。但是，目前川藏鐵路八宿段沿線大型或特大型滑坡災(zāi)害方面系統(tǒng)研究少，有關(guān)滑坡災(zāi)害對鐵路工程的危害分析研究缺乏。本文選擇旺北村滑坡為研究對象，因旺北村滑坡形成原因特殊、體積規(guī)模巨大，同時對鐵路威脅大；因此針對旺北村滑坡展開深入系統(tǒng)研究，查明了滑坡的平面形態(tài)、滑坡地貌等，分析闡述滑坡成災(zāi)過程、形成原因及可能產(chǎn)生的危害方式，并提出相應(yīng)的防治建議，以期為川藏鐵路的建設(shè)提供科學依據(jù)，以及為該區(qū)域特大型(大型)滑坡研究提供基礎(chǔ)參考。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

(1)地形地貌

研究區(qū)受青藏高原長期隆升作用影響，形成了以廣大基巖山地挾持河谷的總體地貌態(tài)勢，地勢呈西北高東南低，主要有河谷地貌、侵蝕剝蝕地貌、冰川地貌等類型，其中河谷地貌地處伯舒拉嶺與他念他翁山脈之間?；聟^(qū)所在地的地貌，按水系劃分，屬于冷曲河谷地貌，坡體前緣為冷曲河，因遭受到河流強烈侵蝕切割，地勢陡峻[14-15]。

(2)地層巖性

研究區(qū)出露的地層主要為白堊系多尼組含煤變質(zhì)砂巖、板巖(J3K1d)，侏羅系馬里組雜色變質(zhì)砂巖、礫巖、灰色板巖、八宿斷裂帶含堿性玄武巖(J2m)，上白堊系朱村組中酸性火山巖、火山碎屑巖(K2Ez)等巖性。坡體上部巖性主要為紅色砂巖、礫巖，含礫砂巖，巖體裂隙發(fā)育，風化嚴重，整體破碎。坡體中、下部為板巖等(圖1)。按照巖石堅硬程度劃分，都屬于較軟弱巖組(單軸飽和抗壓強度為5～30 MPa)，為易滑巖組。

圖1 滑坡區(qū)地質(zhì)示意

(3)地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)地處雅魯藏布江板塊構(gòu)造縫合帶以北的歐亞板塊之岡底斯—念青唐古拉板片(拉薩地體)以及羌塘地體，跨越了班公錯—怒江蛇綠巖帶(縫合帶)、瀾滄江縫合帶。地質(zhì)構(gòu)造作用主要受控于新特提斯洋及其南北大陸的拼接和夾擠，使得該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造變得異常復(fù)雜。斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，巖層褶皺變形強烈。主要的斷裂構(gòu)造有：八宿斷裂帶、邊壩—洛隆斷裂帶等，其中八宿斷裂帶從滑坡體后壁穿過，斷裂帶從全新世以來活動明顯，對滑坡區(qū)的影響較大[16-17]。

(4)水文氣象

研究區(qū)地處青藏高原腹部，由于受到地形的控制性影響，該區(qū)屬于高原溫帶半干旱季風氣候，具有太陽輻射強，空氣濕度小，風力大氣壓低，蒸散作用十分強烈，風化作用強的特點。研究區(qū)的多年平均降雨量約230 mm，降水季節(jié)分配不均，干濕季分明，降雨集中在雨季，一般占全年總量的90%左右，時有短時強降雨天氣出現(xiàn)。冷曲河是怒江的一級支流，年徑流總量較大。河水的補給來源主要為大氣降雨和冰雪融水，在雨季河流徑流量顯著增加，對兩岸的侵蝕作用加強[18]。

(5)新構(gòu)造運動與地震

研究區(qū)地處青藏高原腹地，新構(gòu)造運動活躍，主要表現(xiàn)為地殼強烈上升，斷裂分布廣，活動性強，分布密度高，強烈影響第三系與第四系巖層產(chǎn)生錯斷。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)的劃分方案，滑坡區(qū)屬于高烈度區(qū)，基本抗震設(shè)防參數(shù)Ⅷ，峰值加速度為0.15g?；聟^(qū)隸屬嘉黎—墨脫地震活動帶，主要受到八宿斷裂帶、邊壩—洛隆斷裂帶、雅魯藏布江縫合帶控制。八宿斷裂帶從全新世以來活動明顯，坡體后部能觀察到由斷裂活動引起的三角狀陡坎。根據(jù)歷史地震和現(xiàn)代地震記錄分析，八宿斷裂帶地震活動不算太強，從1951年至今八宿地區(qū)發(fā)生過6次5級以上地震(表1)，但Ms≥3.0級的低強度地震活動頻繁，震源深度一般較淺，多發(fā)生在10 km左右[19]。

表1 八宿縣≥5級地震統(tǒng)計

2 滑坡基本特征

(1)地理位置

旺北村滑坡位于西藏自治區(qū)八宿縣白馬鎮(zhèn)旺北村境內(nèi)，冷曲河左岸。東距八宿縣城約15 km，國道318從滑坡的對岸通過。地理坐標：北緯30°02′32.30″，東經(jīng)96°46′48.17″(圖2)。

圖2 旺北村滑坡地理位置示意

(2)基本特征

旺北村滑坡平面形態(tài)近似呈“長舌”形，滑坡區(qū)軸向長約2 900 m，平均寬度約1 000 m，滑坡總面積約2.9 km2；滑坡堆積體縱向斜長約2 100 m，平均寬度800 m，平均厚度40～50 m，堆積體體積6 720～8 400萬m3?；麦w前緣海拔約3 481 m，后緣海拔約4 642 m，最大高差達約1 161 m。通過無人機航拍可以清晰地看到滑坡區(qū)地形相對周圍坡體存在明顯的下錯，形成了明顯的控制性邊界。根據(jù)滑坡不同部位的運動特征和堆積體分布，判斷滑坡在運動過程中方向發(fā)生了改變，從南偏西210°轉(zhuǎn)向為南偏東170°。以滑坡體運動方向發(fā)生改變部位為界，坡體以上部分坡體地形較陡，坡度約30°，滑坡區(qū)寬度近似相等，約700 m；以下部分坡體較緩，坡度約19°，由于坡體前緣臨空條件好，滑坡堆積體呈扇形，整個坡體呈“上陡下緩”。

滑坡后壁可見長約1 200 m、高20～50 m、坡度約70°，線狀陡坎，陡坎表面巖體受到斷裂的構(gòu)造運動和強烈的風化作用共同影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體十分破碎，發(fā)育小型崩塌?；露逊e體表面凹凸不平，發(fā)育多條縱向沖溝，沖溝寬度0.5～2 m不等，可見深度約0.8～3 m?；麦w前緣受冷曲河流的侵蝕切割，坡度陡，穩(wěn)定性差，發(fā)育數(shù)處次級小型滑坡(圖3)。通過無人機航拍的旺北村滑坡全貌見圖4。

圖3 滑坡前緣及次級小型滑坡

圖4 旺北村滑坡全貌

3 滑坡影響因素及形成過程分析

3.1 滑坡影響因素

由于旺北村滑坡所處的地質(zhì)、地形等環(huán)境條件復(fù)雜，八宿斷裂從滑坡后部穿越，且該區(qū)海拔高，輻射作用、蒸散作用強，從而風化作用也十分強烈。通過調(diào)查分析，筆者認為，斷裂帶構(gòu)造運動、地震、地層巖性等因素對滑坡的形成具有重要影響旺北村滑坡位于青藏高原腹地，該區(qū)分布有八宿斷裂、邊壩—洛隆斷裂。全新世以來，這些斷裂的活動性明顯。其中，八宿斷裂屬于怒江斷裂中部的一條分支，東始于八宿次果，向西延伸經(jīng)八宿縣城、旺比至東巴消失，全長約65 km，沿斷裂一帶地層可見褶皺或斷錯作用，滑坡體后部具有明顯的線性斷層陡坎，呈“三角狀”(圖5，圖6)。該區(qū)斷裂分布廣，活動性強，歷史地震發(fā)育，偶有震級大于等于5級地震，但震級為3級以上的地震活動頻繁。該區(qū)總體地震活動不算強，但低強度地震頻繁。斷裂構(gòu)造運動和地震是滑坡形成重要內(nèi)外在因素。

圖5 旺北村滑坡縱剖面

圖6 無人機航拍的滑坡后緣三角崖地貌

滑坡區(qū)出露地層巖性以含煤變質(zhì)砂巖、板巖等為主，強度差，抗風化能力弱，屬于易滑巖組；滑坡區(qū)原始斜坡結(jié)構(gòu)為順向坡，基巖巖層傾向與坡向基本一致。坡體前緣又受河流持續(xù)的下切侵蝕，使得斜坡前緣所在坡體變的陡峻，臨空條件變好。地層巖性、地形地貌對滑坡的形成發(fā)育具有一定影響。

3.2 滑坡形成過程簡單分析

依據(jù)實地勘察，結(jié)合坡體地形地貌、堆積體分布等特征，推測滑坡的形成過程。坡體內(nèi)部受到斷裂構(gòu)造運動作用，巖體完整性被破壞，穩(wěn)定性變差，加之遭受到頻繁的地震，斜坡體突然發(fā)生了滑動，由于良好的臨空面條件，滑坡體向前快速滑動；當運動到坡體中部時，受到右側(cè)較高山脊的阻擋，滑坡體運動方向發(fā)生了轉(zhuǎn)向，最終形成了近似“長舌”形的平面形態(tài)，整個水平滑動距離約1 km，滑坡體上沖溝、裂縫密布，分塊特征顯著，顯示滑坡體在啟動后及滑動過程中發(fā)生了嚴重解體。

4 滑坡對擬建鐵路的危害及防治建議

根據(jù)實地調(diào)查，除了滑坡后壁有小型崩塌、滑坡前緣存在小型次級滑坡，目前旺北村滑坡整體在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性較好。但是因滑坡前緣受到河流的不斷下切侵蝕等作用，坡體陡峻，變形嚴重，穩(wěn)定性較差；而坡體后緣巖體受構(gòu)造作用以及強烈的風化作用，偶有小型崩塌發(fā)生，崩塌物堆積在坡體表面，增加了坡體的潛在不穩(wěn)定?；聟^(qū)年平均降雨量相對較少(約230 mm)，但降雨集中，短時強降雨天時有出現(xiàn)；滑坡區(qū)處于地震活動帶，地震強度較低，以Ms6以下為主，但地震活動頻度高，以上這些對坡體穩(wěn)定性屬于不利因素。如果遇到強降雨、強震等極端環(huán)境條件，滑坡體局部或整體復(fù)活滑動的可能性大。同時，擬建川藏鐵路規(guī)劃以橋梁方式從滑坡體前緣穿過，鐵路工程的開挖定會進一步擾動滑坡體，對滑坡體穩(wěn)定性造成不良影響。

綜上分析，由于旺北村滑坡的體積規(guī)模巨大，如果滑坡體出現(xiàn)大范圍復(fù)活滑動，定會造成嚴重影響，可能對擬建鐵路帶來嚴重危害：對鐵路路基造成推移、掩埋、毀壞，或者堆積體堵塞冷曲河，形成堰塞湖，造成路基淹沒，堰塞壩潰決沖毀鐵路設(shè)施等危害(圖7)。

圖7 滑坡與擬建鐵路分布

川藏鐵路屬于國家重大基礎(chǔ)設(shè)施工程，重要性不言而喻。為保證鐵路的順利建設(shè)及長期的安全運營，同時也為保證鐵路線具有較高的安全儲備，針對旺北村特大型滑坡隱患點，非常有必要采取防治措施。根據(jù)前文分析，提出如下防治建議。(1)采用繞避方式。依據(jù)實地調(diào)查，旺北村滑坡對岸(冷曲河右岸)斜坡體穩(wěn)定性較好，也不存在較大型的滑坡災(zāi)害隱患點，建議把鐵路線移到對岸，采用短打隧道的方式。(2)采用原規(guī)劃線路加工程防治措施。鐵路線按照之前規(guī)劃建設(shè)，開工前對滑坡體進行防治。采用坡體前緣坡面進行固化，坡體下部增設(shè)抗滑樁等綜合措施，并且盡量提高鐵路設(shè)計高程。

5 結(jié)語

保證川藏鐵路的順利建設(shè)及長期的安全運營，盡量避免或者降低滑坡等災(zāi)害帶來的影響，是鐵路建設(shè)的重要目標之一。依托旺北村特大型滑坡典型災(zāi)害點為研究對象，通過多次的現(xiàn)場考察，運用工程測量、無人機航拍、遙感影像等手段，查明了旺北村滑坡的平面形態(tài)、滑坡地貌等，分析闡述了旺北村滑坡形成原因、成災(zāi)過程及可能產(chǎn)生的危害方式，并提出了針對性的防治建議，以期為川藏鐵路的建設(shè)提供科學依據(jù)以及為該區(qū)域特大型(大型)滑坡研究提供參考。

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