成蘭鐵路泥石流防治措施

李明清

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031)

新建成都至蘭州鐵路位于四川和甘肅省境內(nèi)，線路始于成都，途經(jīng)什邡、綿竹、安縣、茂縣、松潘等，位于哈達(dá)鋪接上蘭渝鐵路，本區(qū)域內(nèi)近百年經(jīng)歷1933年7.5級疊溪地震、1976年松潘平武7.6級地震及2008年汶川8級地震，3次大地震形成了數(shù)萬個滑坡、崩塌、錯落、巖堆等不良地質(zhì)，此區(qū)域內(nèi)地形山高坡陡，在暴雨的誘發(fā)下，形成了眾多泥石流溝。如在2010年的 “8·13 文家溝泥石流”造成了淤平綿遠(yuǎn)河長達(dá) 3.5 km， 6 000余人受災(zāi)，7人死亡，7人失聯(lián)，33人受傷，直接經(jīng)濟損失達(dá) 6億元；2011年“8·14汶川泥石流”造成國道213線汶川端多處阻斷，造成19人死亡，59人失蹤；2017年6月24日，茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村發(fā)生泥石流塌陷，致使高位滑坡，滑坡量約 800萬m3，滑坡堵塞河道2 km，造成100多人失蹤。區(qū)域內(nèi)物源豐富，泥石流爆發(fā)頻繁，破壞力強，是非常嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，因此，防治泥石流是本線的重要工程措施之一3〗。

1 成蘭鐵路泥石流爆發(fā)的條件

泥石流形成類型有暴雨型、冰水型、冰湖潰等。本區(qū)域泥石流災(zāi)害主要發(fā)生在海拔500～3 000 m內(nèi)，屬于暴雨型泥石流。

1.1 復(fù)雜的地質(zhì)條件

成蘭鐵路穿越四川盆地與青藏高原東側(cè)的地形急變帶，主體由川西北三角形斷塊“A”字型構(gòu)造中條件最為復(fù)雜的中上部地區(qū)構(gòu)成，即松潘—甘孜地槽褶皺帶東部和西秦嶺地槽褶皺帶南部與龍門山斷裂帶的交匯部位，地質(zhì)構(gòu)造強烈而復(fù)雜。工程地質(zhì)上呈典型的“四極三高”特征，即“地形切割極為強烈、構(gòu)造條件極為復(fù)雜活躍、巖性條件極為軟弱破碎、汶川地震效應(yīng)極為顯著；高地殼應(yīng)力、高地震烈度和高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。本線經(jīng)過的區(qū)域巖性主要為變質(zhì)砂巖、板巖、千枚巖、頁巖等，地質(zhì)構(gòu)造強烈而復(fù)雜，在近百年3次大地震作用下，尤其是“5·12汶川地震”效應(yīng)作用明顯，區(qū)域內(nèi)形成大量的滑坡、坍塌、錯落等不良地質(zhì)，坡面堆積大量的松散物體，為泥石流爆發(fā)創(chuàng)造了物源條件8〗。

1.2 陡峻的山坡

線路始于成都，全線地處海拔500～700 m的四川盆地成都平原向海拔 3 000～5 600 m的青藏高原東部邊緣的高山峽谷帶過渡區(qū)，山高坡陡，且岷江河谷的地形地貌，大部分坡面在20°～70°，是泥石流爆發(fā)的動力條件。

1.3 豐富的降雨

本線成都至松潘段位于四川省西北部，因地形高差大，區(qū)域跨度大，氣候由四川盆地濕熱氣候帶的溫暖濕潤向暖溫帶、溫帶、寒溫帶、高山寒冷帶氣候的川西高原季風(fēng)氣候區(qū)過渡，降雨豐富，且近年極端暴雨頻繁，區(qū)域內(nèi)2011年8月13日、2013年7月9日、2019年8月20日等均為強降雨，誘發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害。

1.4 人類活動的影響

鐵路沿線分布有許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊，是當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活集中地區(qū)，植被砍伐、放牧及公路修建等，導(dǎo)致地表植被受到嚴(yán)重破壞，在一定程度上直接影響到泥石流的發(fā)育和發(fā)生。

2 成蘭鐵路泥石流的特點

2.1 特大型泥石流

成蘭鐵路沿線發(fā)育大量的泥石流溝，尤其受“5·12汶川地震”影響，地震為龍門山地區(qū)泥石流提供大量的松散固體物質(zhì)，陡峭的地形條件有利于崩塌和滑坡的產(chǎn)生，雨水作用和河流的侵蝕為泥石流的發(fā)生提供固體物質(zhì)來源。在龍門山6萬km2范圍內(nèi)，所獲得的地質(zhì)災(zāi)害點約4萬多個，其中具備泥石流發(fā)育條件的溝谷及坡面約 5 000處，泥石流危害極為嚴(yán)重。

本區(qū)域在“5·12汶川地震”后年年爆發(fā)規(guī)模巨大的泥石流，危害嚴(yán)重的有2010年“文家溝泥石流”、“映秀泥石流”，2013年“金溪溝泥石流”、“福堂隧道泥石流”，2019年“汶川泥石流”等。以上泥石流皆導(dǎo)致連接成都至阿壩的生命線都汶高速公路中斷，危害性極為突出。

2.2 間隙期的中型泥石流

成蘭鐵路茂縣至松潘區(qū)域近百年經(jīng)歷了3次大地震，地震效應(yīng)明顯，滑坡、崩塌、危巖落石等不良地質(zhì)分布較廣，植被較差，生長低矮灌木，坡面風(fēng)化嚴(yán)重，平緩或低洼地帶大部分被開墾為旱地，降雨量較豐富，山谷間儲藏著大量的堆積物。泥石流主要為溝谷型，危害程度比較嚴(yán)重。成蘭鐵路跨越泥石流有核桃溝、龍?zhí)翜稀⑻綔?、解放村大小溝、甲竹寺溝、廟子溝、東龍溝泥石流等，屬于中型泥石流，且泥石流為間隙期。

2.3 高位坡面沖溝型泥石流

榴桐寨隧道出口處因地質(zhì)構(gòu)造、地震頻繁、地表為軟質(zhì)巖等因素，地面起伏大，植被差，在坡面堆積松散物質(zhì)分布最廣，較易出現(xiàn)泥石流。且因山高坡陡，鐵路軌面高差大，爆發(fā)時具有很大的勢能，對鐵路影響較大，可能會造成“天女散花”的狀況，是一種防不勝防的地質(zhì)災(zāi)害。

2.4 衰退期的泥石流

成蘭鐵路松潘至九寨溝區(qū)域內(nèi)，屬于高原地形地貌，植被發(fā)育，受活動斷裂帶影響小。此區(qū)域距近年的幾次大地震震中稍遠(yuǎn)，地震對該區(qū)域內(nèi)影響、破壞逐漸減弱，局部分布滑坡、崩塌等不良地質(zhì)，雖然海拔為 2 500～4 000 m，但地形相對高差變小，相對平緩，降水在逐漸減少，有高山凍融現(xiàn)象，碎屑泥石流增多，泥石流危害程度輕微，泥石流處于間隙期。

3 成蘭鐵路泥石流的防治措施

3.1 特大型泥石流的防治措施

在“5·12汶川地震”作用下，形成了大量的滑坡、錯落、巖堆等，溝道和坡面松散物源豐富，極易爆發(fā)特大型泥石流。成蘭鐵路采用地質(zhì)選線，對于特大型泥石流采用繞避或隧道深埋通過。

3.1.1 孫家溝泥石流

(1)概況

流域面積約為1.33 km2，流域最高海拔高程為 1 999 m，溝道最高海拔為 1 682 m，溝口海拔高程為880 m，相對高差802 m，主溝長約 2 092 m，溝床平均縱坡降為363‰。2009年7月17日發(fā)生泥石流后，仍有大量的松散物質(zhì)堆積在溝道兩側(cè)及溝床中，經(jīng)估算，一次沖出物源約20萬m3，潛在物源可達(dá)316.1萬m3，一次淤積高10余米，最大石塊重達(dá)120 t。

(2)對策

該區(qū)域處于龍門山核心地帶，“5·12汶川地震”效應(yīng)非常明顯，線路方案有龍門山長、短隧方案，最終采用龍門山長隧方案，完全繞開了孫家溝泥石流，2009年孫家溝泥石流爆發(fā)，再次驗證了采用繞避方案的合理性。

3.1.2 道喜溝泥石流

(1)概況

道喜溝位于安縣雎水鎮(zhèn)道喜村，流域面積約 2.97 km2，流域平均坡降約為423‰，最高海拔高程為 2 320 m，溝口海拔高程為780 m，相對高差 1 540 m，總流域長3.64 km。道喜溝物源共計83處，結(jié)合溝道內(nèi)泥石流堆積層，總方量為499.5萬m3，其中欠穩(wěn)定物源方量89.91萬m3，潛在不穩(wěn)定物源方量149.85萬m3，局部欠穩(wěn)定物源方量203.8萬m3，可參與近期泥石流活動量約154.3萬m3，占物源總量的30.9%。2013年“7·9洪災(zāi)”，睢水河流域爆發(fā)泥石流，該溝屬于流域內(nèi)的支溝，致使睢水河床整體抬高5～10 m，鄉(xiāng)道斷道7 d。

(2)對策

該段落位于龍門山前山斷裂附近，坡面儲存大量的松散物質(zhì)，區(qū)域內(nèi)降雨豐富，爆發(fā)泥石流爆發(fā)危害性大，破壞性極強，成蘭鐵路采用柿子園長隧方案，完全繞避泥石流的影響。

3.2 間隙期的中型泥石流防治措施

成蘭鐵路茂縣至松潘段，沿岷江河谷左岸而上，距岷江活動斷裂距離約1～10 km，基本呈平行通過，鐵路工程均位于活動斷層的下盤。巖體受地質(zhì)構(gòu)造影響強烈，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，此區(qū)域內(nèi)受汶川地震影響逐漸減弱；因海拔逐漸升高，降水也逐漸減少，破壞力稍低，屬于低頻泥石流、稀性泥石流。

3.2.1 太平溝泥石流

(1)概況

太平溝流域?qū)俑呱綅{谷地貌，平面形態(tài)呈扇形，流域面積75.13 km2。主溝長度12.10 km，溝口海拔 2 272.2 m，流域內(nèi)最高海拔 4 186 m，相對高差 1 913.8 m,平均坡降為139‰。由于調(diào)查區(qū)在構(gòu)造格架上處于“川西北三角形斷塊”，構(gòu)造作用強烈，褶皺、節(jié)理及裂隙非常發(fā)育，從而導(dǎo)致溝道兩側(cè)巖層產(chǎn)狀多變，巖體較破碎。調(diào)查區(qū)內(nèi)風(fēng)化作用強烈，使原本已經(jīng)較破碎的巖體更易脫離山體，崩塌墜落在溝道內(nèi)形成大量“倒石堆”。部分溝段因受支溝泥石流影響，河道受到泥石流堆積物的擠壓，部分甚至已經(jīng)堵塞。通過遙感判譯及現(xiàn)場校核，初步統(tǒng)計太平溝內(nèi)物源儲量約134萬m3。

(2)成蘭鐵路采取對策

采用兩聯(lián)(40+64+40) m連續(xù)梁跨越泥石流，主跨64 m跨越泥石流主溝，其它橋墩位于泥石流河灘上。1～3號橋墩上游側(cè)設(shè)置泥石流防撞墩，防撞墩為三角形，前端設(shè)置1 m的圓弧，抵抗爆發(fā)泥石流時泥石流的沖擊。

3.2.2 格子溝泥石流

(1)概況

格子溝流域?qū)俑呱綅{谷地貌，平面形態(tài)呈扇形。主溝溝長4.95 km，流域面積7.6 km2。格子溝老崩坡積物儲量約為4萬m3，“5·12汶川地震”后在格子溝的中上游發(fā)育分布了崩塌和小規(guī)模的垮塌，加上之前老崩塌儲量約為30萬m3；同時該區(qū)域構(gòu)造運動活躍，內(nèi)動力地質(zhì)作用強烈，巖體變質(zhì)程度較高，故巖體完整性和強度不高，在風(fēng)化作用下，形成厚的風(fēng)化殘坡積物，同時溝道內(nèi)老滑坡和地震后新形成的滑坡儲量總體共249萬m3；因此，格子溝總的潛在物源約為 283萬m3。

(2)對策

采用隧道深埋下穿泥石流溝通過，完全躲避了泥石流的影響。

3.3 高位坡面沖溝型泥石流的防治措施

3.3.1 概況

榴桐寨隧道出口右側(cè)泥石流溝匯水面積約0.5 km2，泥石流溝長且陡峻，長約1.5 km，流域相對高差為 1 398 m，平均坡度40°，為坡面沖溝型泥石流。具有中高頻率，爆發(fā)突然，爆發(fā)力強等特點，泥石流物源主要為溝道兩側(cè)坡面坡殘積體及崩坡積體堆積。一次沖出量預(yù)測為5萬m3，流域內(nèi)有8個崩坡積體，表層覆蓋層物質(zhì)角礫土、碎石土呈松散狀，物質(zhì)總量為102萬m3。

3.3.2 措施

(1)埡口處設(shè)置7根樁板墻，對泥石流就行攔擋，使其歸槽。樁間內(nèi)置擋土板，掛板高度約5～7 m，擋板與樁一起澆筑。

(2)高位泥石流爆發(fā)時，泥石流溝縱坡陡峻，可能會出現(xiàn)泥石流飛濺的狀況，可接長明洞 40 m，防止泥石流飛濺影響橋梁。

(3)通過在下游泥石流沖溝及導(dǎo)流槽布設(shè)振動監(jiān)測儀實時捕捉泥石流事件，進(jìn)而通過視頻聯(lián)動的方式對泥石流發(fā)生規(guī)模進(jìn)行影像回傳及評估。

3.4 衰退期的泥石流

3.4.1 衰退期泥石流溝特點

(1)遠(yuǎn)離地震中心，區(qū)域內(nèi)滑坡、錯落、危巖落石等不良地質(zhì)范圍和規(guī)模??；流域內(nèi)物質(zhì)儲量少，爆發(fā)泥石流一次沖出量相對較少。

(2)地形相對平緩，泥石流溝縱坡小，爆發(fā)泥石流勢能不大。

(3)流域內(nèi)降雨量小，屬于間隙性泥石流。

(4)區(qū)域內(nèi)植被緩慢恢復(fù)，生態(tài)環(huán)境變好。

3.4.2 采取措施

(1)采用橋梁一跨跨越泥石流溝，如右所屯雙線中橋、川主寺站3號大橋、新村雙線中橋，均采用 24 m、32 m簡支梁一跨跨越泥石流溝，凈空計算滿足要求。

(2)對泥石流進(jìn)行排導(dǎo)，如龍?zhí)琳舅木€大橋泥石流排導(dǎo)槽、鎮(zhèn)江關(guān)1號大橋泥石流排導(dǎo)槽、右所屯1號雙線大橋泥石流排導(dǎo)槽等，排導(dǎo)槽使泥石流歸槽，盡快排走，避免對橋墩的破壞。

(3)泥石流監(jiān)測措施，對于鎮(zhèn)江關(guān)1號雙線大橋東龍溝、高屯子雙線中橋、大屯雙線大橋、川主寺站3號岷江4線大橋等橋梁設(shè)置泥石流檢測系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

成蘭鐵路在勘察階段地質(zhì)專業(yè)對泥石流進(jìn)行專題研究，提供了較全面的基礎(chǔ)資料；選線階段充分考慮泥石流的影響，多次優(yōu)化線路方案，盡可能繞避或采用隧道深埋躲避泥石流；在施工圖設(shè)計階段，根據(jù)泥石流特征，合理確定橋梁孔跨，對泥石流采取綜合整治措施；在建設(shè)過程中，對泥石流開展了多次專題研究，研究成果在成蘭鐵路建設(shè)過程中充分運用。成蘭鐵路自2011年開工建設(shè)至今，沿線多次爆發(fā)泥石流，但對成蘭鐵路影響甚微，再次驗證了成蘭鐵路泥石流防治措施是合理、可行的。