地震對(duì)中尼鐵路選線的影響

擬修建的中尼鐵路位于印度板塊與歐亞板塊碰撞、拼合的作用帶內(nèi)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)十分頻繁，屬于高烈度區(qū)，且研究區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害具有高差大、規(guī)模大的兩大特點(diǎn)，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、地震強(qiáng)烈的“兩強(qiáng)特點(diǎn)”，以及地質(zhì)災(zāi)害種類繁多的明顯特征。基于對(duì)研究區(qū)活動(dòng)性斷裂的地質(zhì)工程效應(yīng)、地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)的分析，聯(lián)合中尼鐵路沿線地震的發(fā)育和分布特征，提出了中尼鐵路總體選線、高烈度區(qū)選線和地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)選線的建議。從抗震有力角度考慮，不宜修建高墩大跨等特殊結(jié)構(gòu)橋梁、高填深挖路基工程，因此鐵路選線應(yīng)盡量降低橋梁高度、不用或盡量減少高填深挖。地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害選線原則主要有：對(duì)危巖、落石和崩塌應(yīng)繞避為主；線路位置應(yīng)盡量避開(kāi)層面或主要節(jié)理面傾向與山坡傾向相同的一岸；線路應(yīng)繞避己查明的復(fù)雜大型滑坡或滑坡群或者將線路標(biāo)高定在山地災(zāi)害群上限。

中尼鐵路； 地震； 工程地質(zhì)問(wèn)題； 地質(zhì)選線

U212.35 A

［定稿日期］2021-12-29

［基金項(xiàng)目］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：院科19-09-01）

［作者簡(jiǎn)介］王嬋（1998—），女，碩士，研究方向?yàn)殍F路工程地質(zhì)。

1 中尼鐵路概況

擬修建的中國(guó)至尼泊爾鐵路［1］位于西藏自治區(qū)日喀則市及尼泊爾巴格馬蒂區(qū)，由日喀則經(jīng)吉隆口岸或樟木口岸至尼泊爾首都加德滿都，如圖1所示。中尼鐵路線全長(zhǎng)599.41 km，其中國(guó)內(nèi)段長(zhǎng)527.16 km，國(guó)外段長(zhǎng)72.25 km。中尼鐵路的修建在我國(guó)對(duì)尼泊爾互聯(lián)互通中占有非常重要的地位，是向尼泊爾開(kāi)放的重要通道之一，密切中國(guó)與尼泊爾的合作，同時(shí)，可以加快西藏地區(qū)的發(fā)展，對(duì)于增強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)、社會(huì)穩(wěn)定進(jìn)步、鞏固國(guó)防、保障西藏可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義［2］。

擬建中尼鐵路位于印度板塊與歐亞板塊碰撞、拼合的作用帶內(nèi)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)十分頻繁，屬于高烈度地震區(qū)，是典型的“六極四高”特征［3］，“六極”為地形切割極為強(qiáng)烈、氣候條件極為惡劣多變、水文條件極為特殊、巖性條件極為混雜、構(gòu)造條件極為復(fù)雜活躍、地震效應(yīng)極為顯著；“四高”為地殼應(yīng)力高、地震烈度高、地溫高和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高。其中，高地震烈度是該區(qū)域地質(zhì)選線中主要考慮的因素之一。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

研究區(qū)域位于尼泊爾與中國(guó)的交界地帶，北至吉隆口岸，南達(dá)加德滿都，東至聶拉木縣的樟木口岸，包括樟木口岸。吉隆至加德滿都段沿線經(jīng)行地貌單元主要有：吉隆藏布高山峽谷區(qū)、吉隆盆地區(qū)和吉隆藏布中高山峽谷區(qū)。

線路自北向南途徑吉隆藏布河，河流下切作用強(qiáng)烈，兩岸地形陡峭，“V”型溝槽發(fā)育明顯，最窄處小于50 m，相對(duì)高差2 500 m左右，峽谷內(nèi)植被較少；繼續(xù)向南進(jìn)入吉隆盆地區(qū)，該處盆地為冰川泥石流堵江后靜水沉積及堰塞湖潰決而形成，整體地形呈南北長(zhǎng)、東西窄，植被茂密；進(jìn)入吉隆藏布高中山峽谷區(qū)后，河流下切作用增強(qiáng)，岸坡陡峻（圖2），最低點(diǎn)位于尼泊爾境內(nèi)的比德?tīng)?，海拔?00 m。終點(diǎn)站加德滿都附近為盆地地區(qū)，四面環(huán)山，氣候適宜，土地平坦，平均海拔1 500 m，植被發(fā)育。

2.2 地層巖性

吉隆至加德滿都段所在區(qū)域地層區(qū)劃見(jiàn)圖3。在該區(qū)域以沉積巖和變質(zhì)巖為主。沉積巖包括頁(yè)巖和砂巖，存在少量板巖、片巖，呈條帶狀分布，局部有花崗巖侵入；變質(zhì)巖以片巖、片麻巖、變粒巖和混合巖較多，局部有大量花崗巖侵入。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)的一級(jí)構(gòu)造單元主要呈近東西向展布，其中包括岡底斯-念青唐古拉板片、喜馬拉雅板片以及雅魯藏布江縫合帶布。而且，研究區(qū)的主要斷裂呈東西向，且這些斷裂具有切割深度深、延伸距離長(zhǎng)、斷層破碎帶寬和具多期活動(dòng)性等特點(diǎn)。沿線褶皺構(gòu)造主要分布在拉軌崗日陸隆殼片和北喜馬拉雅特提斯沉積巖帶內(nèi)，具多期次構(gòu)造特點(diǎn)，且在南北向強(qiáng)烈擠壓的構(gòu)造背景下，褶皺走向以向北傾斜的東西向?yàn)橹鳌?/p>

2.4 水文地質(zhì)條件

中尼跨境鐵路沿線跨越朋曲河及吉隆藏布流域。朋曲自西向東流，全長(zhǎng)376 km，平均坡降8.8%，流域面積25 307 km2，出境處平均徑流量50億m3，自源頭到定日為上游段，長(zhǎng)153 km，落差1 180 m，平均坡降7.7%，河谷為寬谷，階地發(fā)育。吉隆藏布河發(fā)源于西藏自治區(qū)日喀則市吉隆縣宗嘎鎮(zhèn)西部，從吉隆鎮(zhèn)至中尼邊境的熱索村，僅25 km的長(zhǎng)度落差卻高達(dá)1 100 m。吉隆藏布上游地區(qū)的固態(tài)降水占年降水量的40%，又由于海拔較高，因此冰川較為發(fā)育，冰湖較發(fā)育。

沿線地下水包括第四系孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水和地?zé)崴Ｆ渲?，第四系孔隙潛水主要分布于雅魯藏布谷地和高原湖盆地中。基巖裂隙水一般分布于基巖風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，水量不大且水質(zhì)良好。巖溶水主要分布于吉隆縣附近的碳酸鹽巖巖溶中，水量分布不均，水質(zhì)良好。地?zé)崴饕植加谘鹏敳夭冀庸燃凹〔夭己庸戎?，在斷裂帶附近以溫、熱泉形式出現(xiàn)，水溫一般在30～70 ℃之間，以堿性水為主，水質(zhì)良好，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性［3］。

2.5 不良地質(zhì)作用

沿線不良地質(zhì)主要為滑坡、泥石流、落石和崩塌為主，部分地段存在風(fēng)沙、地震、放射性、高地溫、雪崩、風(fēng)吹雪等現(xiàn)象。

沿線的滑坡類型主要有2類，一類為第四紀(jì)松散堆積層滑坡，此類滑坡主要發(fā)生再河流流域兩岸；另一類為沿?cái)鄬訕?gòu)造誘發(fā)的滑坡，由于斷層構(gòu)造作用，斜坡體中存在著軟弱面，在內(nèi)力或外力因素影響下，斜坡體易沿著軟弱面產(chǎn)生滑動(dòng)或錯(cuò)動(dòng)形成滑坡災(zāi)害。本文基于野外調(diào)查的情況，利用遙感圖像解譯的手段可以確定滑坡的位置、規(guī)模、類型、邊界，共圈定了122處滑坡，研究區(qū)滑坡主要集中分布于南北向河流兩側(cè)，即高山峽谷地區(qū)?；骂愋拓S富，形式多樣。將典型滑坡按各自的特點(diǎn)分為滑坡-碎屑流、滑坡-堵江成壩、古滑坡復(fù)活3種類型（圖4）。

研究區(qū)滑坡發(fā)育頻繁，規(guī)模較大，對(duì)研究區(qū)的工程建設(shè)以及人類居住的地方造成極大傷害。例如，拉姆則滑坡位于尼泊爾加德滿都東北方向拉姆則地區(qū)通往樟木口岸的阿尼哥公路北側(cè)。該滑坡于2014年8月2日（北緯27°46′，東經(jīng)85°52.5′），發(fā)生于尼泊爾Sindhupalchowk地區(qū)Jure村，為一大規(guī)?；?，山體滑坡摧毀了24座房屋，造成156人死亡，27人受傷，436人流離失所。在資源三號(hào)衛(wèi)星遙感圖像中，該滑坡規(guī)模巨大，坡體影像色調(diào)呈亮白色，表明為新生滑坡，滑坡表面積約670 000 m2?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示，該滑坡規(guī)模巨大，滑坡后壁清晰可見(jiàn)，滑坡體巖石破碎，礫石發(fā)育，植被覆蓋少，滑坡舌擠壓河道，現(xiàn)象極為典型。由于滑坡堆積體體積巨大，阻塞了下方河流并形成了一個(gè)滑坡壩，300萬(wàn)m3的滑坡中大約有200萬(wàn)m3的滑坡體積形成了大壩，水庫(kù)蓄水量約1 110萬(wàn)m3，最大水深47 m。大壩長(zhǎng)約300 m，高52 m。大壩形成之后，由于暴雨的發(fā)生，滑坡壩被增加體積的水和加壓沖潰。潰壩后，水位下降了18 m。潰壩造成的潰決洪水破壞了順科西河谷下游6 km以上地區(qū)的一些房屋。

按照泥石流形成時(shí)的水動(dòng)力條件，沿線泥石流可分為雨洪型泥石流、冰川性泥石流和冰川-雨洪混合型泥石流3種基本類型。沿線泥石流發(fā)育最嚴(yán)重的地段為波曲高山峽谷區(qū)及吉隆藏布峽谷區(qū)，該段斷裂構(gòu)造發(fā)育，溝壑縱橫，巖體多裸露且表層風(fēng)化破碎嚴(yán)重，且氣候濕潤(rùn)，降水量大，冰川發(fā)育，冰湖星羅棋布，河流沖刷形成的狹窄河道及高聳岸坡為泥石流的發(fā)育創(chuàng)造了條件。

沿線吉隆藏布高山峽谷區(qū)，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈、河流下切，河谷呈 “Ｖ”型，水流湍急，兩岸堆積層物質(zhì)松散，切割和側(cè)蝕十分強(qiáng)烈，巨大的臨空面為山坡變形創(chuàng)造了條件，危巖分布較廣。在自身重應(yīng)力作用下，或者降雨、地震等其它外力因素影響下，危巖會(huì)脫離母巖從而形成崩塌、落石（圖5），易在坡腳形成巖堆，造成巨大危害。

3 地震

3.1 沿線地震概況

地震是巖石圈表層的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)之一［6-7］。中尼鐵路夏木德至加德滿都段均走行于喜馬拉雅板片，自北向南依次通過(guò)小喜馬拉雅中陸殼片和大喜馬拉雅陸棚殼片2個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，地震活動(dòng)極為活躍。中尼鐵路所在地區(qū)的地震活動(dòng)，頻度高，強(qiáng)度大。西藏共發(fā)生過(guò)4次大于里氏8.0級(jí)的大地震，11次7～7.9級(jí)地震，86次6～6.9級(jí)地震。西藏地區(qū)的地震強(qiáng)度和頻率在全國(guó)處于前幾名。

擬建鐵路沿線發(fā)生的地震眾多，2015年尼泊爾大地震是距現(xiàn)在最近的一次大地震。尼泊爾位于喜馬拉雅弧中段，是世界構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最活躍的造山帶之一［8］，該次地震中板塊俯沖、震源很淺、威力巨大、破壞嚴(yán)重。加德滿都距離震中僅65 km，破裂帶穿越該市，該市震感強(qiáng)烈。地震對(duì)加德滿都及后邊地區(qū)造成嚴(yán)重的破壞巨大。引發(fā)了多處大型滑坡災(zāi)害，例如，據(jù)報(bào)道，在加德滿都以北70 km處的Langtang山體上發(fā)生了災(zāi)難性的倒塌最大的滑坡。Langtang河谷下谷區(qū)呈現(xiàn)的是一個(gè)V型的橫截面，部分形成峽谷，而上谷區(qū)（2 600 m以上）則形成具有U形橫截面的冰川槽?；掳l(fā)生時(shí)，雪崩和隨之而來(lái)的氣壓波從朝南的陡坡傳播到U型谷的底部，大量的巨石、雪和冰掉落到了谷底并且覆蓋了山谷的底部。除了引發(fā)新滑坡的發(fā)生外，地震也引起了部分古滑坡復(fù)活。

3.2 沿線地震分布

結(jié)合中國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布的GB 18306-2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》附錄A中的圖A.1和附錄B中的圖B.1，結(jié)合本區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及工程設(shè)置情況，并根據(jù)中國(guó)地震局發(fā)布尼泊爾8.1級(jí)地震烈度圖進(jìn)行修正，修正后的地震基本烈度分布見(jiàn)表1。

根據(jù)歐美M-C-S及MM12度烈度表，將Ⅶ度及以上地震定義為破壞性高烈度地震，我國(guó)地震烈度表參照了上述規(guī)定。按照目前高烈度地震的定義，夏木德至加德滿都段均走行在高烈度地震區(qū)，因此開(kāi)展高烈度地震區(qū)的相關(guān)工作至關(guān)重要。

根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)有關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)中尼邊境地區(qū)地震分布情況如圖6所示。中尼鐵路位于喜馬拉雅造山帶，新生代以來(lái)，印度板塊與歐亞板塊的碰撞導(dǎo)致青藏高原隆升，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分活躍。地震活動(dòng)主要分布于雅魯藏布江縫合帶、喜馬拉雅地震帶及活動(dòng)斷裂帶。

4 震害

中尼邊界地區(qū)地形切割強(qiáng)烈，地震誘發(fā)了大量的滑坡、崩塌等次生地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅邊境地區(qū)人員生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。此外，地震對(duì)公路、鐵路工程造成了嚴(yán)重的破壞，給鐵路高烈度地震山區(qū)地質(zhì)選線敲響了警鐘，提出了新的挑戰(zhàn)。

4.1 地震地質(zhì)災(zāi)害

尼泊爾地震誘發(fā)了大量的滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害［11］，根據(jù)收集資料顯示，尼泊爾大地震在聶拉木縣區(qū)域誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害高達(dá)221處，其中包括滑坡20處、崩塌159處。這些地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模多為中型和小型，主要對(duì)人類居住處和公路路線造成威脅。其中，災(zāi)害點(diǎn)主要集中于喜馬拉雅南坡的聶拉木鎮(zhèn)-曲鄉(xiāng)-樟木鎮(zhèn)-友誼橋段，這一段的地震次生災(zāi)害點(diǎn)217處，占全縣災(zāi)害點(diǎn)的98.2%，對(duì)中尼公路的安全運(yùn)營(yíng)以及沿線主要的城鎮(zhèn)居民點(diǎn)造成嚴(yán)重的影響。

根據(jù)谷歌地圖影像進(jìn)行滑坡災(zāi)害解譯，結(jié)果如圖7所示。滑坡主要沿破碎斷裂帶和峽谷地區(qū)兩側(cè)分布，地震滑坡點(diǎn)密集成，呈現(xiàn)出明顯的“斷裂帶效應(yīng)”。在斷層距0～5 km的范圍內(nèi)，下盤(pán)比上盤(pán)嚴(yán)重，呈現(xiàn)出“上下盤(pán)效應(yīng)”。其中在吉隆至加德滿都沿線滑坡分布密度大，是該區(qū)域鐵路修建中面臨的重要難題之一。

4.2 地震工程病害

4.2.1? 路基工程震害

沿線地區(qū)容易發(fā)生淺震源、高震級(jí)和大烈度的地震，此類地震會(huì)嚴(yán)重威脅沿線鐵路路基安全。地震不僅會(huì)直接導(dǎo)致鐵路橋臺(tái)路基嚴(yán)重下沉；其次，地震誘發(fā)的大規(guī)模的崩塌、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害較大程度甚至徹底破壞路基。一旦發(fā)生上述路基發(fā)生破壞現(xiàn)象，由于河谷地區(qū)空間狹小，大型工程設(shè)備甚至重要工程設(shè)備都無(wú)法快速到場(chǎng)施工，短期內(nèi)很難恢復(fù)線路的正常運(yùn)行。在進(jìn)行鐵路橋臺(tái)路基設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮地震及次生地質(zhì)災(zāi)害對(duì)施工及后續(xù)運(yùn)營(yíng)可能的威脅（圖8、圖9）。

4.2.2 橋梁工程震害

在該區(qū)域高烈度的地震會(huì)對(duì)修建在河谷地區(qū)的橋梁造成嚴(yán)重的破壞。一般情況下，橋梁在地震后會(huì)出現(xiàn)縱向和橫向的位移、局部開(kāi)裂；支座錨固螺栓和搖軸損壞，發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞；橋墩混凝土開(kāi)裂剝落；橋臺(tái)發(fā)生地基滑移等。在陡峭的河谷地區(qū)，除了考慮地震波對(duì)橋梁的破壞作用外，還必須考慮地震誘發(fā)的次生災(zāi)害對(duì)橋梁的破壞作用，如崩塌落石下落時(shí)砸毀橋面或橋臺(tái)；滑坡沖擊橋梁，甚至直接埋沒(méi)橋梁；泥石流沖擊掩埋橋梁等。橋梁在被地震波破壞后，結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到一定程度的破壞，如果再次遭遇次生地質(zhì)災(zāi)害的破壞，橋梁可能會(huì)徹底破壞，無(wú)法修復(fù)。橋梁是線路的控制性節(jié)點(diǎn)，一旦徹底破壞，將導(dǎo)致整條線路無(wú)法正常通車(chē)，會(huì)造成特別嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)負(fù)面影響（圖10）。

4.2.3 隧道工程震害

隧道進(jìn)出口和襯砌等也極容易受地震波影響。隧道進(jìn)出口端淺埋段容易受到地震嚴(yán)重破壞，而且襯砌在地震影響下會(huì)出現(xiàn)變形開(kāi)裂、垮塌，甚至?xí)霈F(xiàn)裂縫基本貫通整個(gè)襯砌的現(xiàn)象，其中裂隙有可能與軸線方向呈大角度相交，或是沿隧道的軸線方向發(fā)展，從而導(dǎo)致底板和仰拱隆起。如果隧道進(jìn)口端里程處發(fā)育有斷層，地震的發(fā)生導(dǎo)致斷層延伸到隧道，造成附近的襯砌出現(xiàn)嚴(yán)重的變形及一系列的問(wèn)題，破壞程度極其嚴(yán)重。

5 選線依據(jù)

中尼跨境鐵路是首條穿越喜馬拉雅山脈的鐵路，沿線具有地形復(fù)雜、自然高差大以及地震烈度極高的自然特征。本文針對(duì)其地震烈度極高的特征提出選線原則，一是總體選線原則，二是針對(duì)高烈度區(qū)提出選線原則，三是針對(duì)地震誘發(fā)的各種地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題提出的地質(zhì)選線原則。

5.1 總體選線原則

擬建中尼跨境鐵路位于印度板塊與歐亞板塊碰撞、拼合的作用帶內(nèi)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)十分頻繁，屬于高烈度地震區(qū)。從抗震有力角度考慮，不宜修建高墩大跨等特殊結(jié)構(gòu)橋梁、高填深挖路基工程。因此鐵路選線應(yīng)盡量降低橋梁高度、不用或盡量減少高填深挖。

5.2 高烈度區(qū)選線原則

（1）高烈度地震山區(qū)鐵路的選線建設(shè)，第一要重視預(yù)防和減輕地震次生災(zāi)害［12］。高烈度地震容易引發(fā)次生災(zāi)害，如滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，尤其是研究區(qū)海拔高，地形地貌起伏大，具有一些發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的有利條件。擬建鐵路選線時(shí)，應(yīng)注意避開(kāi)具有潛在隱患的地區(qū)，地震易誘發(fā)大型地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，具有地形起伏明顯較大、斜坡坡度較為陡峭以及水系較為發(fā)育等其它有利于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的條件的地段。尤其，研究區(qū)“V”型谷較為發(fā)育，例如吉隆藏布高山峽谷區(qū)域，地形狹窄，兩岸陡峻，地質(zhì)條件差，在這類地形中的谷底不宜采用路基形式通過(guò)。同時(shí)，深長(zhǎng)路塹宜改成隧道形式，采用橋梁的形式通過(guò)陡坡高路堤。

研究區(qū)高山峽谷區(qū)域較為廣泛，在高烈度地震山區(qū)隧道的震害相對(duì)較小［11-12］。因此線路為大挖方時(shí)應(yīng)可能調(diào)整線位改用隧道通過(guò)。

（2）第二要重視地震近場(chǎng)效應(yīng)及近場(chǎng)區(qū)工程設(shè)計(jì)。在地震近場(chǎng)區(qū)，尤其是斷裂帶，地表出現(xiàn)隆起、沉陷、斷裂、移位等強(qiáng)烈變形，橋梁、路基工程震害十分突出［13-14］。地震近場(chǎng)高烈度區(qū)或地震斷裂帶容易引發(fā)地表強(qiáng)烈變形，一般工程難以預(yù)防此類危害，所以，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意如何減輕地震災(zāi)害以及如何快速修復(fù)地震災(zāi)害。

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