地震對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，新構造運動強烈，地震活動十分頻繁，屬于高烈度區，且研究區內區域地質災害具有高差大、規模大的兩大特點，區內新構造運動強烈、地震強烈的“兩強特點”，以及地質災害種類繁多的明顯特征?；趯ρ芯繀^活動性斷裂的地質工程效應、地震誘發的地質災害的特點的分析，聯合中尼鐵路沿線地震的發育和分布特征，提出了中尼鐵路總體選線、高烈度區選線和地震誘發的地質災害區選線的建議。從抗震有力角度考慮，不宜修建高墩大跨等特殊結構橋梁、高填深挖路基工程，因此鐵路選線應盡量降低橋梁高度、不用或盡量減少高填深挖。地震誘發的地質災害選線原則主要有：對危巖、落石和崩塌應繞避為主；線路位置應盡量避開層面或主要節理面傾向與山坡傾向相同的一岸；線路應繞避己查明的復雜大型滑坡或滑坡群或者將線路標高定在山地災害群上限。

中尼鐵路； 地震； 工程地質問題； 地質選線

U212.35 A

［定稿日期］2021-12-29

［基金項目］中鐵第一勘察設計院集團有限公司科研項目（項目編號：院科19-09-01）

［作者簡介］王嬋（1998—），女，碩士，研究方向為鐵路工程地質。

1 中尼鐵路概況

擬修建的中國至尼泊爾鐵路［1］位于西藏自治區日喀則市及尼泊爾巴格馬蒂區，由日喀則經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599.41 km，其中國內段長527.16 km，國外段長72.25 km。中尼鐵路的修建在我國對尼泊爾互聯互通中占有非常重要的地位，是向尼泊爾開放的重要通道之一，密切中國與尼泊爾的合作，同時，可以加快西藏地區的發展，對于增強民族團結、社會穩定進步、鞏固國防、保障西藏可持續發展都具有重要意義［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，新構造運動強烈，地震活動十分頻繁，屬于高烈度地震區，是典型的“六極四高”特征［3］，“六極”為地形切割極為強烈、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、構造條件極為復雜活躍、地震效應極為顯著；“四高”為地殼應力高、地震烈度高、地溫高和地質災害風險高。其中，高地震烈度是該區域地質選線中主要考慮的因素之一。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

研究區域位于尼泊爾與中國的交界地帶，北至吉隆口岸，南達加德滿都，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行地貌單元主要有：吉隆藏布高山峽谷區、吉隆盆地區和吉隆藏布中高山峽谷區。

線路自北向南途徑吉隆藏布河，河流下切作用強烈，兩岸地形陡峭，“V”型溝槽發育明顯，最窄處小于50 m，相對高差2 500 m左右，峽谷內植被較少；繼續向南進入吉隆盆地區，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、東西窄，植被茂密；進入吉隆藏布高中山峽谷區后，河流下切作用增強，岸坡陡峻（圖2），最低點位于尼泊爾境內的比德爾，海拔近600 m。終點站加德滿都附近為盆地地區，四面環山，氣候適宜，土地平坦，平均海拔1 500 m，植被發育。

2.2 地層巖性

吉隆至加德滿都段所在區域地層區劃見圖3。在該區域以沉積巖和變質巖為主。沉積巖包括頁巖和砂巖，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 地質構造

研究區的一級構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、斷層破碎帶寬和具多期活動性等特點。沿線褶皺構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，具多期次構造特點，且在南北向強烈擠壓的構造背景下，褶皺走向以向北傾斜的東西向為主。

2.4 水文地質條件

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153 km，落差1 180 m，平均坡降7.7%，河谷為寬谷，階地發育。吉隆藏布河發源于西藏自治區日喀則市吉隆縣宗嘎鎮西部，從吉隆鎮至中尼邊境的熱索村，僅25 km的長度落差卻高達1 100 m。吉隆藏布上游地區的固態降水占年降水量的40%，又由于海拔較高，因此冰川較為發育，冰湖較發育。

沿線地下水包括第四系孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水和地熱水。其中，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?；鶐r裂隙水一般分布于基巖風化裂隙和構造裂隙中，水量不大且水質良好。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，水質良好。地熱水主要分布于雅魯藏布江河谷及吉隆藏布河谷中，在斷裂帶附近以溫、熱泉形式出現，水溫一般在30～70 ℃之間，以堿性水為主，水質良好，對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性［3］。

2.5 不良地質作用

沿線不良地質主要為滑坡、泥石流、落石和崩塌為主，部分地段存在風沙、地震、放射性、高地溫、雪崩、風吹雪等現象。

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

研究區滑坡發育頻繁，規模較大，對研究區的工程建設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通往樟木口岸的阿尼哥公路北側。該滑坡于2014年8月2日（北緯27°46′，東經85°52.5′），發生于尼泊爾Sindhupalchowk地區Jure村，為一大規模滑坡，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。在資源三號衛星遙感圖像中，該滑坡規模巨大，坡體影像色調呈亮白色，表明為新生滑坡，滑坡表面積約670 000 m2?，F場調查顯示，該滑坡規模巨大，滑坡后壁清晰可見，滑坡體巖石破碎，礫石發育，植被覆蓋少，滑坡舌擠壓河道，現象極為典型。由于滑坡堆積體體積巨大，阻塞了下方河流并形成了一個滑坡壩，300萬m3的滑坡中大約有200萬m3的滑坡體積形成了大壩，水庫蓄水量約1 110萬m3，最大水深47 m。大壩長約300 m，高52 m。大壩形成之后，由于暴雨的發生，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以上地區的一些房屋。

按照泥石流形成時的水動力條件，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。沿線泥石流發育最嚴重的地段為波曲高山峽谷區及吉隆藏布峽谷區，該段斷裂構造發育，溝壑縱橫，巖體多裸露且表層風化破碎嚴重，且氣候濕潤，降水量大，冰川發育，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育創造了條件。

沿線吉隆藏布高山峽谷區，由于構造運動劇烈、河流下切，河谷呈 “Ｖ”型，水流湍急，兩岸堆積層物質松散，切割和側蝕十分強烈，巨大的臨空面為山坡變形創造了條件，危巖分布較廣。在自身重應力作用下，或者降雨、地震等其它外力因素影響下，危巖會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造動力學效應主要表現之一［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，自北向南依次通過小喜馬拉雅中陸殼片和大喜馬拉雅陸棚殼片2個二級構造單元，地震活動極為活躍。中尼鐵路所在地區的地震活動，頻度高，強度大。西藏共發生過4次大于里氏8.0級的大地震，11次7～7.9級地震，86次6～6.9級地震。西藏地區的地震強度和頻率在全國處于前幾名。

擬建鐵路沿線發生的地震眾多，2015年尼泊爾大地震是距現在最近的一次大地震。尼泊爾位于喜馬拉雅弧中段，是世界構造運動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、破壞嚴重。加德滿都距離震中僅65 km，破裂帶穿越該市，該市震感強烈。地震對加德滿都及后邊地區造成嚴重的破壞巨大。引發了多處大型滑坡災害，例如，據報道，在加德滿都以北70 km處的Langtang山體上發生了災難性的倒塌最大的滑坡。Langtang河谷下谷區呈現的是一個V型的橫截面，部分形成峽谷，而上谷區（2 600 m以上）則形成具有U形橫截面的冰川槽?；掳l生時，雪崩和隨之而來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。除了引發新滑坡的發生外，地震也引起了部分古滑坡復活。

3.2 沿線地震分布

結合中國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會頒布的GB 18306-2015《中國地震動參數區劃圖》附錄A中的圖A.1和附錄B中的圖B.1，結合本區工程地質、水文地質條件及工程設置情況，并根據中國地震局發布尼泊爾8.1級地震烈度圖進行修正，修正后的地震基本烈度分布見表1。

根據歐美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，我國地震烈度表參照了上述規定。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，因此開展高烈度地震區的相關工作至關重要。

根據中國地震臺網有關數據，統計中尼邊境地區地震分布情況如圖6所示。中尼鐵路位于喜馬拉雅造山帶，新生代以來，印度板塊與歐亞板塊的碰撞導致青藏高原隆升，新構造運動十分活躍。地震活動主要分布于雅魯藏布江縫合帶、喜馬拉雅地震帶及活動斷裂帶。

4 震害

中尼邊界地區地形切割強烈，地震誘發了大量的滑坡、崩塌等次生地質災害，嚴重威脅邊境地區人員生命財產安全和經濟社會發展。此外，地震對公路、鐵路工程造成了嚴重的破壞，給鐵路高烈度地震山區地質選線敲響了警鐘，提出了新的挑戰。

4.1 地震地質災害

尼泊爾地震誘發了大量的滑坡和崩塌等地質災害［11］，根據收集資料顯示，尼泊爾大地震在聶拉木縣區域誘發的地質災害高達221處，其中包括滑坡20處、崩塌159處。這些地質災害的規模多為中型和小型，主要對人類居住處和公路路線造成威脅。其中，災害點主要集中于喜馬拉雅南坡的聶拉木鎮-曲鄉-樟木鎮-友誼橋段，這一段的地震次生災害點217處，占全縣災害點的98.2%，對中尼公路的安全運營以及沿線主要的城鎮居民點造成嚴重的影響。

根據谷歌地圖影像進行滑坡災害解譯，結果如圖7所示。滑坡主要沿破碎斷裂帶和峽谷地區兩側分布，地震滑坡點密集成，呈現出明顯的“斷裂帶效應”。在斷層距0～5 km的范圍內，下盤比上盤嚴重，呈現出“上下盤效應”。其中在吉隆至加德滿都沿線滑坡分布密度大，是該區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

沿線地區容易發生淺震源、高震級和大烈度的地震，此類地震會嚴重威脅沿線鐵路路基安全。地震不僅會直接導致鐵路橋臺路基嚴重下沉；其次，地震誘發的大規模的崩塌、滑坡等次生地質災害較大程度甚至徹底破壞路基。一旦發生上述路基發生破壞現象，由于河谷地區空間狹小，大型工程設備甚至重要工程設備都無法快速到場施工，短期內很難恢復線路的正常運行。在進行鐵路橋臺路基設計時，必須充分考慮地震及次生地質災害對施工及后續運營可能的威脅（圖8、圖9）。

4.2.2 橋梁工程震害

在該區域高烈度的地震會對修建在河谷地區的橋梁造成嚴重的破壞。一般情況下，橋梁在地震后會出現縱向和橫向的位移、局部開裂；支座錨固螺栓和搖軸損壞，發生結構破壞；橋墩混凝土開裂剝落；橋臺發生地基滑移等。在陡峭的河谷地區，除了考慮地震波對橋梁的破壞作用外，還必須考慮地震誘發的次生災害對橋梁的破壞作用，如崩塌落石下落時砸毀橋面或橋臺；滑坡沖擊橋梁，甚至直接埋沒橋梁；泥石流沖擊掩埋橋梁等。橋梁在被地震波破壞后，結構已經受到一定程度的破壞，如果再次遭遇次生地質災害的破壞，橋梁可能會徹底破壞，無法修復。橋梁是線路的控制性節點，一旦徹底破壞，將導致整條線路無法正常通車，會造成特別嚴重的經濟損失及社會負面影響（圖10）。

4.2.3 隧道工程震害

隧道進出口和襯砌等也極容易受地震波影響。隧道進出口端淺埋段容易受到地震嚴重破壞，而且襯砌在地震影響下會出現變形開裂、垮塌，甚至會出現裂縫基本貫通整個襯砌的現象，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展，從而導致底板和仰拱隆起。如果隧道進口端里程處發育有斷層，地震的發生導致斷層延伸到隧道，造成附近的襯砌出現嚴重的變形及一系列的問題，破壞程度極其嚴重。

5 選線依據

中尼跨境鐵路是首條穿越喜馬拉雅山脈的鐵路，沿線具有地形復雜、自然高差大以及地震烈度極高的自然特征。本文針對其地震烈度極高的特征提出選線原則，一是總體選線原則，二是針對高烈度區提出選線原則，三是針對地震誘發的各種地質災害問題提出的地質選線原則。

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，新構造運動強烈，地震活動十分頻繁，屬于高烈度地震區。從抗震有力角度考慮，不宜修建高墩大跨等特殊結構橋梁、高填深挖路基工程。因此鐵路選線應盡量降低橋梁高度、不用或盡量減少高填深挖。

5.2 高烈度區選線原則

（1）高烈度地震山區鐵路的選線建設，第一要重視預防和減輕地震次生災害［12］。高烈度地震容易引發次生災害，如滑坡、崩塌等地質災害，尤其是研究區海拔高，地形地貌起伏大，具有一些發生地質災害的有利條件。擬建鐵路選線時，應注意避開具有潛在隱患的地區，地震易誘發大型地質災害的區域，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育等其它有利于地質災害發生的條件的地段。尤其，研究區“V”型谷較為發育，例如吉隆藏布高山峽谷區域，地形狹窄，兩岸陡峻，地質條件差，在這類地形中的谷底不宜采用路基形式通過。同時，深長路塹宜改成隧道形式，采用橋梁的形式通過陡坡高路堤。

研究區高山峽谷區域較為廣泛，在高烈度地震山區隧道的震害相對較?。?1-12］。因此線路為大挖方時應可能調整線位改用隧道通過。

（2）第二要重視地震近場效應及近場區工程設計。在地震近場區，尤其是斷裂帶，地表出現隆起、沉陷、斷裂、移位等強烈變形，橋梁、路基工程震害十分突出［13-14］。地震近場高烈度區或地震斷裂帶容易引發地表強烈變形，一般工程難以預防此類危害，所以，進行工程設計時，應注意如何減輕地震災害以及如何快速修復地震災害。

參考文獻

［1］ 中鐵第一勘察設計院集團有限公司. 中國至尼泊爾跨境鐵路綜合地質選線方案專題研究報告［R］. 西安： 中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2019.

［2］ 姚志勇， 孟祥連， 李響，等. 中尼跨境鐵路工程地質環境特征及主要工程地質問題研究［J］. 鐵道標準設計， 2019， 63（7）：28-34.

［3］ 姚志勇. 中尼鐵路高地溫分布特征及地質選線探析［J］. 鐵道標準設計， 2017， 61（8）：21-26.

［4］ 孫先鋒. 中尼鐵路沿線活動斷裂對地質選線的影響淺析［J］. 鐵道標準設計， 2019， 63（3）：44-48.

［5］ 萬永革，盛書中，李祥，等.2015年尼泊爾強震序列對中國大陸的應力影響［J］.地球物理學報，2015，58（11）：4277-4286.

［6］ 黃藝丹， 姚令侃， 譚禮，等. 喜馬拉雅造山帶工程效應及中尼鐵路工程地質分區［J］. 工程地質學報， 28（2）： 421-430.

［7］ 姚志勇， YAO， Zhi-yong，等. 中尼鐵路夏木德至加德滿都段主要工程地質問題及地質比選［J］. 鐵道標準設計， 2017（9）： 21-25.

［8］ 童立強，祁生文，安國英，等.喜馬拉雅山地區重大地質災害遙感調查研究［J］.工程地質學報，2018，26（1）：144.

［9］ 趙文津.尼泊爾大地震發生的構造背景及發展趨勢［J］.科學通報，2015，60（21）：1953-1957.

［10］ 梁詩明.基于GPS觀測的青藏高原現今三維地殼運動研究［J］.國際地震動態，2015（7）：40-42.

［11］ 姚華建，尹九洵.喜馬拉雅造山帶構造特征與2015年尼泊爾M_w7.8級大地震［J］.科學通報，2015，60（27）：2656-2658.

［12］ 王爭鳴.拉日鐵路地熱地區綜合選線研究［J］.鐵道工程學報，2015，32（09）：1-5.

［13］ 宋章，張廣澤，蔣良文，等.川藏鐵路工程地質特征及地質選線原則［J］.鐵道建筑，2017（2）：142-145.

［14］ 尹士清.向莆鐵路戴云山越嶺隧道群工程地質選線［J］.鐵道標準設計，2016，60（3）：7-11.