跨越特大型泥石流沟选线方案研究

李强强

摘要：西藏高原是我国泥石流最发育的地区之一，主要分布于念青唐古拉山以南、喜马拉雅山东段以北、萨嘎-吉隆一线以东、金沙江以西的广大地区[1]。随着西部铁路建设的加快建设研究，特大型泥石流往往成为铁路建设最重大的挑战之一[2]。本文选取研究区域内连续的1条特大型冰湖溃决型泥石流和1条特大型冰川泥石流来分析特大型泥石流沟对铁路选线的影响，并总结出以下选线跨越原则：（1）当铁路选线需通过特大型泥石流沟时，应优先考虑绕避泥石流方案；（2）当线路无法绕避时，应选择大跨桥梁一跨跨越，或者采用隧道下穿通过；（3）当线路选择以桥梁跨越时，桥位宜选在沟床固定、主流稳定、顺直处的泥石流流通地段，且流通区不设桥墩，一跨跨越；（4）当线路选择以隧道穿越时，隧道洞身应尽量埋入基岩以下，无法埋入基岩时，应充分考虑泥石流沟冲刷深度，并考虑一定安全值，确保隧道埋深不受泥石流冲刷影响。

一、引言

冰川泥石流是指在高山冰川环境下 由冰川洪水与冰川或其它寒冻风化沉积物所形成的特殊泥砂径流 它与其它地理环境下 的泥石 流现象有着类似的形成条件，即陡峻的沟谷地形、丰富的松散固体物质和充足的水源。[3]。研究区域位于喜马拉雅山脉南麓，地处冈底斯-喜马拉雅造山系（Ⅶ）的印度河－雅鲁藏布江结合带（Ⅶ3），受地质构造、气候、地形地势等多种因素影响，发育有

1条特大型冰湖溃决型泥石流和1条特大型冰川泥石流，其影像照片如下图，其影响范围一直延续至沟谷末端的湖泊之中，线路无法绕避。

（1）冰湖溃决泥石流沟简介

该泥石流沟流域所处的地貌环境为极高海拔极大起伏山地地貌。流域面积92.87平方公里，主沟长度为1.6公里，主沟床平均坡降为127.65‰，流域最高海拔为6902米的古纳拉峰，沟口海拔约为4800米，流域相对高差为2100米，平均山体平均坡度约18.4°。流域内发育大小不等的20条冰川和3个冰湖。其中最大冰湖面积2.6平方千米，估算的库容达13.4×107立方米，估算的评价湖深为51米。考虑冰湖全部溃决，其断面洪峰流量11383.1m3/s，最大流速为4.6m/s，流深12.9m。

（2）冰川泥石流沟简介

该泥石流沟流域所处的地貌环境为极高海拔极大起伏山地地貌。流域面积24.14平方公里，主沟长度为6.7公里，主沟床平均坡降为243.3‰，流域最高海拔为 6649米，沟口海拔约为5020米，流域相对高差为1629米，平均山体平均坡度约16.6 °。流域内发育3条冰川，总面积达6平方公里，占流域面积的25%。在P=1%频率条件下，山洪泥石流峰值流量为533.3m3/s，山洪泥石流平均流速为2.7m/s，泥石流泥深为4.0m，最大冲起高度为0.37m。

二、方案研究

针对两条无法绕避的特大型泥石流沟，研究了桥梁跨越方案和隧道下穿方案进行组合研究，共选取了以下4种桥位和隧道方案进行比选。

（1）冰湖溃决型泥石流沟跨越方案

选择桥梁跨越该泥石流沟时，其上游河谷狭窄，泥石流沟宽度约180m，考虑安全高度值5m，根据其冰渍平台界限（承载力不同），选择承载力更强的冰碛体平台位置，研究采用1-200m简支尼尔森拱方案跨越，桥位如下图所示。该桥建设工期预计26个月，工程造价约9500万元。鉴于桥跨方案造价相对较低，隧道下穿方案较为昂贵，予以舍弃。

（2）冰川泥石流沟跨越方案

该泥石流沟沟谷两侧较为开阔平坦，泥石流影响范围较大，桥梁跨越跨度较大，为此选择了高、中、低三处桥位进行比选，针对不同的桥梁跨度，选择采用悬索桥或斜拉桥进行跨越，其桥位及布置示意图如下图所示。三处桥位桥梁工期/造价由高到低依次为：45月/10.1亿、38月/5.9亿、70月/15.1亿，造价极其高昂，为此同时研究了隧道下穿方案，下穿隧道长度长5.8km，工程造价约10.9亿元。

比较可见，几种方案中中游桥位造价较低，但其须在流通区孤岛上扎墩，工程风险较大，不予考虑；上游桥位跨越方案和隧道下穿方案造价相近，但隧道方案埋入基岩后，工程风险更低，故该泥石流沟推荐隧道下穿方案。

两泥石流沟组合后方案比选简表如下表所示：

方案名称	绒嘎西曲冰川泥石流	绒嘎曲冰湖溃决型泥石流
隧道+ 拱桥	隧道下穿通过，埋深137m，满足百年一遇泥石流下切深度要求。隧道（5.77km）下穿通过绒嘎西曲，隧道地层岩性主要为冰碛层及冲洪积层，围岩以IⅤ级为主，隧道进口位于间歇性流通区之外，出口为冰碛层斜坡，无不良地质；	桥梁上跨通过，冰湖全部溃决，断面处洪水流量为1.1万方/秒，溃决洪水高度为12.9m，桥梁净空为54m，且流通区不设桥墩，满足12.9+桥梁结构宽度+安全超高（5m）的要求； 两侧桥台整体位于沟口最高级冰碛平台，相较C12K其桥台稳定性更好，遭受泥石流的风险更低；
高桥位+拱桥	桥梁上跨通过，百年一遇泥石流影响高度为4.37m，桥高满足要求；在常年流通区未设桥墩，在间歇性流通区设置桥墩，基本规避了泥石流风险；
中桥位+拱桥	桥梁上跨通过，百年一遇泥石流影响高度为4.37m，桥高满足要求；在常年流通区内设桥墩，极端情况下，桥墩有被冲毁的风险；
低桥位+ 拱桥	桥梁上跨通过，百年一遇泥石流影响高度为4.37m，桥高满足要求；在常年流通区未设桥墩，在间歇性流通区设置桥墩，基本规避了泥石流风险，但桥梁跨度过大；	桥梁上跨通过，冰湖全部溃决，断面处洪水流量为1.1万方/秒，溃决洪水高度为12.9m，桥梁净空为44m，且流通区不设桥墩，满足12.9+桥梁结构宽度+安全超高（5m）的要求； 两侧桥台整体位于沟口低一级冰碛平台，相较于C11K、C14K其桥台稳定性略差及遭受泥石流的风险略高；

三、研究结论

由本次研究可知，针对特大型泥石流沟跨越方案，应及时测定其各项参数机器影响范围，在满足安全选线前提下，进行不同工程比选，得出以下结论：

（1）当铁路选线需通过特大型泥石流沟时，应优先考虑绕避泥石流方案；

（2）当线路无法绕避时，应选择大跨桥梁一跨跨越，或者采用隧道下穿通过；

（3）当线路选择以桥梁跨越时，桥位宜选在沟床固定、主流稳定、顺直处的泥石流流通地段，且流通区不设桥墩，一跨跨越；

（4）当线路选择以隧道穿越时，隧道洞身应尽量埋入基岩以下，无法埋入基岩时，应充分考虑泥石流沟冲刷深度，并考虑一定安全值，确保隧道埋深不受泥石流冲刷影响。

参考文献：

[1]杜榕桓,章书成.西藏高原东南部冰川泥石流的特征[J].冰川冻土,1981,(03):10-16+81-82.

[2]刘曙亮. 川藏铁路典型冰川泥石流流变与运动侵蚀特性研究[D].西南交通大学,2022.DOI:10.27414/d.cnki.gxnju.2022.000047.

[3]徐道明,冯清华.冰川泥石流与冰湖溃决灾害研究[J].冰川冻土,1988,(03):284-289.