阿爾金山地區主要地質問題分析與鐵路選線對策

趙 文

(陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，陜西 西安 710043)

新建格爾木至庫爾勒鐵路為《十二五綜合交通運輸體系規劃》建設項目，線路東起青海省格爾木市，沿昆侖山北麓、柴達木盆地南緣西行，進入新疆境內，然后線路穿越阿爾金山，經米蘭、若羌，沿塔里木河西抵庫爾勒市。

阿爾金山為塔里木盆地和柴達木盆地的界山，整體呈NEE走向，由6條平行的山脈組成，山脈全長約700 km，寬約60～100 km，海拔多在 4 000 m 以上，西高東低，北坡高差大[1]。整個阿爾金山地區氣候干旱，植被貧乏，無常年流水河流。

格庫鐵路經過的阿爾金山巴什考拱越嶺地區，自然條件惡劣、地形復雜、地層古老、地質構造復雜，涉及眾多工程、水文地質以及環保問題。該鐵路為客貨共線的非高速鐵路，區域地質問題對線路方案的選擇及工程的設置有較大影響，線路方案的合理性及工程施工、運營的安全對地質選線提出了較高要求。

1 阿爾金山地區地質特征

1.1 地形地貌

阿爾金山地區越嶺地段主要由山脈及山間盆地構成。大致可以分為3個微地貌單元：索爾庫里盆地、乙亞加拉克山擠壓山區和巴什考拱盆地。

1.2 地層巖性

主要出露第四系全新統沖洪積粉土、砂類土、碎石類土，第三系礫巖、砂巖、泥巖，元古界薊縣系白云巖、灰巖、片巖、千枚巖、石英巖，并出露有小面積華力西期輝長巖及花崗巖[2]。

1.3 地質構造

格庫鐵路位于塔里木—中朝板塊內，越嶺地段主要穿越阿爾金山斷隆次級構造單元。阿爾金山斷隆位于塔里木東南緣，是由阿爾金山南緣斷裂為界、阿爾金山西北緣—北山剪切斷裂系和紅柳溝—拉配泉斷裂所圍的地塊[3]。斷塊區以太古宙麻粒巖為基底[4],古元古代和中元古代沉積，薊縣紀末受阿爾金山運動聚合碰撞成山，后以剝蝕為主，局部間有沉積盆地，多受巖漿巖侵入。細部構造可劃分為巴什考拱盆地、乙亞加拉克山—冰溝南隆起區、索爾庫里盆地沉降區三大次級構造單元，如圖1所示。

注：Ⅱ2為巴什考拱盆地；Ⅱ3為乙亞加拉克山—冰溝南隆起區；Ⅱ4為索爾庫里盆地。圖1 區域大地構造分區

阿爾金山地塊地質演化十分復雜，斷裂構造的形成和演化也具有長期性和性質多變的特點[5]。

其中越嶺長隧道所經過的區域，以額蘭塔格復向斜為中心，核部位于第一槽谷內，東南翼(花土溝端)發育次級背斜，西北翼(若羌端)斷裂發育；斷裂構造隨地形發育，沿山前、槽谷兩側發育較大斷裂，山脊及盆地內發育其它次級斷裂；節理密集帶因多期次構造運動在山體內十分發育，多與褶皺、斷層伴生。

1.4 水文地質

越嶺地區位于阿爾金山脈中段，屬青藏高原寒帶氣候區，海拔高度對氣溫的影響已超過緯度，春冬季節山區常有降雪。以越嶺長隧道所在乙亞加拉克山山脊為界，分為嶺南、嶺北2大獨立流域系統。東南側地表融雪水匯入索爾庫里盆地內小型咸水湖；西北側地表水通過支流匯入紅柳溝，到山前戈壁消失。區域內除距離洞身較遠的紅柳溝為常年流水外，其余均為季節性沖溝； 紅柳溝主要由區內木孜布拉克、巴什布拉克等主要的泉水匯集而成，全長40 km，流量較小，距離主要越嶺長隧道洞身約10～13 km。

2 格庫鐵路阿爾金山地區主要地質問題

2.1 越嶺長隧道主要工程地質問題

2.1.1 巖溶

阿爾金山靠近索爾庫里盆地的南側發育白云巖段落，地表普遍存在輕微的古溶蝕現象，多為溶蝕坑、槽。局部有小型溶洞，直徑小于1 m，規模相對較小，基本無充填，工程設計時可暫不考慮巖溶對工程的影響，待施工中根據揭露情況針對性處理。

2.1.2 高地應力

根據附近深孔地應力測試結果，最大水平主應力11.25～22.18 MPa。洞身埋深大于500 m的白云巖、石英巖段落，巖質堅硬。巖石飽和抗壓強度30.8 MPa，巖石飽和抗壓強度與最大主應力之比小于4，屬極高應力區。隧道開挖過程中圍巖出現巖爆的可能性大。隧道通過的部分千枚巖、片巖、斷層破碎帶地段，由于巖性本身松軟、局部可能含水，因而具有塑性大、強度低的特點。在埋深較大地段，當圍巖中處于高應力水平時存在塑性變形的可能[7]。

2.1.3 順層

隧道進出口巖層走向大致呈NEE向展布，但巖層受到劇烈的褶皺和多期斷裂作用，巖層產狀變化較大。局部巖層走向可能與隧道軸線小角度相交或近于平行，這些段落開挖易引起順層滑動。

2.2 引線部分主要工程地質問題

2.2.1 含鹽地層

含鹽土層主要分布索爾庫里盆地靠近阿爾金山山前地段和巴什考拱盆地殘丘上部，巖性多為洪積碎石類土，上部粉土含量較高，局部富集窩狀石膏，含鹽類型以硫酸鹽、亞硫酸鹽漬土為主，強度等級弱～中，局部段落含鹽超限土層厚度為0.05～0.25 m。

2.2.2 膨脹巖

索爾庫里盆地靠近隧道進口地段地層為上第三系泥巖夾砂巖，泥巖自由膨脹率為38%～58%，蒙脫石含量6.0%～9.9%，陽離子交換量7.7～12 mmol/kg，判定泥巖具弱膨脹性。

2.2.3 順層

靠近巴什考拱低中山區地層以千枚巖、片巖、石英巖為主，巖層走向EW-NEE向，傾角50°～80°，巖體破碎。部分地段巖層走向與線路呈小角度相交，路塹開挖宜形成順層溜塌。

2.2.4 泥石流

2.3 沿線水文地質問題

2.3.1 工程防排水

斷層帶和灰巖、白云巖地段，可能存在溶洞、溶腔等，極易發生坍塌、冒頂、突水等問題。勘察中應盡可能在物探基礎上進行鉆探驗證，隧道縱坡設計宜采用“人”字坡和平導排水；施工中，應增加超前鉆探及物探工作，加強地質預報，做好通過巖溶斷層破碎帶及背斜核部時突然涌水的應急措施，除加強超前地質預報工作外，備好抽排水等必要的設施，以防突然涌水、涌砂等地質災害的發生，保證施工安全。

2.3.2 施工用水

索爾庫里盆地地下水分布極不均勻，高山融雪水主要沿洪積扇某一通道徑流。該段施工生活飲用水建議從茫崖鎮大河壩水源地或花土溝鎮運水。阿爾金山至望塔，該段地表水和泉水礦化度為4～5 g/L，地表水、地下水匱乏，無開采利用價值，隧道排水及地表水可作為工程用水。

2.4 環境地質問題

阿爾金山國家級自然保護區是我國第一個兼有高原生態類型，以保護特有物種為主的自然保護區。格庫鐵路通過的巴什考拱埡口區屬于保護區的實驗區，環保要求嚴格，環境地質問題突出[9]。重點關注野駱駝息棲地和飲用水源地。越嶺選線要充分考慮工程建設可能對野生動物保護的影響，隧道要充分考慮地表水體與隧道的關系，預判隧道施工對地表水體的影響。

3 格庫鐵路選線對策

由于越嶺長隧道及兩端引線是一項不可分割的系統工程，在線路方案選擇和優化過程中，我們始終貫徹了兩者統一研究、綜合考慮的原則，既重視對特長隧道越嶺地段工程和水文地質條件的研究，又重視兩端引線段控制線路方案選擇的主要工程地質問題的落實[10]，下面將線路方案研究中提出的地質選線原則綜述如下:

1)阿爾金山地區地質構造十分發育，線路通過區域性深大斷裂帶時應以一般簡單工程、大角度短距離通過。避免在斷裂密集地帶迂回展線或設置重大工程。必須穿越時，應在鐵路可能通過范圍內，選擇相對穩定的地塊大角度通過。

2)阿爾金山地區地層受地質構造作用影響較大，巖體破碎，溝谷選線宜避開陡峻山坡，避免巖層不利結構面傾向線路的長大挖方工程；線路應避免在高陡山坡、懸崖峭壁下引線，避開落石發育地段。避免在陡緩交界處設置路基高邊坡及大型擋護工程。

3)線路通過泥石流溝時，應以大跨度橋梁、明洞或隧道通過。跨越時應避開急彎部位和溝床縱坡變化點，并留有足夠的凈空和孔跨，應根據泥石流通過的需要量和淤積厚度確定。

4)越嶺長隧道的選擇對越嶺地區的綜合選線起控制性作用，在相同工程地質、水文地質條件下，降低工程風險、確保安全運營應重點考慮；引線部分的選擇應考慮繞避大型不良地質、降低工程風險、節省投資、縮短運營時間等因素。

5)由于阿爾金山地區歷經多期多次構造運動，巖體破碎，對于可能引發順層問題的段落，工程應盡量避免深大挖方，必須通過時應設置工程防護措施。

6)阿爾金山地區由于地質構造活躍，對于硬質巖的完整性要認真研究，尤其是隧道圍巖劃分時，以免施工時再重大變更。

7)關注生態保護，對保護區內野生動物息棲地和飲用水源地應進行繞避，野生動物通道應留足空間。

4 結論

1)阿爾金山地區越嶺地段地層古老、巖性復雜，斷裂構造發育，影響線路方案選擇的地質因素多，在多階段地質工作的基礎上開展越嶺地段地質選線工作非常重要。

2)在低速鐵路的選線過程中，堅持越嶺長隧道和引線部分協同考慮的基本原則；對重大的不良地質問題應以繞避為主；對無法躲避的環境地質問題，應采取避重就輕的原則，盡量降低工程風險和難度，盡量減小對環境的影響。

3)格庫鐵路阿爾金山地區地質選線工作重點在伊吞布拉克至巴什考拱段。最終推薦方案其嶺南、嶺北引線部分不良地質、特殊巖土等工程地質問題不發育，越嶺長隧道走向與區內主要構造線大角度相交，方案整體工程地質條件較好，對環境影響較小。

4)阿爾金山地區工程建設時，首先要研究區域地質環境背景，考慮地表水與地下水的水力聯系，防治工程建設對水環境造成破壞；充分關注燕山期以前侵入巖，因為該套地層遭受多期多次構造影響，巖體完整性差，可能對隧道圍巖劃分產生較大影響；另外還要考慮該區野駱駝及其他野生動物的保護，要充分考慮生存環境對于野生動物保護的重要意義。