川藏鐵路廊道關鍵水工環地質問題：現狀與發展方向

張永雙 ，郭長寶 ，李向全 ，畢俊擘 ，馬劍飛 ，劉 峰

（1.中國地質科學院水文地質環境地質研究所，河北 石家莊 050061；2.中國地質調查局第四紀年代學與水文環境演變重點實驗室，河北 石家莊 050061；3.中國地質科學院地質力學研究所，北京 100081）

川藏鐵路是我國區域重大交通戰略工程，東起四川省成都市，向西經雅安、康定、昌都、林芝、山南到拉薩，全長1 543 km。復雜的地質演化歷史導致鐵路廊道地質環境條件差異大，水文地質、工程地質和環境地質問題復雜多變，故川藏鐵路建設采取了總體規劃、分段實施的思路。成都—雅安段于2018年12月通車，拉薩—林芝段于2021年6月通車。雅安—林芝段于2020年9月批復實施，該段長1 008.45 km，穿越8座4 000 m以上的高山，跨過7條大江大河，橋隧占比達95.8%，長度超過15 km的隧道20座，成為世界上最難修建的鐵路[1]。

川藏鐵路穿越的青藏高原東部是世界上地質條件最復雜、構造活動最強烈的地區。高原快速隆升導致河流下切作用增強，形成高山峽谷地貌。鐵路沿線歷史上曾多次發生強震，康定—道孚和波密—林芝兩個地區的地震動峰值加速度達到或接近0.3g，部分地段超過0.4g（圖1）。

圖1 川藏鐵路廊道地質背景圖Fig.1 Geological background of Sichuan-Tibet traffic corridor

長期以來，國內外學者對青藏高原的地質研究積淀較厚，但在工程建設領域仍有很多地質問題尚未認知，甚至以往從未遇到。近十余年來，圍繞川藏鐵路建設，大批科研和工程技術人員開展了卓有成效的工作，對川藏鐵路建設的地質安全風險有了總體認識[2-4]，但仍有不少問題需要從地球系統科學視角進一步探索。本文試圖結合川藏鐵路前期工作進展，剖析工程建設及運營中面臨的關鍵水工環地質問題，并從公益性地質調查和工程建設地質工作的角度提出相關對策建議，期望對水工環地質學科發展有一定促進作用。

1 川藏鐵路廊道地質工作的簡要回顧

川藏鐵路的規劃建設經歷了百年歷程。早在民國初年，孫中山先生就提出“川藏鐵路事關中國國家安危存亡”。新中國成立以來，在20世紀50年代，原鐵道部第二勘察設計院開始對川藏鐵路開展前期勘察和專題研究工作，20世紀90年代進入初步選線階段。1997年10月原鐵道部計劃司召開進藏鐵路方案研討會，確定了滇藏鐵路和青藏鐵路作為進藏鐵路的兩大方案[5]，川藏鐵路處于暫緩狀態。在2011年3月通過的“十二五”規劃綱要中，再次提出研究建設川藏鐵路。2014年12月，川藏鐵路成都—雅安段開工建設、拉薩—林芝段控制性工程開工建設。2020年9月國家發展改革委批復同意建設川藏鐵路雅安—林芝段，標志著這一重大工程正式進入全面實施階段。2020年11月8日，川藏鐵路雅安—林芝段開工建設。

1.1 區域地質調查工作

川藏鐵路相關的地質工作與青藏高原的基礎地質研究割離不開，最早可追溯到19世紀末20世紀初[6]。系統的地質調查工作始于20世紀50年代，陸續開展了1∶100萬和1∶20萬區域地質、礦產地質調查；1980年，原地質礦產部青藏高原綜合地質調查大隊會同有關地礦局，在分析已有資料和綜合研究的基礎上，編制出版了青藏高原及鄰區1∶150萬地質圖。20世紀90年代，鐵路沿線1∶20萬地質圖相繼出版，但由于青藏高原氣候環境差、工作條件艱苦，地質調查和勘測程度普遍較低。自2000年開始，中國地質調查局組織實施青藏高原空白區1∶25萬區域地質調查計劃，截至2014年，青藏高原1∶25萬地質圖幅全部完成出版，對青藏高原的地質認識不斷提高。2018年以來，川藏鐵路沿線1∶5萬地質調查工作加快推進，預計2021年全面完成鐵路沿線帶狀地質圖，將為鐵路設計和建設提供重要的基礎地質支撐。

1.2 水工環地質調查工作

川藏鐵路廊道部署了一系列公益性水工環地質工作，但總體工作程度較低。相較而言，水文地質調查比較系統，工程地質工作以地質災害調查為主，環境地質工作以專題性調查為主。

在水文地質方面，二十世紀七八十年代起開展了區域水文地質普查工作，初步查明了區域水文地質條件。川西地區水文地質調查精度為1∶50萬[7-9]，藏東地區水文地質調查精度僅為1∶100萬[10-11]。有關的成果主要涉及巖溶水、斷裂帶水和地下熱水（高溫熱害）。理塘—義墩幅、康定—寶興幅等1∶50萬水文地質調查報告論述了區內巖溶地貌基本特征、巖溶含水層分布及富水性。此外，崔之久[12]、朱學穩[13]、張之淦[14]研究了上新世以前形成的古巖溶地貌特征及現代冰川作用對巖溶發育的影響。張恒等[15]分析了活動構造帶對熱水形成的控制作用。李曉等[16]和張春潮等[17]利用水化學及同位素方法，研究了康定、察雅地下熱水的補給來源和循環深度，分析了地下熱水成因。總體上，川藏鐵路廊道水文地質調查和研究程度偏低，基巖水文地質工作程度更低。

在工程地質和地質災害方面，為最大限度降低地質災害對公眾生命和財產的危害，20世紀90年代以來，國家和地方陸續部署開展了以縣域為單元的1∶10萬地質災害調查與區劃，初步查明了全國地質災害分布特征[18]。2010年以后，中國地質調查局和地方政府組織實施了部分縣域1∶5萬地質災害調查，進一步查明了縣域內地質災害發育特征和分布規律。2014年以后，在川藏鐵路沿線及鄰區組織開展以圖幅為單元的1∶5萬地質災害調查工作，但尚未實現全覆蓋。

對于環境地質的界定，有不同的認識。2010年以來，鐵路沿線部分地區（昌都縣、芒康縣、乃東縣、洛隆縣、林芝縣）開展的1∶5萬環境地質調查屬于廣義的水工環綜合調查。不少研究者對川藏鐵路從施工到運營面臨的諸多環境地質問題給予了高度關注，例如，隧道工程對地下水環境會造成一定影響，主要表現在地下水疏排對植被和濕地生態環境、居民生產生活用水的影響以及地下熱水、成礦帶地下水疏排對受納水體的影響等[19]。隨著研究的不斷深入，環境地質工作將逐漸擴展到生態環境和生態保護修復領域。

1.3 專項地質調查和研究工作

原鐵道部第二勘察設計院在20世紀60年代就開始了川藏鐵路的地質考察工作，并編制完成《川藏高原鐵路考察報告》等，2000年以后開展了鮮水河方案、新龍方案和巴塘方案、波密/通麥方案的比選，2017年完成了《川藏鐵路昌都至林芝段預可行性研究》。2018年10月起，根據國鐵集團（原中國鐵路總公司）的統一部署，相關鐵路勘察設計單位圍繞鐵路選線、勘察設計和施工中可能面臨的問題，開展了較為系統的地質勘察工作，完成全線1∶5萬遙感解譯、工程地質測繪和重點地段1∶2000～1∶10 000測繪，在重點地段部署了航空物探、地面物探、鉆探、地應力測量和綜合測井等工作，并與國內有關地質勘查單位、科研院所、高等院校等合作開展了活動斷裂、地質災害、高地應力（巖爆和大變形）、高地溫和高溫熱水、巖溶及斷裂帶涌突水等專題研究，于2019年6月完成了可行性研究，2020年6月完成加深地質工作，為鐵路工程可研報批、建設施工積累了大量地質資料。

自2008年以來，中國地質調查局在西南地區部署了一系列與國家重大工程相關的專項地質調查工作，特別是2013—2015年組織開展了川藏鐵路沿線活動斷裂調查與地質災害效應評價[20]，2018年以來組織開展了川藏鐵路全線1∶5萬區域地質、地質災害、水文地質與地熱地質調查等，初步查明了鐵路沿線及鄰區地層巖性與地質構造、活動斷裂發育特征與地殼穩定性、工程地質與地質災害、水文地質與地熱地質等特征，先后提交了《川藏鐵路推薦線路方案地質咨詢報告》（2019）和《川藏鐵路建設地質安全風險評價報告》（2020），為川藏鐵路規劃建設提供了有力支撐。

2020年國家自然科學基金委專門啟動了“川藏鐵路重大基礎科學問題”專項，圍繞高原東部深部物質結構構造及動力演化過程、高原峽谷區內外動力耦合致災機理、深埋超長隧道工程災變機制、鐵路重大災害風險識別與預測等問題開展研究。國家科學技術部與國鐵集團聯合，針對川藏鐵路建設面臨的地質安全風險、工程技術風險和生態環境風險，策劃并擬于2021年實施相應的重點研發工作。此外，部分工程建設單位針對具體工程問題開展了一系列技術攻關[21]。

專項地質調查工作進一步明晰了川藏鐵路建設面臨的地質安全風險，明確提出區域活動斷裂、地質災害與高邊坡、高地應力與隧道巖爆和大變形、隧道高溫熱害與涌水突泥等是制約鐵路建設的關鍵地質問題。

2 鐵路建設面臨的水工環地質問題

2.1 主要水文地質問題

（1）高原構造巖溶高壓突涌水問題

青藏高原復雜的地質構造條件造就了川藏鐵路廊道獨特的高原構造巖溶類型，極易發生隧道高壓突涌水災害，直接影響鐵路安全施工。調查分析表明，鐵路全線共分布75套碳酸鹽巖地層（圖2），時代貫穿震旦紀至三疊紀，巖性以灰巖、白云巖和大理巖為主，巖溶分布明顯受鮮水河斷裂帶、金沙江斷裂帶、瀾滄江斷裂帶、怒江斷裂帶、嘉黎斷裂帶等區域性構造帶控制，主要分布于二郎山—康定、巴塘—羅麥、貢覺—昌都、邦達—康玉、多吉—魯朗等5個主要區段，涉及的主要隧道有莫西、格聶山、東達山、紅拉山、芒康山、果拉山、夏里、康玉、易貢和多吉等隧道。

圖2 川藏鐵路廊道區域水文地質簡圖Fig.2 Sketch map of regional hydrogeology along the Sichuan-Tibet Railway corridor

川藏鐵路廊道構造巖溶具有以下基本特征：①巖溶洞穴沿斷裂、褶皺構造線分布，70%的巖溶洞穴發育在構造影響帶內；②巖溶水存在高位穩定補給源，海拔5 000 m左右的冰蝕臺塬區廣泛發育溶蝕洼地、落水洞等，成為地下水高位補給區；③區域構造控制巖溶水主徑流帶發育，地下水經構造巖溶發育帶，呈管道流向下游徑流，以巖溶大泉形式集中排泄，泉流量可達100～40 000 m3/d；④巖溶地下水徑流途徑一般較長，可以穿越若干地表次級流域單元，最遠常達數十公里；⑤地下水循環深度大，補給區與排泄區高差多在1 000 m以上，常導致水溫和水壓都偏高。

（2）斷裂帶基巖裂隙高壓突水突泥問題

大型斷裂帶地下水同樣具有高位補給、遠程運移、水動力條件強勁和壓高量大的特點。沿大型斷裂帶地下水不斷接受冰川融雪補給、地表水滲漏補給、上覆第四系孔隙水補給以及基巖風化裂隙水補給，以致下游表現為水量充沛、高水頭的水力性質。川藏鐵路穿越多條區域性活動斷裂帶，次級斷裂及牽引褶皺普遍發育，斷裂帶穿越花崗巖、火山巖、砂巖和板巖等硬質巖區段，巖石破碎，斷裂破碎帶膠結差，為地下水提供了良好的賦存場所和運移通道。例如，金沙江斷裂帶闊達曲一帶泉流量可達78.72 L/s，卡孜拉山斷裂帶水平鉆孔單孔涌水量達50 L/s。

（3）高溫熱水熱害問題

川藏鐵路廊道位于地中海—南亞地熱異常帶，其大地熱流值由東向西逐漸變大，變化范圍60～127 mW/m2，平均值76.3 mW/m2，高于全球陸區平均值61.2 mW/m2，屬于大地熱流高異常區。雅安—林芝段穿越6條大型地熱活躍帶，與區域性活動斷裂帶密切相關。①鮮水河地熱帶主要受鮮水河斷裂帶控制，溫泉出露較多，多高于60 ℃，如康定榆林宮耶姆擦沸泉高達85 ℃。②甘孜—理塘地熱帶主要受甘孜—理塘活動斷裂控制，出露溫泉最多，54.8%的溫泉高于40 ℃，甘孜縣拖把鄉溫泉高達89 ℃。③金沙江地熱帶主要受巴塘斷裂控制，巴塘段地溫高、沸泉多、水活動強烈，其中杠日隆沸泉高達97 ℃。④瀾滄江地熱帶受瀾滄江斷裂帶控制，呈西北—東南向帶狀展布，屬于中低溫地熱異常區，出露溫泉一般低于40 ℃，區域熱害程度相對較弱。⑤怒江—八宿地熱帶受怒江斷裂控制，出露溫泉大多40～60 ℃。⑥嘉黎—察隅地熱帶主要受嘉黎—察隅斷裂帶和雅魯藏布江斷裂帶控制，在斷裂交匯處形成地熱異常區，出露溫泉多高于60 ℃，其中通麥鎮熱泉達92 ℃（圖3）。

圖3 川藏鐵路廊道地熱異常區分布圖Fig.3 Distribution of geothermal anomalous areas along the Sichuan-Tibet Railway corridor

受高溫熱害影響，鐵路隧道建設存在高壓熱水、高溫巖體、熱水侵蝕等熱害問題，對康定隧道、折多山隧道、拉月隧道等深埋隧道施工安全構成嚴重威脅。拉薩—林芝段桑珠嶺隧道在建設過程中遇到了嚴重高溫熱害問題，隧道內巖溫最高達89.9 ℃，洞內溫度最高達56 ℃，是目前國內鐵路隧道修建中遇到的最高巖溫隧道[22]。

2.2 主要工程地質問題

青藏高原東緣內外動力地質作用強烈交織與轉化，不僅是新構造活動帶、差異隆升和深切峽谷分布區，而且是特殊不良地質體的集中發育區。潘桂棠等[23]認為川藏鐵路雅安—林芝段穿越7條混雜巖帶，伴隨中新世以來高原強烈隆升均轉化為活動構造帶、地熱活躍帶和地質災害頻發帶。因此，川藏鐵路建設面臨多種復雜工程地質問題。

（1）活動斷裂斷錯與強震災害

川藏鐵路廊道晚更新世以來的活動斷裂極為發育、規模巨大且活動性強。研究表明，川藏鐵路穿越龍門山斷裂帶、鮮水河斷裂帶、玉農希斷裂帶、理塘—德巫斷裂帶、巴塘斷裂帶、瀾滄江斷裂帶（巴青—類烏齊斷裂）、怒江斷裂帶（羊達—亞許斷裂、邦達斷裂）、邊壩—洛隆斷裂帶、嘉黎—察隅斷裂帶和魯朗—易貢斷裂帶等10余條全新世活動斷裂帶[24]，以及大渡河斷裂帶、金沙江斷裂帶、香堆—洛尼斷裂帶等3條晚更新世活動斷裂帶（圖1），每條活動斷裂帶又包含多條次級斷裂，如鐵路穿越鮮水河斷裂帶的雅拉河斷裂、色拉哈—康定斷裂、折多塘斷裂和木格措南斷裂等4條次級斷裂[25]，故對鐵路具有危害性的活動斷裂達40余條?；顒訑嗔巡粌H可直接造成工程斷錯，而且斷裂活動誘發的強震和斜坡地質災害[26]，嚴重威脅鐵路安全。

（2）高地應力與深埋隧道巖爆和大變形

受板塊構造擠壓作用以及塊體內部構造活動等因素影響，鐵路廊道處于水平構造應力為主導的復雜地應力環境[27-28]，具有應力值高、方向多變等特點。川藏鐵路雅安—康定段、拉薩—林芝段最大水平主應力的梯度分別為7.1 MPa/100 m、5.7 MPa/100 m[24]，高于青藏地塊背景值2.9 MPa/100 m。雅安—康定段高爾寺山隧道實測最大主應力值達74.4 MPa[3]，在郭達山鉆探巖心中出現餅狀巖心（圖4），最大水平主應力方向以NWW—NW向為主。拉薩—林芝段色季拉山隧道實測最大主應力值達76 MPa[3]，最大水平主應力方向以近NS—NNE向為主。康定—林芝段區域構造應力場最大水平主應力方向由NW向NNE偏轉，鐵路線與區域最大水平主應力方向夾角在5°～45°之間。

圖4 郭達山隧道鉆孔餅狀巖心發育特征Fig.4 Characteristics of the pie-shaped core of a borehole in the Guodashan tunnel

川藏鐵路擬規劃新建隧道72座，總長838.2 km，最長隧道達40 km以上，埋深達2000 m以上。高地應力對鐵路建設的突出影響表現為深埋隧道圍巖巖爆和大變形，如2014年12月開工建設的拉薩—林芝段桑珠嶺隧道全長16.5 km，巖爆段長達9.5 km，施工中共發生16 000多次巖爆，嚴重影響隧道建設安全。對于軟質圍巖，易導致大變形，如拉薩—林芝段藏噶隧道DK169+025—DK169+090附近，從2017年4月25日開始出現變形，至2017年9月6日累計最大變形量達1.5 m，初期支護鋼架被剪斷，嚴重影響了隧道施工安全。

（3）特殊巖土體的不良工程特性與災害效應

川藏鐵路廊道地層巖性復雜，其穿越的雅魯藏布江蛇綠混雜巖帶、嘉黎—帕龍藏布蛇綠混雜巖帶、怒江俯沖增生雜巖帶、瀾滄江增生雜巖帶、金沙江增生雜巖帶、甘孜—理塘增生雜巖帶及爐霍—康定蛇綠混雜巖帶等，寬度從幾十米到幾十公里不等，混雜巖帶內的巖體具有結構復雜、空間變化快、易蝕變、力學性質差異大等特點（圖5），是隧道和邊坡工程可能遇到的特殊巖體[29]。特別是黏土化蝕變軟巖易誘發隧道大變形和邊坡失穩，由于以往研究程度低，值得格外關注。

圖5 構造混雜巖帶中的黏土化蝕變軟巖發育特征Fig.5 Development characteristics of clay-altered soft rock in structural mélange

（4）高位遠程滑坡災害鏈

川藏鐵路廊道高位遠程地質災害及災害鏈極為發育且典型[30-31]，主要分布在大江大河兩側，如易貢滑坡[32-33]、白格滑坡[34]，具有隱蔽性、突發性、鏈生性和巨大危害性，對鐵路大橋和隧道進出口工程施工和安全運營構成嚴重威脅。鐵路在穿越區域性活動斷裂帶時，也面臨大型-巨型高位遠程滑坡災害鏈。此外，遙感調查揭示鐵路兩側各30 km范圍發育冰崩災害鏈66處，其中11處冰湖潰決和4處堵潰鏈式災害主要分布在帕隆藏布流域、易貢藏布流域等冰川冰湖集中發育區，對波堆藏布特大橋、波密車站、東久曲特大橋和易貢藏布大橋等可能構成潛在危害。

2.3 主要環境地質問題

我國科研工作者對環境地質問題的認識不斷向廣義延伸，逐漸擴展到了生態地質、生態環境等方面。隨著川藏鐵路規劃建設全面啟動，應重點關注以下環境地質問題。

（1）含煤地層和熱液礦床酸性水腐蝕問題

川藏鐵路穿越9套石炭紀、二疊紀、三疊紀和白堊紀含煤地層，其中硫化物在水的侵蝕作用下，易氧化水解形成酸性水，腐蝕鐵路設施。在地表析出的鹽類沉淀物除了瀉鹽（MgSO4·7H2O）和石膏（CaSO4·2H2O）外，多為成分和性質非常復雜的礬類沉淀物。1∶10水提取液的pH值除個別樣品呈弱堿性外，含鎂葉綠礬、葉綠礬、黃鉀鐵礬等硫酸鹽沉淀物均呈強酸性，加之這些沉淀物富含結晶水，因此具有強溶解性、強膨脹性、強腐蝕性（表1）。此外，鐵路廊道還分布一些熱液礦床，在礦床氧化帶表面或地下水溢出帶周邊，也易形成酸性水，可能對工程造成潛在危害[35]。

表1 八宿-然烏一帶鹽類沉淀物礦物成分及工程評價Table 1 Mineral composition and engineering evaluation of salt deposits in Basu-Ranwu region

（2）濕地生態退化演替問題

受南北向高大山系和東亞季風及印度季風氣候控制，青藏高原東緣水文與環境系統地域差異顯著。在氣候變化及人類活動共同影響下，植被涵養水源、保持水土的功能發生改變，生態退化加劇了生態-水文-巖土之間關系的快速變化。例如，毛埡壩盆地是典型的高寒生態草原區，受大氣降水、地表水和地下水等多源水支撐維系，理塘河從盆地中部穿過，多年平均徑流量13.29×108m3，河水滲漏補給盆地第四系孔隙水。盆地西側的碳酸鹽巖裂隙巖溶水以大泉形式向盆地排泄，也是重要的補給水源。鐵路建設可能影響盆地多源水轉化，制約草原生態系統健康發展。

（3）鐵路建設與敏感生態環境的互饋效應

鐵路施工對生態環境的影響主要是破壞植被、改變含水層結構、擾動破壞地形地貌等，具體表現在：① 施工中的隧道突涌水可能引發淺層地下水及地表水枯竭，降低地下水位，加速水循環及水文地球化學過程，影響地表植被和山地冰川賦存狀態；②嚴重擾動含水層結構和破壞地形地貌，加劇水土流失，甚至引發地面塌陷等[36]；③大量棄渣可能進入江河湖庫，某些渣場選址或處置不當，還會誘發滑坡泥石流等次生災害。因此，如何全面掌握超長建設周期鐵路廊道生態水文變化及水土流失狀況是生態保護的關鍵[37]。

3 值得關注的關鍵科學技術問題

重大工程建設的成敗在于能否及時發現問題，而解決問題的關鍵在于查清可能發生問題的成因和規律。針對川藏鐵路建設中面臨的水工環地質問題，需要深入研究以下關鍵科學技術難題。

3.1 水文地質方面

（1）高原巖溶發育層序規律與構造巖溶蓄水構造類型

受多期快速隆升影響和圈層結構控制，高原巖溶發育呈現多期性，表現為發育高程、規模、結構與形態差異顯著。地質構造類型、性質、巖性控制著巖溶的發育特征和空間分布規律，也影響著高原巖溶地下水補給、賦存及運移條件，形成不同結構形式的巖溶蓄水構造類型。因此，巖溶層序規律和蓄水構造類型研究可為有效預測突水災害風險提供依據。

（2）深埋隧道突水突泥的孕災致災模式與預測方法

川藏鐵路廊道大型斷裂帶、構造混雜巖帶、巖溶、含煤和石膏的特殊巖層區，都是重大突水突泥災害的易發區段。特別是構造巖溶水和斷裂帶水具有高位遠程補給的特征，水動力條件強勁，水量大、水壓高。只有準確把握隧址區地質結構、地下水動力條件及演變過程，才能構建切合實際的孕災致災模式、水害判識模型和定量預測方法。

（3）活動斷裂控熱機制與地下熱水循環模式

前期研究表明，川藏鐵路廊道高地溫異常區空間分布明顯受區域性活動斷裂影響，活動斷裂類型、性質和規模對高溫巖體分布、熱泉出露有明顯的控制作用。深入研究活動斷裂導熱控熱機制及地下熱水循環特征，建立相應的地熱系統成因模式，是川藏鐵路熱害防治的關鍵。

（4）高溫熱害風險識別及地熱資源化技術

針對不同熱害成因模式，建立深埋隧道高溫熱害風險識別指標體系和有效的預測評價方法，提出基于熱害防治與地熱資源化利用于一體的綜合技術方案。

3.2 工程地質與地質災害方面

（1）活動斷裂的精細特征與工程斷錯效應

川藏鐵路廊道區域性活動斷裂帶的空間特征已基本清晰，但部分斷裂帶的分支斷裂特征和活動性因研究程度低而存在爭議，需創新強烈侵蝕山區及基巖活動斷裂的調查方法。此外，關于活動斷裂的避讓距離也存在不同意見，例如《活動斷層避讓》（征求意見稿，2019）提出需避讓晚更新世和全新世活動斷層，而《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111—2006）僅提出了避讓全新世活動斷裂。因此，亟需研究適用于高山峽谷區的活動斷裂的工程斷錯效應及安全避讓距離。

（2）復雜地質構造區深部構造應力場特征

川藏鐵路跨越多個大地構造單元，構造應力場的特征受地質構造、地形地貌和測試方法等因素影響。已有實測結果表明，鐵路廊道不同構造部位、不同埋深和不同地貌位置的地應力值離散性較大[24,28]。因此，亟需基于關鍵構造部位深孔地應力測量、監測與數值模擬，揭示青藏高原東部構造應力場變化規律，解剖復雜地質條件下構造應力賦存特征及隧道開挖應力調整規律。

（3）構造混雜巖帶工程地質特性與災害效應

構造混雜巖帶是川藏鐵路建設的關鍵區帶[23]，目前關于其工程地質特性的專門性研究較少，亟需研究混雜巖帶高分辨率三維精細物質結構、空間變化特征及巖體力學性質演變規律，研究不同工程類型情景下的構造混雜巖帶孕災、災變模式，提出定量化的工程地質評價方法。

（4）水-力-熱多場耦合作用下深埋隧道圍巖穩定性與災害效應

在水-力-熱多場耦合作用下，巖石力學性質、變形破壞機制發生變化，隧道巖爆和大變形機理更為復雜，亟需研究川藏鐵路廊道水熱活動機制與斷裂活動和地應力場的耦合災變機理，研發深埋長大隧道地熱能利用技術。

（5）內外動力耦合作用下的高位遠程滑坡機理及風險防控技術

針對高原峽谷區高位遠程滑坡災害（鏈），亟需研究構造縫合帶內外動力耦合作用下高位滑坡成災機理以及復雜結構高陡巖質斜坡的災變理論，建立川藏鐵路廊道特大災害鏈臨界轉化能量條件、物質條件及地形條件判別指標，突破鏈生災害成鏈機制、遠程效應及風險防控關鍵技術。

3.3 環境地質方面

（1）高原多源水轉化循環機制與生態脆弱區生態需水量控制技術

高原高寒生態系統靠多源水支撐維系，高原暖濕化進程加劇和大型人類工程活動將會影響多源水轉化循環機制，使維系高原濕地、草甸、森林的水源補給發生變化，造成生態系統退化。因此，亟需深入研究高原多源水轉化循環機制、生態需水量及其控制技術。

（2）隧道建設的水文生態環境效應

川藏鐵路位于國家“青藏高原生態屏障”的核心區域，生態環境脆弱、敏感而獨特，鐵路建設會在局部改變區域水文地質結構，引起地表水循環路徑和地下水補徑排條件的變化。亟需開展超長周期橋隧工程建設對高寒生態系統的影響研究，揭示生態-水文-災害時空分布及耦合作用規律，建立工程施工對復雜敏感生態環境影響評估及生態環境修復綜合技術。

（3）生態地質環境監測評價與保護關鍵技術

工程脅迫下地質環境的改變對生態系統的影響非常明顯。亟需從“隧道涌水突泥-含水層疏干破壞-地表水體干枯-高原植被退化”和“橋梁施工棄渣堆放-土地資源挖損壓占-野生動物棲息地損毀”等方面，分析研究人類工程脅迫下地質環境改變對自然生態系統的影響機理，研發工程施工對生態地質環境影響監測與評估技術，以及工程脅迫下生態保護修復技術。

（4）全球氣候變暖的地質生態環境效應

全球性氣候變暖對青藏高原地質環境造成了不可忽視的影響。近百年來，青藏高原氣溫變暖傾向率為全球平均值的7～8倍[2]，應高度關注高原氣候變化驅動機制與極端氣候預測、高原生態系統對氣候變化的響應與適應機制、高原冰凍圈災害對氣候變化的響應機制與風險預測、氣候變化引起的環境災害防控等，及時掌握冰川、冰湖活動變化情況及可能對鐵路的影響。

4 水工環地質工作的發展方向

川藏鐵路廊道是我國基礎設施建設和“一帶一路”的重點區域，鐵路建設面臨的首要風險是地質安全風險。由于以往地質工作程度偏低，可能有一些重大地質風險尚未發現，或者對已發現風險的危害程度還難以做出準確判斷。結合前人研究和作者長期從事青藏高原東緣工程地質研究的體會，從公益性地質調查和商業性工程勘察相結合的角度，提出以下工作建議。

4.1 堅持公益性地質調查與專項地質調查相結合，是提高地質認識的基礎

公益性地質調查可圍繞川藏鐵路建設需求，加快提升地質調查程度與精度。例如，基于關鍵地段中-大比例尺基礎地質調查，揭示鐵路廊道不同地段工程問題差異性的地質背景；開展區域性活動斷裂和高山峽谷區卸荷松動帶的分布和變形破壞規律調查，建立高位滑坡、冰川/冰湖潰決型高勢能泥石流的災變機理和早期識別模型。開展川藏鐵路廊道水文地質和重要水源地調查，高度關注巖溶地質和突水突泥問題，評估可能產生的水源地枯竭、生態環境損毀和破壞。

專項地質調查工作著重開展主要活動斷裂精細化調查、關鍵構造部位地應力測量和重要場區穩定性評價；在深大構造結合帶、隧洞口、橋址等重點區域，可在詳細地質填圖的基礎上開展工程勘察工作。由于高山峽谷區極其險峻，常規的地面調查、遙感調查、地球物理方法等難以有效達到目的，需探索新型的調查方法。

從長遠考慮，要以川藏鐵路建設為契機，探索建立服務國家重大工程（滇藏鐵路、中尼鐵路和雅魯藏布江下游水電開發等）規劃建設的前瞻性地質調查機制，推動傳統的水工環地質調查向地質安全綜合評價方向發展。通過綜合集成地質調查、工程勘察等多源信息，構建重大工程地質安全風險評價方法和工作機制。既體現公益性地質調查支撐重大工程規劃建設，又考慮工程建設運營對區域地質環境影響的調查和風險管控。

4.2 堅持重點疑難地質問題科技攻關，是解決問題的關鍵

圍繞迫切需要解決的關鍵地質科技問題，進一步明確重點攻關方向，解決重大災害隱患防治的技術短板。加強多圈層相互作用的青藏高原構造演化理論研究，揭示高原隆升的地質災害效應。開展活動構造區工程地質問題與探測技術研究，形成復雜艱險山區工程地質理論和技術體系。開展內外動力耦合作用下重大地質災害過程研究，揭示青藏高原深部和地表災變機理與演變趨勢，提供精準化災害風險預測方法與模型。針對高寒高海拔山區地質環境特點，研發巖土力學、地熱、地應力等測試技術與裝備，以及深埋隧道高溫熱害防控技術。

針對構造巖溶、斷裂帶高壓突水突泥、超高溫熱水熱害問題，開展高原山區水循環與水動力條件演化機理研究，建立隧道突水水源識別、導水-突水通道示蹤預測模型；突破復雜構造山區地表水與地下水轉化機理，攻克深埋隧道高壓突水突泥風險預測和超前預報技術，以及水文地質空-天-地立體化綜合勘察技術。開展工程擾動條件下山體結構變化及其水動力響應機制研究，推演重大工程區地表生態水文演變過程，支撐鐵路廊道生態保護修復。加強工程影響區生態風險評估研究，提出大型棄渣場地工程防護、植被恢復等立體綜合防控技術。

4.3 堅持災害隱患監測與工程治理協調推進，是保障工程安全的長效機制

工程治理具有“短平快”的功效，在我國西部山區已有較成熟的經驗，但往往成本過高，因此災害隱患監測成為保障工程安全的重要內容。在川藏鐵路廊道，很有必要按照輕重緩急，逐步建立基于大數據、云計算和人工智能技術的自然資源監測平臺與觀測網，例如高精度GPS監測網、水文地質與地溫觀測網、地應力監測網、典型地質災害隱患監測站等，形成服務重大工程安全的監測預警網絡。同時，盡快構建川藏鐵路生態保護監測和綜合決策系統，研究隧道地下水排放影響及防控技術，降低施工排水和水文地質結構變化可能產生的生態風險。

5 結語

川藏鐵路是我國戰略性世紀工程，是世界上地質條件最復雜、施工難度最大的鐵路工程，面臨的重大工程地質問題前所未有。圍繞川藏鐵路全生命周期安全需求，系統開展地質調查和研究，精準判識地質安全風險，成為保障高起點高質量高標準建設川藏鐵路的關鍵。

為更好地服務國家重大工程規劃建設，提出了水工環地質工作的發展方向：堅持公益性地質調查與專項地質調查相結合，是提高地質認識的基礎；堅持重點疑難問題科技攻關，是解決問題的關鍵；堅持災害隱患監測與工程治理協調推進，是保障工程安全的長效機制?！笆奈濉逼陂g，國家重大工程規劃建設將持續推進，積極探索貫穿于工程選線、勘察、建設、運營全過程的關鍵技術，對未來青藏高原其他重大工程建設也具有極其重要的應用前景。

大量實踐表明，從重大工程建設需求出發，建立關鍵科學問題協同攻關機制十分必要。建議通過多部門、多學科聯合，實施青藏高原重大工程地質安全方面的大科學計劃，可有效提升支撐服務重大工程建設和國土地質安全的科技創新能力和水平，不斷推動水工環地質學科的發展。

致謝：成文過程中，得到崔鵬院士、彭建兵院士、殷躍平研究員的指導，中國地質調查局相關直屬單位和專家提供了大力支持，深表謝意！