川藏铁路交通廊道地质调查工程主要进展与成果

川藏铁路是我国正在规划建设的重点工程,由于其位于地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部,在铁路规划建设中面临一系列迫切需要解决的关键地质问题: 区域性活动断裂与断错影响、地质灾害、高地应力及其引起的岩爆和大变形、高温热害、断裂带高压水与涌水突泥、高陡边坡稳定性等。为满足技术支撑川藏铁路规划建设、精准服务国家重大战略实施的需要,中国地质调查局部署了“川藏铁路交通廊道地质调查工程”,聚焦制约川藏铁路规划建设的关键问题,充分发挥地质调查工作对国家重大工程规划建设的支撑作用。2019年主要完成铁路沿线1:5万区域地质调查1 350 km²、1:5万地质灾害调查5 000 km²,建设6口大地热流地质参数井、8个地温监测站,完成地应力测量20孔,编制完成11份地质调查专报,提出的大渡河大桥段、理塘车站段、毛垭坝盆地段等线路优化建议/防灾建议被采纳; 首次将1:5 000大比例尺航空物探技术引入复杂山地铁路工程勘察,创新形成千米级超长水平钻孔定向取心钻进技术,实现500 m深的水平孔地应力测量突破等。该工程通过2019年调查研究,全力提升了铁路沿线地质调查程度与精度,并创新了复杂艰险山区重大工程地质问题与探测技术、地质灾害风险防控理论与减灾关键技术,有效支撑服务了川藏铁路规划建设。     

川藏铁路可研阶段重大工程地质风险分析

川藏铁路作为史上修建难度最大的铁路,沿线具有显著的地形高差、强烈的板块活动、密集的深大断裂、频发的山地灾害等恶劣地质环境特点,工程建设面临着复杂多变的地表和地下重大地质安全风险挑战。为深入综合分析川藏铁路可研阶段沿线地质风险,定量评价其对工程的影响,基于川藏铁路沿线翔实的时空数据集及资料,采用三维结构建模、数值统计建模、动力建模、时空建模等方法,进行了地表、地下重大工程地质灾害综合定量风险分析。地表工程地质灾害综合风险分析结果表明:在宏观上,川藏铁路沿线存在3个地表地质灾害高风险区,分别是鲜水河断裂带、金沙江断裂带和东构造结地区。由于川藏铁路采用以隧道为主的设计方案,地表地质灾害的风险大大降低。分别建立了活动断裂、岩爆和大变形等风险评估的普适性模型及综合风险分析模型,以易贡隧道为例,对典型重要隧道全线不同段落断裂活动性、岩爆、大变形等典型地下工程地质风险以及综合风险进行了定量评价。结果表明:川藏铁路沿线的地质灾害、断裂活动、岩爆和大变形等重大工程地质灾害的总体风险等级较高,影响工程安全;定量评估结果可以进一步指导后续的设计与施工的优化和深化。本研究为川藏铁路可行性研究提供了有力的科学支撑,同时也为国内外类似线性工程地质灾害风险分析提供参考。     

川藏铁路沿线及邻区环境工程地质问题概论

川藏铁路是我国正在规划建设的重要铁路干线之一,是西部大通道的重要组成部分。该铁路线横跨扬子板块、川滇地块、羌塘地块和拉萨地块等大地构造单元,在复杂的地质构造背景条件下,川藏铁路沿线活动断裂、地震和地质灾害极为发育,严重制约着川藏铁路的规划建设。在野外地质调查、钻探、地应力测量和室内测试分析的基础上,对川藏铁路规划建设中可能遇到的活动断裂、高地应力、高地温、岩爆和地质灾害等主要环境工程地质问题进行了论述分析,认为：川藏铁路沿线及邻区发育有54条区域活动断裂,其中对铁路有直接重要影响的全新世活动断裂有17条;研究区内地震活动频繁,约有50%的规划线路位于地震动峰值加速度>02 g地区,部分地段>04 g,潜在地震风险大;铁路沿线主要的地质灾害类型为崩塌、滑坡和泥石流,地质灾害受活动断裂影响强烈,部分地段发育有高速远程滑坡;川藏铁路沿线构造应力场和地热场复杂,深埋隧道工程建设时容易发生岩爆、软岩大变形和高温热害等工程地质问题。     

川藏铁路雅安至林芝段重大工程水文地质问题

川藏铁路位于大陆碰撞造山带,特殊的地质构造背景下,铁路沿线水文地质条件极为复杂,严重制约着川藏铁路规划建设和安全运营。为降低川藏铁路沿线重大工程水文地质灾害风险,从工程水文地质角度出发,结合基础地质和工程地质研究成果,阐述了川藏铁路雅安至林芝段重大工程水文地质问题,并提出下一步研究建议。研究结果表明:川藏铁路雅安至林芝段可能遭遇隧道高水压及涌突水问题、隧道高温热害问题、隧道排水影响生态环境3个重大工程水文地质问题;沿线发育多条区域性断裂带,控制着地层展布、水热活动和成矿带分布以及地下水循环演化,导致穿越断裂带的深埋长大隧道高压涌突水、高温热害及高矿化水等问题较为突出。沿线重大工程水文地质问题下一步研究工作主要为:开展高精度、多尺度的水文地质调查,把握重大问题的发育规律和致灾机制,构建精细的预测评价体系和主、被动相结合的灾害防控体系。     

鲜水河断裂带色拉哈—康定段新发现的活动断层：木格措南断裂

鲜水河断裂带位于青藏高原东缘,是中国大陆内部地震活动性最强的大型活动断裂带之一。大量研究证据表明,鲜水河断裂带色拉哈—康定段未来几十年内发生破坏性强震的风险较高。目前正在规划建设的国家重大交通基础建设工程——川藏铁路,将在康定折多山地区直接穿越鲜水河活动断裂带。本研究通过高分辨率卫星影像的地质地貌解译和详细的野外构造地质填图,新发现一条发育于色拉哈断裂和折多塘断裂之间折多山花岗岩体内的长约24km的全新世活动断层,该断裂空间上可分成北、中、南三段,呈(正滑)左旋右阶雁行状排列,并将其命名为“木格措南断裂”。该活动断裂的发现对完善鲜水河断裂带色拉哈—康定段的精细几何图像和构造组合特征,准确评价鲜水河断裂带的地震危险性具有重要意义,并为川藏铁路施工建设和安全运营提供了重要科学数据支撑。     

基于改进频率比法的川藏铁路沿线及邻区地质灾害易发性分区评价

川藏铁路是我国目前正在规划建设的重要铁路干线之一,地处地形和地质条件极为复杂的青藏高原东部,复杂的地质背景与脆弱的地质环境造成川藏铁路沿线及邻区地质灾害极为发育,严重威胁着川藏铁路的规划建设。在对地质灾害易发性评价方法分析的基础上,首先对传统的地质灾害易发性评价频率比方法进行改进,克服了传统通用方法中频率比值分布的不连续性,提高了各地质灾害影响因子敏感性的区分度,并减小了因子分级的主观性。利用ROC曲线与空间熵的定量对比验证表明,改进频率比法的地质灾害易发性评价模型优于传统方法。根据地质灾害的发育分布特征,选取地面高程、地形坡度、地形坡向、地形曲率、地形起伏度、工程地质岩组、地震动峰值加速度、断裂密度、水系距离、道路距离、降水量与植被指数等影响地质灾害的主要因素,结合地质灾害调查数据,首先分析各影响因子的地质灾害敏感性,并进一步对川藏铁路沿线及邻区的地质灾害易发性进行评价和分区。评价结果表明,研究区地质灾害的发育分布主要受控于断裂、水系和道路等线状要素,以及地形坡度和地形起伏度等地形地貌因素,并且断裂密度和地形起伏度相较其他因子具有更大的地质灾害敏感性区分度。地质灾害极高易发区和高易发区主要分布于大型水系两岸、道路两侧的高山河谷沿线的狭窄地带,使沿河谷与已有道路规划展布的川藏铁路面临着严重的地质灾害威胁,铁路规划建设部门应加强该地带的地质灾害排查、防治和线路优化工作。     

川藏铁路卡子拉山滑坡发育特征与防灾减灾对策

为查明川藏铁路卡子拉山隧道进口规划建设区地质灾害特征,评价其在川藏铁路建设和运营期间可能遭受的地质灾害风险,采用高精度遥感、机载LiDAR、工程地质勘查等“空-天-地”一体化技术对该隧道进口规划区开展调查研究。结果表明:川藏铁路卡子拉山隧道进口规划区内发育有1#、2#滑坡和俄洛堆不稳定斜坡;1#滑坡规模约32.48×106 m3,2#滑坡规模约10.15×106 m3,均为已发生的特大型岩质滑坡;俄洛堆不稳定斜坡位于2处滑坡中部,规模约35.80×104 m3,下部为强风化岩体,上部为碎石土结构,为中型复合型结构斜坡。评价认为:川藏铁路卡子拉山隧道进口选线从2处滑坡体中部山脊穿过,2处滑坡对铁路选线未构成地质安全风险,但隧道进口穿过的俄洛堆不稳定斜坡存在潜在地质安全风险;1#、2#滑坡体在天然工况下处于稳定状态,俄洛堆不稳定斜坡在天然和地震工况下处于稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态。为规避工程建设扰动诱发潜在的滑坡风险,建议将卡子拉山隧道选线进口向东南侧平移,通过边坡开挖的合理设计、施工期间的实时监测及运营期间的针对性治理等措施,从源头上对潜在滑坡风险进行防控,以保证工程建设及运营安全。研究结果可为川藏铁路选线提供科学的地质依据。     

洋板块地质与川藏铁路工程地质关键区带

首先解构了川藏铁路廊带不同区段工程地质差异性的复杂地质构造背景,简述了洋板块地质学的核心理念和科学意义,指出川藏铁路雅安-林芝段贯穿的7条洋壳俯冲消减增生杂岩带（蛇绿混杂岩带）,伴随中新世以来青藏高原强烈隆升均转化为新构造活动带、活动地震带、高地热活动带及地质灾害频发带,是川藏铁路攻坚克难的关键区带,也是认识理解不同地质背景区段构造岩石组合、不同变质程度、不同变形样式的有序或无序结构,并制约不同岩土力学特征和特殊不良地质体行为的切入口,是高质量高标准实现铁路工程建设的关键.      

川藏铁路鲜水河构造带地质选线研究

川藏铁路康定过境段线路穿越了鲜水河活动构造带,存在高烈度地震与活动断裂、高位崩滑流、高陡岸坡失稳、高地应力岩爆和大变形、高地温、高压突涌水等系列重大工程地质问题,是全线地震和地质风险最大的一段,现有的选线经验借鉴困难,定线难度大。该段选线过程历时数十年,在不断摸索中选取了地质风险相对可控的三道桥设站-折多塘露头-折多山垭口越岭的可实施方案。本文通过系统梳理鲜水河构造带地质选线成果,总结出在构造活跃区地质选线应遵循区域稳定性选线-明线工程地质灾害选线-地下工程“极难处理”工程地质问题选线-不良地质综合选线-地质横断面选线等5个阶段逐渐深入的顺序。在遵守基本选线原则的同时,各阶段应充分考虑“构造、岩性、地下水”等3大地质基本要素,针对深大断裂构造应遵循“优先避让,其次正穿”、针对岩性应遵循“优先避开工程性质极差的特殊岩性(可溶岩、蚀变岩、构造软岩等),其次选择强度和完整性适中的岩性,并坚持走硬不走软”、针对地下水应遵循“岩溶水发育区应尽量减短水平循环带长度,地下水发育区尽量靠边走高实现顺坡排,地热异常区应走在低温廊道”的原则。该研究成果可为川藏铁路金沙江缝合带、嘉黎构造带以及规划中的滇藏铁路选线提供借鉴。     

川藏铁路雅安—林芝段典型地质灾害与工程地质问题

川藏铁路是中国正在规划建设的重点工程,穿越地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部。铁路沿线活动断裂发育、地震频发,新建铁路雅安—林芝段直接穿越或近距离展布于龙门山断裂带、鲜水河断裂带等10条大型区域性活动断裂带,部分断裂活动速率值达10 mm/a,潜在强震危险性高。在内外动力耦合作用下,铁路沿线地质灾害极为发育,密集分布于大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江及其一级支流、活动断裂带和公路沿线,其中高位远程滑坡及链式灾害、深层蠕变-剧滑型滑坡、地震滑坡等灾害危害严重,成为了铁路建设的“拦路虎”。铁路沿线处于以水平构造应力为主导的高地应力环境,穿越华南主体应力区、龙门山—松潘应力区、川滇应力区、墨脱—昌都应力区和喜马拉雅应力区等5个大的一级构造应力区;雅安—康定段最大主应力方向为NWW—NW向,并向林芝方向呈现NNE向偏转,地应力在平面和垂向空间上表现为强烈局部差异性,如折多山某隧道地应力测试结果揭示了在垂向上存在应力释放区。在高地应力条件下,铁路沿线深埋隧道潜在围岩岩爆和大变形危害风险大。铁路建设应加强活动断裂安全避让、重大地质灾害早期识别和监测预警、深埋隧道地应力和岩爆大变形超前预测预报等工作,科学指导铁路选线与防灾减灾。     

南北活动构造带中段地质灾害与重大工程地质问题概论

甘肃天水等城镇和成兰交通廊道位于青藏高原东缘南北活动构造带中段,是中国东西部地质、地貌边界带,断裂活动性强,地震活动频繁。本文在区内地质资料收集分析和野外地质调查的基础上,从活动断裂、浅表层地质灾害、深埋隧道重大工程地质问题等角度,分析了甘肃天水等城镇和成兰交通廊道规划建设过程中可能遇到的工程地质问题,认为:研究区内对成兰铁路和甘肃天水等城镇具有重大影响的活动断裂带主要有15条,并对区域构造应力场具有重要影响,具有强震诱发背景;研究区内地质灾害极为发育,主要包括崩塌、滑坡和泥石流,地质灾害的发育分布受强降雨、地震和活动断裂影响大,并发育一系列古地震滑坡,部分崩塌和滑坡方量大,具有高位、高速远程等特征,已严重制约着城镇、铁路、公路等地面工程建设,危害严重;研究区内深埋长大隧道多且工程地质问题复杂,已经遇到并严重受高地应力、软岩大变形、涌水突泥和高地温等重大工程地质问题的影响,同时还存在活动断裂断错效应对深埋隧道和桥梁等重要工程设施的长期影响。针对上述工程地质问题,深入探讨了其发育分布规律,并提出了调查研究途径和解决办法,对区内重要城镇、重大工程规划建设具有一定的借鉴意义。     

川藏铁路廊道关键水工环地质问题:现状与发展方向

川藏铁路是我国正在建设的世纪工程,复杂的地质演化史导致铁路廊道地质环境差异大,水文地质、工程地质和环境地质问题复杂多变,在工程施工及今后运营中值得高度关注。在简要回顾川藏铁路廊道以往地质工作的基础上,阐述了铁路建设面临的水工环地质问题,包括高原构造岩溶高压突涌水、断裂带基岩裂隙高压突水突泥、高温热水热害等水文地质问题,活动断裂断错与强震灾害、高地应力与深埋隧道岩爆和大变形、特殊岩土体的不良工程特性与灾害效应、高位远程滑坡灾害链等工程地质问题,含煤地层和热液矿床酸性水腐蚀性、湿地生态退化演替、铁路建设与敏感生态环境的互馈效应等环境地质问题。提出了今后值得深入研究的关键科学技术问题:水文地质方面包括高原岩溶发育层序规律与构造岩溶蓄水构造类型、深埋隧道突水突泥的孕灾致灾模式与预测方法、活动断裂控热机制与地下热水循环模式、高温热害风险识别及地热资源化技术等问题;工程地质与地质灾害方面包括活动断裂的精细特征与工程断错效应、复杂地质构造区深部构造应力场特征、构造混杂岩带工程地质特性与灾害效应、水-力-热多场耦合作用下深埋隧道围岩稳定性与灾害效应、内外动力耦合作用下的高位远程滑坡机理及风险防控技术等问题;环境地质方面包括高原多源水转化循环机制与生态脆弱区生态需水量控制技术、隧道建设的水文生态环境效应、生态地质环境监测评价与保护关键技术、全球气候变暖的地质生态环境效应等问题。从公益性地质调查和商业性工程勘察相结合的角度,提出了地质调查是基础、科技攻关是关键、灾害隐患监测与工程治理协调推进的应对策略,为国家重大工程规划区的水工环地质工作发展方向提供了参考建议。     

川藏铁路加查—朗县段地质灾害发育特征研究

川藏铁路加查至朗县段位于青藏高原东南部雅鲁藏布江中游,地形地貌复杂、构造活动强烈,是我国地质灾害高易发区,崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害发育密度大、危害严重。在资料收集和遥感解译的基础上,对川藏铁路加查—朗县段的地质灾害进行野外调查,在铁路线两侧各5 km约780 km2范围内发现了崩塌、滑坡和泥石流共139处,沿雅鲁藏布江断裂带新发现拉岗村高速远程滑坡和日阿莫大型滑坡,并研究了该区地质灾害的发育特征和形成机理。调查结果表明：在雅鲁藏布江断裂对区域地貌和岩体结构控制作用下,崩塌、滑坡等地质灾害沿断裂带呈带状密集分布是该区地质灾害发育分布的主要特征之一,约有53%的崩塌滑坡滑动方向垂直于断裂走向,30%的崩塌滑坡与断裂带走向近于平行;在地壳强烈隆升和河流侵蚀作用下,雅鲁藏布江宽谷段和峡谷段的地质灾害发育特征具有明显差异;断裂活动特别是断裂剧烈活动诱发地震导致该区具有高速远程滑坡发生的背景,如拉岗村高速远程滑坡;在断裂活动、降雨、人类工程活动等内外动力耦合作用下该区地质灾害形成机理更加复杂,部分滑坡稳定性差且多次发生活动,给该区重大工程规划建设和防灾减灾造成重要影响。     

喜马拉雅东构造结工程选址面临的地质安全挑战

喜马拉雅东构造结是全球构造活动最强烈、地质环境最复杂、地质灾害最频发的地区之一, 工程规划建设面临板块构造带的构造错断、深埋工程灾变、松动山体失稳、流域性地质灾害链等灾难性地质安全风险。如何在活动构造带内选择相对稳定与安全的场址, 实现工程规划建设与运营的地质安全风险最小化, 是当前工程地质领域的重要课题。文章系统梳理了东构造结地区重大地质安全问题, 发现传统的工程选址理论已无法满足喜马拉雅东构造结工程选址的要求, 工程选址面临地质演化过程与工程区地质建造不清、构造活动性与强震灾害风险突出、深部构造应力场与灾变研究薄弱、超高位超远程地质灾害链形势严峻等重大地质安全挑战。为此, 文章从"区域地质演化与工程地质问题" "活动断裂及工程安全风险" "复杂地应力场及工程灾变风险" "流域性地质灾害链工程风险" "东构造结工程选址理论方法"共5个方面提出工程选址主要研究方向, 为完善工程选址风险评价与防控方法提供思路。      

大瑞铁路保山至瑞丽段及邻区地壳稳定性定量评价

大瑞铁路地处印度板块与欧亚板块碰撞带附近,地质构造条件复杂,活动断裂、高地应力、高地温、深埋隧道岩爆、软岩大变形等与地壳稳定性相关的地质问题严重制约着铁路工程规划建设。通过对大瑞铁路保山—瑞丽段及邻区地质背景、新构造活动、地壳隆升速率、潜在震源区、构造应力场、岩土体工程地质特征、地质灾害特征等因子分析,采用基于GIS的层次分析法,按照稳定、较稳定、较不稳定和不稳定4个等级,对大瑞铁路保山至瑞丽段及邻区的地壳稳定性进行了综合评价,将其划分为88个区;推荐线路C12K方案穿越19个地壳稳定性分区,其中不稳定分区占全线长度的9.79%,较不稳定分区占46.70%,较稳定分区占36.70%,稳定分区占6.81%。地壳稳定性评价结果对于指导铁路规划建设和线路优化具有重要的意义。      

川藏铁路勘察工程的孔内试验及钻孔质量控制方案——以DZ-S-04-1号钻孔为例

川藏铁路是铁路工程史上最具挑战性的工程。沿途地质条件非常复杂,内外动力地质灾害极其发育。针对可能发生的岩爆、涌水和岩体放射性等工程危害,川藏铁路勘察工程需进行大量的孔内试验,包括地应力测试、水文试验、地温测试和综合测井等。本文以DZ-S-04-1号钻孔为例,详细介绍了川藏铁路勘察孔进行的孔内试验项目和钻孔质量控制方案。通过精心的设计和施工,DZ-S-04-1号钻孔已顺利完工,各项孔内试验圆满完成,为后续的工程建设提供了宝贵的数据基础。     

氡气测量在川藏铁路板块结合带构造活动研究中的应用

川藏铁路高速交通廊道研究区地质构造环境较为脆弱,尤其是金沙江结合带、澜沧江结合带、怒江结合带、嘉黎断裂带及雅鲁藏布江结合带5条主要板块碰撞结合带,均表现出不同程度的构造活动,其构造活动严重制约着川藏铁路的建设。本文在深入研究其地质建造特征、地震、深部结构及活动特征等基础上,运用微剂量氡气测量的方法表征结合带的地球化学特征,采用不同于常规统计学方法获取背景值,并通过定义异常系数（峰值m_max/背景值m₀）探讨其与结合带地质建造、深部特征、地震及构造活动的关系。研究结果表明:每条测氡曲线均存在一个5 min,10 min,15 min 3次测氡数据相差极小"特殊点",氡气背景值与地壳岩石建造有显著关系;峰值与结合带所处大地构造位置有关;氡气异常系数整体沿西南至东北方向依次降低,氡气异常系数与断裂带构造活动关系极为显著,其中异常系数与水平位移速度,滑动速率及地应力均具有良好的正相关关系,回归方程分别为:y=0.869x+0.1278、y=0.7318x+15.1052、y=4.2196x+7.52639,研究结果对川藏铁路板块结合带的构造活动研究及川藏铁路的建设具有重大意义。     

工程地质专业委员会2007年学术年会暨“生态环境脆弱区工程地质”学术论坛（第1号通知）

主题生态环境脆弱区工程地质议题●活动构造与重大工程建设;●青藏高原气候变化与环境工程地质;●荒漠化地区工程与环境地质问题;●山区村镇建设中的地质灾害;●资源能源开发的环境地质问题;●文化遗产保护的地质工程;●海岸带地质环境与经济开发;●生态环境脆弱区的工程地质理     

工程地质专业委员会2007年学术年会暨生态环境脆弱区工程地质学术论坛第1号通知

会议主题:生态环境脆弱区工程地质会议议题:●活动构造与重大工程建设●青藏高原气候变化与环境工程地质●荒漠化地区工程与环境地质问题●山区村镇建设中的地质灾害●资源能源开发的环境地质问题●文化遗产保护的地质工程●海岸带地质环境与经济开发●生态环境脆弱区的工程地质理论与方法     

雅安至林芝交通廊道重大工程地质问题与对策研究

随着西部大开发的推进,雅安至林芝地区的交通工程将会陆续规划建设。作为现今世界上地形地貌最复杂、构造活动最强烈的地区之一,规划的川藏铁路交通廊道将跨七江穿八山、地形高差十分显著。分析研究表明,在高海拔、大高差、构造运动强烈、地壳快速隆起、河流急速下切的特殊地质背景下。交通廊道研究区呈现三高两强的地质特征:高烈度地震、高地应力、高地温及强烈发育深大活动断裂和强烈发育多样化地质灾害。在内外动力地质作用下形成了高位崩塌滑坡、冰川泥石流、岩屑坡、岩堆、冰湖溃决及链生灾害等地表地质问题;在内动力地质作用下形成深大活动断裂、高烈度地震、高地温、高地应力岩爆和软岩大变形等深部地质问题。针对不同的工程地质问题,有必要研究分析其工程危害程度,通过规划设计前期的地质选线、合理的工程设置绕避或降低工程风险。同时,建议施工运营阶段,加强地质风险的超前探测、预报和监测预警,采用科学合理工程措施确保地质风险可控,为交通廊道线状工程的规划建设提供科学支撑。