由汶川地震看站址安全距離問題

李世柏

(西南電力設(shè)計院，四川 成都 610021)

1 5.12汶川特大地震構(gòu)造背景與極震區(qū)地震烈度

眾多資料表明，5.12汶川8.0級特大地震發(fā)震構(gòu)造為龍門山斷裂帶。龍門山斷裂帶在大地構(gòu)造上處于龍門山前陸逆沖楔區(qū)內(nèi)，該區(qū)西為松潘—甘孜印支期造山帶，東為揚子陸塊。揚子陸塊西緣的廣大地域由于與北部勞亞大陸及西部羌塘—昌都陸塊的相互作用而卷入強大的造山事件中，構(gòu)成了松潘—甘孜印支期造山帶的主體。松潘—甘孜造山帶是古特提斯洋開啟和閉合的產(chǎn)物，歸因于揚子陸塊向北俯沖于昆侖地塊之下，同時又向西俯沖于羌塘—昌都陸塊之下的雙向俯沖結(jié)果。區(qū)域大地構(gòu)造及分區(qū)見圖1。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造位置及分區(qū)圖

據(jù)二臺山變電站工程場地地震安評報告，龍門山斷裂帶主要由茂汶—汶川斷裂、北川—映秀斷裂和彭縣—灌縣斷裂等三條斷裂組成，其與龍門山山前隱伏斷裂等四條主干斷裂共同組成龍門山構(gòu)造帶，構(gòu)造帶寬約30km～40km的沖斷帶，顯示右旋逆沖運動方式，發(fā)育有數(shù)量眾多、大小不一的飛來峰構(gòu)造。其中茂汶—汶川斷裂的茂汶—草坡段、北川—映秀斷裂北中段、彭縣—灌縣斷裂的都江堰—天全段和茶壩—林庵寺斷裂的石坎子以西段為全新世活動段，平武—青川斷裂和茶壩—林庵寺斷裂的石坎子—茶壩段為晚更新世活動段，歷史上曾發(fā)生過數(shù)次6級左右地震，最大地震為2008年汶川8.0級地震。龍門山斷裂帶單條斷裂上的滑動速率估值在1mm/a左右。

2008年5月12日在汶川發(fā)生的8級地震，極震區(qū)出現(xiàn)在汶川映秀鎮(zhèn)～平武南壩一線長約200 km、寬約20km范圍內(nèi)，見圖2。

圖2 5.12汶川8級地震等烈度線圖

在2008年5月12日的8級地震中，映秀鎮(zhèn)屬震中地區(qū)，全鎮(zhèn)房屋幾乎全部損毀，其中有80%的房屋完全解體倒塌。抗震性能較好的框架結(jié)構(gòu)倒塌破壞嚴(yán)重，主體結(jié)構(gòu)梁柱多斷裂。磚混和磚木結(jié)構(gòu)幾乎倒塌殆盡。周圍山體崩塌滑坡嚴(yán)重，山坡遍體鱗傷，原綠色植被被剃光。人員死傷極其慘重，見圖3。

圖3 北川縣城兩側(cè)山體滑坡

鑒于極震區(qū)出現(xiàn)了大量的人身傷亡、房屋普遍倒塌、建筑大量損毀、大量山體滑坡、地表斷裂等現(xiàn)象，根據(jù)在《中國地震烈度表》GB/T 17742-1999中地面上人的感覺、房物震害程度、地表震害現(xiàn)象、水平向地面運動等烈度判定標(biāo)準(zhǔn)，綜合判定震中烈度為Ⅺ度。

2 斷裂帶沿線變電站震害調(diào)查

2.1 映秀二臺山220kV變電站

二臺山變電所位于映秀鎮(zhèn)北東角，場地微地貌單元屬山前河間臺地，臺地長約400m，北寬南窄，平均寬度100m，人工整平高程為920m。臺地北面與主峰山體相連，西側(cè)為映秀鎮(zhèn)原址和漁子溪河，東側(cè)為岷江，兩條河流在臺地前緣的延伸地段匯合。

該站址緊鄰龍門山中央斷裂。根據(jù)調(diào)查后側(cè)山體錯動、映-汶公路錯斷點等斷裂跡象推斷，站址與龍門山中央斷裂的距離僅約200m。見圖4。

圖4 二臺山變地震破壞情況(據(jù)地震安評報告，紅色箭頭所示為龍門山中央斷裂帶位置)

站址內(nèi)的主控樓(二層框架結(jié)構(gòu))在地震中一樓倒塌，二樓下坐。站址內(nèi)的構(gòu)架、支架90%倒塌并被擰成麻花狀。站址北面、西面擋墻以及進(jìn)站公路全部被損毀。東面的擋墻北端出現(xiàn)開裂、錯位、局部外突和垮塌。站址區(qū)西南面邊坡主要以塌滑為主，在長達(dá)300m的邊坡上，塌滑比比皆是。北面挖方邊坡主要是擋墻護(hù)坡垮塌。在站址區(qū)內(nèi)原來的填土區(qū)均發(fā)生了劇烈的沉降，其中最大的沉降量可達(dá)到1.10m以上。見圖5、圖6、圖7。

圖5 二臺山變設(shè)備、構(gòu)架被毀

圖6 下側(cè)房屋二層折斷、公路錯落

圖7 站址北側(cè)?地表破裂

據(jù)現(xiàn)場考察，5.12汶川8級地震的地表破裂距站址北側(cè)通過，有數(shù)米的垂直和水平的位錯。站址東北側(cè)約200m處房屋二層折斷、公路下挫約2m，北側(cè)不足200m處山體地表出現(xiàn)明顯的斷裂、錯動即是佐證。

根據(jù)場地建筑物和地表破壞等情況，判定該2008年汶川8級地震對工程場地的影響烈度最大值為Ⅺ度。

根據(jù)2008年6月11日批準(zhǔn)實施的《四川、甘肅、陜西部分地區(qū)地震動峰值加速度區(qū)劃圖》(圖A2)，映秀鎮(zhèn)地震動峰值加速度為由圖A1的0.10g 提高到0.20g，對應(yīng)地震基本烈度由圖A1的VII度提高為Ⅷ度。

根據(jù)5.12地震后提供的工程場地地震安全性評價報告，場地50年超越概率10%的地震烈度為8.0度，相應(yīng)的基巖水平峰值加速度值為212cm/sec2，工程場地的地震基本烈度為Ⅷ度。

2.2 擬建平武南壩500kV變電站

5.12汶川地震前剛完成擬建南壩變后坪站址的可研勘測工作。

在地貌上屬于涪江右岸Ⅲ級沖洪積臺地上，出露的地層主要為第四系中上更新統(tǒng)密實卵石和粘土和寒武系油房溝組板巖。該站址位于南壩鎮(zhèn)西側(cè)，距2008年汶川8.0級地震地表破裂最近距離約850m。見圖8。

圖8 擬建南壩變站址與活動斷裂(據(jù)地震安評報告)

地震后我院于2008年7月組織了專業(yè)人員對站址震后受損情況進(jìn)行了現(xiàn)場復(fù)核：據(jù)調(diào)查，距離后坪站址約300m的南壩鎮(zhèn)80%以上房屋損毀或倒塌，并造成了上千余人死亡或失蹤；沿河公路多處路面斷裂、兩側(cè)山體出現(xiàn)多處山體滑坡。

而位于震中區(qū)域的南壩鎮(zhèn)后坪站址西側(cè)發(fā)育大型崩坡積錐，地震后未發(fā)現(xiàn)坡體變形跡象，僅曾發(fā)生局部的崩塌，自然邊坡整體穩(wěn)定；后坪站址場地及周邊小范圍采空區(qū)，地震后也未發(fā)現(xiàn)地表塌陷現(xiàn)象。震后站址依然穩(wěn)定。緊鄰站址東南側(cè)的南壩中學(xué)樓房雖出現(xiàn)眾多裂縫已成危房，但尚未倒塌，見圖9。

圖9 站址東南側(cè)的南壩中學(xué)樓房已成危房

根據(jù)《四川甘肅陜西部分地區(qū)地震動峰加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2001圖A2)，本區(qū)域動峰值加速度為0.20g，站址區(qū)址地震基本烈度為VIII度。

根據(jù)5.12地震后完成的場地地震安全性評價報告，南壩變站址未來50年超越概率為10%的地震烈度值為7.9度，相應(yīng)的基巖水平峰值加速度值為210cm/s2。

因此，本工程場地地震動峰加速度由5.12地震前的0.15g提高到震后的0.20g，相應(yīng)的地震基本烈度為由原來的Ⅶ度提高到VIII度。

2.3 江油市大康、太白等變電站

2008年5月19日西南電力設(shè)計院等單位組成的專家組赴江油市對大康220kV變電站，太白、三合、馬角壩等110kV變電站的震害情況進(jìn)行了實地踏勘調(diào)查。

大康220kV變電站于70年代建成投運，該變電站在5.12汶川地震中主控樓扶壁柱、窗間墻損壞極其嚴(yán)重，主控層幾乎喪失抵抗水平地震作用的能力。距離主斷裂帶約12km，地震動峰值加速度由震前的0.10g提高到震后的0.15g。

馬角壩110kV變電站震后處于停運狀態(tài)。該變電站在5.12汶川地震中主控綜合室中的主控室四周墻壁裂縫開展分布較多，裂縫寬度較寬，損害較嚴(yán)重，須進(jìn)行加固補強；宿舍樓破損非常嚴(yán)重建議削掉。距離主斷裂帶約20km，地震動峰值加速度由震前的0.10g提高到震后的 0.15g。

三合110kV變電站在5.12汶川地震中，主控綜合樓及屋外配電裝置構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)未見破損，基礎(chǔ)未因地震產(chǎn)生沉降或傾斜，變電站正常運行。局部地段發(fā)生冒砂現(xiàn)象，地面出現(xiàn)沉降2cm～4cm。距離主斷裂帶約25km，地震動峰值加速度由震前的0.10g提高到震后的 0.15g。

太白110kV變電站在5.12汶川地震中主控綜合樓的主控現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架部分未見承重結(jié)構(gòu)梁柱裂縫及破損；主控綜合樓損害較嚴(yán)重，須進(jìn)行加固補強。距離主斷裂帶約25km，地震動峰值加速度由震前的0.10g提高到震后的0.15g。

3 變電站站址安全距離問題的思考

斷裂的活動性和地震二者是一個問題的兩個方面。活動斷裂的地面錯動及伴生的地面變形往往會直接損害跨斷層修建或建于其鄰近的建筑物，其次是活動斷裂往往伴有地震，而強烈地震又會使建于活動斷裂附近的較大范圍內(nèi)的建筑物受到損害。因此，對可能影響站址穩(wěn)定性的強烈全新活動斷裂及發(fā)震斷裂，必須采取避讓措施。

5.12地震后，通過對二臺山、南壩、大康等已建或待建變電站工程場地的調(diào)查和分析，對其與地震斷裂帶距離、地震震害程度、地震前后地震基本烈度的變化，以及震后對場地適宜性的重新評價，其分析、比較內(nèi)容見表1。

從表1中震害程度欄中可看出：

⑴ 處于極震區(qū)的映秀二臺山變距離發(fā)震斷裂僅200m，主控樓等建筑物全部倒塌，構(gòu)架、支架90%以上倒塌，整個變電站已徹底毀壞，實際地震烈度已達(dá)Ⅺ度，從場地適宜性方面看，完全可以判定為不適宜建站之列；

⑵ 同樣處于極震區(qū)的擬建南壩變，距離斷裂帶較近的南壩鎮(zhèn)大多數(shù)建筑物已倒塌或損毀，實際地震烈度已達(dá)X～XI度，但距離斷裂帶約850m、相對較遠(yuǎn)的南壩變站址及其周圍校舍尚未出現(xiàn)房屋倒塌現(xiàn)象，實際地震烈度約X度，自然邊坡整體穩(wěn)定，地震后站址依然穩(wěn)定，可以判定為適宜建站；

⑶ 江油大康、太白等變電站，由于距離斷裂帶均在10km以上，震害相對較小，多數(shù)建筑物一般僅出現(xiàn)中等破壞，判定實際地震烈度約VIII度，判定為適宜建站；

表1 斷裂帶距離與場地適宜性對比

⑷ 上述場地的實際地震烈度均大于地震基本烈度值，主要原因是由于5.12汶川地震出現(xiàn)的概率水平已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了地震基本烈度所對應(yīng)的50年超越概率10%的概率水平，甚至超出罕遇地震即50年超越概率3%的概率水平所導(dǎo)致。

4 結(jié)語

現(xiàn)行《變電所巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程》對重要變電所與斷裂的安全距離及處理措施作出了規(guī)定：對強烈活動斷裂及發(fā)震斷裂，當(dāng)抗震設(shè)防烈度大于或等于9度時，宜避開斷裂500m；當(dāng)?shù)卣鹪O(shè)防烈度為8度時，宜避開斷裂300m，并宜選擇斷裂下盤建設(shè)；中等全新活動斷裂微弱全新活動斷裂應(yīng)避開斷裂進(jìn)行建設(shè)。

根據(jù)2008年6月11日批準(zhǔn)實施的《四川、甘肅、陜西部分地區(qū)地震動峰值加速度區(qū)劃圖》，二臺山變和南壩變地震基本烈度均由VII度提高為Ⅷ度。按變電所規(guī)程，對地震設(shè)防烈度為8度時，避開斷裂300m以上即可滿足規(guī)程要求。實際上，二臺山變和南壩變距離斷裂帶分別為200m和850m，分別判定為不宜建站和適宜建站也是符合此規(guī)定的，但距離斷裂帶約400m的映秀鎮(zhèn)和南壩鎮(zhèn)卻出現(xiàn)了建筑物普遍倒塌或大多數(shù)倒塌的現(xiàn)象，從建站適宜性方面講，400m距離仍然是不夠的。筆者從5.12汶川地震震害事例來看，認(rèn)為應(yīng)該將現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的300m限值，調(diào)整為800m是必要的。

5.12汶川地震后，國家電網(wǎng)公司頒布了《國家電網(wǎng)公司輸變電工程抗震設(shè)計要點》，對變電站站址與斷裂帶之間的安全距離，規(guī)定了“當(dāng)?shù)卣鸹玖叶葹?度時，宜避開斷裂800m，并宜選擇斷裂下盤建設(shè)”。該規(guī)定與現(xiàn)行《火力發(fā)電廠巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程》中有關(guān)發(fā)電廠站址與斷裂帶之間的安全距離的規(guī)定完全一致，這一方面反映出有關(guān)部門對變電站(特別是重要的樞紐變電站)重要性和場地安全性的要求已越來越高，同時通過上文的有關(guān)分析，認(rèn)為該規(guī)定從技術(shù)層面上講也是合理的。

[1]GB 5070-2002，變電站巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB 5074-2006，火力發(fā)電廠巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程[S].

[3]GB18306-2001圖A2，四川甘肅陜西部分地區(qū)地震動峰值加速度區(qū)劃圖[S].

[4]二臺山220kV變電站站址工程場地地震安全性評價報告[R].

[5]南壩500kV輸變電新建工程場地地震安全性評價報告[R].

[6]國家電網(wǎng)公司輸變電工程抗震設(shè)計要點[K].