魯?shù)榈卣鹕€工程震害特點及應(yīng)急搶修1

劉愛文帥向華呂紅山吳 健徐 超

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

魯?shù)榈卣鹕€工程震害特點及應(yīng)急搶修1

劉愛文1)帥向華2)呂紅山1)吳 健1)徐 超1)

1）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，本文總結(jié)分析了魯?shù)榈卣鸾煌ā⑼ㄐ藕碗娏Φ热惿€工程的震害特點及應(yīng)急搶修情況。魯?shù)榈卣鹗且淮屋^典型的山區(qū)地震，地震地質(zhì)災(zāi)害和強(qiáng)地震動共同作用是造成生命線工程破壞的主要原因。交通系統(tǒng)的主要震害是山體滑坡引起的道路中斷，災(zāi)區(qū)屬于高山峽谷地形，道路搶通困難。電力系統(tǒng)的小型水力發(fā)電站破壞嚴(yán)重，龍頭山變電站的破壞直接導(dǎo)致其下級的2個變電站也斷電。通信系統(tǒng)在本次地震中受的影響相對較小，恢復(fù)也較快。

魯?shù)榈卣?生命線工程 震害特點 應(yīng)急恢復(fù)

引言

生命線工程是指與人們生活密切相關(guān)，且地震破壞會導(dǎo)致人們的生產(chǎn)生活局部或全部癱瘓，而且可能引發(fā)次生災(zāi)害的工程，如交通、通信、供電、供水等生命線工程（中國建筑科學(xué)研究院，2011）。因此，一般生命線工程的抗震設(shè)防等級比普通民房的要求更高，這樣可盡量減輕生命線工程在破壞性地震中的受損程度。另外，生命線工程在震后還承擔(dān)著為搶險救災(zāi)服務(wù)和保障的重任，震后搶修受損的生命線工程，快速恢復(fù)其功能對減輕地震損失具有重要意義（趙成剛等，1994）。

2014年8月3日16時30分在云南省魯?shù)榭h（北緯27.1°，東經(jīng)103.3°）發(fā)生M6.5級地震。本次地震是魯?shù)榈貐^(qū)有歷史記載的最大地震，震中龍頭山鎮(zhèn)獲得的強(qiáng)震記錄峰值加速度達(dá)948gal（冀昆等，2014）。震中地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為落后，農(nóng)村房屋以磚混和土木結(jié)構(gòu)為主，房屋的抗震能力差。魯?shù)榈卣痣m然震級不是很大，但是卻造成了嚴(yán)重的人員傷亡及房屋結(jié)構(gòu)破壞（帥向華等，2014）。同時，災(zāi)區(qū)的生命線工程設(shè)施也遭受不同程度破壞，特別是震中地區(qū)通信和電力中斷，通往極災(zāi)區(qū)龍頭山鎮(zhèn)的道路因為山體滑坡和龍泉河的橋梁破壞一度受阻。與汶川地震和蘆山地震等生命線工程受損情況類似，電力系統(tǒng)的主要震害現(xiàn)象為水力發(fā)電站破壞，輸電桿路傾斜、移位或倒塌，變壓器等變電站設(shè)備受損；通信系統(tǒng)的主要震害現(xiàn)象為桿路傾斜倒斷、光纜斷裂、蓄電池?fù)p壞、基站設(shè)備損壞、機(jī)房受損（劉愛文等，2008；劉如山等，2013；劉金龍等，2013）。

魯?shù)榈卣馂橐淮蔚湫偷纳絽^(qū)強(qiáng)地震。震中位于滇東北高原烏蒙山區(qū)，山區(qū)地形經(jīng)受強(qiáng)烈切刻，山高坡陡，尤其是震中地區(qū)地形尤顯陡峻，牛欄江河流沖刷作用形成峽谷地形，坡度達(dá)30°。不同于平原地區(qū)的地震震害，本文重點總結(jié)這種高山峽谷地區(qū)交通、通信和電力等生命線工程的主要震害經(jīng)驗教訓(xùn)，以期為今后我國西南部山區(qū)生命線工程的抗震設(shè)防提供參考。

1 交通系統(tǒng)

根據(jù)有關(guān)交通部門的統(tǒng)計，本次魯?shù)榈卣鹪斐烧淹ㄊ恤數(shù)榭h、巧家縣、昭陽區(qū)等區(qū)縣昭巧公路、沙壩—龍頭山—樂紅、火德紅—紅石巖等300多條公路受損，其中嚴(yán)重?fù)p毀導(dǎo)致中斷400多條次。截止至8月9日，魯?shù)榈卣馂?zāi)害受損公路里程達(dá)到2595km，其中2 條國省干線公路95km、縣道公路1139km、鄉(xiāng)村公路1361km，橋梁36座、客運站場5處受損。公路交通系統(tǒng)的主要震害現(xiàn)象為滑坡阻塞交通，滾石砸壞路面，路面開裂，路基下沉、開裂，路基塌方，擋墻開裂、垮塌；橋梁橋面、橋臺、梁板位移、橋拱開裂，護(hù)欄損毀；涵洞開裂等。通過大力搶修，8月9日17時震區(qū)所有行政村都已恢復(fù)有道路連通。

1.1 昭巧公路

昭巧公路（省道S101）是昭通市昭陽區(qū)通往巧家縣的一條二級公路，全長132.5km（昭陽區(qū)境內(nèi)10km，魯?shù)榭h境內(nèi)45.5km，巧家縣境內(nèi)77km），2011年建成通車。昭巧公路是本次地震災(zāi)害中受損極其嚴(yán)重的公路，主要震害表現(xiàn)為巨型滑坡崩塌使得交通阻斷，路面砸損、路基塌陷、波形護(hù)欄毀壞等。

根據(jù)交通部門統(tǒng)計，昭巧公路全線發(fā)生上邊坡崩塌、滑坡等地震地質(zhì)災(zāi)害達(dá)180處，401萬立方米。其中，沙壩（K41+500）至天生橋（K55+300）段的損毀最為嚴(yán)重。昭巧線從沙壩開始（K41+500）路基邊坡發(fā)生間斷性垮塌，部分滑坡體侵占半個路面；在K45+700—K50+300段路基邊坡出現(xiàn)大范圍巨型滑坡，擠壓河道形成2處堰塞湖，路基發(fā)生水毀、落石等破壞；在K50+300—天生橋（K55+300）段道路兩側(cè)山體也發(fā)生大范圍巨型滑坡，滑坡體垂直高差達(dá)200m，規(guī)模巨大；從天生橋到牛欄江大橋路段右側(cè)山體發(fā)生大規(guī)模坍塌，滑坡體垂直高差超100m，公路路基路面在地震中損害非常嚴(yán)重（圖1）。牛欄江大橋（K55+344）—K58+000段有9處較大邊坡坍塌，分布較密集。因為該公路是通往重災(zāi)區(qū)的生命線，8月4日上午10時30分（震后18小時）清理了部分滑坡體，搶通了一條便道，使得昭巧公路至少能夠單向通行。

圖1 牛欄江大橋附近的大型山體滑坡Fig. 1 Huge landslides near Niulanjiang bridge

1.2 縣鄉(xiāng)道路

魯?shù)榈卣饘?zāi)區(qū)的縣鄉(xiāng)級公路損壞更為嚴(yán)重。巧家縣的魯鉛線、哨茂線兩條縣鄉(xiāng)路中斷，多條鄉(xiāng)村公路受損。魯?shù)榭h的沙壩村—龍頭山鎮(zhèn)—樂紅鄉(xiāng)縣級公路、翠屏—銀屏—西屏鄉(xiāng)級公路以及火德紅鎮(zhèn)至紅石巖鄉(xiāng)級公路等多條縣鄉(xiāng)級公路損毀，交通一度中斷，如圖2所示。魯?shù)榭h各鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路所遭受的地質(zhì)災(zāi)害形式主要表現(xiàn)為山體滑坡、上邊坡坍塌和路基病害等，如表1所示隨著地震烈度的增加公路遭受的地震地質(zhì)災(zāi)害程度也越嚴(yán)重。

圖2 災(zāi)區(qū)交通受阻及搶修恢復(fù)情況示意圖Fig. 2 Location of traffic blocks and emergency recovery in the damage area

表1 魯?shù)榭h鄉(xiāng)村公路的地震地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計表Table 1 Statistics of the geological hazard to rural roads in Ludian county

沙壩至樂紅公路（縣道XC15530621）全長32km，起于龍頭山鎮(zhèn)沙壩，經(jīng)龍頭山鎮(zhèn)、官寨、翠屏直至樂紅鎮(zhèn)，是外界通往地震震中龍頭山鎮(zhèn)的唯一通道。地震造成全線地質(zhì)災(zāi)害點80處，其中上邊坡坍塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害64處，路基病害16處。橋梁受損3座，主要震害表現(xiàn)為橋梁側(cè)墻開裂和護(hù)欄損毀。8月4日凌晨6時沙壩至龍頭山路段搶通，救災(zāi)車輛可從魯?shù)榭h城通往破壞及其嚴(yán)重的龍頭山集鎮(zhèn)口。因為龍頭山鎮(zhèn)集口的山體滑坡和橋梁受損，為了保證救災(zāi)車輛的通行8月5日22時臨時架設(shè)了通往龍頭山鎮(zhèn)的鋼架橋，如圖3所示。

圖3 跨龍泉河臨時架設(shè)的鋼架橋Fig. 3 Temporary steel bridge built for passing Longquan river

通往牛欄江峽谷地區(qū)鄉(xiāng)村的道路由于等級低，坡陡路窄彎多，地震地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，加上震后余震不斷、暴雨不停，道路的搶通工作更加困難，震后第7天（8月9日17：00）通往災(zāi)區(qū)各村落的道路才全部通車。通往翠屏和樂紅鄉(xiāng)的道路直至8月8日上午9：30分才打通，以至于許多救災(zāi)車輛和人員擁堵在了龍頭山鎮(zhèn)，如圖4所示，不得不實行嚴(yán)格的交通管制。

圖4 通往龍頭山鎮(zhèn)的道路擁堵（2014年8月6日攝）Fig. 4 Traffic congestion on the road to Longtoushan (Photographed on 6th, Aug. 2014)

2 通信系統(tǒng)

根據(jù)工信部地震當(dāng)日統(tǒng)計，本次地震共造成魯?shù)榭h41個基站退出服務(wù)，占該縣基站總數(shù)的11.2%，震后話務(wù)量較平時有一定增加。魯?shù)榭h城城區(qū)（VI度區(qū)）中國電信機(jī)房輕微破壞，極災(zāi)區(qū)（XI度區(qū)）的村鎮(zhèn)基站機(jī)房土建設(shè)施、通信設(shè)備和光纖電纜嚴(yán)重?fù)p壞。例如，龍頭山鎮(zhèn)中國移動、中國電信的基站站點位于龍頭山郵電所大樓內(nèi)遭受破壞。龍頭山郵電所大樓為五層的磚混結(jié)構(gòu)。在強(qiáng)地震動作用下大樓底層坍塌，結(jié)構(gòu)由5層變成4層，如圖5所示。樓內(nèi)的通信設(shè)備設(shè)施損毀，傳輸光纜被倒塌的房屋扯斷，繼而導(dǎo)致龍頭山鎮(zhèn)402戶固定電話和307戶寬帶通信中斷。

除了極災(zāi)區(qū)（XI度區(qū)），此次地震未對當(dāng)?shù)赝ㄐ旁斐蓢?yán)重影響，震后通信網(wǎng)絡(luò)運行基本正常，未出現(xiàn)汶川地震本地網(wǎng)和縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級通信全阻的情況。中國移動、中國電信和中國聯(lián)通三大通信公司震后均迅速啟動了地震應(yīng)急預(yù)案，8月4日7時經(jīng)過全力搶修災(zāi)區(qū)通信基本得到全面恢復(fù)。各通信公司還確保了抗震救災(zāi)過程中災(zāi)區(qū)通信業(yè)務(wù)通暢。中國電信搶險隊在震后第一時間為指揮部搭建了三條衛(wèi)星電路，提供了11條專線電路，將地震系統(tǒng)20M專線提速至100M，并及時為新聞媒體開通通信服務(wù)；中國移動對地震災(zāi)區(qū)的基站開通了半速率功能，并對219個話音擁塞的小區(qū)進(jìn)行緊急擴(kuò)容，重點保障政府所在區(qū)域、指揮場所和災(zāi)區(qū)用戶話音業(yè)務(wù)暢通，有力保障了應(yīng)急指揮和傷員救護(hù)的需要。另外，采用“光纖+衛(wèi)星”通信雙保險模式、抗震設(shè)防達(dá)XI度的超級通信基站的使用，有效緩解了救災(zāi)指揮區(qū)域的話務(wù)壓力。

3 電力系統(tǒng)

根據(jù)電力部門現(xiàn)場調(diào)查，魯?shù)榈卣鹄塾嬙斐蔀?zāi)區(qū)電力系統(tǒng)的多座水力發(fā)電站受損，1條110kV線路跳閘，15條10kV線路跳閘，3座35kV變電站停運，累計影響10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)3.8萬戶居民用電，災(zāi)區(qū)電網(wǎng)累計損失負(fù)荷8.4MW。震后魯?shù)榭h龍頭山鎮(zhèn)、火德紅鎮(zhèn)、樂紅鎮(zhèn)、文屏鎮(zhèn)、桃源鄉(xiāng)和水磨鎮(zhèn)等6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)停電。經(jīng)過電力部門搶修，截止至8月8日文屏鎮(zhèn)、桃源鄉(xiāng)、水磨鎮(zhèn)全部恢復(fù)供電，樂紅鎮(zhèn)、火德紅鎮(zhèn)、龍頭山鎮(zhèn)除了需要重建的地區(qū)和堰塞湖水淹地區(qū)，其他地區(qū)也均恢復(fù)了供電。

3.1 水力電站

圖5 龍頭山郵電所大樓底層坍塌Fig. 5 Crashed first floor of Longtoushan communication building

本次地震對魯?shù)榭h多個水電站造成了嚴(yán)重的影響。強(qiáng)地震動作用及其引起的河流兩岸山體滑坡、巖石崩塌是造成水電站破壞的主要因素。例如，沙壩河水力發(fā)電站共有4級電站，地震造成發(fā)電廠房和設(shè)施受損嚴(yán)重，發(fā)電機(jī)組全部停止運行。沙壩河一至四級電站取水口許家龍洞，進(jìn)水機(jī)械閘房屋被滾石擊中倒塌一半，泄水機(jī)械閘房屋震裂，取水口其他基礎(chǔ)地基、圍墻被滾石損傷多處。取水壩至電站溝渠、前池多處塌方、斷裂、被擊穿。電站廠房多處震裂和被滾石擊中受損嚴(yán)重，住宿樓、值班室多處開裂。

巨大山體滑坡引起的牛欄江堰塞湖則是紅石巖水電站全毀的主要原因。紅石巖水電站是牛欄江中上游水電開發(fā)規(guī)劃的第6級電站，裝機(jī)規(guī)模80 MW，為引水式發(fā)電，由攔河閘壩、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房和升壓站（升壓至110千伏）組成，2006年底建成投產(chǎn)發(fā)電。在本次地震中，大型山體滑坡發(fā)生在電站的攔河閘壩和發(fā)電廠房之間。山體滑坡形成的牛欄江堰塞湖逐漸淹沒電站的攔河閘壩，如圖6所示。地震時電站的發(fā)電廠房和升壓站在強(qiáng)地震動作用下嚴(yán)重受損，后又遭受堰塞湖的湖水沖刷，發(fā)電設(shè)施設(shè)備全毀，如圖7所示。

3.2 魯?shù)殡娋W(wǎng)

圖6 堰塞湖淹沒紅石巖電站的攔河閘壩Fig. 6 Barrage dam of Hongshiyan hydropower station submerged by the quake lake water

圖7 紅石巖電站的發(fā)電廠房和升壓站被堰塞湖湖水沖毀Fig. 7 Power plant and substaion of Hongshiyan hydropower station washed by the quake lake water

魯?shù)殡娋W(wǎng)系統(tǒng)以110kV魯?shù)樽冸娬緸闃屑~，向各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的35kV變電站送電。在本次地震中，昭通電網(wǎng)110kV及以上線路運行正常，110kV的魯?shù)樽冸娬竞?5kV的魯?shù)榭h城西郊變電站位于地震烈度Ⅵ度區(qū)，震后保持正常的供電功能。地震當(dāng)日造成3座35kV變電站失壓斷電，其中位于地震烈度Ⅸ度區(qū)的35kV龍頭山變電站受損最嚴(yán)重，如表2所示。強(qiáng)地震動造成龍頭山變電站內(nèi)的電氣設(shè)備、建構(gòu)筑物破壞。電氣設(shè)備包括隔離開關(guān)震落、主變壓器受損等。變電站主控室的承重墻嚴(yán)重開裂、地面出現(xiàn)沉降，如圖8所示。龍頭山變電站遭受嚴(yán)重破壞斷電后，繼而造成其下端的35kV樂紅變電站和35kV鐵廠變電站喪失供電功能。

魯?shù)殡娋W(wǎng)110kV及以上線路的輸電鐵塔基本完好，在地震中保持供電功能。如表3所示，受損的線路主要為35kV和10kV線路。山體滑坡是造成輸電線路破壞的主要原因，特別是龍頭山鎮(zhèn)周圍烈度XI度地區(qū)。

圖8 龍頭山變電站主控室墻體開裂Fig. 8 Cracks on the wall of the control center of Longtoushan substaion

表2 變電站震害及恢復(fù)Table 2 Damage and recovery of substation

表3 輸電線路震害及恢復(fù)Table 3 Damage and recovery of transmission line

續(xù)表

4 結(jié)論

魯?shù)榈卣鹗且淮屋^典型的山區(qū)地震。山區(qū)地震生命線工程震害的主要原因是強(qiáng)地震動和地震地質(zhì)災(zāi)害共同作用。魯?shù)榭h的抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，而此次地震龍頭山強(qiáng)震臺記錄到的東西向峰值加速度為948gal，根據(jù)房屋震害調(diào)查結(jié)果地震烈度被評定為Ⅸ度，超過當(dāng)?shù)厣€工程的抗震設(shè)防水平。強(qiáng)地震動造成龍頭山郵電所大樓倒塌，繼而引起中國移動和中國電信的基站設(shè)備損毀、通信中斷。大型山體滑坡引起的牛欄江堰塞湖導(dǎo)致紅石巖電站損毀。密集的山體滑坡和邊坡坍塌阻斷通往牛欄江峽谷地區(qū)居民點的鄉(xiāng)村道路，加上災(zāi)區(qū)余震不斷、暴雨不停，導(dǎo)致?lián)屚ǖ缆贩磸?fù)中斷。

本次地震特別值得關(guān)注的是生命線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點破壞所造成的影響。典型的例子是35kV龍頭山變電站（XI度區(qū)）遭受破壞后，直接導(dǎo)致其下級的35kV鐵廠變電站（VII度區(qū)）和35kV樂紅變電站（VII度區(qū)）2個變電站也斷電，雖然震后檢查這2座變電站的電氣設(shè)備均基本完好。在公路交通方面，破壞嚴(yán)重的龍頭山鎮(zhèn)是通往樂紅鎮(zhèn)的必經(jīng)之地，導(dǎo)致在震后多天內(nèi)救援力量和救災(zāi)物資難以到達(dá)樂紅鎮(zhèn)。

致謝：本文的內(nèi)容除了作者們在魯?shù)榈卣瓞F(xiàn)場實際調(diào)查獲得外，也來自于中國地震局云南魯?shù)?.5級地震現(xiàn)場工作隊的同仁以及交通、電力和通信部門的相關(guān)魯?shù)榈卣鹂拐鹁葹?zāi)專報，在此一并表示感謝。

冀昆，溫瑞智，崔建文等，2014．魯?shù)镸S6.5級地震強(qiáng)震動記錄及震害分析. 震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：325—339．

劉如山，劉金龍，顏冬啟等，2013．蘆山7.0級地震電力設(shè)施震害調(diào)查分析．自然災(zāi)害學(xué)報，22（5）：83—90.

劉金龍，林均岐，劉如山等，2013．蘆山7.0級地震通訊設(shè)施震害調(diào)查分析．自然災(zāi)害學(xué)報，22（5）：91—97.

劉愛文，廈珊，徐超，2008．汶川地震交通系統(tǒng)震害及震后搶修．震災(zāi)防御技術(shù)，3（3）：243—250．

帥向華，姜立新，侯建盛等，2014．云南魯?shù)?.5級地震災(zāi)害特點淺析．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：340—358．

中國建筑科學(xué)研究院，2011．工程抗震術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)（JGJ/T 97-2011）．北京：中國建筑出版社．

趙成剛，馮啟民等，1994．生命線地震工程．北京：地震出版社．

Damage Characteristics and Emergency Recovery of Lifeline Engineering in Ludian Earthquake

Liu Aiwen1), Shuai Xianghua2), Lv Hongshan1), Wu Jian1)and Xu Chao1)

1) Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China
2) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China

Based on the site investigation after Ludian earthquake, the damage characteristics and emergency recovery of traffic, communication and power supply system are summarized in this paper. Ludian earthquake is a typical mountainous earthquake. Geological hazards and strong ground motion are the main reasons for the damage of lifeline engineering. The main damage traffic system is the road interruption caused by landslides, and the recovery of those damaged roads in the alpine gorge area is very difficult. For the power supply system，small hydroelectric power stations were severely damaged, and two intact transformer substation stopped power supply because of the failure of Longtoushan converting station. The communication system was slightly damaged and quickly recovered.

Ludian earthquake; Lifeline engineering; Damage characteristics; Emergency recovery

劉愛文，帥向華，呂紅山，吳健，徐超，2014．魯?shù)榈卣鹕€工程震害特點及應(yīng)急搶修．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：359—367．

10.11899/zzfy20140303

地震行業(yè)專項(20130818)、國家自然科學(xué)基金(51078335)共同資助

2014-09-05

劉愛文，男，生于1973年。研究員。主要從事生命線地震工程、城市防災(zāi)減災(zāi)以及工程地震等研究。E-mail：law73@163.com