交通基礎(chǔ)設(shè)施抗震減災(zāi)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

1、公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)回顧與展望周海濤（交通運(yùn)輸部總工）地震災(zāi)害是人類生存、生產(chǎn)和文明建設(shè)的大敵，也是公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的大敵。近年來(lái)全球地震災(zāi)害頻發(fā)，僅今年年初就發(fā)生兩次破壞性嚴(yán)重的地震（即：1月的海地地震和2月的智利地震），08年以來(lái)我國(guó)也發(fā)生了數(shù)次破壞性地震。2008年5月12日汶川大地震公路受損總里程31412公里，今年4月14日玉樹(shù)地震公路受損總里程2976公里。公路工程經(jīng)歷了大震的嚴(yán)峻考驗(yàn)，前事不忘后事之師，我們需要加強(qiáng)吸取公路工程抗震及恢復(fù)重建工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，全面審視公路工程現(xiàn)行抗震技術(shù)能力水平，以便更好地發(fā)揮科技對(duì)公路災(zāi)后恢復(fù)重建的支撐作用，提高公路工程的抗震減災(zāi)能力和水平。借此

2、機(jī)會(huì)，我就公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)的發(fā)展與各位進(jìn)行交流探討。1國(guó)內(nèi)外公路工程抗震技術(shù)發(fā)展概況地震工程是隨著人們對(duì)地震認(rèn)識(shí)的逐步加深而不斷發(fā)展前進(jìn)的，歷史上每一次破壞性地震都會(huì)極大推動(dòng)地震工程的發(fā)展，公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)的發(fā)展也是如此。以1971年美國(guó)圣費(fèi)爾南多地震、1976年我國(guó)唐山地震、1995年日本阪神地震等為代表的破壞性地震，極大促進(jìn)了橋梁、隧道等公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)的發(fā)展?？v觀公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)的發(fā)展歷程，概括起來(lái)表現(xiàn)出以下幾大特點(diǎn)：（1）在計(jì)算理論上，從靜力法發(fā)展到動(dòng)力法橋梁抗震設(shè)計(jì)在20世紀(jì)40年代以前基本采用靜力法，50年代末開(kāi)始引入反應(yīng)譜，60年代后開(kāi)始引入動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法；地下結(jié)

3、構(gòu)抗震設(shè)計(jì)在20世紀(jì)50年代以前以靜力理論為基礎(chǔ)，70年代后期日本首先引入動(dòng)力分析方法，并在1995年阪神地震地鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大規(guī)模破壞后得到進(jìn)一步發(fā)展，而我國(guó)現(xiàn)行公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范仍采用靜力法計(jì)算隧道地震荷載，在近年來(lái)的一些隧道建設(shè)中，我國(guó)突破了以往陳舊的慣性力法設(shè)計(jì)模式，提出了動(dòng)力抗震設(shè)計(jì)方法；路基邊坡抗震設(shè)計(jì)仍以靜力法為主，真實(shí)的地震動(dòng)作用下的巖土體動(dòng)力特性尚需進(jìn)一步研究。（2）在設(shè)防理念上，從抗震發(fā)展到減隔震傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身來(lái)達(dá)到抵御地震災(zāi)害的目的，主要利用主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服后的塑性變形能和滯回耗能來(lái)耗散地震能量；減隔震技術(shù)與傳統(tǒng)抗震不同，通過(guò)減震、隔震裝置來(lái)消耗地震能量，

4、同時(shí)阻止振動(dòng)在結(jié)構(gòu)上的傳播。減隔震技術(shù)早在1890年就有人提出，直到20世紀(jì)60年代才開(kāi)始得到應(yīng)用，目前世界上約有200多座橋梁采用了基礎(chǔ)隔震和部分隔震方法，我國(guó)的江陰大橋、蘇通長(zhǎng)江大橋、東海大橋等大跨度橋梁采用了減震技術(shù)；在規(guī)范編制中，國(guó)外橋規(guī)已規(guī)定了較為詳細(xì)的減隔震設(shè)計(jì)方法，而我國(guó)08細(xì)則也提到一些減隔震技術(shù)的設(shè)計(jì)原則。（3）在設(shè)計(jì)方法上，從基于承載力設(shè)計(jì)發(fā)展到基于性能設(shè)計(jì)傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法最初是基于承載力的，即以強(qiáng)度破壞為準(zhǔn)則，隨著動(dòng)力法的發(fā)展，逐步過(guò)渡到強(qiáng)度和變形雙重準(zhǔn)則，近年來(lái)逐漸發(fā)展到基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，其指導(dǎo)思想是在各種可能遇到的地震作用下結(jié)構(gòu)的性能即地震反應(yīng)和損傷程度均在設(shè)計(jì)

5、預(yù)期要求的范圍內(nèi)。隨著抗震設(shè)計(jì)方法的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)由單水準(zhǔn)一階段設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展為多水準(zhǔn)多階段設(shè)計(jì)。目前，我國(guó)公路橋梁結(jié)構(gòu)采用的是兩水準(zhǔn)設(shè)防兩階段設(shè)計(jì)。（4）在設(shè)防對(duì)象上，從單體工程設(shè)防發(fā)展到總體路網(wǎng)設(shè)防，從單一地震災(zāi)害防御發(fā)展到多災(zāi)害綜合防御單體工程屬于路網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)路網(wǎng)或線路中斷后，單獨(dú)提高某個(gè)單體工程的抗震能力意義不大；單體工程又屬于整體路網(wǎng)，其抗震能力決定了整體路網(wǎng)的抗震能力。因此，公路工程抗震減災(zāi)的思路逐步從“對(duì)點(diǎn)設(shè)防”發(fā)展到“對(duì)點(diǎn)、線、面綜合設(shè)防”。歷史經(jīng)驗(yàn)表明，地震很可能會(huì)伴隨著風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)、暴雨、滑坡、泥石流、堰塞湖、海嘯等次生災(zāi)害，其對(duì)公路工程造成的破壞可能遠(yuǎn)大于地震

6、自身造成的損壞。人們這種認(rèn)識(shí)的不斷加深推進(jìn)了公路工程多災(zāi)害防御技術(shù)的發(fā)展，目前美國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)已在公路工程多災(zāi)害綜合防御技術(shù)領(lǐng)域取得多項(xiàng)研究成果，我國(guó)也有學(xué)者關(guān)注并著手開(kāi)展這項(xiàng)研究工作。2汶川地震和玉樹(shù)地震對(duì)公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)的啟示汶川、玉樹(shù)等地震是對(duì)我國(guó)公路工程抗震能力的一次大考驗(yàn)，有很多東西值得探討。下面分別就汶川地震和玉樹(shù)地震中公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)該吸取的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)展開(kāi)介紹。汶川地震啟示（1）公路網(wǎng)絡(luò)抗災(zāi)能力不強(qiáng)汶川地震中，公路是地震災(zāi)區(qū)與外界聯(lián)系的最重要通道，有些地方甚至是唯一通道，局部路段中斷往往導(dǎo)致整個(gè)公路網(wǎng)的功能喪失。汶川地震發(fā)生后，北川向外的道路全部中斷，形成“孤島”

7、，嚴(yán)重影響了救援速度；而在映秀公路遲遲不能搶通的情況下，經(jīng)二郎山隧道和鷓鴣山隧道的成都-雅安-瀘定-康定-丹巴-馬爾康道路，成為震后救援黃金期人員、物資進(jìn)入汶川的唯一“生命線”。從中可看出，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在合理冗余，是路網(wǎng)抗災(zāi)能力良好的重要保證，雖然進(jìn)入汶川的迂回線路很長(zhǎng)，但也發(fā)揮了重大作用。我國(guó)西部地區(qū)公路網(wǎng)脆弱、可靠性低，又處于高烈度地震區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)公路路網(wǎng)抗災(zāi)能力評(píng)估技術(shù)的研究，提出提高路網(wǎng)結(jié)構(gòu)冗余度的合理方法，指導(dǎo)路網(wǎng)規(guī)劃。（2）公路災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)、快速判識(shí)等應(yīng)急響應(yīng)遲緩汶川地震重災(zāi)區(qū)地處山區(qū)，余震不斷，人員難以深入調(diào)查，再加上災(zāi)區(qū)電力、通訊全部癱瘓，導(dǎo)致傳統(tǒng)方法難以及時(shí)準(zhǔn)確地全面了解災(zāi)區(qū)公路

8、損毀情況。采用遙感空間信息技術(shù)可及時(shí)、準(zhǔn)確、客觀地對(duì)大范圍公路災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)與判識(shí)，在汶川地震中，此項(xiàng)工作遲緩。從地震發(fā)生到5月13日上午第一顆遙感衛(wèi)星過(guò)境并下傳遙感數(shù)據(jù)，整整用了21個(gè)小時(shí)，直到5月14日國(guó)內(nèi)才繪制完成震區(qū)震后的遙感分析圖，但又因缺乏專門(mén)針對(duì)公路災(zāi)害的遙感技術(shù)，導(dǎo)致公路交通運(yùn)輸應(yīng)急指揮和搶險(xiǎn)救災(zāi)沒(méi)有全局信息支撐，影響了救災(zāi)隊(duì)伍及時(shí)趕赴搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)及物資的快速輸送。（3）次生災(zāi)害造成損失嚴(yán)重汶川地震誘發(fā)了滑坡、崩塌、滾石、泥石流和堰塞湖等不同類型的次生災(zāi)害，沿長(zhǎng)約300公里的龍門(mén)山地震活動(dòng)斷裂帶兩側(cè)大規(guī)模叢集，對(duì)都汶公路等災(zāi)區(qū)主要交通線路造成毀滅性破壞，加重了地震災(zāi)害的慘烈后果；據(jù)統(tǒng)

9、計(jì)，重災(zāi)區(qū)12個(gè)縣市外圍重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)386處，堰塞湖100余處，在余震、降雨的影響下，山體滑坡頻繁發(fā)生，堰塞湖威脅不斷加大，給公路搶通保通工作造成了極大困難；與此同時(shí)，地震造成災(zāi)區(qū)地質(zhì)環(huán)境更為脆弱，不僅地震前山地災(zāi)害多發(fā)區(qū)震后發(fā)生更為頻繁，而且原本山地災(zāi)害不活躍的區(qū)域也很可能發(fā)生災(zāi)害，次生災(zāi)害將是災(zāi)后重建工作的長(zhǎng)期隱患。在震后重建過(guò)程中應(yīng)重視公路走廊的選線以盡量避開(kāi)次生災(zāi)害多發(fā)地段，同時(shí)加強(qiáng)次生災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防治工作。4）單體公路結(jié)構(gòu)物經(jīng)受了地震考驗(yàn)汶川地震中，單體公路結(jié)構(gòu)物經(jīng)受了地震考驗(yàn)，其中隧道結(jié)構(gòu)表現(xiàn)最佳，說(shuō)明以往公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范還是經(jīng)受了地震考驗(yàn)。據(jù)對(duì)重災(zāi)區(qū)、極重災(zāi)區(qū)的統(tǒng)計(jì)，4

10、69座公路橋梁中，42座橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重破壞或完全倒塌，其余以擋塊剪壞、主梁移位等破壞為主；51座隧道中，1座破壞嚴(yán)重，其余以洞口被掩埋、襯砌開(kāi)裂掉塊破壞為主；受損路基、邊坡占比14.58%，其余以邊坡崩塌、路基被掩埋破壞為主。公路結(jié)構(gòu)物值得吸取的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)概括如下：橋梁結(jié)構(gòu)：整體性和結(jié)構(gòu)剛度分配均勻的橋梁震害小，如曲線橋比直線橋、斜交橋比正交橋破壞嚴(yán)重；抗震構(gòu)造措施有助于提高結(jié)構(gòu)抗震能力；不應(yīng)以舊有觀念全盤(pán)否定某種橋型，如S303線場(chǎng)地條件好的石拱橋、雙曲拱橋表現(xiàn)良好，而臨近的鋼筋混凝土梁橋破壞嚴(yán)重；震后結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的評(píng)定和應(yīng)急保通沒(méi)有規(guī)范或指南支撐。隧道結(jié)構(gòu)：對(duì)隧道放緩仰坡采用柔性防護(hù)；加強(qiáng)隧

11、道在入口、轉(zhuǎn)彎等剛度突變部位的構(gòu)造措施；設(shè)置抗震變形縫。路基、邊坡和支擋結(jié)構(gòu)：對(duì)風(fēng)化碎裂帶較深的邊坡采用長(zhǎng)錨桿框架梁比短錨桿的掛網(wǎng)噴砼更為合適。玉樹(shù)地震啟示（1）交通網(wǎng)絡(luò)比較完善玉樹(shù)地震再次表明公路網(wǎng)絡(luò)通達(dá)對(duì)抗震救災(zāi)的重要性。震后可從三個(gè)方向進(jìn)入玉樹(shù)縣；地震發(fā)生時(shí)又正好有十幾個(gè)施工隊(duì)伍在玉樹(shù)附近修建公路，及時(shí)搶通了G214線，為抗震救災(zāi)發(fā)揮了無(wú)法估量的作用。從玉樹(shù)州公路交通圖看，如果地震發(fā)生在雜多縣或囊謙縣，抗震救災(zāi)將有極大難度。玉樹(shù)地震救援及時(shí)，與玉樹(shù)機(jī)場(chǎng)、鐵路的貢獻(xiàn)也密不可分，體現(xiàn)了綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。（2）遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)急響應(yīng)及時(shí)玉樹(shù)地震發(fā)生后，中國(guó)地震局、國(guó)土資源部、中科院、總參謀部等

12、部門(mén)迅速組織人員全力開(kāi)展地震應(yīng)急遙感調(diào)查工作，當(dāng)天即提供了低分辨率的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，4月15日下午已繪制完成部分災(zāi)區(qū)的高分辨率航空遙感影像圖，為抗震救災(zāi)工作提供了有力支持。3）單體公路結(jié)構(gòu)物經(jīng)受了地震考驗(yàn)玉樹(shù)地震中，公路結(jié)構(gòu)物經(jīng)受了地震考驗(yàn)，公路工程受損以塌方為主，部分路段路基出現(xiàn)下沉、開(kāi)裂現(xiàn)象，橋梁結(jié)構(gòu)震害較輕，以梁體移位、支座脫空、支座移位和擋塊剪裂為主，未出現(xiàn)墩柱的嚴(yán)重震害。3我國(guó)公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)發(fā)展的主要方向基于汶川地震、玉樹(shù)地震公路結(jié)構(gòu)物暴露出來(lái)的抗震能力不足以及公路工程抗震技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，我在這里簡(jiǎn)要談一談我國(guó)公路工程抗震減災(zāi)技術(shù)發(fā)展的主要方向。深入開(kāi)展公路路網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)研究公路路

13、網(wǎng)規(guī)劃不僅要考慮政治、經(jīng)濟(jì)、國(guó)防等方面的需要，還需要考慮應(yīng)對(duì)重大自然災(zāi)害和突發(fā)事件的能力。需從路網(wǎng)連通性、路網(wǎng)通行能力、出行時(shí)間等多個(gè)角度加強(qiáng)研究，提高公路路網(wǎng)規(guī)劃水平，制定設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提升路網(wǎng)抗災(zāi)能力。深入開(kāi)展公路災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)、快速判識(shí)與評(píng)估技術(shù)研究采用傳統(tǒng)手段調(diào)查公路災(zāi)害效率低、時(shí)效差、周期長(zhǎng)，很難滿足應(yīng)急救災(zāi)需要。為快速掌握災(zāi)害影響范圍內(nèi)的公路總體狀況，需加強(qiáng)針對(duì)公路的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于遙感影像的公路災(zāi)害快速判識(shí)與評(píng)估技術(shù)研究，為重大公路災(zāi)害應(yīng)急決策與救援提供有力支撐。深入開(kāi)展震后次生災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、判識(shí)、評(píng)估與防治技術(shù)研究汶川地震中次生災(zāi)害造成的損失嚴(yán)重，次生災(zāi)害的滯后效應(yīng)將是震后公路重

14、建過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題。為避免震后次生災(zāi)害造成更大損失，需加強(qiáng)震后公路走廊次生災(zāi)害分布特征與致災(zāi)機(jī)理、潛在地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別、評(píng)估、預(yù)警與防治技術(shù)的研究，為災(zāi)后重建選址、公路選線、設(shè)計(jì)優(yōu)化和運(yùn)營(yíng)管理提供技術(shù)支撐。深入開(kāi)展公路工程抗震新技術(shù)、實(shí)用技術(shù)與構(gòu)造措施研究國(guó)內(nèi)外的破壞性地震災(zāi)害表明，必須不斷地吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，引進(jìn)新技術(shù)與理念，才能不斷提高結(jié)構(gòu)抵抗地震災(zāi)害的能力。應(yīng)深入開(kāi)展公路工程抗震新理念、抗震設(shè)計(jì)新方法、抗震新材料、減隔震新裝置、適宜結(jié)構(gòu)形式、實(shí)用抗震構(gòu)造措施、抗震性能評(píng)估與修復(fù)加固技術(shù)等方面的研究。深入開(kāi)展公路結(jié)構(gòu)物應(yīng)急檢評(píng)與應(yīng)急保通技術(shù)研究汶川地震和玉樹(shù)地震中公路結(jié)構(gòu)物雖然經(jīng)受住了地震考驗(yàn)，但也暴露出了一些問(wèn)題，為保障震后應(yīng)急救