公路工程抗震减灾技术回顾与展望-交通基础设施抗震减灾技术

交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料1公路工程抗震减灾技术回顾与展望周海涛（交通运输部总工）地震灾害是人类生存、生产和文明建设的大敌，也是公路建设和运营的大敌。近年来全球地震灾害频发，仅今年年初就发生两次破坏性严重的地震(即：1月的海地地震和2月的智利地震)，08年以来我国也发生了数次破坏性地震。2008年5月12日汶川大地震公路受损总里程31412公里，今年4月14日玉树地震公路受损总里程2976公里。公路工程经历了大震的严峻考验，前事不忘后事之师，我们需要加强吸取公路工程抗震及恢复重建工作中的经验和教训，全面审视公路工程现行抗震技术能力水平，以便更好地发挥科技对公路灾后恢复重建的支撑作用，提高公路工程的抗震减灾能力和水平。借此机会，我就公路工程抗震减灾技术的发展与各位进行交流探讨。1国内外公路工程抗震技术发展概况地震工程是随着人们对地震认识的逐步加深而不断发展前进的，历史上每一次破坏性地震都会极大推动地震工程的发展，公路工程抗震减灾技术的发展也是如此。以1971年美国圣费尔南多地震、1976年我国唐山地震、1995年日本阪神地震等为代表的破坏性地震，极大促进了桥梁、隧道等公路工程抗震减灾技术的发展。纵观公路工程抗震减灾技术的发展历程，概括起来表现出以下几大特点：（1）在计算理论上，从静力法发展到动力法桥梁抗震设计在20世纪40年代以前基本采用静力法，50年代末开始引入反应谱，60年代后开始引入动态时程分析法；地下结构抗震设计在20世纪50年代以前以静力理论为基础，70年代后期日本首先引入动力分析方法，并在1995年阪神地震地铁结构出现大规模破坏后得到进一步发展，而我国现行《公路工程抗震设计规范》仍采用静力法计算隧道地震荷载，在近年来的一些隧道建设中，我国突破了以往陈旧的惯性力法设计模式，提出了动力抗震设计方法；路基边坡抗震设计仍以静力法为主，真实的地震动作用下的岩土体动力特性尚需进一步研究。（2）在设防理念上，从抗震发展到减隔震交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料2传统结构抗震技术通过加强结构自身来达到抵御地震灾害的目的，主要利用主体结构构件屈服后的塑性变形能和滞回耗能来耗散地震能量；减隔震技术与传统抗震不同，通过减震、隔震装置来消耗地震能量，同时阻止振动在结构上的传播。减隔震技术早在1890年就有人提出，直到20世纪60年代才开始得到应用，目前世界上约有200多座桥梁采用了基础隔震和部分隔震方法，我国的江阴大桥、苏通长江大桥、东海大桥等大跨度桥梁采用了减震技术；在规范编制中，国外桥规已规定了较为详细的减隔震设计方法，而我国《08细则》也提到一些减隔震技术的设计原则。（3）在设计方法上，从基于承载力设计发展到基于性能设计传统抗震设计方法最初是基于承载力的，即以强度破坏为准则，随着动力法的发展，逐步过渡到强度和变形双重准则，近年来逐渐发展到基于性能的抗震设计方法，其指导思想是在各种可能遇到的地震作用下结构的性能即地震反应和损伤程度均在设计预期要求的范围内。随着抗震设计方法的不断发展，结构抗震设计由单水准一阶段设计逐渐发展为多水准多阶段设计。目前，我国公路桥梁结构采用的是两水准设防两阶段设计。（4）在设防对象上，从单体工程设防发展到总体路网设防，从单一地震灾害防御发展到多灾害综合防御单体工程属于路网中的一个节点，当路网或线路中断后，单独提高某个单体工程的抗震能力意义不大；单体工程又属于整体路网，其抗震能力决定了整体路网的抗震能力。因此，公路工程抗震减灾的思路逐步从“对点设防”发展到“对点、线、面综合设防”。历史经验表明，地震很可能会伴随着风灾、火灾、暴雨、滑坡、泥石流、堰塞湖、海啸等次生灾害，其对公路工程造成的破坏可能远大于地震自身造成的损坏。人们这种认识的不断加深推进了公路工程多灾害防御技术的发展，目前美国和我国台湾地区已在公路工程多灾害综合防御技术领域取得多项研究成果，我国也有学者关注并着手开展这项研究工作。2汶川地震和玉树地震对公路工程抗震减灾技术的启示汶川、玉树等地震是对我国公路工程抗震能力的一次大考验，有很多东西值得探讨。下面分别就汶川地震和玉树地震中公路工程抗震减灾技术领域应该吸取的经验与教训展开介绍。交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料3汶川地震启示（1）公路网络抗灾能力不强汶川地震中，公路是地震灾区与外界联系的最重要通道，有些地方甚至是唯一通道，局部路段中断往往导致整个公路网的功能丧失。汶川地震发生后，北川向外的道路全部中断，形成“孤岛”，严重影响了救援速度；而在映秀公路迟迟不能抢通的情况下，经二郎山隧道和鹧鸪山隧道的成都-雅安-泸定-康定-丹巴-马尔康道路，成为震后救援黄金期人员、物资进入汶川的唯一“生命线”。从中可看出，路网结构存在合理冗余，是路网抗灾能力良好的重要保证，虽然进入汶川的迂回线路很长，但也发挥了重大作用。我国西部地区公路网脆弱、可靠性低，又处于高烈度地震区，应加强公路路网抗灾能力评估技术的研究，提出提高路网结构冗余度的合理方法，指导路网规划。（2）公路灾害遥感监测、快速判识等应急响应迟缓汶川地震重灾区地处山区，余震不断，人员难以深入调查，再加上灾区电力、通讯全部瘫痪，导致传统方法难以及时准确地全面了解灾区公路损毁情况。采用遥感空间信息技术可及时、准确、客观地对大范围公路灾害进行监测与判识，在汶川地震中，此项工作迟缓。从地震发生到5月13日上午第一颗遥感卫星过境并下传遥感数据，整整用了21个小时，直到5月14日国内才绘制完成震区震后的遥感分析图，但又因缺乏专门针对公路灾害的遥感技术，导致公路交通运输应急指挥和抢险救灾没有全局信息支撑，影响了救灾队伍及时赶赴抢险现场及物资的快速输送。（3）次生灾害造成损失严重汶川地震诱发了滑坡、崩塌、滚石、泥石流和堰塞湖等不同类型的次生灾害，沿长约300公里的龙门山地震活动断裂带两侧大规模丛集，对都汶公路等灾区主要交通线路造成毁灭性破坏，加重了地震灾害的惨烈后果；据统计，重灾区12个县市外围重大地质灾害隐患点386处，堰塞湖100余处，在余震、降雨的影响下，山体滑坡频繁发生，堰塞湖威胁不断加大，给公路抢通保通工作造成了极大困难；与此同时，地震造成灾区地质环境更为脆弱，不仅地震前山地灾害多发区震后发生更为频繁，而且原本山地灾害不活跃的区域也很可能发生灾害，次生灾害将是灾后重建工作的长期隐患。在震后重建过程中应重视公路走廊的选线以尽量避开次生灾害多发地段，同时加强次生灾害的监测和防治工作。（4）单体公路结构物经受了地震考验交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料4汶川地震中，单体公路结构物经受了地震考验，其中隧道结构表现最佳，说明以往公路工程抗震设计规范还是经受了地震考验。据对重灾区、极重灾区的统计，469座公路桥梁中，42座桥梁出现严重破坏或完全倒塌，其余以挡块剪坏、主梁移位等破坏为主；51座隧道中，1座破坏严重，其余以洞口被掩埋、衬砌开裂掉块破坏为主；受损路基、边坡占比14.58%，其余以边坡崩塌、路基被掩埋破坏为主。公路结构物值得吸取的经验和教训概括如下：桥梁结构：整体性和结构刚度分配均匀的桥梁震害小，如曲线桥比直线桥、斜交桥比正交桥破坏严重；抗震构造措施有助于提高结构抗震能力；不应以旧有观念全盘否定某种桥型，如S303线场地条件好的石拱桥、双曲拱桥表现良好，而临近的钢筋混凝土梁桥破坏严重；震后结构技术状况的评定和应急保通没有规范或指南支撑。隧道结构：对隧道放缓仰坡采用柔性防护；加强隧道在入口、转弯等刚度突变部位的构造措施；设置抗震变形缝。路基、边坡和支挡结构：对风化碎裂带较深的边坡采用长锚杆框架梁比短锚杆的挂网喷砼更为合适。玉树地震启示（1）交通网络比较完善玉树地震再次表明公路网络通达对抗震救灾的重要性。震后可从三个方向进入玉树县；地震发生时又正好有十几个施工队伍在玉树附近修建公路，及时抢通了G214线，为抗震救灾发挥了无法估量的作用。从玉树州公路交通图看，如果地震发生在杂多县或囊谦县，抗震救灾将有极大难度。玉树地震救援及时，与玉树机场、铁路的贡献也密不可分，体现了综合交通运输网络的优势。（2）遥感监测应急响应及时玉树地震发生后，中国地震局、国土资源部、中科院、总参谋部等部门迅速组织人员全力开展地震应急遥感调查工作，当天即提供了低分辨率的卫星影像数据，4月15日下午已绘制完成部分灾区的高分辨率航空遥感影像图，为抗震救灾工作提供了有力支持。（3）单体公路结构物经受了地震考验交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料5玉树地震中，公路结构物经受了地震考验，公路工程受损以塌方为主，部分路段路基出现下沉、开裂现象，桥梁结构震害较轻，以梁体移位、支座脱空、支座移位和挡块剪裂为主，未出现墩柱的严重震害。3我国公路工程抗震减灾技术发展的主要方向基于汶川地震、玉树地震公路结构物暴露出来的抗震能力不足以及公路工程抗震技术的发展趋势，我在这里简要谈一谈我国公路工程抗震减灾技术发展的主要方向。深入开展公路路网规划技术研究公路路网规划不仅要考虑政治、经济、国防等方面的需要，还需要考虑应对重大自然灾害和突发事件的能力。需从路网连通性、路网通行能力、出行时间等多个角度加强研究，提高公路路网规划水平，制定设计评价标准，提升路网抗灾能力。深入开展公路灾害遥感监测、快速判识与评估技术研究采用传统手段调查公路灾害效率低、时效差、周期长，很难满足应急救灾需要。为快速掌握灾害影响范围内的公路总体状况，需加强针对公路的遥感监测技术、基于遥感影像的公路灾害快速判识与评估技术研究，为重大公路灾害应急决策与救援提供有力支撑。深入开展震后次生灾害的监测、判识、评估与防治技术研究汶川地震中次生灾害造成的损失严重，次生灾害的滞后效应将是震后公路重建过程中面临的主要问题。为避免震后次生灾害造成更大损失，需加强震后公路走廊次生灾害分布特征与致灾机理、潜在地质灾害识别、评估、预警与防治技术的研究，为灾后重建选址、公路选线、设计优化和运营管理提供技术支撑。深入开展公路工程抗震新技术、实用技术与构造措施研究国内外的破坏性地震灾害表明，必须不断地吸取经验和教训，引进新技术与理念，才能不断提高结构抵抗地震灾害的能力。应深入开展公路工程抗震新理念、抗震设计新方法、抗震新材料、减隔震新装置、适宜结构形式、实用抗震构造措施、抗震性能评估与修复加固技术等方面的研究。深入开展公路结构物应急检评与应急保通技术研究交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料6汶川地震和玉树地震中公路结构物虽然经受住了地震考验，但也暴露出了一些问题，为保障震后应急救援能力。应加强桥梁、隧道、路基、边坡和支挡结构的快速检测评估与应急保通技术等方面的研究。4结束语汶川地震、玉树地震给人民生命财产造成了巨大损失，公路工程不仅要承受地震的直接考验，还要肩负起抗震救灾的使命。抗震减灾技术在抢通、保通和恢复重建中也发挥了重要的作用，今天公路、铁路、民航、国土资源等行业从事抗震减灾技术的专家汇聚一堂，交流探讨，共同提高，希望用我们的聪明才智，为交通行业抗震减灾技术进步做出贡献，最后预祝此次技术研讨会取得圆满成功。