四川瀘定6.8級地震交通系統震害調查及分析

劉金龍，林均岐，武雪寧

（1.中國地震局工程力學研究所地震工程與工程振動重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080；2.地震災害防治應急管理部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080）

引言

2022年9月5日12時57分，四川省甘孜州瀘定縣發生6.8級地震，震源深度16 km。地震發生后，國務院抗震救災指揮部辦公室、應急管理部立即啟動國家地震應急三級響應，并在次日將響應提升至二級，迅速組織安排人員搜救、災情核查、震情監測和次生災害防范等抗震救災工作。開展救災工作的同時，中國地震局同時部署科技人員趕赴災區現場進行科學考察工作，中國地震局工程力學研究所于9月14日及19日先后組織了兩批隊伍前往災區開展科學考察工作。筆者隨同專家組全程參與了本次地震的科考工作，對災區交通系統的地震破壞情況進行了細致的考察和深入的分析。

交通系統地震易損性高，且破壞后所帶來的災害損失重大。交通系統作為重要的生命線工程，因其地理分布廣泛、服務環境復雜［1－4］，導致其地震中易損性較高，往往會成為地震中的薄弱環節［5－9］。交通網絡的破壞不僅會造成嚴重的經濟損失，還會給抗震救災工作帶來巨大阻礙，極大地降低了震后應急救援工作的效率［10－14］。我國西部山區經濟發展相對落后，且自然地理環境惡劣，從客觀上加重了交通系統地震破壞所帶來的災害損失。這些地區大部分交通條件都比較差，特別是那些位于高山峽谷的山村，對外交通往往只有一條道路，一旦這條通道在地震中發生破壞，就會徹底切斷其與外界的聯系，形成“孤島”，使其震后的應急救援工作變的極其困難［15－17］。

鑒于交通系統易損性高且損失大的特點，對交通系統地震破壞開展科學考察具有非常重要的意義?？茖W考察工作可以獲取第一手震害數據，通過對震害數據的分析，可以提高對交通系統地震破壞特征的認識，把握震害機理及抗震薄弱環節。進一步可以挖掘震害原因，提出相關的抗震對策及建議，為進一步提高交通系統的抗震能力提供數據以及認知方面的支撐。文中利用在瀘定地震現場考察得到的資料，對交通系統的典型破壞特征及其成因進行了分析，提出了相應的抗震策略和建議，以期對未來交通系統的地震安全提供有價值的參考。

1 災區交通系統概況及總體破壞情況

以受災最重的瀘定縣和石棉縣為中心，并綜合考慮周邊幾個市縣（如康定市、九龍縣、天全縣、滎經縣以及漢源縣）所構成的區域，通過OpenStreetMap公開的交通網絡數據［18］，提取區域內的道路交通網絡?？梢园l現，區域內的主干交通線路主要由7條道路，分別是雅葉高速（G4218）、國道G318、京昆高速（G5）、國道G108、省道S211、省道S434、省道S215等，如圖1中深藍色線條所示。其中高速公路G4218、G5的路線方向分別與國道G318、G108的線路總體一致，在通行功能上有一定的重復。從圖中路網結構可知，G4218、G5、G318、G108這4條道路在本次地震中距離震中區域較遠，屬于外圍線路，相反，省道S211和省道S434這2條線路是進入震中核心區域的主要道路。

在本次地震中，通過交通部門對8 085處點位的核查（其中，橋梁3 837座、隧道604座、路基段、邊坡1 446處、涵洞2 198座），共發現受損點位172處，其中國道G318線、省道S211線和省道S434線均出現不同程度的受損，受損較重的是S211線，主要集中在瀘定縣與石棉縣的交界處，從得妥鎮聯合村隧道至王崗坪鄉約20 km左右是破壞最為嚴重的一段。除了國省干道遭到破壞以外，尚有40條左右農村公路受損中斷，如通往瀘定縣灣東村、紫雅場村、共和村等許多村莊的道路中斷，使得震后應急救援工作受到了極大的挑戰。將調查到的破壞點標識在災區交通網絡圖中，如圖1所示，圖中紅色圓點代表比較典型的破壞點，紅色道路線條表示破壞的路段，可以得到路網總體破壞分布情況。將路網總體破壞圖與地震烈度圖疊加，可以發現大部分破壞主要集中在Ⅸ度與Ⅷ度區的范圍內，特別是瀘定縣磨西鎮至石棉縣新民鄉一段道路，是破壞最為嚴重的地區，在外圍Ⅶ度和Ⅵ度區域的破壞則比較少，但依然存在。對于圖1中列出的各典型破壞點，將在下文進行詳細介紹。

圖1 災區交通網絡破壞總體分布圖Fig.1 Global distribution of seismic damage of the transportation network in disaster area

總體來看，本次地震中交通系統的破壞比較嚴重，破壞主要集中在道路方面，而橋梁的破壞則比較輕，未發現橋梁因受損而中斷的情況，隧道的破壞最輕，幾乎沒有受到實質性損傷。從破壞方式來看，大部分道路的破壞是由邊坡滑坡等地質災害引起，滑坡體掩埋堵塞道路居多，伴隨部分路基路面以及擋墻的破壞，導致道路中斷。從震后應急搶通的進程來看，搶通時間也比較長，這也是西部山區地震災害的重要特點［19－20］。

2 交通系統典型震害

在科考的過程中，對災區主要干線公路及部分農村公路進行了考察，考察對象包括雅葉高速G4218、京昆高速G5、國道G318線、省道S211線、省道S434線、磨海路以及部分縣鄉道路。考察中，重點關注了破壞比較嚴重的點位，對典型破壞案例進行了詳細的調查和分析，通過對考察數據的總結，得到災區道路、橋梁以及隧道等交通單元的典型破壞特點。

2.1 道路典型震害

山區典型道路的剖面如圖2所示，山區道路除了路基路面等主體結構外，大多包括路塹邊坡（上邊坡）和路堤邊坡（下邊坡）2個邊坡，部分路段還有路塹擋墻或路肩擋墻，少數路段還會有邊坡防護工程，如邊坡錨固、防護網、護欄等防護措施。經過考察發現，災區道路的破壞受地震地質災害的影響非常嚴重，大多數的道路破壞都與地質災害密切相關，地質災害成為道路破壞主要誘因。道路的破壞部位也主要表現在邊坡、路基路面以及擋土墻3個方面，以下分部位對道路的典型震害進行展開。

圖2 典型山區道路剖面圖Fig.2 Profile of typical mountain road

（1）邊坡典型破壞

邊坡的典型震害主要表現為邊坡滑坡、崩塌、滾石、防護工程破壞等。圖3所示為國道G318線瀘定縣甘谷地超限站段受地震影響，發生路塹邊坡崩塌，崩塌下來的碎石呈三角錐形堆積在邊坡上，并布滿整個路面，雖然崩塌的體方量不是很大，但依舊阻斷了道路幾個小時。圖4所示則是國道G108線石棉縣向陽路段的路塹邊坡發生崩塌，崩塌以碎石為主，散落在路面上，造成交通困難。但因該點距離震中較遠，崩塌體方量較小，對交通造成的影響不大。

圖3 G318瀘定甘谷地超限站段崩塌中斷Fig.3 G318 blocked by landslide at Luding Gangudi checkpoint

圖4 G108線石棉向陽路段崩塌Fig.4 G108 blocked by landslide at Shimian Xiangyang Road

圖5所示為省道S211線石棉縣新民鄉段路塹邊坡滑坡，從圖中可以看出，滑坡點位很高且體方量較大，滑坡以碎石和砂礫為主，大塊巨石比較少見，滑坡長度約150 m，路基路面整體都被滑坡掩埋，且個別位置路堤邊坡也發生滑坡，路肩擋墻垮塌，部分路基連同路面整體垮塌，路面懸空，整段道路徹底中斷。圖6所示為新民鄉先新桃路馬場村一段道路上邊坡的滑坡，滑坡將路面堵塞，挖掘機正在挖掘滑坡堆積的土體，進行道路搶通，此處滑坡堆積體多為顆粒比較細小且均勻的砂礫，在邊坡上形成比較規則的倒三角錐型，這種滑坡體在石棉縣內比較常見，與瀘定縣內的滑坡相比顆粒更加細微均勻，滾石較少。

圖5 S211線石棉縣新民鄉段滑坡Fig.5 Landslide occurred at S211 in Xinmin Township

圖6 新民鄉先新桃路滑坡Fig.6 Landslide at Xianxintao Road in Xinmin Township

圖7所示為省道S434線磨西河大橋段的崩塌，該段道路邊坡陡峭，土體松散，在本次地震中發生了大規模的崩塌，崩塌的土體以松散沙土和碎石為主，同時伴隨較多大塊滾石，對該段道路造成了非常嚴重的損傷，路基路面被掩埋，部分區段路面開裂、路面鼓脹崎嶇不平，部分路肩擋土墻開裂、垮塌，總體破壞長度超過200 m。圖8所示為磨西鎮通往海螺溝景區路口處的破壞情況，從圖中可以發現該段道路幾乎修建在懸崖峭壁上，該段道路是通往海螺溝景區的咽喉要道，在地震中該段邊坡發生大規?；?，因其地形原因，道路被滑坡體完全掩埋，掩埋高度達15 m，崩塌體方量超過10 000 m3，給該段道路造成了毀滅性破壞，經過搶通后該段道路也僅剩余一條崎嶇不平的車道，供車輛單向通行。

圖7 S434磨西河大橋段崩塌Fig.7 Collapse of S434 Road near by Moxihe bridge

圖8 海螺溝景區路口處滑坡Fig.8 Landslide at the entrance of Hailuogou scenic area

圖9所示為省道S434線磨西鎮貢都曲線彎路處的破壞情況，可看出該點是非常典型的路堤邊坡滑坡情況，路堤邊坡大規?？逅?，路肩擋墻、邊坡、連同大半路基路面整體垮塌，滑入燕子溝河中，同時路面大面積開裂、路基脫空，原本7.5 m寬的路面，只剩下不到一半，且剩余的路面也是呈懸空狀態，下面是300多m深的崖谷，導致磨西鎮與瀘定縣方向的交通中斷。圖10所示為S211線石棉縣新民鄉段的破壞情況，可以看出邊坡上有非常明顯的滑坡痕跡，兩側路邊還殘存未清理徹底的碎石等，極大地壓縮了車道的有效通行寬度，雖然路面上覆蓋的土體經過了清理，但路面依然凹凸不平，致使行車異常困難。

圖9 S434線貢都曲線彎路處破壞Fig.9 S434 road damaged at Gongdu curve

圖10 S211線新民鄉段滑坡及滾石Fig.10 Landslide and rock fall of S211road in Xinmin Township

圖11及圖12所示為S434線磨西鎮至得妥鎮段滾石沖毀邊坡防護網、砸毀護欄的情況。該段道路因山勢高陡，巨石較多，地震中大量滾石沖擊防護網，導致邊坡防護網幾乎被破壞殆盡，使得該段道路完全失去了對滾石的防護，加大了該段道路的行車危險性。

圖11 S434線被滾石砸毀的防護網Fig.11 Damaged protective net of S434 by falling rocks

圖12 S434線被滾石砸毀的護欄Fig.12 Damaged guard railing of S434 by falling rocks

（2）路基路面典型破壞

路基路面的破壞主要表現在路基下沉、路基脫空、路面開裂、錯臺等。

圖13所示為海螺溝景區內的磨海路，道路由于路堤邊坡滑坡，導致路基脫空現象，其中圖13（a）中路堤邊坡發生滑坡，擋墻垮塌，作為回填料碎石從路基中滑出，致使路基脫空。而圖13（b）中，則是一段道路轉彎處路堤邊坡連同部分路基發生了整體垮塌，導致混凝土路面處于懸空狀態。路基的脫空會大大降低瀝青混凝土路面的承載能力，在車輛荷載的作用下容易發生突然塌陷。同時，這種路基脫空破壞具有一定的隱蔽性，從路面上行駛時較難發現路面的脫空狀態，給路面上的救援車輛帶來較大的危險。

圖13 海螺溝景區磨海路路基脫空Fig.13 Hollowed roadbed at Mohai Road

圖14所示為省道S211線石棉縣王崗坪鄉段的破壞情況，從圖中可以看出，三角錐所在右側區域路基出現了非常嚴重的下沉，從現場看的效果更加明顯，因路基的不均勻下沉導致路面出現比較寬大的斜向裂縫，對行車安全構成比較大的影響。圖15所示為省道434線海螺溝隧道附近的路基下沉，同樣是右側車道靠近河岸處出現下沉，導致沿道路中線出現了縱向的裂縫。圖16所示為磨海路上路面的開裂，可以看出路面的破壞非常嚴重，巨大的裂縫將路面完全破壞，在裂縫兩側形成錯臺，導致車輛通行困難。

圖14 S211線王崗坪段路基下沉路面開裂Fig.14 Subgrade settlement and pavement cracking of S211 Road at Wanggangping Township

圖15 S434海螺溝隧道附近路基下沉路面開裂Fig.15 Subgrade settlement and pavement cracking of S434 Road near Hailuogou Tunnel

圖16 磨海路路面開裂、錯臺Fig.16 Cracked and faulted pavement of Mohai Road

圖17所示為省道S211線王崗坪段路基破壞，經現場考察發現該處曾有滾石滾落的痕跡，結合路基缺口的破壞形式，可以判斷該處破壞是因滾石巨大的沖擊力造成，滾石將路面連同路肩擋墻一同擊垮，致使路基局部出現缺口。與此破壞形式類似的現象在磨海路還有幾處，如圖18所示，磨海路某處路面同樣出現缺口，經過現場考察也找到了砸毀該點路面的滾石。由此可見，滾落的巨石是道路發生破壞的重要因素之一。圖19所示是省道S434線路面的破壞情況，其原因也是被滾石砸中，導致路面出現很深的凹坑，瀝青路面層被完全擊碎，露出下面的路基層，類似的現象在這條道路上很多，但大多數比較輕微。

圖17 S211線王崗坪鄉段路基缺口Fig.17 A breach in pavement of S211 at Wanggangping Township

圖18 磨海路某段路基缺損Fig.18 The broken down pavement of Mohai Road

圖19 S434線路面被滾石砸出的凹坑Fig.19 Pot holes on the pavement caused by falling rocks of S434 Road

（3）擋土墻典型破壞

擋土墻的典型破壞主要為變形開裂、整體傾斜、垮塌、滑移等。圖20所示為磨海路某處路肩擋墻的整體垮塌，可以看出路肩擋墻的垮塌往往會導致基層滑移、路基脫空、路面開裂。圖21所示為省道S434線磨西鎮某段路塹擋墻垮塌的實例，可以發現，路塹擋墻的垮塌與路肩擋墻不同，其垮塌體一般會堆積在路面上，對行車造成影響，但因該段擋墻高度較小，崩塌產生的土石體方量較小，幾乎未對交通產生影響。圖22所示為某路塹擋墻的整體滑移推出，在邊坡失穩發生滑坡后，滑坡體的作用力超過擋墻承受能力，導致擋墻在水平向發生了整體滑移。圖23所示則是路肩擋墻發生了整體傾斜，擋墻與路基本體之間脫開，且出現了比較大的裂縫。這種現象在道路破壞中也占有一定的比例，雖然暫時道路可以通行，但其潛在的危險性卻不容忽視。如有雨水流入裂縫，容易加劇擋墻的傾斜并發生垮塌，需要及時進行加固維修。

圖20 磨海路路肩擋墻垮塌Fig.20 Collapsed shoulder retaining wall of Mohai Road

圖21 S434線磨西鎮段路塹擋墻垮塌Fig.21 Collapsed cutting retaining wall of S434 Road in Moxi Township

圖22 磨海路路塹擋墻滑移Fig.22 Slipped cutting retaining wall of Mohai Road

圖23 磨海路路肩擋墻整體傾斜Fig.23 Inclined shoulder retaining wall of Mohai Road

2.2 橋梁典型震害

在本次瀘定地震中，橋梁的總體震害比較輕，在現場考察過程中，未發現受地震損傷而無法通行的橋梁，部分橋梁受地震影響發生了比較輕微的損傷，為了安全，交通部門對橋梁通行功能進行了部分限制?？疾彀l現，本次地震中橋梁的破壞主要表現在如下4個方面：

（1）伸縮縫處碰撞，導致護欄等混凝土破碎，路面開裂；

（2）橋臺處擋墻開裂、破損，或橋臺下沉等；

（3）橋梁擋塊碰碎；

（4）橋梁支座或主梁移位。

圖24所示為海螺溝大橋的地震破壞情況，該橋處于省道S211線與S434線的交匯處，位于地震烈度Ⅸ度區，從圖中可以看出，大橋是一座剛構橋，總體上保持完好，經考察發現大橋橋臺、橋墩、主梁及橋面等關鍵部位保持良好，只有在伸縮縫處沿橋梁縱軸發生了碰撞，導致護欄板兩側接觸部位混凝土撞碎掉落，部分鋼筋外露，但總體性能保持良好。

圖24 海螺溝大橋地震破壞情況Fig.24 Seismic damage state of Hailuogou bridge

圖25所示為得妥鎮大渡河大橋的地震破壞情況，該橋位于瀘定縣得妥鎮，與聯合村隧道相連接，也處于Ⅸ度區，是考察過程中發現震害嚴重程度較高的一座橋梁。經了解，該橋2014年建成，長度368.57 m，橋梁主體是一座剛構橋，但在接近大渡河西側河岸處銜接了一段梁式橋，是一座組合橋梁，如圖25（a）。在梁式橋與剛構橋的伸縮縫處，碰撞破壞較重，護欄混凝土破碎，鋼筋裸露，伸縮縫也有一定程度破壞，兩側護欄產生了橫向相對移位，說明下面梁體可能在橫向產生了錯位；梁橋北側2個擋塊被主梁撞碎，幾乎脫落，證明了主梁在地震中曾經產生了比較大的橫向移位；西側橋頭處的橋面板以及護欄破碎缺失，鋼筋外露；臺背處擋墻疑似有垮塌，土體崩塌，對橋臺穩定構成影響。

圖25 得妥大渡河大橋地震破壞Fig.25 Seismic damage state of Daduhe bridge in Detuo Township

在地震現場，尚發現其他橋梁也發生了一定程度的損傷，如磨西鎮的青崗坪大橋在橋臺處混凝土發生了開裂，護欄被撞碎；王崗坪鄉的大崗山大橋，橋臺處發生了沉降，橡膠支座發生了輕度滑移等；限于篇幅，文中在此不再贅述。另外，因未發現隧道在本次地震中有破壞發生，只有聯合村隧道的入口處，外圍混凝土護坡出現局部破損，但隧道主體保持完好，文中將不再詳細介紹。

3 震害成因分析

對于本次地震中交通系統的地震破壞，特別是道路的典型震害，其震害原因主要為：

（1）災區自然地理環境較差。受災較重的瀘定縣以及石棉縣都是高山峽谷區，地形復雜，多數地區具有坡度陡峭、巖性強度低、坡體結構松散的特點，山地普遍具備滑坡及地質災害形成的條件，在地震的誘發作用下極易發生滑坡，這是本次地震中道路遭受嚴重破壞的重要原因。

（2）本次地震的烈度較高，震中烈度達到Ⅸ度，最大加速度達到684.3 cm/s2，不穩定的山體在劇烈的振動下發生了大規?；?、滾石，并由此帶來了嚴重的災害損失和人員傷亡。

（3）災區地形狹窄，空間嚴重受限，很多居民住在大山深處，多數地區的道路無法避開地質災害隱患點，有很多道路只能修建在懸崖峭壁之上，這些區域本身就是地質災害多發區，在這樣的環境下，要完全規避崩塌滑坡的影響是不可能的。

4 啟示與建議

通過對科學考察成果的梳理，可以得出本次地震具有如下特點：

（1）雖然道路在本次地震中受到比較嚴重的損傷，但橋梁與隧道在本次地震中的表現值得肯定。按照我國第五代地震區劃圖，瀘定與石棉均為Ⅷ度抗震設防區。本次地震最高烈度為Ⅸ度，超過設防烈度Ⅰ度，但沒有一座橋梁和隧道因地震受損而中斷，這說明橋梁與隧道的抗震設計經受住了考驗。特別是在一些地質災害嚴重的區域，橋梁也沒有發生嚴重損傷，保證了震后應急救援工作的順利開展。

（2）山區道路受地質災害的影響巨大，以我國現有的技術和經濟條件，要完全避免這種影響是非常困難的。限于災區特殊的地理環境，短時間內徹底解決這個問題非常困難?？紤]到本次地震中高速公路的良好表現，或許在山區公路中，局部采用高速公路的設計理念，如在地質災害隱患處，采用高速公路的方案，將道路架設在河流上方，使道路與邊坡之間拉開一段距離，這樣可以有效地減小滑坡滾石對道路的破壞。對于不可避免的危險地段，盡量做好滑坡滾石的預防措施，有效地減少地震造成的人員傷亡。

（3）提高交通網絡特別是關鍵節點的冗余度，對路網整體韌性提升至關重要。以磨西鎮為例，由雅安經瀘定通往震中磨西鎮的道路遭到破壞而中斷，但磨西鎮還有一條直接通往康定市的省道S434線可以走，這段路并沒有發生破壞，救援隊伍可直接由康定進入磨西鎮，保證了應急救援力量第一時間進入災區。這說明路網中重要節點的冗余度非常重要，多一個冗余度就可以在災難來臨時多一個選擇機會。

（4）現代救援能力的提高和救援手段的多樣化，特別是本次地震救援中陸水空一體化協同作戰，極大提高了救援效率，使應急救援對傳統道路的依賴度有所降低。例如通往得妥鎮灣東村、紫雅場村的道路中斷，救援隊伍通過水路乘坐橡皮艇進入村中實施救援；海螺溝景區道路中斷，可以通過直升機從空中將游客救出。現代綜合救援能力的提升，使得震后應急救援工作不再像汶川地震那樣舉步維艱，體現了現代應急救援技術水平不斷發展和進步。