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鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修1刘爱文 1)帅向华 2)吕红山 1)吴健 1)超 1)徐1）中国地震局地球物理研究所，北京 1000812）中国地震台网中心，北京 100045摘要 在现场调查的基础上，本文总结分析了鲁甸地震交通、通信和电力等三类生命线工程的震害特点及应急抢修情况。鲁甸地震是一次较典型的山区地震，地震地质灾害和强地震动共同作用是造成生 命线工程破坏的主要原因。交通系统的主要震害是山体滑坡引起的道路中断，灾区属于高山峡谷地形， 道路抢通困难。电力系统的小型水力发电站破坏严重，龙头山变电站的破坏直接导致其下级的 2 个变 电站也断电。通信系统在本次地震中受的影响相对较小，恢复也较快。关键词：鲁甸地震 生命线工程 震害特点 应急恢复引言生命线工程是指与人们生活密切相关，且地震破坏会导致人们的生产生活局部或全部瘫 痪，而且可能引发次生灾害的工程，如交通、通信、供电、供水等生命线工程（中国建筑科 学研究院，2011）。因此，一般生命线工程的抗震设防等级比普通民房的要求更高，这样可尽 量减轻生命线工程在破坏性地震中的受损程度。另外，生命线工程在震后还承担着为抢险救 灾服务和保障的重任，震后抢修受损的生命线工程，快速恢复其功能对减轻地震损失具有重 要意义（赵成刚等，1994）。2014 年 8 月 3 日 16 时 30 分在云南省鲁甸县（北纬 27.1，东经 103.3）发生 M6.5 级地 震。本次地震是鲁甸地区有历史记载的最大地震，震中龙头山镇获得的强震记录峰值加速度达 948gal（冀昆等，2014）。震中地区经济较为落后，农村房屋以砖混和土木结构为主，房屋 的抗震能力差。鲁甸地震虽然震级不是很大，但是却造成了严重的人员伤亡及房屋结构破坏（帅向华等，2014）。同时，灾区的生命线工程设施也遭受不同程度破坏，特别是震中地区通 信和电力中断，通往极灾区龙头山镇的道路因为山体滑坡和龙泉河的桥梁破坏一度受阻。与 汶川地震和芦山地震等生命线工程受损情况类似，电力系统的主要震害现象为水力发电站破 坏，输电杆路倾斜、移位或倒塌，变压器等变电站设备受损；通信系统的主要震害现象为杆路倾斜倒断、光缆断裂、蓄电池损坏、基站设备损坏、机房受损（刘爱文等，2008；刘如山 等，2013；刘金龙等，2013）。1 基金项目 地震行业专项(20130818)、国家自然科学基金(51078335)共同资助收稿日期 2014-09-05作者简介 刘爱文，男，生于 1973 年。研究员。主要从事生命线地震工程、城市防灾减灾以及工程地震等研究。E-mail：360震灾防御技术9 卷鲁甸地震为一次典型的山区强地震。震中位于滇东北高原乌蒙山区，山区地形经受强烈切刻，山高坡陡，尤其是震中地区地形尤显陡峻，牛栏江河流冲刷作用形成峡谷地形，坡度达30。不同于平原地区的地震震害，本文重点总结这种高山峡谷地区交通、通信和电力等生命 线工程的主要震害经验教训，以期为今后我国西南部山区生命线工程的抗震设防提供参考。交通系统根据有关交通部门的统计，本次鲁甸地震造成昭通市鲁甸县、巧家县、昭阳区等区县昭 巧公路、沙坝龙头山乐红、火德红红石岩等 300 多条公路受损，其中严重损毁导致中 断 400 多条次。截止至 8 月 9 日，鲁甸地震灾害受损公路里程达到 2595km，其中 2 条国省 干线公路 95km、县道公路 1139km、乡村公路 1361km，桥梁 36 座、客运站场 5 处受损。公 路交通系统的主要震害现象为滑坡阻塞交通，滚石砸坏路面，路面开裂，路基下沉、开裂， 路基塌方，挡墙开裂、垮塌；桥梁桥面、桥台、梁板位移、桥拱开裂，护栏损毁；涵洞开裂 等。通过大力抢修，8 月 9 日 17 时震区所有行政村都已恢复有道路连通。1.1昭巧公路昭巧公路（省道 S101）是昭通市昭阳区通往巧家县的一条二级公路，全长 132.5km（昭 阳区境内 10km，鲁甸县境内 45.5km，巧家县境内 77km），2011 年建成通车。昭巧公路是本次地震灾害中受损极其严重的公路，主要震害表现为巨型滑坡崩塌使得交通阻断，路面砸损、路基塌陷、波形护栏毁坏等。 根据交通部门统计，昭巧公路全线发生上边坡崩塌、滑坡等地震地质灾害达 180 处，401万立方米。其中，沙坝（K41+500）至天生桥（K55+300）段的损毁最为严重。昭巧线从沙 坝开始（K41+500）路基边坡发生间断性垮塌，部分滑坡体侵占半个路面；在 K45+700K50+300段路基边坡出现大范围巨型滑坡，挤压河道形成 2 处堰塞湖，路基发生水毁、落石等破坏；在 K50+300天生桥（K55+300）段道路两侧山体也发生大范围巨型滑坡，滑坡体垂直高差达 200m， 规模巨大；从天生桥到牛栏江大桥路段右侧山体发生大规模坍塌，滑坡体垂直高差超 100m， 公路路基路面在地震中损害非常严重（图 1）。牛栏江大桥（K55+344）K58+000 段有 9 处较1图 1 牛栏江大桥附近的大型山体滑坡Fig. 1 Huge landslides near Niulanjiang bridge3 期刘爱文等：鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修361大边坡坍塌，分布较密集。因为该公路是通往重灾区的生命线，8 月 4 日上午 10 时 30 分（震后 18 小时）清理了部分滑坡体，抢通了一条便道，使得昭巧公路至少能够单向通行。1.2县乡道路鲁甸地震对灾区的县乡级公路损坏更为严重。巧家县的鲁铅线、哨茂线两条县乡路中断， 多条乡村公路受损。鲁甸县的沙坝村龙头山镇乐红乡县级公路、翠屏银屏西屏乡级 公路以及火德红镇至红石岩乡级公路等多条县乡级公路损毁，交通一度中断，如图 2 所示。 鲁甸县各乡镇公路所遭受的地质灾害形式主要表现为山体滑坡、上边坡坍塌和路基病害等， 如表 1 所示随着地震烈度的增加公路遭受的地震地质灾害程度也越严重。昭巧线震中图 2 灾区交通受阻及抢修恢复情况示意图Fig. 2 Location of traffic blocks and emergency recovery in the damage area表 1 鲁甸县乡村公路的地震地质灾害统计表Table 1 Statistics of the geological hazard to rural roads in Ludian county乡镇名称参考地震烈度上边坡坍塌或者滑坡等地质灾害（处）路基病害（处）龙头山镇IX269303火德红镇VIII163204小寨镇VII2142乐红镇VII92126水磨镇VII67141梭山镇VI41121龙树镇VI4383新街镇VI2636文屏镇VI245912日17时牛栏江堰塞 湖排除险情9日17时翠屏龙井公 路抢通4日10时30分昭巧公路便道 抢通单边通行8日09时翠屏银屏公路 抢通8日09时30分龙头山乐 红公路抢通4日06时沙坝龙头山 公路抢通5日22时龙头山镇龙泉河钢 架桥架设通车8日10时30分龙 头山营盘公路抢 通362震灾防御技术9 卷沙坝至乐红公路（县道 XC15530621）全长 32km，起于龙头山镇沙坝，经龙头山镇、官寨、翠屏直至乐红镇，是外界通往地震震中龙头山镇的唯一通道。地震造成全线地质灾害点80 处，其中上边坡坍塌、滑坡等地质灾害 64 处，路基病害 16 处。桥梁受损 3 座，主要震害 表现为桥梁侧墙开裂和护栏损毁。8 月 4 日凌晨 6 时沙坝至龙头山路段抢通，救灾车辆可从 鲁甸县城通往破坏及其严重的龙头山集镇口。因为龙头山镇集口的山体滑坡和桥梁受损，为 了保证救灾车辆的通行 8 月 5 日 22 时临时架设了通往龙头山镇的钢架桥，如图 3 所示。图 3 跨龙泉河临时架设的钢架桥Fig. 3 Temporary steel bridge built for passing Longquan river通往牛栏江峡谷地区乡村的道路由于等级低，坡陡路窄弯多，地震地质灾害严重，加上震后余震不断、暴雨不停，道路的抢通工作更加困难，震后第 7 天（8 月 9 日 17：00）通往 灾区各村落的道路才全部通车。通往翠屏和乐红乡的道路直至 8 月 8 日上午 9：30 分才打通， 以至于许多救灾车辆和人员拥堵在了龙头山镇，如图 4 所示，不得不实行严格的交通管制。图 4 通往龙头山镇的道路拥堵（2014 年 8 月 6 日摄）Fig. 4 Traffic congestion on the road to Longtoushan (Photographed on 6th, Aug. 2014)3 期刘爱文等：鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修363通信系统根据工信部地震当日统计，本次地震共造成鲁甸县 41 个基站退出服务，占该县基站总 数的 11.2%，震后话务量较平时有一定增加。鲁甸县城城区（VI 度区）中国电信机房轻微破 坏，极灾区（XI 度区）的村镇基站机房土建设施、通信设备和光纤电缆严重损坏。例如，龙 头山镇中国移动、中国电信的基站站点位于龙头 山邮电所大楼内遭受破坏。龙头山邮电所大楼为 五层的砖混结构。在强地震动作用下大楼底层坍塌，结构由 5 层变成 4 层，如图 5 所示。楼内的 通信设备设施损毁，传输光缆被倒塌的房屋扯断， 继而导致龙头山镇 402 户固定电话和 307 户宽带 通信中断。除了极灾区（XI 度区），此次地震未对当地 通信造成严重影响，震后通信网络运行基本正常， 未出现汶川地震本地网和县、乡镇级通信全阻的 情况。中国移动、中国电信和中国联通三大通信 公司震后均迅速启动了地震应急预案，8 月 4 日 7 时经过全力抢修灾区通信基本得到全面恢复。各 通信公司还确保了抗震救灾过程中灾区通信业务 通畅。中国电信抢险队在震后第一时间为指挥部 搭建了三条卫星电路，提供了 11 条专线电路，将 地震系统 20M 专线提速至 100M，并及时为新闻2媒体开通通信服务；中国移动对地震灾区的基站开通了半速率功能，并对 219 个话音拥塞的小区 进行紧急扩容，重点保障政府所在区域、指挥场 所和灾区用户话音业务畅通，有力保障了应急指图 5 龙头山邮电所大楼底层坍塌Fig. 5 Crashed first floor of Longtoushan communication building挥和伤员救护的需要。另外，采用“光纤+卫星”通信双保险模式、抗震设防达 XI 度的超级通信基站的使用，有效缓解了救灾指挥区域的话务压力。3电力系统根据电力部门现场调查，鲁甸地震累计造成灾区电力系统的多座水力发电站受损，1 条110kV 线路跳闸，15 条 10kV 线路跳闸，3 座 35kV 变电站停运，累计影响 10 个乡镇 3.8 万户居民用电，灾区电网累计损失负荷 8.4MW。震后鲁甸县龙头山镇、火德红镇、乐红镇、文 屏镇、桃源乡和水磨镇等 6 个乡镇停电。经过电力部门抢修，截止至 8 月 8 日文屏镇、桃源乡、水磨镇全部恢复供电，乐红镇、火德红镇、龙头山镇除了需要重建的地区和堰塞湖水淹地区，其他地区也均恢复了供电。3.1水力电站本次地震对鲁甸县多个水电站造成了严重的影响。强地震动作用及其引起的河流两岸山 体滑坡、岩石崩塌是造成水电站破坏的主要因素。例如，沙坝河水力发电站共有 4 级电站，364震灾防御技术9 卷地震造成发电厂房和设施受损严重，发电机组全部停止运行。沙坝河一至四级电站取水口许家龙洞，进水机械闸房屋被滚石击中倒塌一半，泄水机械闸房屋震裂，取水口其他基础地基、 围墙被滚石损伤多处。取水坝至电站沟渠、前池多处塌方、断裂、被击穿。电站厂房多处震 裂和被滚石击中受损严重，住宿楼、值班室多处开裂。巨大山体滑坡引起的牛栏江堰塞湖则是红石岩水电站全毁的主要原因。红石岩水电 站是牛栏江中上游水电开发规划的第 6 级电站，装机规模 80 MW，为引水式发电，由拦 河闸坝、引水系统及发电厂房和升压站（升压至 110 千伏）组成，2006 年底建成投产发 电。在本次地震中，大型山体滑坡发生在电站的拦河闸坝和发电厂房之间。山体滑坡形 成的牛栏江堰塞湖逐渐淹没电站的拦河闸坝，如图 6 所示。地震时电站的发电厂房和升 压站在强地震动作用下严重受损，后又遭受堰塞湖的湖水冲刷，发电设施设备全毁，如 图 7 所示。鲁甸电网鲁甸电网系统以 110kV 鲁甸变电站为枢纽，向各乡镇的 35kV 变电站送电。在本次地震3.2图 6 堰塞湖淹没红石岩电站的拦河闸坝Fig. 6 Barrage dam of Hongshiyan hydropower station submerged by the quake lake water图 7 红石岩电站的发电厂房和升压站被堰塞湖湖水冲毁Fig. 7 Power plant and substaion of Hongshiyan hydropower station washed by the quake lake water3 期刘爱文等：鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修365中，昭通电网 110kV 及以上线路运行正常，110kV 的鲁甸变电站和 35kV 的鲁甸县城西郊变电站位于地震烈度度区，震后保持正常的供电功能。地震当日造成 3 座 35kV 变电站失 压断电，其中位于地震烈度度区的 35kV 龙头山变电站受损最严重，如表 2 所示。强地震动造成龙头山变电站内的电气设备、建构筑物破坏。电气设备包括隔离开关震落、主变 压器受损等。变电站主控室的承重墙严重开裂、地面出现沉降，如图 8 所示。龙头山变电 站遭受严重破坏断电后，继而造成其下端的 35kV 乐红变电站和 35kV 铁厂变电站丧失供 电功能。鲁甸电网 110kV 及以上线路的输电铁塔基本完好，在地震中保持供电功能。如表 3 所示， 受损的线路主要为 35kV 和 10kV 线路。山体滑坡是造成输电线路破坏的主要原因，特别是龙头山镇周围烈度 XI 度地区。图 8 龙头山变电站主控室墙体开裂Fig. 8 Cracks on the wall of the control center of Longtoushan substaion表 2 变电站震害及恢复Table 2 Damage and recovery of substation表 3 输电线路震害及恢复Table 3 Damage and recovery of transmission line淹，未恢复。序号线路停运原因恢 复 情 况1110kV 洪鲁线线路无故障经过特巡检查，线路无故障，但是因为红石岩电站被水235kV 龙铁线（龙头山至铁厂）线路无故障3 日 20 时 41 分，强送成功序号变电站停运原因恢 复 情 况135kV 乐红变线路故障，电气设备基本完好3 日 19 时 13 分恢复235kV 龙头山变主变故障4 日 12 时 00 分恢复335kV 铁厂变线路故障，电气设备基本完好3 日 20 时 41 分恢复366震灾防御技术9 卷续表（西郊变电站至沙坝）结论鲁甸地震是一次较典型的山区地震。山区地震生命线工程震害的主要原因是强地震动和 地震地质灾害共同作用。鲁甸县的抗震设防烈度为度，而此次地震龙头山强震台记录到的 东西向峰值加速度为 948gal，根据房屋震害调查结果地震烈度被评定为度，超过当地生命 线工程的抗震设防水平。强地震动造成龙头山邮电所大楼倒塌，继而引起中国移动和中国电 信的基站设备损毁、通信中断。大型山体滑坡引起的牛栏江堰塞湖导致红石岩电站损毁。密 集的山体滑坡和边坡坍塌阻断通往牛栏江峡谷地区居民点的乡村道路，加上灾区余震不断、 暴雨不停，导致抢通道路反复中断。本次地震特别值得关注的是生命线系统网络重要节点破坏所造成的影响。典型的例子是35kV 龙头山变电站（XI 度区）遭受破坏后，直接导致其下级的 35kV 铁厂变电站（VII 度区） 和 35kV 乐红变电站（VII 度区）个变电站也断电，虽然震后检查这 2 座变电站的电气设备 均基本完好。在公路交通方面，破坏严重的龙头山镇是通往乐红镇的必经之地，导致在震后 多天内救援力量和救灾物资难以到达乐红镇。 致谢：本文的内容除了作者们在鲁甸地震现场实际调查获得外，也来自于中国地震局云南鲁 甸 6.5 级地震现场工作队的同仁以及交通、电力和通信部门的相关鲁甸地震抗震救灾专报， 在此一并表示感谢。4参考文献冀昆，温瑞智，崔建文等，2014鲁甸 MS6.5 级地震强震动记录及震害分析. 震灾防御技术，9（3）：325339刘如山，刘金龙，颜冬启等，2013芦山 7.0 级地震电力设施震害调查分析自然灾害学报，22（5）：8390. 刘金龙，林均岐，刘如山等，2013芦山 7.0 级地震通讯设施震害调查分析自然灾害学报，22（5）：9197. 刘爱文，厦珊，徐超，2008汶川地震交通系统震害及震后抢修震灾防御技术，3（3）：243250 帅向华，姜立新，侯建盛等，2014云南鲁甸 6.5 级地震灾害特点浅析震灾防御技术，9（3）：340358 中国建筑科学研究院，2011工程抗震术语标准（JGJ/T 97-2011）北京：中国建筑出版社 赵成刚，冯启民等，1994生命线地震工程北京：地震出版社序号线路停运原因恢 复 情 况335kV 龙乐线（龙头山至乐红）线路无故障3 日 20 时 09 分，强送成功435kV 沙龙线（沙坝至龙头山）线路故障5 日 09 时 39 分送出535kV 西沙线线路故障5 日 20 时 36 分送出3 期刘爱文等：鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修367Damage Characteristics and Emergency Recovery of LifelineEngineering in Ludian EarthquakeLiu Aiwen1), Shuai Xianghua2), Lv Hongshan1), Wu Jian1) and Xu Chao1)1) Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China2) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, ChinaAbstract Based on the site inves