基于風險調控原理的高地震烈度山區(qū)選線設計研究.pdf

1、“5.12”汶川大地震對山區(qū)鐵路公路造成巨大的破壞作用，不僅嚴重阻礙了搶險救援隊伍的進入，而且嚴重滯后地震災區(qū)的恢復重建。目前線路工程的抗震設計主要體現(xiàn)在結構物抗震設計方面，但通過選線源頭規(guī)避與線路工程全壽命周期統(tǒng)籌防控風險，才是最先進有效的抗震減災模式。因此高地震烈度山區(qū)鐵路減災選線，應是以鐵路定線為主體，同時考慮線路工程全壽命周期統(tǒng)籌防控風險的一種總體設計。
　　論文在汶川地震、蘆山地震大量實震資料調查的基礎上，以大地震風險調

2、控為指導思想，開展了高烈度地震區(qū)新建線路從廊道選擇、空間定線到個體工程設計的選線技術研究，并針對震后成災環(huán)境巨變，次生山地災害頻發(fā)的特殊情況，研究有關震后線路工程修復與重建技術。主要工作及研究結論如下:
　　通過對實震現(xiàn)象的調查分析，總結了路基工程震害特征，提出減輕山區(qū)線路震害的根本措施:路基工程破壞并不嚴重，而且易于搶通;山地災害是造成線路工程破壞的最主要因素，山地災害對線路工程的影響遠大于工程直接震害;邊坡防護工程能有效減輕山

3、地災害對線路的影響，但地震觸發(fā)山地災害的發(fā)生往往是始于山脊線附近的，對線路造成巨大損失的山地災害發(fā)生在路域以外;對山地災害的預防（防治）不能單純依靠工程措施，應該在線路設計的源頭——選線階段從減災的角度來考慮;線路通過發(fā)震斷裂，任何加強工程結構物抗震能力的措施都難以抵抗大地變形問題，應通過選線階段的策略來減輕震害損失。
　　針對選線設計環(huán)節(jié)中的廊道方案選擇，運用構造地貌理論，對活動斷裂塑造的地貌格局和強震災害效應的綜合分析，得出廊

4、道方案原則:斷裂構造盆地在地形陡峭的山區(qū)往往形成一系列寬谷或線狀分布的開闊地形，即是自然演化的經濟據(jù)點和交通廊道，也是選線應利用的有利地形，還能有效減輕鐵路服務期內的山地災害;逆斷層下盤撓曲盆地、正斷層上盤斷陷盆地、走滑斷層斷陷盆地和拉分盆地，均是鐵路廊道方案可利用的地貌單元;綜合考慮地震風險和地形條件，對逆斷層，線位可選擇在下盤的盆山過渡區(qū)域;對正斷層，由于該類斷層震級不大，鐵路可沿正斷層上盤斷陷盆地布線，并采用工程抗震設計抵御地震風

5、險;對走滑斷層，一般有平直地形可利用，可實現(xiàn)以簡易工程通過走滑斷裂帶的減災策略。
　　針對選線設計環(huán)節(jié)中的空間定線，根據(jù)波動理論與實震資料，研究了地震波在三維空間傳播的地形效應，以線路在地震動作用相對較弱的部位通過為原則，提出高地震烈度山區(qū)空間定線要點:區(qū)域性地震動的強弱程度與高程并無密切的關系，寬厚山體或大地勢臺階也不存在明顯的地震動沿高程遞增的規(guī)律性，在選線確定大段落線路高程時，可不考慮高程放大效應;體波的直射和反射使背坡面易

6、于產生順坡向的裂隙，因此易在背坡面產生大規(guī)模的崩塌災害，迎坡面更易于形成面波，且面波不易于傳出迎坡面，因此在迎坡面產生表層塌滑災害，當坡體兩岸條件相同時，在體波占地震波主要能量的近場區(qū)，線路應選擇迎坡向，在面波占地震波主要能量的遠場區(qū)，線路應選擇背坡向;峽谷地形在空間上能有效阻斷高頻成分Rayleigh波的傳播，地震波在峽谷入射一側振動強烈，在另一側減弱，選線通過峽谷地形時，根據(jù)活動斷層與峽谷之間的相對位置，應避免選擇峽谷入射方向的一側

7、。
　　針對選線設計環(huán)節(jié)中的個體工程布設，在風險調控的設計思想下，提出高地震烈度區(qū)采用新建工程造價低、損毀后宜修復的路堤、淺路塹、短隧、低橋等簡單易修復的工程減輕大震風險的減災策略。對大地形變導致斷層兩側線路發(fā)生錯斷的特殊災害，研究了相應的線路減災設計方案，為使線路恢復的工程量最小，線路宜以大曲線半徑通過斷層，地震后可通過減小曲線半徑的措施恢復線型要求;若不降低原線路設計水準，在線路設計時，曲線外移變形一側需預留一段直線段;不宜以

8、直線段通過斷層，若以直線段通過斷層，也應在斷層附近設一曲線。對于斷層蠕滑問題，認為在線路空間定線時不構成控制性問題，可放在工程布設和工程設計環(huán)節(jié)予以考慮。
　　災害彈性是目前國際上應對大災所提出的最新理念，建設災害彈性道路體系，也是我國的發(fā)展方向，而鐵路公路搶險修復技術，則是彈性道路體系實現(xiàn)迅速恢復正常功能的重要保障。在汶川地震路基工程震害調查的基礎上，總結路基工程搶險保通工程措施;對震后受損的路基支擋工程，研究其震損機理、震后損

9、傷評估及震后修復加固技術。另外，在汶川地震震后線路工程案例分析的基礎上，對峽谷地區(qū)重建線路和震后新建線路，提出選線設計的原則。震后線路搶險保通的基本原則是對線路通行有較大影響的變形過大或局部破壞結構，采取簡單有效的臨時加固措施，維持道路通行，提高線路通行能力。對路基擋墻主要采用加固坡腳，對地基不穩(wěn)定工點，需治理滑坡。擋墻震損主要有傾斜變形和滑移變形兩種模式。傾斜變形擋墻震后仍為擋土墻工點，采用橫向加固措施可有效地控制變形發(fā)展，并能將擋墻