刘金龙，林均岐，武雪宁
（1.中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080；
2.地震灾害防治应急管理部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080）
2022年9月5日12时57分，四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震，震源深度16 km。地震发生后，国务院抗震救灾指挥部办公室、应急管理部立即启动国家地震应急三级响应，并在次日将响应提升至二级，迅速组织安排人员搜救、灾情核查、震情监测和次生灾害防范等抗震救灾工作。开展救灾工作的同时，中国地震局同时部署科技人员赶赴灾区现场进行科学考察工作，中国地震局工程力学研究所于9月14日及19日先后组织了两批队伍前往灾区开展科学考察工作。笔者随同专家组全程参与了本次地震的科考工作，对灾区交通系统的地震破坏情况进行了细致的考察和深入的分析。
交通系统地震易损性高，且破坏后所带来的灾害损失重大。交通系统作为重要的生命线工程，因其地理分布广泛、服务环境复杂［1－4］，导致其地震中易损性较高，往往会成为地震中的薄弱环节［5－9］。交通网络的破坏不仅会造成严重的经济损失，还会给抗震救灾工作带来巨大阻碍，极大地降低了震后应急救援工作的效率［10－14］。我国西部山区经济发展相对落后，且自然地理环境恶劣，从客观上加重了交通系统地震破坏所带来的灾害损失。这些地区大部分交通条件都比较差，特别是那些位于高山峡谷的山村，对外交通往往只有一条道路，一旦这条通道在地震中发生破坏，就会彻底切断其与外界的联系，形成“孤岛”，使其震后的应急救援工作变的极其困难［15－17］。
鉴于交通系统易损性高且损失大的特点，对交通系统地震破坏开展科学考察具有非常重要的意义。科学考察工作可以获取第一手震害数据，通过对震害数据的分析，可以提高对交通系统地震破坏特征的认识，把握震害机理及抗震薄弱环节。进一步可以挖掘震害原因，提出相关的抗震对策及建议，为进一步提高交通系统的抗震能力提供数据以及认知方面的支撑。文中利用在泸定地震现场考察得到的资料，对交通系统的典型破坏特征及其成因进行了分析，提出了相应的抗震策略和建议，以期对未来交通系统的地震安全提供有价值的参考。
以受灾最重的泸定县和石棉县为中心，并综合考虑周边几个市县（如康定市、九龙县、天全县、荥经县以及汉源县）所构成的区域，通过OpenStreetMap公开的交通网络数据［18］，提取区域内的道路交通网络。可以发现，区域内的主干交通线路主要由7条道路，分别是雅叶高速（G4218）、国道G318、京昆高速（G5）、国道G108、省道S211、省道S434、省道S215等，如图1中深蓝色线条所示。其中高速公路G4218、G5的路线方向分别与国道G318、G108的线路总体一致，在通行功能上有一定的重复。从图中路网结构可知，G4218、G5、G318、G108这4条道路在本次地震中距离震中区域较远，属于外围线路，相反，省道S211和省道S434这2条线路是进入震中核心区域的主要道路。
在本次地震中，通过交通部门对8 085处点位的核查（其中，桥梁3 837座、隧道604座、路基段、边坡1 446处、涵洞2 198座），共发现受损点位172处，其中国道G318线、省道S211线和省道S434线均出现不同程度的受损，受损较重的是S211线，主要集中在泸定县与石棉县的交界处，从得妥镇联合村隧道至王岗坪乡约20 km左右是破坏最为严重的一段。除了国省干道遭到破坏以外，尚有40条左右农村公路受损中断，如通往泸定县湾东村、紫雅场村、共和村等许多村庄的道路中断，使得震后应急救援工作受到了极大的挑战。将调查到的破坏点标识在灾区交通网络图中，如图1所示，图中红色圆点代表比较典型的破坏点，红色道路线条表示破坏的路段，可以得到路网总体破坏分布情况。将路网总体破坏图与地震烈度图叠加，可以发现大部分破坏主要集中在Ⅸ度与Ⅷ度区的范围内，特别是泸定县磨西镇至石棉县新民乡一段道路，是破坏最为严重的地区，在外围Ⅶ度和Ⅵ度区域的破坏则比较少，但依然存在。对于图1中列出的各典型破坏点，将在下文进行详细介绍。
图1 灾区交通网络破坏总体分布图Fig.1 Global distribution of seismic damage of the transportation network in disaster area
总体来看，本次地震中交通系统的破坏比较严重，破坏主要集中在道路方面，而桥梁的破坏则比较轻，未发现桥梁因受损而中断的情况，隧道的破坏最轻，几乎没有受到实质性损伤。从破坏方式来看，大部分道路的破坏是由边坡滑坡等地质灾害引起，滑坡体掩埋堵塞道路居多，伴随部分路基路面以及挡墙的破坏，导致道路中断。从震后应急抢通的进程来看，抢通时间也比较长，这也是西部山区地震灾害的重要特点［19－20］。
在科考的过程中，对灾区主要干线公路及部分农村公路进行了考察，考察对象包括雅叶高速G4218、京昆高速G5、国道G318线、省道S211线、省道S434线、磨海路以及部分县乡道路。考察中，重点关注了破坏比较严重的点位，对典型破坏案例进行了详细的调查和分析，通过对考察数据的总结，得到灾区道路、桥梁以及隧道等交通单元的典型破坏特点。
2.1 道路典型震害
山区典型道路的剖面如图2所示，山区道路除了路基路面等主体结构外，大多包括路堑边坡（上边坡）和路堤边坡（下边坡）2个边坡，部分路段还有路堑挡墙或路肩挡墙，少数路段还会有边坡防护工程，如边坡锚固、防护网、护栏等防护措施。经过考察发现，灾区道路的破坏受地震地质灾害的影响非常严重，大多数的道路破坏都与地质灾害密切相关，地质灾害成为道路破坏主要诱因。道路的破坏部位也主要表现在边坡、路基路面以及挡土墙3个方面，以下分部位对道路的典型震害进行展开。
图2 典型山区道路剖面图Fig.2 Profile of typical mountain road
（1）边坡典型破坏
边坡的典型震害主要表现为边坡滑坡、崩塌、滚石、防护工程破坏等。图3所示为国道G318线泸定县甘谷地超限站段受地震影响，发生路堑边坡崩塌，崩塌下来的碎石呈三角锥形堆积在边坡上，并布满整个路面，虽然崩塌的体方量不是很大，但依旧阻断了道路几个小时。图4所示则是国道G108线石棉县向阳路段的路堑边坡发生崩塌，崩塌以碎石为主，散落在路面上，造成交通困难。但因该点距离震中较远，崩塌体方量较小，对交通造成的影响不大。
图3 G318泸定甘谷地超限站段崩塌中断Fig.3 G318 blocked by landslide at Luding Gangudi checkpoint
图4 G108线石棉向阳路段崩塌Fig.4 G108 blocked by landslide at Shimian Xiangyang Road
图5所示为省道S211线石棉县新民乡段路堑边坡滑坡，从图中可以看出，滑坡点位很高且体方量较大，滑坡以碎石和砂砾为主，大块巨石比较少见，滑坡长度约150 m，路基路面整体都被滑坡掩埋，且个别位置路堤边坡也发生滑坡，路肩挡墙垮塌，部分路基连同路面整体垮塌，路面悬空，整段道路彻底中断。图6所示为新民乡先新桃路马场村一段道路上边坡的滑坡，滑坡将路面堵塞，挖掘机正在挖掘滑坡堆积的土体，进行道路抢通，此处滑坡堆积体多为颗粒比较细小且均匀的砂砾，在边坡上形成比较规则的倒三角锥型，这种滑坡体在石棉县内比较常见，与泸定县内的滑坡相比颗粒更加细微均匀，滚石较少。
图5 S211线石棉县新民乡段滑坡Fig.5 Landslide occurred at S211 in Xinmin Township
图6 新民乡先新桃路滑坡Fig.6 Landslide at Xianxintao Road in Xinmin Township
图7所示为省道S434线磨西河大桥段的崩塌，该段道路边坡陡峭，土体松散，在本次地震中发生了大规模的崩塌，崩塌的土体以松散沙土和碎石为主，同时伴随较多大块滚石，对该段道路造成了非常严重的损伤，路基路面被掩埋，部分区段路面开裂、路面鼓胀崎岖不平，部分路肩挡土墙开裂、垮塌，总体破坏长度超过200 m。图8所示为磨西镇通往海螺沟景区路口处的破坏情况，从图中可以发现该段道路几乎修建在悬崖峭壁上，该段道路是通往海螺沟景区的咽喉要道，在地震中该段边坡发生大规模滑坡，因其地形原因，道路被滑坡体完全掩埋，掩埋高度达15 m，崩塌体方量超过10 000 m3，给该段道路造成了毁灭性破坏，经过抢通后该段道路也仅剩余一条崎岖不平的车道，供车辆单向通行。
图7 S434磨西河大桥段崩塌Fig.7 Collapse of S434 Road near by Moxihe bridge
图8 海螺沟景区路口处滑坡Fig.8 Landslide at the entrance of Hailuogou scenic area
图9所示为省道S434线磨西镇贡都曲线弯路处的破坏情况，可看出该点是非常典型的路堤边坡滑坡情况，路堤边坡大规模垮塌，路肩挡墙、边坡、连同大半路基路面整体垮塌，滑入燕子沟河中，同时路面大面积开裂、路基脱空，原本7.5 m宽的路面，只剩下不到一半，且剩余的路面也是呈悬空状态，下面是300多m深的崖谷，导致磨西镇与泸定县方向的交通中断。图10所示为S211线石棉县新民乡段的破坏情况，可以看出边坡上有非常明显的滑坡痕迹，两侧路边还残存未清理彻底的碎石等，极大地压缩了车道的有效通行宽度，虽然路面上覆盖的土体经过了清理，但路面依然凹凸不平，致使行车异常困难。
图9 S434线贡都曲线弯路处破坏Fig.9 S434 road damaged at Gongdu curve
图10 S211线新民乡段滑坡及滚石Fig.10 Landslide and rock fall of S211road in Xinmin Township
图11及图12所示为S434线磨西镇至得妥镇段滚石冲毁边坡防护网、砸毁护栏的情况。该段道路因山势高陡，巨石较多，地震中大量滚石冲击防护网，导致边坡防护网几乎被破坏殆尽，使得该段道路完全失去了对滚石的防护，加大了该段道路的行车危险性。
图11 S434线被滚石砸毁的防护网Fig.11 Damaged protective net of S434 by falling rocks
图12 S434线被滚石砸毁的护栏Fig.12 Damaged guard railing of S434 by falling rocks
（2）路基路面典型破坏
路基路面的破坏主要表现在路基下沉、路基脱空、路面开裂、错台等。
图13所示为海螺沟景区内的磨海路，道路由于路堤边坡滑坡，导致路基脱空现象，其中图13（a）中路堤边坡发生滑坡，挡墙垮塌，作为回填料碎石从路基中滑出，致使路基脱空。而图13（b）中，则是一段道路转弯处路堤边坡连同部分路基发生了整体垮塌，导致混凝土路面处于悬空状态。路基的脱空会大大降低沥青混凝土路面的承载能力，在车辆荷载的作用下容易发生突然塌陷。同时，这种路基脱空破坏具有一定的隐蔽性，从路面上行驶时较难发现路面的脱空状态，给路面上的救援车辆带来较大的危险。
图13 海螺沟景区磨海路路基脱空Fig.13 Hollowed roadbed at Mohai Road
图14所示为省道S211线石棉县王岗坪乡段的破坏情况，从图中可以看出，三角锥所在右侧区域路基出现了非常严重的下沉，从现场看的效果更加明显，因路基的不均匀下沉导致路面出现比较宽大的斜向裂缝，对行车安全构成比较大的影响。图15所示为省道434线海螺沟隧道附近的路基下沉，同样是右侧车道靠近河岸处出现下沉，导致沿道路中线出现了纵向的裂缝。图16所示为磨海路上路面的开裂，可以看出路面的破坏非常严重，巨大的裂缝将路面完全破坏，在裂缝两侧形成错台，导致车辆通行困难。
图14 S211线王岗坪段路基下沉路面开裂Fig.14 Subgrade settlement and pavement cracking of S211 Road at Wanggangping Township
图15 S434海螺沟隧道附近路基下沉路面开裂Fig.15 Subgrade settlement and pavement cracking of S434 Road near Hailuogou Tunnel
图16 磨海路路面开裂、错台Fig.16 Cracked and faulted pavement of Mohai Road
图17所示为省道S211线王岗坪段路基破坏，经现场考察发现该处曾有滚石滚落的痕迹，结合路基缺口的破坏形式，可以判断该处破坏是因滚石巨大的冲击力造成，滚石将路面连同路肩挡墙一同击垮，致使路基局部出现缺口。与此破坏形式类似的现象在磨海路还有几处，如图18所示，磨海路某处路面同样出现缺口，经过现场考察也找到了砸毁该点路面的滚石。由此可见，滚落的巨石是道路发生破坏的重要因素之一。图19所示是省道S434线路面的破坏情况，其原因也是被滚石砸中，导致路面出现很深的凹坑，沥青路面层被完全击碎，露出下面的路基层，类似的现象在这条道路上很多，但大多数比较轻微。
图17 S211线王岗坪乡段路基缺口Fig.17 A breach in pavement of S211 at Wanggangping Township
图18 磨海路某段路基缺损Fig.18 The broken down pavement of Mohai Road
图19 S434线路面被滚石砸出的凹坑Fig.19 Pot holes on the pavement caused by falling rocks of S434 Road
（3）挡土墙典型破坏
挡土墙的典型破坏主要为变形开裂、整体倾斜、垮塌、滑移等。图20所示为磨海路某处路肩挡墙的整体垮塌，可以看出路肩挡墙的垮塌往往会导致基层滑移、路基脱空、路面开裂。图21所示为省道S434线磨西镇某段路堑挡墙垮塌的实例，可以发现，路堑挡墙的垮塌与路肩挡墙不同，其垮塌体一般会堆积在路面上，对行车造成影响，但因该段挡墙高度较小，崩塌产生的土石体方量较小，几乎未对交通产生影响。图22所示为某路堑挡墙的整体滑移推出，在边坡失稳发生滑坡后，滑坡体的作用力超过挡墙承受能力，导致挡墙在水平向发生了整体滑移。图23所示则是路肩挡墙发生了整体倾斜，挡墙与路基本体之间脱开，且出现了比较大的裂缝。这种现象在道路破坏中也占有一定的比例，虽然暂时道路可以通行，但其潜在的危险性却不容忽视。如有雨水流入裂缝，容易加剧挡墙的倾斜并发生垮塌，需要及时进行加固维修。
图20 磨海路路肩挡墙垮塌Fig.20 Collapsed shoulder retaining wall of Mohai Road
图21 S434线磨西镇段路堑挡墙垮塌Fig.21 Collapsed cutting retaining wall of S434 Road in Moxi Township
图22 磨海路路堑挡墙滑移Fig.22 Slipped cutting retaining wall of Mohai Road
图23 磨海路路肩挡墙整体倾斜Fig.23 Inclined shoulder retaining wall of Mohai Road
2.2 桥梁典型震害
在本次泸定地震中，桥梁的总体震害比较轻，在现场考察过程中，未发现受地震损伤而无法通行的桥梁，部分桥梁受地震影响发生了比较轻微的损伤，为了安全，交通部门对桥梁通行功能进行了部分限制。考察发现，本次地震中桥梁的破坏主要表现在如下4个方面：
（1）伸缩缝处碰撞，导致护栏等混凝土破碎，路面开裂；
（2）桥台处挡墙开裂、破损，或桥台下沉等；
（3）桥梁挡块碰碎；
（4）桥梁支座或主梁移位。
图24所示为海螺沟大桥的地震破坏情况，该桥处于省道S211线与S434线的交汇处，位于地震烈度Ⅸ度区，从图中可以看出，大桥是一座刚构桥，总体上保持完好，经考察发现大桥桥台、桥墩、主梁及桥面等关键部位保持良好，只有在伸缩缝处沿桥梁纵轴发生了碰撞，导致护栏板两侧接触部位混凝土撞碎掉落，部分钢筋外露，但总体性能保持良好。
图24 海螺沟大桥地震破坏情况Fig.24 Seismic damage state of Hailuogou bridge
图25所示为得妥镇大渡河大桥的地震破坏情况，该桥位于泸定县得妥镇，与联合村隧道相连接，也处于Ⅸ度区，是考察过程中发现震害严重程度较高的一座桥梁。经了解，该桥2014年建成，长度368.57 m，桥梁主体是一座刚构桥，但在接近大渡河西侧河岸处衔接了一段梁式桥，是一座组合桥梁，如图25（a）。在梁式桥与刚构桥的伸缩缝处，碰撞破坏较重，护栏混凝土破碎，钢筋裸露，伸缩缝也有一定程度破坏，两侧护栏产生了横向相对移位，说明下面梁体可能在横向产生了错位；
梁桥北侧2个挡块被主梁撞碎，几乎脱落，证明了主梁在地震中曾经产生了比较大的横向移位；
西侧桥头处的桥面板以及护栏破碎缺失，钢筋外露；
台背处挡墙疑似有垮塌，土体崩塌，对桥台稳定构成影响。
图25 得妥大渡河大桥地震破坏Fig.25 Seismic damage state of Daduhe bridge in Detuo Township
在地震现场，尚发现其他桥梁也发生了一定程度的损伤，如磨西镇的青岗坪大桥在桥台处混凝土发生了开裂，护栏被撞碎；
王岗坪乡的大岗山大桥，桥台处发生了沉降，橡胶支座发生了轻度滑移等；
限于篇幅，文中在此不再赘述。另外，因未发现隧道在本次地震中有破坏发生，只有联合村隧道的入口处，外围混凝土护坡出现局部破损，但隧道主体保持完好，文中将不再详细介绍。
对于本次地震中交通系统的地震破坏，特别是道路的典型震害，其震害原因主要为：
（1）灾区自然地理环境较差。受灾较重的泸定县以及石棉县都是高山峡谷区，地形复杂，多数地区具有坡度陡峭、岩性强度低、坡体结构松散的特点，山地普遍具备滑坡及地质灾害形成的条件，在地震的诱发作用下极易发生滑坡，这是本次地震中道路遭受严重破坏的重要原因。
（2）本次地震的烈度较高，震中烈度达到Ⅸ度，最大加速度达到684.3 cm/s2，不稳定的山体在剧烈的振动下发生了大规模滑坡、滚石，并由此带来了严重的灾害损失和人员伤亡。
（3）灾区地形狭窄，空间严重受限，很多居民住在大山深处，多数地区的道路无法避开地质灾害隐患点，有很多道路只能修建在悬崖峭壁之上，这些区域本身就是地质灾害多发区，在这样的环境下，要完全规避崩塌滑坡的影响是不可能的。
通过对科学考察成果的梳理，可以得出本次地震具有如下特点：
（1）虽然道路在本次地震中受到比较严重的损伤，但桥梁与隧道在本次地震中的表现值得肯定。按照我国第五代地震区划图，泸定与石棉均为Ⅷ度抗震设防区。本次地震最高烈度为Ⅸ度，超过设防烈度Ⅰ度，但没有一座桥梁和隧道因地震受损而中断，这说明桥梁与隧道的抗震设计经受住了考验。特别是在一些地质灾害严重的区域，桥梁也没有发生严重损伤，保证了震后应急救援工作的顺利开展。
（2）山区道路受地质灾害的影响巨大，以我国现有的技术和经济条件，要完全避免这种影响是非常困难的。限于灾区特殊的地理环境，短时间内彻底解决这个问题非常困难。考虑到本次地震中高速公路的良好表现，或许在山区公路中，局部采用高速公路的设计理念，如在地质灾害隐患处，采用高速公路的方案，将道路架设在河流上方，使道路与边坡之间拉开一段距离，这样可以有效地减小滑坡滚石对道路的破坏。对于不可避免的危险地段，尽量做好滑坡滚石的预防措施，有效地减少地震造成的人员伤亡。
（3）提高交通网络特别是关键节点的冗余度，对路网整体韧性提升至关重要。以磨西镇为例，由雅安经泸定通往震中磨西镇的道路遭到破坏而中断，但磨西镇还有一条直接通往康定市的省道S434线可以走，这段路并没有发生破坏，救援队伍可直接由康定进入磨西镇，保证了应急救援力量第一时间进入灾区。这说明路网中重要节点的冗余度非常重要，多一个冗余度就可以在灾难来临时多一个选择机会。
（4）现代救援能力的提高和救援手段的多样化，特别是本次地震救援中陆水空一体化协同作战，极大提高了救援效率，使应急救援对传统道路的依赖度有所降低。例如通往得妥镇湾东村、紫雅场村的道路中断，救援队伍通过水路乘坐橡皮艇进入村中实施救援；
海螺沟景区道路中断，可以通过直升机从空中将游客救出。现代综合救援能力的提升，使得震后应急救援工作不再像汶川地震那样举步维艰，体现了现代应急救援技术水平不断发展和进步。