蔡丽雯，黄 勇，何 静，尹明超

（1.青海省地震局，青海西宁 810001；2.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；3.地震灾害防治应急管理部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080）

引言

2022 年1 月8 日1 时45 分在我国青海省海北州门源县发生了6.9 级地震，震源深度10 km。此后又多次发生余震，截止到3月7日共发生了3级以上余震9次，如表1所示。该地震是发生在冷龙岭断裂带的一次左旋走滑型地震。此次地震共造成青海省3 个市州6 个区县32 个乡镇，甘肃省3 个市6 个区县29 个乡镇以及中牧山丹马场、大黄山林场受到波及。1 月12 日，应急管理部发布青海门源6.9 级地震烈度图［1］。最高烈度为Ⅸ度，Ⅵ度区及以上面积约23 417 km2，其中青海省Ⅵ度区及以上面积约13 723 km2，甘肃省Ⅵ度区及以上面积约9 694 km2，等震线长轴呈北西西走向，长轴约200 km，短轴约153 km。Ⅸ度区内，铁路桥主梁严重移位、倾斜，铁轨严重扭曲、局部错断，公路路面多处出现裂缝，可见基岩裂缝、错动，山体崩塌。Ⅷ度区多数框架结构房屋出现裂缝，少数砖混结构房屋出现严重破坏，干硬路面多处开裂。Ⅶ度区少数砖混结构房屋中等破坏，少数砖木结构房屋严重破坏，屋内吊顶掉落，松软土地上地裂缝较多。Ⅵ度区少数砖混结构房屋轻微破坏，少数砖木结构房屋中等破坏，少数家具和物品移位，高压线路跳闸。

表1 门源地震序列列表Table 1 The Menyuan earthquake sequence list

值得注意的是，门源历史上多有地震发生。1986年8月26日在门源县北祁连山东段主峰冷龙岭山区发生了一次6.4级地震［2］，震源深度约14 km。由于地震发生在祁连山区，无明显房屋破坏或人员伤亡，但是有感范围较大，在兰州、银川、金昌、张掖和西宁等地均有感。根据国家地震局兰州地震研究所（1987 年）的现场考察结果，确定地震的宏观震中位于冷龙岭主峰一带，推测震中烈度达Ⅷ度。据当地牧民反映，地震时冷龙岭主峰附近发生了严重雪崩，珠峰沟脑尘土飞扬，伴有隆隆巨响。Ⅶ度区的几个破坏点主要表现为陡峭的山崖处有巨石滚落、基岩崩塌。牧民站立不住，并见规模较大的地裂缝，长约数10 m，裂缝方向严格受地形的控制，推测Ⅶ度区等震线长轴不足40 km。外围的青海门源和北侧的甘肃武威皇城地区个别院墙倒塌，简单木架土墙房屋轻微裂缝，屋瓦掉落，窑洞崩坏。

门源在2016 年1 月26 日又发生过一次6.4 级地震，地震烈度图参见文献［3］。地震极震区烈度达Ⅷ度，等震线长轴总体呈北西西走向，Ⅵ度及以上区域总面积约14 660 km2，其中，青海省内面积约8 550 km2，甘肃省内面积约6 110 km2。Ⅷ度区为无人区，Ⅶ度区仅个别居民点，震害主要体现在Ⅵ度区域内。交通系统震害主要体现在门源县12个乡镇39处桥梁开裂，4处公路路基受损，直接经济损失约1 990万元。

比较近来2次地震的烈度图，我们能够发现虽然2次地震均发震于冷龙岭断裂，但2016年地震震中相对靠东，此次地震震中相对靠西，处于拖莱山断裂与冷龙岭断裂交叉点，震害情况相差还是比较大的。其原因大体有3 点：第一，震级不同。此次地震震级比2016 年地震大，能量释放大，震动更强烈，震害重。第二，地表开裂情况不同。2016年地震没有产生明显的地表破裂，这次地震初步发现约22 km地表破裂，且破裂穿过兰新高铁大梁隧道出口，受断层直接错动造成的破坏大，连接大梁隧道和祁连隧道的桥距离地表破裂很近，震动强烈，受损严重。第三，震中位置不同。2016 年地震的震中位置更靠近冷龙岭山脊，无人区较多，而此次地震相对靠近山前，距离门源县城相对较近，故造成的震害影响更大。

文中拟首先针对2022 年1 月8 日门源地震震中附近地震动的特点进行分析，然后分别围绕铁路系统和公路系统在此次地震中的震害特点，从统计角度分析震害状况与结构形式的关系，最后讨论此次地震对我国高原地区交通结构抗震的经验与启示。

1 强震观测与地震动特点分析

地震后收到甘肃省地震局强震台记录1 组，烈度台记录26 组，青海省地震局烈度台记录53 组。其中C0028 台震中距7.8 km，最大加速度峰值为456.9 cm/s2，计算仪器地震烈度8.2度。C0029 震中距13.7 km，最大加速度峰值为210.8 cm/s2，计算仪器地震烈度8.3 度。震中、强震台的位置如图1。

图1 门源地震震中、强震台位置及烈度图Fig.1 Schematic diagram of intensity distribution，epicenter，seismogenic faults，bridge sites and surrounding stations

（1）C0028台地震动特点

C0028 台震中距7.8 km，东西、南北、垂直向加速度峰值分别为-456.9 cm/s2、445.0 cm/s2、355.3 cm/s2，东西、南北、垂直向速度峰值分别为27.6 cm/s、23.4 cm/s、12.0 cm/s。加速度时程及相应的反应谱如图2所示。我们可以看出水平双向地震动峰值较为接近，且存在2次地震动，水平双向地震动的卓越周期并不一致。根据经验大体推断地震卓越方向接近135°或315°；卓越周期0.1～0.5 s。这个位置应该是主要受冷龙岭断裂的影响。

图2 门源地震C0028台强震动加速度时程及反应谱Fig.2 The acceleration time history and response spectrum of C0028 records in Menyuan earthquake

（2）C0029台地震动特点

C0029 震中距13.7 km，东西、南北、垂直向加速度峰值分别为210.8 cm/s2、-144.1 cm/s2、132.7 cm/s2，东西、南北、垂直向速度峰值分别为-32.6 cm/s、16.6 cm/s、7.6 cm/s。加速度时程及相应的反应谱如图3 所示。我们可以看出水平双向地震动峰值并不接近，东西向与南北向峰值比，加速度接近1.5 倍，速度接近2 倍；水平双向地震动的卓越周期却很一致；2次地震并不明显。根据经验大体推断卓越方向接近150°或330°；卓越周期0.6 s。是否有冷龙岭断裂和拖莱山断裂的共同影响，有待进一步分析。

图3 门源地震C0029台强震动加速度时程及反应谱Fig.3 The acceleration time history and response spectrum of C0029 records in Menyuan earthquake

2 铁路系统的震害及统计分析

2.1 铁路桥梁和隧道的震害特点

此次地震导致兰新客专（又称兰新铁路第二双线）浩门南站至山丹马场站区间硫磺沟大桥和大梁隧道、祁连山隧道受损严重。桥梁的严重震害主要表现为：主梁侧翻滑移、支座和挡块破坏、轨道系统扭曲、电杆倾斜。隧道的严重震害则表现为：隧道坍塌、衬砌开裂错位和轨道系统扭曲。兰新客专的其他桥梁有桥墩出现裂缝、支座锚固件脱落和轨枕混凝土开裂等震害现象。

（1）硫磺沟大桥

硫磺沟大桥是8 跨32 m 双线简支箱梁桥，桥面宽12 m，总长272.77 m。连接祁连山隧道与大梁隧道。桥址位于8度设防区，设计PGA=0.2 g。地震中硫磺沟大桥部分主梁出现侧向移位及偏转，支座出现脱空，挡块被撞坏，轨道板出现侧移，轨道有断裂。其震害现象及主要破坏机理如图4 所示。桥址位于8 度设防区，距此次震中约7 km，实际地震烈度为9度。从地表开裂位置看，该桥应在发震走滑断层破碎带上，属跨断层桥梁。南侧6 跨主要震害特点是逐跨侧倾，北侧2 跨则表现为整体侧移。从震害现象推断，该桥的南侧6 跨主梁在强震作用下，出现横桥向滑移，将固定支座和挡块撞坏，然后进入反向摇摆状态，侧翻卡于2个支座垫石之间。造成这一震害现象的原因，应该与支座的布置情况和地震动方向性相关联。北侧2 跨则是横桥向滑移，撞坏固定支座和挡块后，没有进入摇摆状态，仅是水平滑移。支座、挡块和轨道系统等约束连接构件虽受到冲击破坏，但也发挥了防止落梁的作用。

图4 门源地震中硫磺沟大桥的0#～6#墩主梁侧翻现象及破坏机理Fig.4 The rollover phenomenon and damage mechanism of main girders at 0#～6# piers of the Liu Huanggou Bridge in Menyuan earthquake

（2）大梁隧道和祁连山隧道

门源地震中兰新客专的大梁隧道和祁连山隧道也出现了较明显的震害。大梁隧道因有处于断层破碎带的区段，隧道衬砌结构出现错位、断裂，部分断面隧道结构坍塌。祁连山隧道震害相对要轻一些，但也出现了隧道衬砌广泛出现明显裂缝，大块衬砌或围岩材料脱落。两座隧道的洞口处震害并不严重，主要的震害表现是混凝土洞口有细微裂缝，轨道系统因连接的桥梁主梁侧翻滑移而移位。

2.2 铁路系统震害的统计分析

文中考虑以兰新高铁为研究对象，以应急管理部发布的地震烈度图为烈度划分的依据，来进行震害统计的分析。因为铁路系统的震害影响往往是以区间来体现的，文中假设某一震害破坏对其所在区间里程都具有影响。表2为整理出的兰新客专不同烈度区下的震害影响区域里程统计。

若采用震害影响里程与兰新客专的总运营里程之比作为震害率，Ⅵ度区、Ⅶ度区、Ⅷ度区和Ⅸ度区的震害率分别为5.77%、2.46%、1.74%和0.39%。从表2 可以看出，震害主要集中在浩门南站至山丹马场站一段，包含了Ⅶ度、Ⅷ度和Ⅸ度3 种烈度的区段。根据调查数据分析，Ⅸ度区内有1 座桥梁、2 座隧道；Ⅷ度区内有12 座桥梁、2 座隧道；Ⅶ度区内有7 座桥、3 座隧道。根据震害的程度，参照汶川地震公路震害调查的方法［4-5］，可以将桥梁和隧道的震害划分为完好、轻微损伤、中等损伤、严重损伤和毁坏5 个震害等级。门源地震中铁路系统桥梁和隧道的震害情况与烈度区的关系如图5 所示。可以看出，此次地震无论是桥梁还是隧道严重损伤以上的震害在Ⅸ度区。我国铁路隧道按长度分类［6］，一般分为特长隧道、长隧道、中隧道和短隧道。门源地震中铁路不同类型桥梁和隧道的震害情况如图6 所示。可以看出，此次地震中铁路桥梁多跨简支梁桥震害较明显，其他类型桥梁基本没有大的损伤；长隧道严重损伤以上较明显。这些都是与跨断层、近断层地震的影响紧密相关的。

图5 门源地震中铁路系统桥梁和隧道的震害情况Fig.5 Earthquake damage of bridges and tunnels in railway system in Menyuan earthquake

图6 门源地震中铁路不同类型桥梁和隧道的震害情况Fig.6 Earthquake damage of different types of railway bridges and tunnels in Menyuan earthquake

表2 兰新客专门源地震震害影响区域里程统计Table 2 The mileage statistics of earthquake damage affected area of Lanxin Railway in Menyuan earthquake

3 公路系统的震害及统计分析

3.1 公路、桥梁和隧道的震害特点

（1）公路震害

公路的主要震害表现，一是傍山路段出现塌方，如图7（a）所示；二是路面裂缝，如图7（b）所示。

图7 门源地震中公路的典型震害Fig.7 Typical damage of highway in Menyuan earthquake

（2）桥梁震害

克大高速上的香卡特大桥，1#桥墩出现挡块开裂、支座移位和横隔板开裂等震害现象，如图8 所示。该桥震害的原因可能是因为相邻跨刚度变化较大。在横桥向上，挡块受到主梁碰撞出现破坏，同时支座也因此变化较大；在顺桥向上，主梁在地震作用下的位移，使得横隔梁与顺桥向限位挡块碰撞，出现横隔梁混凝土开裂。

图8 门源地震中公路的典型震害Fig.8 Typical damage of the Xiangka super large bridge，a highway bridge，in Menyuan earthquake

扁门公路在建桥梁8 标段，部分桥梁出现纵向挡块开裂、支座偏移和盖梁系梁开裂；9标段，大梁河大桥0#台桥板侧滑，东沟大桥挡块损伤。在建的桥梁大多下部结构基本完成，如图9 所示。已进行上部结构架设的数量不大，尚未形成头重脚轻的结构体系，惯性力对单纯的下部结构影响并不明显。这与此前我们研究的在建桥梁易损性［7］规律相符。

图9 门源地震中在建桥梁震后状况Fig.9 Post-earthquake status of bridges under construction in Menyuan Earthquake

（3）隧道震害

已建好的隧道没有出现明显的震害（如图10），在建的隧道则有部分震害损伤。扁门公路景阳岭隧道，二衬、仰拱、初支出现环向和纵向裂缝。驻地房屋，地坪隆起开裂、门窗破损和吊顶脱落。宁克公路祁连山2#隧道，右洞掌子面局部脱落、初支面4裂缝。

图10 门源地震中公路隧道震后状况Fig.10 Post-earthquake status of highway tunnel in Menyuan earthquake

3.2 公路系统震害的统计分析

通过仔细分析此次地震的烈度分布（图1），我们可以看出有G227、S302、S301、S204 和S105 在Ⅵ度及以上区穿过。

（1）高速公路

震区内高速公路主要有克大高速、宁大高速、湟西一级和西互高速4条，共约3 934 km，桥梁2 620座、隧道166座。除了克大高速上的香卡特大桥有一些震害外，其他桥梁、隧道和道路皆无明显震害现象。这应该与这些高速公路都处于Ⅵ度及以下区有关。

（2）国道干线

国道G227 贯穿Ⅸ度、Ⅷ度、Ⅶ度和Ⅵ度区，主要震害表现：一是傍山路段塌方，如K150+600、K156+300至K159+500 处出现了严重塌方的情况；二是路面裂缝，如K151+650、K151+709 等处裂缝宽度达2 cm，K151+700 处裂缝宽度达10 cm，出现错台高达6 cm。根据桥梁的规模大小［8］，G227 上桥梁在各烈度区的分布情况如图11所示。可以看出，在高烈度区多为小桥，中桥数量不多，更无大桥。这也许是公路桥梁此次地震中震害小的一个原因。根据以往的震害经验，如汶川地震［4］和东日本大地震［9］，大桥的震害要明显比中小桥严重。

图11 G227上桥梁在各烈度区分布情况Fig.11 Distribution of bridges on G227 in various intensity areas

（3）省道干线与农村公路

从青海省海北州内主要省道和乡道来看，省道公路总长54 km，震害影响3.3 km；乡道1 796 km，震害损伤8 km。各县桥梁与涵洞震害情况如表3所示。

表3 海北州门源地震震害影响公路里程统计Table 3 The affected mileage statistics during the Haibei state Maduo earthquake

4 对高原交通系统抗震的认识与启示

通过对门源地震中交通系统的震害调查可以看出，近断层跨断层交通结构震害较严重。此次地震兰新客专的硫磺沟大桥以及大梁隧道、祁连山隧道震害最严重，集中在Ⅸ度区断层破碎带附近。硫磺沟大桥是我国高铁第一次真正意义上的桥梁震害；大梁隧道跨断层震害也是我国高铁隧道第一次出现的严重破坏。其他Ⅸ度区内的震害主要是傍山公路路段的塌方和路面开裂。公路工程在此次地震中震害不严重，主要原因可能是近断层公路桥梁不多，且多为简支的小桥；隧道若非跨断层抗震能力还是比较强的。

Ⅷ度区的震害主要表现是桥墩损伤、支座破坏和轨枕破坏等，但挡块开裂、桥台损伤、主梁移位、伸缩缝碰撞震害及路基拱起等以往常常在Ⅷ度区见到的震害现象，此次地震中却并不显著。这与不同形式的桥梁在震区的分布情况有关。值得注意的是在Ⅵ度区的香卡特大桥出现的震害。公路隧道未受大的影响，但个别在建隧道有损伤。在建桥梁震害符合已有研究认识，即下部结构易损性小，在建梁式桥震害多体现在上部结构的架设阶段。

5 结论

通过对门源地震中铁路系统与公路系统震害的统计分析，我们可以得到如下结论：

此次地震由于烈度分布铁路系统比公路系统震害严重，无论是桥梁还是隧道严重损伤以上的震害在Ⅸ度区，这说明跨断层、近断层地震对交通系统震害影响很大。另外，结构形式不同，震害表现也不一样，铁路桥梁多跨简支梁桥震害较明显，其他类型桥梁基本没有大的损伤，长隧道严重损伤以上较明显，大桥的震害要明显比中小桥严重。由此可见，在高烈度区有条件时应多采用中小桥、中短隧道，无法实现时，应有针对性地采取相应抗震措施。生命线工程建设前期应采取必要措施主动避让活动断层、运用合理结构形式提高结构的稳定性是有效减轻地震灾害损失的关键。