段 樂 齋

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 1966年邢臺地震(中)

1.1 地震概況

邢臺地區(qū)位于河北省南部。該區(qū)西部為太行山及其山前地帶，地勢西高東低。東部為洪積沖積平源，地勢平坦，海撥高程在20～100m之間。主要河流為滏陽河，由東南向北東橫貫全區(qū)。1966年3月，邢臺地區(qū)接連發(fā)生強烈地震。3月8日晨5時29分，于北緯37°35′，東經114°55′發(fā)生6.8級地震，震中在隆堯縣馬蘭、任村一帶，震源深度10km，震中烈度Ⅸ；3月22日16時11分及19分，在相距不遠處，即北緯37°53′，東經115°05′，又相繼發(fā)生6.7級及7.2級地震，震中在寧晉縣東汪鎮(zhèn)一帶，震源深度10km，地震烈度Ⅹ度。

這幾次地震使該區(qū)30個鄉(xiāng)的350個村嚴重受災，給人民生命財產帶來極大損失。地震引起地形地貌變化，地裂縫和噴水冒砂普遍，地裂縫成帶狀，滏陽河畔裂縫很多，裂縫上、下錯動。最大冒砂水直徑達1.2m，冒出的泥砂厚達1.3m。

1.2 地下洞室損壞情況

邢臺地震使邢臺煤礦地面烈度達Ⅶ度左右，邯鄲煤礦地面烈度為Ⅵ度左右。據(jù)震后調查，地面與地下對地震反映明顯不同。地下破壞與地面相比要輕的多，并且隨著礦的深度增大，地震影響速減。地震造成的工程受損為：

(1)邯鄲牛兒莊礦。地面共有房屋3 950間，破壞22間，裂損471間。宿舍屋頂煙囪約有40%遭受破壞，大多數(shù)頂部掉落磚瓦，洗煤樓墻面裂縫，寬0.7～0.8cm，長10余m。而地下礦井副井東北角支柱傾斜3cm，主井架向南傾鈄1.6cm，頂板冒落兩處，傷6人。副井70層鋼架的料石鼓出，第14至15層間1.5m寬、2m長的范圍內料石變形，頂板壓力增大，致使207對支撐架中的173對產生裂縫，裂縫最寬達0.6m，10對折斷。礦井涌水量增大一倍，并有11處冒水。

(2)邯鄲蔣樹礦。地面共有房屋2 510間，破壞95間，裂損215間。地下巷道裂50余條，頂板冒落多處。裂縫寬0.2～0.3m，長4m。頂板壓力增大，壓倒10對水泥支柱。

(3)邯鄲羊渠河礦。地面共有房屋4 669間，破壞243間，裂損1 482間。礦井下有20多條裂縫，一處冒頂，一處巷道壁變形，一處鋼架壓彎。裂縫最長達14m，寬0.2～0.4cm。

(4)邢臺媒礦。3月8日地震時，張寬礦主井筒出規(guī)了三條環(huán)形裂縫，并向外噴水。井下76m處的裂縫噴水范圍達3.4m遠；131m處的裂縫噴水范圍達1～1.5m遠；134m處的噴水范圍達0.5m遠。總水量比震前增加20m3/h。3月22日地震時，地表混凝土房頂與磚墻脫離，鐵工房隔墻、機電房門頭裂縫，縫寬58cm，山墻外倒。磚房3 000余間，裂損65%。農村磚房2 000余間，倒塌3%、破壞30%，普遍裂損。地下情況，在距地表300m左右的井下，大部分人感覺到地震，局部坑木支護的橫梁掉下，并有折斷。

2 1975年海城地震 (中)

2.1 地震概況

海城縣位于遼東半島的西北部。該區(qū)東部為低山丘陵地帶，西部為河流沖積、濱海沉積的平原區(qū)。屬郊城～營口地震帶的北段。據(jù)歷史記載，16世紀以來曾發(fā)生過14次5級以上的地震。1975年2月4日，在誨城、營口一帶發(fā)生了7.3級地震，是該區(qū)有史以來最大的一次地震。

該區(qū)人口密集，經濟發(fā)達，現(xiàn)代工業(yè)較集中的地區(qū)。在地震烈度Ⅶ范圍內，有城市三座、縣城11個，人口834.8萬人。據(jù)統(tǒng)計地震破壞城鎮(zhèn)房屋508萬m2、農村民房86.7萬間，各類管道和線路169萬m；橋梁2 000余座；水利設施700多處；噴砂埋蓋農田180km2。經濟損失約8.1億元，人口傷亡達18 308人，其中死亡1 328人。

平原區(qū)砂土液化是這次地震的一個突出點，發(fā)生噴砂冒水地區(qū)達3 000km，由此導致河岸滑坡、橋梁破壞、排灌站傾斜及地下管道破壞等。一般基巖上的震害比覆蓋層上輕。坐落在覆層較薄山坡上的房屋受害較輕，坐落在山下沖積層上的受害較重；余震觀測也表明地面加速度在后一種情況比較大。

2.2 地下洞室

(1)隧道工程。該區(qū)有鐵路隧道和人行隧洞各一條，兩隧道相距4km。前者位于地震烈度Ⅸ，后者位于Ⅷ區(qū)。鐵路隧道全長310.7m，隧道圍巖為風化頁巖和風化白云巖，無水屬Ⅲ～Ⅳ類圍巖。全洞均采用壓注水泥砂漿加固。洞口擋墻采用現(xiàn)澆素混凝土。震后調查，隧洞未遭到破壞；人行隧道，長約400m，圍巖為完整的石灰?guī)r，屬Ⅴ類。凈寬3m，圍巖(積土層)厚34m，斷面為馬蹄型，襯砌厚20～30cm，洞口為擋墻，均為混凝土澆筑，估計約有一半洞長無襯砌。震后未發(fā)現(xiàn)損壞。該兩條洞說明，埋深較大者，只要不穿過斷層或流砂等不良地質地段，洞身部分在Ⅸ度區(qū)，即是不襯護，遭地震破壞亦很輕微。

(2)礦山地下坑道。據(jù)震后調查，坑道埋深愈淺破壞就愈重一些；坑道外許多房屋倒塌破壞，而坑道內只有輕微損壞。如2月16日，5.6級余震時，坑道外有破壞，而坑道內作業(yè)的工人未感覺到地震。巖石坑道內的破壞要比坑道外輕，其抗震性能較好。

(3)地下井的情況。該區(qū)有不少水井，埋深為40～1 200m，震后調查，除下遼河地區(qū)靠近渤海的油井和氣井有些損壞外，其余所有井沒有損壞。水井口用地上式泵房者嚴重破壞，而采用地下式泵房的，泵房破壞較輕微。所有的破壞及變形，都限于地表及其附近，而且很大程度上與軟弱地基有關。地下井的震害則說明深層土的地形變化小于表層。一般講，井體越向地下，地震對其影響越小。

3 1976年唐山地震(中)

3.1 地震概況

1976年7月28日在河北省境內，人口達百余萬的工業(yè)城市——唐山發(fā)生了7.8級的強烈地震。震中位于唐山市路南區(qū)，震源深度約11km，有明顯的斷裂貫通全區(qū)。市區(qū)大都為地震烈度高達Ⅺ度的極震區(qū)，地面建筑物普遍倒塌，幸存者甚少，震害遍布唐山外圍十余縣，波及百余公里的北京、天津、秦皇島等重要城市。環(huán)繞唐山的道路、橋梁及公用設施嚴重損壞，交通梗阻，訊息不通，供應斷絕。在唐山東北45km的灤縣發(fā)生了7.1級地震，同年11月15日在天津市寧河縣發(fā)生了6.9級地震。這兩次地震在局部地區(qū)加重了震害。唐山市地下有規(guī)模宏大的煤礦和眾多的人防工程。地下工程種類多、分布廣、延伸長、埋深有淺有深，構成一個立體的地下工程網，天津市地面以下的市政、人防和地鐵工程稍密，在唐山大地震后，留下了豐富，真實地下工程震害現(xiàn)象，亦為地下工程的抗震能力提供了一次檢驗。

3.2 開灤井巷工程

開灤煤礦始建于1878年，己有百年的開采歷史，礦區(qū)東西長約45km，東北部寬約10km，面積達65km2。礦區(qū)有7個生產礦，和一個即將建成投產的礦，這8個礦全部為大型礦。井田走向最長的達10km，最寬達4.5km。面積最大的為36.6km2。開采最大垂直深度1 000m以上。煤田成煤于石炭二迭系，呈一向鈄構造，兩翼不對稱，上覆沖積層厚度由數(shù)米到數(shù)百米，最厚達620m，可采煤層最大厚度達23m。各礦井正常涌水量為0.11～1.43m3/s。礦區(qū)處于唐山地震的Ⅸ～Ⅺ度區(qū)。震后調查，地表附近的井壁襯砌混凝土剝落，井壁內鼓，深處地下錨噴支護，沒有明顯損壞。

3.3 車輛巷道及交岔點

唐山礦共11個水平運輸巷和19個巷道交岔點，最大跨度為8.9m，埋深638m，處于夾有煤層的頁巖中，圍巖較破碎。采用鋼筋網砂漿錨桿噴150mm厚的混凝土支護，震后檢查完好無損。

3.4 地下洞室

所有洞室未遭到損壞，雖有許多洞室被水淹沒，但排水后大多完好無損。且洞內設備亦未遭到損壞。

3.5 大巷工程

大巷是指各個開采水平的運輸及通風巷道。斷面形狀多為半圓拱或三心拱，支護形式有錨噴、混凝土砌圈。這類巷道一般均選在比較穩(wěn)定堅硬的巖層中，受動壓影響小，平時維護也較好。部分大巷由于穿越斷層，局部洞段處于松軟破碎的巖層或煤層中，有的大巷施工質量較差。震后在排出礦井積水后的調查表明，大部分大巷基本完好，無顯著震害，只是局部洞段出現(xiàn)拱頂裂縫、下沉、剝落、擠裂、脫頂、墻體內鼓、開裂和底鼓等現(xiàn)象。

4 2008年汶川大地震

2008年5月12日汶川特大地震，涉及面特別大，由汶川—都江堰—成都—北川等地，地震中心在汶川縣城映秀鎮(zhèn)。地震破壞力度特大，波及范圍廣，是新中國成立以來最嚴重的地震災害。地震摧毀了房屋、公路、橋梁，無數(shù)生命被掩埋于廢墟之中。映秀鎮(zhèn)全部被掩埋，成了一堆廢墟。在映秀鎮(zhèn)附近，岷江上游有太平驛、福堂水電站，下游有紫坪鋪水庫，映秀周圍有：映秀灣、漁子溪一級和二級水電站。地面建筑物全被摧毀。幾座水電站地下工程，建筑物基本完好，如太平驛水電站地下調壓井，內徑30m、噴錨厚度20cm，完好無損。其他幾座水電站的隧洞和地下廠房內的人員及設備沒有損失，特別是人員無一傷亡。

5 日本地震損壞情況

日本是一個多地震國家，境內及近海經常遭受地震，自有文字記載的416年間的地震以來，在1 500多年內，平均每年有十多次破壞性地震發(fā)生，近百年來平均每年約發(fā)生7級以上地震一次。日本地震分為太平洋側、內陸和日本海側三個地震區(qū)帶，大部分地震發(fā)生在太平洋側，地震給日本造成了嚴重災害。

(1)鐵路隧道震害情況 震后調查情況如表1所示：

表1 鐵路隧道震害概況

(2)水電站地下工程震后動態(tài)特征。日本電力開發(fā)公司(EPDC)擁有11個地下水電站，根據(jù)日本的地震特征、地質條件、地下洞室尺寸及其維護條件等，在三個電廠內裝設了地震監(jiān)測系統(tǒng)，用以觀測地震運動。監(jiān)測結果反映：①洞壁受臨近巖體位移的制約，洞壁和臨近巖體表現(xiàn)為整體；②地下洞室邊墻的位移在某種程度上可根據(jù)巖體的位移來計算；③洞墻特征在很大程度上取決于震中距；④在某些地震中，水平運動使邊墻呈現(xiàn)出非平行特征。⑤地下位移的峰值，相當于大地能譜的2%～3%。

日本雖是多地震國家，但據(jù)“日本山嶺隧道技術規(guī)范及解釋”稱，“日本隧道受到重大震害的實例還沒有。日本過去受地震破壞的隧道幾乎都是洞口或洞口附件發(fā)生變形、崩塌，其原因是因地震造成洞口附近滑坡，巖體崩塌而產生擠壓所致”。

(3)2011年日本東海岸發(fā)生特大地震，日本以及世界一些國家都受到了損害，地震、山體滑坡、核電站污染等，余震級別亦很高，近期難以平息。但對地下工程未見報道，從其救災情況的圖片中可以看到鐵路隧道中火車正常運行， 從未聽到地下工程有損害的報道。

6 美國地下工程

美國是世界上多地震國家之一，如1906年舊金山發(fā)主8.0級地震、1952年克恩發(fā)生7.6級地震及1971年圣佛南部發(fā)生6.6級地震，近百年來發(fā)生破壞性地震己達20余次。美國專家預言，到2025年沿加州的圣安德烈斯斷層會再產生一次災難性地震。

(1)1966年4月18日舊金山西部發(fā)生8.3級特大地震，震中烈度Ⅺ度，地震造成七八百人死亡，損失8000萬美元，供水設施破壞損失4億美元。舊金山系統(tǒng)中有三個主要水庫。震后調查，蓄水庫、土壩和一個混凝土壩都保存完好。

(2)1954年12月1～6日內華達州發(fā)生了7.1級和6.8級兩次地震，該兩次地震值得注意的有：①斷層破壞對震中烈度影響大，兩條斷層破壞處震中烈度為Ⅹ度，但結構破壞僅達Ⅶ度；②這次地震產生的地震波，在近距離內未引起破壞，但在300km的遠距離加州省府有不同程度的破壞。

(3)1940年和1979年地震。1940年5月18日發(fā)生了7.1級地震，1979年10月15日的6.6級地震，雖然震級不大，但對水渠破壞嚴重。

(4)1964年3月27日阿拉斯加州發(fā)生了8.3級地震，震中在安科雷奇市東約120km海邊，震源深度約20km，死亡125人，損失3億多美元，該次地震特點：①地面變形大，海底隆起達10m，陸地多處下沉數(shù)米，海嘯范圍廣；②強震動周期持續(xù)時間長，估計震動周期大于0.5s，持續(xù)時間達3min左右；③液化引起的震害嚴重；④震中區(qū)地震烈度分布零亂。

該次地震引起的滑坡、地面下沉和海嘯給鐵路路基、橋梁造成極大損失，修復工程進行了兩年，耗資2 200萬元。但對于隧道震害極輕，不影響正常運行。

(5)1952年7月21日在克恩縣發(fā)生了7.6級地震，地表斷裂至少長22km，震源深16km，8月27日發(fā)生了5.8級的余震，該次地震特點：①斷層破壞對震中烈度有影響；②破壞有積累效應，如7月21日對城市破壞嚴重，而8月27日1次5.8級的余震，對誠市破壞卻更加嚴重；③無筋磚結構震害重，而采用配有豎向筋者震害就輕得多。

7 必須高度重視強震對地下工程的影響

地震時對地面工程造成的嚴重破壞是眾所周知的，而對地下工程的破壞如何呢？過去由于地下工程所受的損害也較低，所以人們對地下工程的抗震重視、研究的程度相應地低于地面建筑。但近一二十年來，由于廣泛應用了地下工程，促使人們對這一問題進行了研究，到目前為止，其成果甚少。根據(jù)上列資料看，雖然人們在強震區(qū)修建了不少地下工程，但是仍須高度重視，建議充分做好以下幾個方面的工作。

(1)加強地質工作，搞清高邊坡的穩(wěn)定問題、砂土液化等地段，并應盡量避開，若不能避開時，必須采取工程措施。如傍山隧洞應盡量靠山體內部，保持有足夠的覆蓋厚度，洞門設計除考慮滑坡的影響外，并應考慮地震滑坡后堆積物的超載和堆碴堵塞洞口等；

(2)查明地下工程所遇到的斷層的活動特性，如活動方式、斷層長度、活動速率等，借以推斷斷層在工程使用期內是否會發(fā)生地震及可能的震級、產生的錯動量，從而對地下工程提出避開、設防或按一定規(guī)定進行加固；

(3)對需要設防的斷層帶，可采取反拱使斷面閉合、襯砌與圍巖之間必須進行灌漿，不許留有空腔，采用柔性好的鋼筋網或鋼纖維噴混凝土支護措施，以適應大的變形；

(4)在地下工程所跨越的活動性較大的斷層上，應布設專門的監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測斷層活動情況。加強正常的維護工作，在地震將要發(fā)生時，對地下工程的運行管理采取相應措施，以避免和減輕損失；

(5)隧洞及地下廠房交通洞的洞口、明洞、洞口段、淺埋隧洞、偏壓及不良地質段，均應采取整體的鋼筋混凝土襯砌，對軟弱圍巖亦應進行加固措施；

(6)對洞內支護，宜采用柔性大的支護，并采用吸收振動能量的粘滯性材料進行回填，使襯砌與圍巖密貼，形成整體，增加抗震性能。

綜上所述，地下工程本身都有一定的抗震性能，只要充分考慮和利用地下工程有利的條件，在強震區(qū)(烈度≥Ⅵ)對地下工程加強維修，發(fā)生地震也不會造成大的損壞。

8 對瀑布溝地下工程提出一些建議

(1)地下工程中所有的襯砌與圍巖之間必須進行回填灌漿，回填灌漿形成的水泥結石，應能使圍巖與襯砌成為整體結構，滿足傳遞抗力的要求；

(2)地下廠房的頂拱與邊墻，應加強與圍巖的連接，以防巨震脫開；

(3)洞口、特別是地下廠房交通洞口，不應布設建筑物，洞口附近的邊坡，特別是高邊坡，應進行加固，加固深度應大于卸荷帶深度；

(4)在巨震時，出線井雖設有電梯、樓梯等、井口有啟吊設備，遇地震時，必要關閉電源，電梯停用。井口安全不能保證，故豎井不能作為安全通道。因此建議利用施工支洞，另設一安全出口；

(5)對于地下廠房的關鍵洞段，要進行固結灌漿，加強巖體的整體性；

(6)對壩前河道右岸的拉裂體，除加固外，應設置監(jiān)測儀器，加強監(jiān)測，一旦遇有特殊變化，必須立即處理。