宋晉東

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

中國地震局工程力學(xué)研究所2013屆博士論文摘要（Ⅲ）

高速鐵路運(yùn)行控制用地震動(dòng)參數(shù)及單臺(tái)地震預(yù)警技術(shù)研究

宋晉東

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

地震預(yù)警是近年來發(fā)展起來的防震減災(zāi)的有效手段之一。中國是一個(gè)地震多發(fā)國家，同時(shí)地震也是一種發(fā)生概率較小但對(duì)鐵路行車安全危害極大的自然災(zāi)害，隨著我國鐵路實(shí)施了6次大提速和開行高速列車，列車運(yùn)行速度和列車密度的不斷提高，較小震級(jí)的地震對(duì)路基、軌道、橋梁等的沖擊都可能導(dǎo)致危害旅客生命安全的重大事故。在這種形勢(shì)下，地震時(shí)如果能在破壞性地震動(dòng)到來前提早哪怕是短短的幾十秒甚至幾秒對(duì)高速鐵路實(shí)施報(bào)警和緊急處置，將大大降低旅客生命財(cái)產(chǎn)損失的發(fā)生概率，因此，對(duì)中國高速鐵路來說，迫切需要建設(shè)地震預(yù)警系統(tǒng)。

本文詳細(xì)分析了技術(shù)研究和實(shí)踐經(jīng)歷都相對(duì)成熟的日本新干線地震監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展歷程、運(yùn)行控制用地震動(dòng)參數(shù)以及地震預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀，以日本新干線地震防災(zāi)系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，并以強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，針對(duì)中國高速鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，主要圍繞高速鐵路運(yùn)行控制用地震動(dòng)參數(shù)選取及其標(biāo)準(zhǔn)值確定、高速鐵路單臺(tái)地震預(yù)警中震源參數(shù)快速確定方法兩方面內(nèi)容作了相關(guān)研究，研究?jī)?nèi)容概述如下：

（1）在日本新干線警報(bào)地震計(jì)帶通濾波器的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)計(jì)原理更明確、設(shè)計(jì)方法更簡(jiǎn)單、并能用于中國高速鐵路地震動(dòng)閾值報(bào)警的帶通濾波器，給出了該數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法及遞歸方程。

（2）利用日本K-net強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)和中國CSMNC強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)建立了日本氣象廳計(jì)測(cè)震度Ijma、儀器烈度標(biāo)準(zhǔn)Is、加速度峰值、譜烈度SI、阿里亞斯烈度Ia、累積絕對(duì)速度CAV以及累積能量變化率DE等地震動(dòng)參數(shù)間的關(guān)系，分析了各地震動(dòng)參數(shù)間的線性相關(guān)性。利用日本東北新干線在3次大地震中高架橋破壞分布的資料以及東北新干線沿線K-net臺(tái)站和KiK-net臺(tái)站強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到了各地震動(dòng)參數(shù)在實(shí)際地震破壞中的下限值，給出了各地震動(dòng)參數(shù)與結(jié)構(gòu)破壞變化及結(jié)構(gòu)破壞分布的關(guān)系。

（3）依據(jù)各地震動(dòng)參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，轉(zhuǎn)換得到了與加速度峰值閾值（地震時(shí)警報(bào)值：40cm／s2，地震后限速值：80cm／s2，地震后停車值：120cm／s2）相對(duì)應(yīng)的其他地震動(dòng)參數(shù)閾值通過地震時(shí)警報(bào)值的誤報(bào)漏報(bào)分析和時(shí)效性分析震后限速值和停車值的合理性分析結(jié)合統(tǒng)計(jì)關(guān)系中各地震動(dòng)參數(shù)間的相關(guān)性以及各地震動(dòng)參數(shù)與新干線高架橋柱破壞變化和破壞分布的關(guān)系，提出了中國高速鐵路運(yùn)行控制用地震動(dòng)參數(shù)的閾值建議值。研究了豎向分量地震動(dòng)參數(shù)用于運(yùn)行控制的可行性，提出了相應(yīng)的警報(bào)閾值建議值。

（4）在日本單臺(tái)利用P波初始階段幅值增長率估算震中距B-Δ方法的基礎(chǔ)上，通過研究B-Δ方法的理論形式，利用中國CSMNC強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了通過線性擬合P波初始階段幅值包絡(luò)確定震中距的C-Δ方法，該方法可以在P波觸發(fā)后0.5s得到理想的震中距估算結(jié)果，并明確了該方法在高頻條件能得到更優(yōu)的震中距確定結(jié)果。此外，針對(duì)該方法在實(shí)時(shí)應(yīng)用中的缺陷，提出了利用阿里亞斯烈度P波初始階段幅值增長率估算震中距的A-Δ方法，不同估算時(shí)間窗的計(jì)算結(jié)果表明，該方法可以在P波觸發(fā)后0.7s給出穩(wěn)定的震中距估算結(jié)果，P波觸發(fā)后1.0s得到最佳的震中距估算結(jié)果，且有著優(yōu)異的實(shí)時(shí)應(yīng)用前景。

（5）建立了基于中國CSMNC強(qiáng)震觀測(cè)數(shù)據(jù)的地震預(yù)警系統(tǒng)中常用的τpmax、τc以及Pd這3種地震波特征參數(shù)與震級(jí)的比例關(guān)系，誤差分析結(jié)果表明，Pd得到的震級(jí)估算結(jié)果最優(yōu)。分析了全波段各地震動(dòng)參數(shù)與震級(jí)的比例關(guān)系，結(jié)果顯示，全波段平方速度IV2得到的估算震級(jí)與實(shí)際震級(jí)最符合1：1的線性比例關(guān)系，且在不同震級(jí)范圍的誤差都較小，建立了P波段平方速度IV2P與全波段平方速度IV2的比例關(guān)系，并且通過P波段平方速度IV2P與全波段平方速度IV2的比例關(guān)系，解釋了現(xiàn)有地震預(yù)警震級(jí)估算方法在大震級(jí)處低估震級(jí)的原因，進(jìn)而提出了一種利用平方速度IV2連續(xù)估算震級(jí)的方法，該方法可以在P波觸發(fā)后5s獲得最佳的震級(jí)估算結(jié)果。

高速鐵路；地震防災(zāi)；運(yùn)行控制用地震動(dòng)參數(shù)；地震預(yù)警

（作者電子信箱，宋晉東：iemsjd＠126.com）

U298；P315.9；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2014.05.010