鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修1

刘爱文帅向华吕红山吴 健徐 超

1）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中国地震台网中心，北京 100045

鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修1

刘爱文1)帅向华2)吕红山1)吴 健1)徐 超1)

1）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中国地震台网中心，北京 100045

在现场调查的基础上，本文总结分析了鲁甸地震交通、通信和电力等三类生命线工程的震害特点及应急抢修情况。鲁甸地震是一次较典型的山区地震，地震地质灾害和强地震动共同作用是造成生命线工程破坏的主要原因。交通系统的主要震害是山体滑坡引起的道路中断，灾区属于高山峡谷地形，道路抢通困难。电力系统的小型水力发电站破坏严重，龙头山变电站的破坏直接导致其下级的2个变电站也断电。通信系统在本次地震中受的影响相对较小，恢复也较快。

鲁甸地震 生命线工程 震害特点 应急恢复

引言

生命线工程是指与人们生活密切相关，且地震破坏会导致人们的生产生活局部或全部瘫痪，而且可能引发次生灾害的工程，如交通、通信、供电、供水等生命线工程（中国建筑科学研究院，2011）。因此，一般生命线工程的抗震设防等级比普通民房的要求更高，这样可尽量减轻生命线工程在破坏性地震中的受损程度。另外，生命线工程在震后还承担着为抢险救灾服务和保障的重任，震后抢修受损的生命线工程，快速恢复其功能对减轻地震损失具有重要意义（赵成刚等，1994）。

2014年8月3日16时30分在云南省鲁甸县（北纬27.1°，东经103.3°）发生M6.5级地震。本次地震是鲁甸地区有历史记载的最大地震，震中龙头山镇获得的强震记录峰值加速度达948gal（冀昆等，2014）。震中地区经济较为落后，农村房屋以砖混和土木结构为主，房屋的抗震能力差。鲁甸地震虽然震级不是很大，但是却造成了严重的人员伤亡及房屋结构破坏（帅向华等，2014）。同时，灾区的生命线工程设施也遭受不同程度破坏，特别是震中地区通信和电力中断，通往极灾区龙头山镇的道路因为山体滑坡和龙泉河的桥梁破坏一度受阻。与汶川地震和芦山地震等生命线工程受损情况类似，电力系统的主要震害现象为水力发电站破坏，输电杆路倾斜、移位或倒塌，变压器等变电站设备受损；通信系统的主要震害现象为杆路倾斜倒断、光缆断裂、蓄电池损坏、基站设备损坏、机房受损（刘爱文等，2008；刘如山等，2013；刘金龙等，2013）。

鲁甸地震为一次典型的山区强地震。震中位于滇东北高原乌蒙山区，山区地形经受强烈切刻，山高坡陡，尤其是震中地区地形尤显陡峻，牛栏江河流冲刷作用形成峡谷地形，坡度达30°。不同于平原地区的地震震害，本文重点总结这种高山峡谷地区交通、通信和电力等生命线工程的主要震害经验教训，以期为今后我国西南部山区生命线工程的抗震设防提供参考。

1 交通系统

根据有关交通部门的统计，本次鲁甸地震造成昭通市鲁甸县、巧家县、昭阳区等区县昭巧公路、沙坝—龙头山—乐红、火德红—红石岩等300多条公路受损，其中严重损毁导致中断400多条次。截止至8月9日，鲁甸地震灾害受损公路里程达到2595km，其中2 条国省干线公路95km、县道公路1139km、乡村公路1361km，桥梁36座、客运站场5处受损。公路交通系统的主要震害现象为滑坡阻塞交通，滚石砸坏路面，路面开裂，路基下沉、开裂，路基塌方，挡墙开裂、垮塌；桥梁桥面、桥台、梁板位移、桥拱开裂，护栏损毁；涵洞开裂等。通过大力抢修，8月9日17时震区所有行政村都已恢复有道路连通。

1.1 昭巧公路

昭巧公路（省道S101）是昭通市昭阳区通往巧家县的一条二级公路，全长132.5km（昭阳区境内10km，鲁甸县境内45.5km，巧家县境内77km），2011年建成通车。昭巧公路是本次地震灾害中受损极其严重的公路，主要震害表现为巨型滑坡崩塌使得交通阻断，路面砸损、路基塌陷、波形护栏毁坏等。

根据交通部门统计，昭巧公路全线发生上边坡崩塌、滑坡等地震地质灾害达180处，401万立方米。其中，沙坝（K41+500）至天生桥（K55+300）段的损毁最为严重。昭巧线从沙坝开始（K41+500）路基边坡发生间断性垮塌，部分滑坡体侵占半个路面；在K45+700—K50+300段路基边坡出现大范围巨型滑坡，挤压河道形成2处堰塞湖，路基发生水毁、落石等破坏；在K50+300—天生桥（K55+300）段道路两侧山体也发生大范围巨型滑坡，滑坡体垂直高差达200m，规模巨大；从天生桥到牛栏江大桥路段右侧山体发生大规模坍塌，滑坡体垂直高差超100m，公路路基路面在地震中损害非常严重（图1）。牛栏江大桥（K55+344）—K58+000段有9处较大边坡坍塌，分布较密集。因为该公路是通往重灾区的生命线，8月4日上午10时30分（震后18小时）清理了部分滑坡体，抢通了一条便道，使得昭巧公路至少能够单向通行。

图1 牛栏江大桥附近的大型山体滑坡Fig. 1 Huge landslides near Niulanjiang bridge

1.2 县乡道路

鲁甸地震对灾区的县乡级公路损坏更为严重。巧家县的鲁铅线、哨茂线两条县乡路中断，多条乡村公路受损。鲁甸县的沙坝村—龙头山镇—乐红乡县级公路、翠屏—银屏—西屏乡级公路以及火德红镇至红石岩乡级公路等多条县乡级公路损毁，交通一度中断，如图2所示。鲁甸县各乡镇公路所遭受的地质灾害形式主要表现为山体滑坡、上边坡坍塌和路基病害等，如表1所示随着地震烈度的增加公路遭受的地震地质灾害程度也越严重。

图2 灾区交通受阻及抢修恢复情况示意图Fig. 2 Location of traffic blocks and emergency recovery in the damage area

表1 鲁甸县乡村公路的地震地质灾害统计表Table 1 Statistics of the geological hazard to rural roads in Ludian county

沙坝至乐红公路（县道XC15530621）全长32km，起于龙头山镇沙坝，经龙头山镇、官寨、翠屏直至乐红镇，是外界通往地震震中龙头山镇的唯一通道。地震造成全线地质灾害点80处，其中上边坡坍塌、滑坡等地质灾害64处，路基病害16处。桥梁受损3座，主要震害表现为桥梁侧墙开裂和护栏损毁。8月4日凌晨6时沙坝至龙头山路段抢通，救灾车辆可从鲁甸县城通往破坏及其严重的龙头山集镇口。因为龙头山镇集口的山体滑坡和桥梁受损，为了保证救灾车辆的通行8月5日22时临时架设了通往龙头山镇的钢架桥，如图3所示。

图3 跨龙泉河临时架设的钢架桥Fig. 3 Temporary steel bridge built for passing Longquan river

通往牛栏江峡谷地区乡村的道路由于等级低，坡陡路窄弯多，地震地质灾害严重，加上震后余震不断、暴雨不停，道路的抢通工作更加困难，震后第7天（8月9日17：00）通往灾区各村落的道路才全部通车。通往翠屏和乐红乡的道路直至8月8日上午9：30分才打通，以至于许多救灾车辆和人员拥堵在了龙头山镇，如图4所示，不得不实行严格的交通管制。

图4 通往龙头山镇的道路拥堵（2014年8月6日摄）Fig. 4 Traffic congestion on the road to Longtoushan (Photographed on 6th, Aug. 2014)

2 通信系统

根据工信部地震当日统计，本次地震共造成鲁甸县41个基站退出服务，占该县基站总数的11.2%，震后话务量较平时有一定增加。鲁甸县城城区（VI度区）中国电信机房轻微破坏，极灾区（XI度区）的村镇基站机房土建设施、通信设备和光纤电缆严重损坏。例如，龙头山镇中国移动、中国电信的基站站点位于龙头山邮电所大楼内遭受破坏。龙头山邮电所大楼为五层的砖混结构。在强地震动作用下大楼底层坍塌，结构由5层变成4层，如图5所示。楼内的通信设备设施损毁，传输光缆被倒塌的房屋扯断，继而导致龙头山镇402户固定电话和307户宽带通信中断。

除了极灾区（XI度区），此次地震未对当地通信造成严重影响，震后通信网络运行基本正常，未出现汶川地震本地网和县、乡镇级通信全阻的情况。中国移动、中国电信和中国联通三大通信公司震后均迅速启动了地震应急预案，8月4日7时经过全力抢修灾区通信基本得到全面恢复。各通信公司还确保了抗震救灾过程中灾区通信业务通畅。中国电信抢险队在震后第一时间为指挥部搭建了三条卫星电路，提供了11条专线电路，将地震系统20M专线提速至100M，并及时为新闻媒体开通通信服务；中国移动对地震灾区的基站开通了半速率功能，并对219个话音拥塞的小区进行紧急扩容，重点保障政府所在区域、指挥场所和灾区用户话音业务畅通，有力保障了应急指挥和伤员救护的需要。另外，采用“光纤+卫星”通信双保险模式、抗震设防达XI度的超级通信基站的使用，有效缓解了救灾指挥区域的话务压力。

3 电力系统

根据电力部门现场调查，鲁甸地震累计造成灾区电力系统的多座水力发电站受损，1条110kV线路跳闸，15条10kV线路跳闸，3座35kV变电站停运，累计影响10个乡镇3.8万户居民用电，灾区电网累计损失负荷8.4MW。震后鲁甸县龙头山镇、火德红镇、乐红镇、文屏镇、桃源乡和水磨镇等6个乡镇停电。经过电力部门抢修，截止至8月8日文屏镇、桃源乡、水磨镇全部恢复供电，乐红镇、火德红镇、龙头山镇除了需要重建的地区和堰塞湖水淹地区，其他地区也均恢复了供电。

3.1 水力电站

图5 龙头山邮电所大楼底层坍塌Fig. 5 Crashed first floor of Longtoushan communication building

本次地震对鲁甸县多个水电站造成了严重的影响。强地震动作用及其引起的河流两岸山体滑坡、岩石崩塌是造成水电站破坏的主要因素。例如，沙坝河水力发电站共有4级电站，地震造成发电厂房和设施受损严重，发电机组全部停止运行。沙坝河一至四级电站取水口许家龙洞，进水机械闸房屋被滚石击中倒塌一半，泄水机械闸房屋震裂，取水口其他基础地基、围墙被滚石损伤多处。取水坝至电站沟渠、前池多处塌方、断裂、被击穿。电站厂房多处震裂和被滚石击中受损严重，住宿楼、值班室多处开裂。

巨大山体滑坡引起的牛栏江堰塞湖则是红石岩水电站全毁的主要原因。红石岩水电站是牛栏江中上游水电开发规划的第6级电站，装机规模80 MW，为引水式发电，由拦河闸坝、引水系统及发电厂房和升压站（升压至110千伏）组成，2006年底建成投产发电。在本次地震中，大型山体滑坡发生在电站的拦河闸坝和发电厂房之间。山体滑坡形成的牛栏江堰塞湖逐渐淹没电站的拦河闸坝，如图6所示。地震时电站的发电厂房和升压站在强地震动作用下严重受损，后又遭受堰塞湖的湖水冲刷，发电设施设备全毁，如图7所示。

3.2 鲁甸电网

图6 堰塞湖淹没红石岩电站的拦河闸坝Fig. 6 Barrage dam of Hongshiyan hydropower station submerged by the quake lake water

图7 红石岩电站的发电厂房和升压站被堰塞湖湖水冲毁Fig. 7 Power plant and substaion of Hongshiyan hydropower station washed by the quake lake water

鲁甸电网系统以110kV鲁甸变电站为枢纽，向各乡镇的35kV变电站送电。在本次地震中，昭通电网110kV及以上线路运行正常，110kV的鲁甸变电站和35kV的鲁甸县城西郊变电站位于地震烈度Ⅵ度区，震后保持正常的供电功能。地震当日造成3座35kV变电站失压断电，其中位于地震烈度Ⅸ度区的35kV龙头山变电站受损最严重，如表2所示。强地震动造成龙头山变电站内的电气设备、建构筑物破坏。电气设备包括隔离开关震落、主变压器受损等。变电站主控室的承重墙严重开裂、地面出现沉降，如图8所示。龙头山变电站遭受严重破坏断电后，继而造成其下端的35kV乐红变电站和35kV铁厂变电站丧失供电功能。

鲁甸电网110kV及以上线路的输电铁塔基本完好，在地震中保持供电功能。如表3所示，受损的线路主要为35kV和10kV线路。山体滑坡是造成输电线路破坏的主要原因，特别是龙头山镇周围烈度XI度地区。

图8 龙头山变电站主控室墙体开裂Fig. 8 Cracks on the wall of the control center of Longtoushan substaion

表2 变电站震害及恢复Table 2 Damage and recovery of substation

表3 输电线路震害及恢复Table 3 Damage and recovery of transmission line

续表

4 结论

鲁甸地震是一次较典型的山区地震。山区地震生命线工程震害的主要原因是强地震动和地震地质灾害共同作用。鲁甸县的抗震设防烈度为Ⅶ度，而此次地震龙头山强震台记录到的东西向峰值加速度为948gal，根据房屋震害调查结果地震烈度被评定为Ⅸ度，超过当地生命线工程的抗震设防水平。强地震动造成龙头山邮电所大楼倒塌，继而引起中国移动和中国电信的基站设备损毁、通信中断。大型山体滑坡引起的牛栏江堰塞湖导致红石岩电站损毁。密集的山体滑坡和边坡坍塌阻断通往牛栏江峡谷地区居民点的乡村道路，加上灾区余震不断、暴雨不停，导致抢通道路反复中断。

本次地震特别值得关注的是生命线系统网络重要节点破坏所造成的影响。典型的例子是35kV龙头山变电站（XI度区）遭受破坏后，直接导致其下级的35kV铁厂变电站（VII度区）和35kV乐红变电站（VII度区）2个变电站也断电，虽然震后检查这2座变电站的电气设备均基本完好。在公路交通方面，破坏严重的龙头山镇是通往乐红镇的必经之地，导致在震后多天内救援力量和救灾物资难以到达乐红镇。

致谢：本文的内容除了作者们在鲁甸地震现场实际调查获得外，也来自于中国地震局云南鲁甸6.5级地震现场工作队的同仁以及交通、电力和通信部门的相关鲁甸地震抗震救灾专报，在此一并表示感谢。

冀昆，温瑞智，崔建文等，2014．鲁甸MS6.5级地震强震动记录及震害分析. 震灾防御技术，9（3）：325—339．

刘如山，刘金龙，颜冬启等，2013．芦山7.0级地震电力设施震害调查分析．自然灾害学报，22（5）：83—90.

刘金龙，林均岐，刘如山等，2013．芦山7.0级地震通讯设施震害调查分析．自然灾害学报，22（5）：91—97.

刘爱文，厦珊，徐超，2008．汶川地震交通系统震害及震后抢修．震灾防御技术，3（3）：243—250．

帅向华，姜立新，侯建盛等，2014．云南鲁甸6.5级地震灾害特点浅析．震灾防御技术，9（3）：340—358．

中国建筑科学研究院，2011．工程抗震术语标准（JGJ/T 97-2011）．北京：中国建筑出版社．

赵成刚，冯启民等，1994．生命线地震工程．北京：地震出版社．

Damage Characteristics and Emergency Recovery of Lifeline Engineering in Ludian Earthquake

Liu Aiwen1), Shuai Xianghua2), Lv Hongshan1), Wu Jian1)and Xu Chao1)

1) Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China
2) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China

Based on the site investigation after Ludian earthquake, the damage characteristics and emergency recovery of traffic, communication and power supply system are summarized in this paper. Ludian earthquake is a typical mountainous earthquake. Geological hazards and strong ground motion are the main reasons for the damage of lifeline engineering. The main damage traffic system is the road interruption caused by landslides, and the recovery of those damaged roads in the alpine gorge area is very difficult. For the power supply system，small hydroelectric power stations were severely damaged, and two intact transformer substation stopped power supply because of the failure of Longtoushan converting station. The communication system was slightly damaged and quickly recovered.

Ludian earthquake; Lifeline engineering; Damage characteristics; Emergency recovery

刘爱文，帅向华，吕红山，吴健，徐超，2014．鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修．震灾防御技术，9（3）：359—367．

10.11899/zzfy20140303

地震行业专项(20130818)、国家自然科学基金(51078335)共同资助

2014-09-05

刘爱文，男，生于1973年。研究员。主要从事生命线地震工程、城市防灾减灾以及工程地震等研究。E-mail：law73@163.com