论基于生命线工程的城市桥梁防灾减灾[1]

２００９年１０月第１０期城市道桥与防洪收稿日期：２００９－０６－１０作者简介：穆祥纯（１９５５－），男，北京人，副院长，教授级高级工程师，国家注册咨询工程师（投资），兼任中国工程建设标准化协会副理事长，长期从事城市桥梁设计和技术管理工作。

论基于生命线工程的城市桥梁防灾减灾穆祥纯（北京市市政工程设计研究总院，北京市１０００８２）摘要：进入２１世纪以来，随着我国城市化进程的大力推进，各地的城市桥梁建设得到日新月异的发展，呈现出大规模城市桥梁建设的新高潮。

与此同时，针对各地频繁出现一些灾害事故，国家住房和城乡建设部发布了“关于建设系统防灾减灾工作的意见”。

该文首先诠释了作为城市生命线工程的重要组成部分———城市桥梁防灾减灾的内涵，通过对发生在美国、日本和中国的７个防灾减灾典型案例进行综合分析，客观地指出了当前我国城市桥梁防灾减灾的现状和存在的问题，指出了当今国际桥梁界在该领域的发展趋势，并提出了相关对策建议，以期引起人们对城市桥梁的防灾减灾问题的高度重视，推动我国城市桥梁建设的健康和可持续发展。

关键词：中国；城市桥梁；防灾减灾；案例分析；对策研究中图分类号：Ｕ４４７文献标识码：Ｂ文章编号：１００９－７７１６（２００９）１０－０００１－０７0引言随着我国现代化进程的加快，灾害（包括自然灾害和人为灾害）的预防愈来愈受到人们的广泛关注。

众所周知，我国处于环太平洋和北半球中纬度大自然灾害的交汇地区。

由于我国幅员广阔，且气候与地貌条件复杂，系世界上自然灾害最严重的国家之一。

例如，２００９年６月５日发生在重庆武隆县鸡尾山的山体滑坡，其山体垮塌为典型的突发性地质灾害。

该山体初始土石方总量为１５０万ｍ３，垮塌后滑体顺着岩层高速往下斜冲，形成约６００ｍ长的滑坡体，武隆山体垮塌约为１２００万ｍ３，共有７０余名工人遇难或失踪。

同时，武隆县铁矿乡山体滑坡大面积的崩滑体将两山之间的一条河流截断，形成了坝高１００ｍ的堰塞湖，比四川汶川的唐家山堰塞湖的坝高还要高。

经多方努力，最终其堰塞湖得以有效控制，避免了次生灾害的发生。

笔者曾于２００３年７月赴重庆和湖北的长江沿线进行业务考察。

当笔者站在武隆县江北段一山体滑坡的遗址处，心情十分沉重。

２００１年这里曾发生惨痛的“５．１”滑坡性地质灾害，一座９层居民楼被毁掩埋，共造成７９人死亡，这一重大的山体滑坡灾害，当时引起了国内外的广泛关注。

截至２００４年，武隆县共有潜在危岩、崩塌、滑坡、泥石流及不稳定的人工高边坡等地质灾害隐患５１５处，仅县城就有重大地质灾害点１５处。

联想最近发生的武隆鸡尾山山体滑坡灾害，笔者的感受颇深：为什么曾经发生过惨重地质灾害的地区，悲剧再次发生呢？这些年来我们都做了哪些工作？为了保护人民群众的生命安全，应避免类似灾害的重演，我们必须提高对防灾工作重要性的认识，抓紧制定和完善综合防灾规划和防御各种灾害的应急预案，认真汲取以往的经验和教训，积极采取工程与非工程措施，推动我国城市综合防灾减灾工作的发展，并应关注城市桥梁防灾减灾工作的开展。

1诠释城市桥梁防灾减灾的内涵城市生命线工程是指直接维系城市正常运转和灾害情况下减少灾害的关键环节和要害部门，它关系着城市的生存和发展。

城市桥梁（高架桥、立交桥、人行天桥等）作为城市生命线工程中的重要组成部分，它是城市交通线的枢纽工程，不仅其在灾害（如地震、涝沥）中造成破坏和倒塌是人们关注的，而且其次生灾害（因交通中断及其它设施的毁坏造成间接的经济损失）也十分巨大。

国内外有关专家提出桥梁结构按“小震不坏，中震可修，大震不倒”三个水准抗震设计的三阶段抗震设计方法。

城市桥梁工程防灾减灾目前普遍的做法是，采用先进的技术，在满足桥梁使用功能的同时，提高其综合防灾能力。

我国是世界上发生自然灾害最严重的少数国家之一，灾害种类多，发生频率高，分布地域广。

大部分地区以遭受地震和洪涝灾害为主，同时也包含气象灾害（风灾和沙尘暴）、地质灾害和其它灾害。

现代科学观点认为各种灾害虽有偶然性和地区局限性，但从总体上来说它们具有明显的相关性和规律性。

工程建设系统防灾减灾主要包括城乡房屋建筑、市政基础设施建设及使用过程中，防御和减轻地震、气象灾害的多种自然灾害的工作，并关注城市生命线工程的安全。

城市生命线工2009城市道桥与防洪第四届全国(国际)技术高峰论坛暨西部交通科技创新论坛专辑1城市道桥与防洪２００９年１０月第１０期程是直接维系城市正常运转和灾害情况下减少灾害的关键环节和要害部门，它关系着城市的生存和发展，被称为“城市生命线工程”，它包括：道路交通、电力、通讯、燃气、热力、给水、排水等工程。

它们是城市运行的载体，由网络结构组成，通过网络为城市提供活力，为城市居民服务。

城市桥梁作为城市道路交通极为重要的组成部分，其防灾减灾问题必须引起人们的高度关注，下述７个典型案例充分说明了这一点。

城市桥梁防灾减灾的内涵是在关注其灾害源、灾害载体和承（受）灾体的前提下，提出如下三个对策：其一，消除城市桥梁灾害源或降低灾害源的强度，即减轻人为自然灾害的损失；其二，改变城市桥梁灾害载体的能量和流通渠道，以体现预防为主；其三，对城市桥梁受灾体采取避防与保护性措施。

这是当前为减轻城市桥梁灾害损失所采取的最主要的措施。

城市桥梁防灾减灾的技术措施主要包括：（１）灾害监测：包括灾害前兆监测、灾害发展趋势监测等。

（２）灾害预报：包括对潜在灾害及发生时间、范围、规模等进行预测，为有效防灾做准备。

（３）防灾，即对自然灾害采取避防性措施，这是代价最小且成效显著的减灾措施。

（４）抗灾，即对灾害所采取的工程性措施。

（５）救灾，这是灾情已经开始或遭受灾害最紧迫的减灾措施。

（６）灾后重建，准确的灾情评估是灾后重建的最主要的依据之一。

我国在进行现代化的建设中，铁路、公路、桥梁、库坝、矿山、城市布局与建设、工农业生产等都与工程地质与水文地质息息相关，而地质灾害又是工程与水文地质必须面对的最实际问题。

中国地域辽阔，地质条件复杂，地壳运动频繁，地质灾害种类繁多，地震、滑坡、泥石流、崩塌、地裂缝、渗透变形、地面沉降、水土流失、地下水污染以及瓦斯爆炸、煤田自燃等，都对环境质量、人类安全及整个生物圈的生态平衡具有直接或间接的影响。

地质灾害由自然地质作用和人为地质作用形成。

我国由于滑坡、泥石流、地面塌陷、崩塌等造成的突发性地质灾害每年损失达数十亿元，并带来大量人员伤亡。

因此，在我国社会主义的现代化建设过程中，保护地质环境、防治地质灾害已成为刻不容缓的任务。

2城市桥梁防灾减灾的典型案例分析众所周知，城市桥梁通常指城区范围内建造的跨河、跨江、跨海桥梁，立交桥梁及人行天桥等。

我国现行的《城市桥梁设计载荷标准》（ＣＪ７７－９８）将城市桥梁称谓为：“城市内新建、改建的永久性桥梁和城市高架道路结构以及承受机动车辆荷载的其他结构物。

”进入２１世纪的最初１０年，以东海大桥和杭州湾大桥为代表的标志性桥梁的成功修建，以及各类桥梁倒塌等灾害事故的频繁发生，充分表明当前既是我国桥梁建设快速发展的时期，又是城市桥梁发生倒塌事件的多发期。

因此，我国在大力推进城市化进程的今天，人们尚需高度关注城市桥梁防灾减灾的相关问题。

笔者通过对以下７个典型案例进行分析，以期引出人们对城市桥梁防灾减灾问题的关注和思考。

案例１：１９９５年１月１７日，日本时间清晨５点４６分，北纬３４．６°，东经１３５．０°，日本阪神地区发生了一次强烈地震，几万栋房屋倾刻变成了一片废墟，城市道路路面开裂，地基变形，铁道弯曲，列车脱轨，港口破坏，拦腰折断的大楼倒下来将道路隔截，断裂的城市高架桥从几十米高处塌落下来，地震引起的火灾将神户市上空映得一片通红。

这次地震震级为７．２级，造成人员死亡５４６６人，３万多人受伤，几十万人无家可归，受害人数达１４０多万人，被毁房屋超过１０万栋，生命线工程和大量公共设施被严重破坏，造成经济损失１０００亿美元。

虽然这次大地震已经过去十多年了，但人们仍应从日本阪神地震灾害中总结如何防御和减轻地震灾害对城市桥梁的影响。

图１为日本阪神道路和桥梁遭受地震损害的情况。

案例２：２００７年６月１５日，我国广东九江大桥被运沙船撞击了２３号墩，三个桥墩坍塌，大桥桥面有２００ｍ倒入江中，４辆行驶在桥上的汽车坠入江中，致使９人死亡。

据了解，九江大桥全长１６７５．２ｍ，是１９８８年建成通车的，其主航道为２×１６０ｍ的独塔双索面斜拉桥，采用塔、梁、墩固结体系，塔高８０ｍ，曾被评为１９９１年国家优秀设计铜奖。

专家组鉴定后认为该事故与大桥质量无图1日本阪神大地震道路和桥梁损害的情形2009城市道桥与防洪第四届全国(国际)技术高峰论坛暨西部交通科技创新论坛专辑2２００９年１０月第１０期城市道桥与防洪关，大桥设计具有前瞻性。

其非通航孔桥墩按横桥向撞击力４０ｔ进行船撞击的设防是合适的。

但广东的桥梁专家就提出：“受撞击的桥墩设计撞击能力仅为４０ｔ，而西江水道上很多船只都是一两千吨，设计者应充分考虑这一点”。

同济大学的教授也提出：“如果九江大桥附近确因采砂造成河床下降，桥墩受到冲击力和引起震动，桥梁变形增大，久之，桥梁抗冲击力能力就会下降。

”笔者认为，从此撞击事故中人们亦应反思：对已建成的且防撞击标准不满足新设防标准的桥梁，必须采取相应的技术、工程和管理上的防护措施，以应对突发事件造成的不良后果。

而大桥遭受船舶撞击的事件在长江、珠江和淮河等河道上屡见不鲜，虽然这属于桥梁风险评价中不可抗力出现的案例，但仍需研究这类灾害的可预测性和可预防性。

２００９年６月该大桥经修复后通车，其主体结构由单塔改为双塔，每个通航孔的间隔由５０ｍ变为１００ｍ，大大降低了大桥被船舶撞击的概率。

图２为广东九江大桥被撞击的情形。

案例３：２００７年８月１日，美国明尼苏达州密西西比河的一座高速公路上的桥梁突然垮塌，近５０辆车辆坠入高约１８ｍ的河中，有９人死亡，数十人受伤，引起全世界的震惊，经排查排除了恐怖袭击的可能，系一起桥梁结构性垮塌事故和灾害。

该大桥修建于１９６７年，桥梁为钢结构拱桥，桥面距河面约２０ｍ，桥长为５８９ｍ。

该桥２００５年和２００６年分别接受交通部门的检查，均未发现问题。

但２００１年由明尼苏达州交通部门的研究成果表明，大桥连接路堤河主桥的引桥“存在老化问题”，支撑桥梁的主结构桁架也存在“老化问题”。

研究显示：按大桥的桁架设计理论，如果大桥一至两个支撑面断裂，则大桥有可能垮塌。

但十分遗憾的是，最终的结论为：“大桥上承式桁架不可能发生老化断裂，大桥可以延后报废”。

如果当初下结论时更慎重些，是否可以避免上述灾难的发生呢？这究竟是属于桥梁风险评价中的不可抗力，还是运营阶段出现失误而出现的案例尚需人们去思考，但从防灾减灾的角度去考虑，亦应分析其灾害的控制损失和控制诱因等因素。