地震灾害下公路运输系统防救灾关键技术研究

mo untaino us terrain1 On t he basis of expatiatio n for t he basic idea of t he met hod , feasible applied co ndi2 tio ns and technique p rocess of t he met hod are given1 Case st udy indicates t hat t he met hod can efficiently identif y t he black2spot s sectio n of highways wit h co mplicated road co nditio n in mo untaino us terrain1 Key words : t raffic engineering ; synt hesized analysis met hod of movement parameter ; highway in mo untaino us terrain ; black2spot s sectio n ; identificatio n
自然灾害发生之后 , 为保障人民的生命财产安 全 ,首要工作是实施紧急救援 ,但实施救援所需的器 械以及物资运输 ,电力 、 通讯等基础设施的修复均依 赖于公路设施的完好程度 , 交通的通畅与否是能否 实现快速救援的前提条件 。因此灾害发生之后首先 要修复已被损坏的交通设施 ,尤其是关键交通设施 。
2 公路运输系统救灾体系构建
在一般情况下 ,道路交通规划 、 建设和管理都是 为了满足正常的交通需求 , 地震灾害与普通的气象 灾害有着明显的不同 。在地震灾害前 、 灾害时以及 灾害后 ,由于系统的不确定性增加 ,导致人们在灾害 的不同发展阶段有着不同的交通需求 ,主要表现为 : 在地震灾害发生时 , 交通需求表现为短时期的逃生 需求以及紧急救援需求 [ 11 ] ; 而在灾害发生一段时间 后交通需求转变为正常的生产生活交通需求 。因此 地震灾害在灾害前期 、 灾害发生时以及灾害发生一 段时期之后 ,都有着不同的救灾目标 。根据防救灾 目标的不同 ,地震灾害下公路运输系统防救灾过程 可分为 3 个阶段 : 灾前防御阶段 、 灾时救援阶段以及 灾后修复阶段 。各阶段具体内容见图 1 所示 。
公路 2009 年 7 月 第 7 期 H IGHWA Y J ul1 2009 No1 7
文章编号 : 0451 - 0712 ( 2009) 07 - 0231 - 06 中图分类号 :U4911 3 文献标识码 :A
3 灾害损失评估技术
坏时 ,只要不是整个路网的大面积瘫痪 ,多数情况下 都可寻找替代路径以保持区域间交通畅通 。因此在 灾害损失程度评估中需区别对待桥梁隧道等关键道 路设施与基本路段 。 通常情况下 ,灾后公路设施损坏分为结构性损坏 和功能性损坏两部分 。其中 ,结构性损坏主要是指由 于地震影响而导致的公路设施自身结构的破坏 ,如路 基路面沉陷、 桥梁断裂 、 隧道塌陷等 。结构性破坏程 度一般受交通设施的使用年限和材质影响 ,损坏程度 评估可以根据交通设施的维修和重建成本来决定 。 功能性损坏是指地震影响而导致的公路设施损坏之 后 ,路径中断以及路网通行能力减小等 ,其损坏程度 评估可以根据绕行时间以及费用成本等来衡量。 31 1 结构性损坏程度评估 31 11 1 灾前损坏程度评估 在此阶段需要建立以 GIS 为基础平台的区域 地震灾害分布图和灾害与交通设施损坏程度图 。其 中 ,区域地震灾害分布图应包含以下信息 : 自然灾害 分布的地点及类型 、 自然灾害发生的频率 ; 灾害与交 通设施损坏程度图则是通过回归分析桥梁和地震灾 害的历史数据 ,建立交通设施与自然灾害等级的曲 线 。图 3 所示为桥梁损坏程度与地震等级的相关关 系图 [ 12 ] ,图中 ,根据桥梁是否裂缝 、 偏移位置 、 沉降 尺度等将桥梁的损坏程度分为四个等级 。在灾前损 毁评估时 ,可利用地震灾害发生的位置和严重程度 、 桥梁所在的位置 、 长度 、 宽度等指标 , 结合图 2 来确 定桥梁所受损害程度 。灾前交通设施损坏程度评估 建立在大量的数据库基础之上 , 一般包括桥梁建设 基础数据库 : 桥梁的建设年份 、 材质 、 周边环境 、 建设 等级 、 结构 、 允许的横向移动距离等信息建立相应的 数据库 ; 桥梁管理数据库 : 交通量 , 不同受力模型下 桥梁的变形和损坏程度等 。
地震灾害下公路运输系统 防救灾关键技术研究
邓亚娟1 , 马荣国1 , 胡绍荣2
(11 长安大学公路学院交通工程系 西安市 710064 ; 21 陕西省交通厅 西安市 710068)
摘 要 : 公路运输系统是交通运输系统的重要组成部分 , 因地震灾害而导致的公路运输系统破坏 , 必然会影响 救援工作的迅速开展 。首先分析了地震灾害下公路运输系统破坏及修复的特点 ,针对公路运输系统所独有的特点建 立灾前 、 灾时和灾后三阶段防救灾系统实施框架 ; 并对地震灾害防救灾过程中 ,关键交通设施和基本路段的结构性和 功能性灾害损坏程度评估等技术进行分析 ,建立灾时公路设施修复优先度评估指标集 ,提出灾前 、 灾时和灾后公路运 输系统防救灾目标和策略 。 关键词 : 地震灾害 ; 公路运输系统 ; 损失评估 ; 防灾救灾
图1 公路防救灾体系框架
( 1) 灾前防御阶段 。 地震灾害具有不可预见性 , 但是灾前防御策略 可以使灾后的防灾措施变被动为主动 。据调查 ,
1 美元的灾前预防资金可以节约 7 美元的灾后修复
资金 ; 世界银行组织曾经对美国震后交通系统修复 工作进行总结后也同样认为 : 灾害前的防御措施可
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以缓解灾害损失 。因此需要建立灾前防御系统 , 即 模拟地震灾害发生 ,考察关键交通设施的抗灾强度 , 对抗灾能力较差的交通设施提前进行加固 , 提高其 抗灾等级 。灾前防御措施实施的目的是尽可能避免 或者是减缓灾害对交通设施造成的破坏 , 节约交通 设施的修复资金 。 灾前防御阶段公路防救灾应遵循预测 — 评估 — 修复的顺序 。根据公路设施建设数据和已有灾害下 道路设施的损坏程度 , 建立灾害与道路设施损坏的 相关关系 ; 采用灾害仿真技术对不同灾害情况下的 道路设施损坏程度进行预测和评估 , 并最终给出道 路及桥梁 、 隧道等构造物的加固策略 。 ( 2) 灾时救援阶段 。 灾时修复策略主要是指在地震灾害发生之后的 较短时间内 ,采取相应的救灾措施 ,缓解地震灾害所 导致的衍生灾情 ; 同时 , 通过短期救灾策略 , 使道路 交通基本畅通 , 保证救援物资和人员的及时到达 。 在公路运输系统中 , 灾时修复策略通常是在以 “通” 为目标的前提下 ,建立临时或者替代道路 。 灾时救援阶段应遵循识别 — 评估 — 修复的顺 序 。识别地震灾害的等级 、 烈度 ,评估道路设施结构 及功能受损情况 , 并制定策略予以修复 。与普通自 然灾害相比 ,地震灾害所造成的公路运输系统损失 范围较大 ,在短期时间内不可能将所有已损坏交通 设施恢复到原有状态 , 因此在此阶段需要选择优先 程度较高的道路设施提前进行修复 。 ( 3) 灾后修复阶段 。 当地震灾害发生一段时间后 , 灾区人民的生活 和工作等已得到基本保障 , 此时需要采取相应的灾 后中长期公路设施修复策略 , 全面修复道路或者是 在地质状况良好的地区重新规划建设道路 , 保证交 通运输的畅通 。 灾后修复阶段应遵循评估 — 修复的顺序 。评估 地震灾害所产生的公路经济损失和因交通中断而导 致的区域经济损失 ,提出多种灾后公路修复策略 ,并 利用道路网评价指标 ,评判不同修复策略的有效性 , 选择最优修复策略 。
灾害损坏程度评估直接关系到公路救灾策略的 制定 。公路主要由道路 、 桥涵和隧道等组成 。桥梁 和隧道的损坏会导致两个区域间交通的完全中断 , 因此在整个道路网络中起着控制性作用 。而路段损
收稿日期 :2008 - 10 - 15
地震后的交通运输系统研究放在首要位置 , 针对地 震灾害建立了以交通运输系统救援为重点的防救灾 系统组织机构和实施框架[ 4 ,5 ] ; 我国大陆地区有关 灾害与交通的研究 , 大多集中在公路滑坡 、 浓雾 、 泥 石流等气象和地质灾害的预警管理机制 , 及灾害影 响下交通网络可靠性分析评价技术上 [ 6 ,7 ,8 ,9 ] 。本文 主要针对地震等重大自然灾害所导致的公路运输系 统损坏 ,从交通规划者和管理者角度出发 ,提出地震 灾害下公路运输系统防救灾系统实施框架 , 并对灾 害评估 、 救灾策略等关键技术进行研究 。
1 地震灾害下公路运输系统破坏及修复特点 自然灾害相比 ,地震对公路造成的破坏 , 主要由滑坡 、 塌方 、 泥石流等次生灾害引起 , 并最终 导致公路出现路面开裂 、 路基塌陷 、 下沉 、 波浪变形 等病害 。单纯自然灾害影响下的公路运输系统的损 坏主要表现为道路设施的损坏 ,但由于灾害的未知
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性等因素影响 ,当灾害发生时 ,还会导致一系列的衍 生灾害 ,如 : 行驶在公路上的车辆发生交通事故 ; 因 道路交通阻断 ,路段车辆拥挤排队等 。 ( 2) 影响范围广 。 单纯的气象灾害所引起的公路系统灾害多数情 况下表现为某条路段或者是关键设施的损坏 , 而地 震灾害不同于普通气象灾害 ,其影响范围较广 ,发生 地点往往涉及到一个点 ( 桥梁 、 隧道等关键设施的破 坏) 、 一条线 ( 次生灾害而导致的整条线路破坏) 甚至 是一个区域 ( 当地震较强烈 , 且震源深度较大时 , 在 地震范围内的所有道路均中断 , 整个区域没有可以 到达外界的贯通道路) 。 ( 3) 修复周期长 。 交通 、 电力 、 通信 、 供水 、 供气等基础设施被称为 是人类的生命线 。在地震灾害中 , 公路运输系统的 恢复时间远远大于其他各类基础设施 。地震所造成 的公路路面断裂 、 桥梁隧道结构损坏等 ,修复难度较 大 ,所耗费时间也相应较长 。在 1995 年的神户大地 震中 ,电力资源的修复仅需要几天的时间 ,而主要公 路的修复却达到了 10 个月甚至更长时间 [ 10 ] 。 ( 4) 修复优先度高 。