隨著城市化進(jìn)程加快，地鐵已成為越來越多人日常出行的首選交通工具。在乘坐地鐵時(shí)，你是否也冒出過這樣的念頭：地鐵建在地下幾十米深的地方，一旦發(fā)生地震，頭頂是厚厚的土層，豈不是更容易被“悶”在里面？

今天，我們就來聊聊這個(gè)話題。

在地震中，地下結(jié)構(gòu)到底怕什么

直覺上，“埋在地下”似乎意味著更危險(xiǎn)。但工程實(shí)踐表明：在大多數(shù)情況下，深埋地下的地下結(jié)構(gòu)（如地鐵）反而比地面建筑更安全。當(dāng)然，這并非絕對(duì)——它的“安全感”來自得天獨(dú)厚的先天條件，更離不開周密的后天設(shè)計(jì)。

那么，地下結(jié)構(gòu)在地震中究竟怕什么？

地面高樓在地震中承受的主要是“慣性力”——地基一晃，上層建筑因?yàn)橄氡３朱o止會(huì)被“甩”出去。而地下結(jié)構(gòu)被土壤緊緊包裹，基本是跟著土體一起運(yùn)動(dòng)，沒有這種巨大的慣性力。真正威脅它的，是地基土的變形：如果土壤發(fā)生劇烈擠壓、拉伸或錯(cuò)動(dòng)，隧道就會(huì)被扯裂或壓垮。

圖：臺(tái)灣云翠大樓在地震中倒塌

研究證實(shí)，淺埋隧道比深埋隧道更容易受損。埋得越深，有越厚的土層包裹，反而越安全。此外，地質(zhì)條件突變的地方也格外危險(xiǎn)。當(dāng)?shù)罔F從硬土層突然進(jìn)入軟土、松散砂層，或經(jīng)過斷層破碎帶時(shí)，兩側(cè)搖晃幅度不同，結(jié)構(gòu)就特別容易斷裂。不過，研究也給出了一個(gè)“安全參考線”：當(dāng)?shù)孛婊蝿?dòng)的峰值加速度不超過0.20g（大約相當(dāng)于烈度8度）時(shí)，通常只會(huì)對(duì)隧道造成輕微損傷，不至于嚴(yán)重破壞。

一個(gè)慘痛的教訓(xùn)來自1995年日本阪神地震。在這場(chǎng)7.3級(jí)地震中，神戶市部分地鐵車站和區(qū)間隧道遭到不同程度破壞。其中最嚴(yán)重的是大開站——一半以上的中柱倒塌，導(dǎo)致頂板坍塌，上覆土層大量沉降。

圖：大開站中柱受損后向中間陷落的地面

圖：大開站平面示意圖

圖：大開站震后受損的中柱

阪神地震的慘痛教訓(xùn)，使地下結(jié)構(gòu)減震措施成為研究熱點(diǎn)，也成為了全球地鐵抗震技術(shù)升級(jí)的起點(diǎn)。

檢驗(yàn)：汶川地震中的成都地鐵

2008年汶川大地震發(fā)生時(shí)，成都地鐵正在建設(shè)中。雖然震中距離成都超過100公里，但這場(chǎng)8.0級(jí)的強(qiáng)震仍然是一次嚴(yán)峻考驗(yàn)。

地震發(fā)生后，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)迅速組織全國(guó)專家赴成都開展震害調(diào)研。專家組實(shí)地考察了天府廣場(chǎng)站、省體育館站、盾構(gòu)隧道等關(guān)鍵工點(diǎn)，結(jié)果從表面看，一般框架結(jié)構(gòu)沒有裂縫，受地震影響不大。

但也發(fā)現(xiàn)了一些問題——盾構(gòu)隧道出現(xiàn)管片錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，最大的達(dá)到3厘米；滲水現(xiàn)象增多，個(gè)別地段有明顯裂縫。這些問題恰恰暴露了地下結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)：隧道管片的拼接接頭和防水性能，在地震中容易受損。

圖：盾構(gòu)隧道管片示意圖

成都地鐵公司工作人員在接受采訪時(shí)解釋：成都地鐵是按抗7度地震烈度進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)的，結(jié)構(gòu)為全鋼筋混凝土澆筑箱形隧道，加上隧道全部被周圍泥土包裹，所以地震對(duì)成都地鐵結(jié)構(gòu)的影響非常小。

應(yīng)用：地鐵防震措施

01

讓薄弱關(guān)節(jié)變得“能屈能伸”

大開站的教訓(xùn)表明：中柱和節(jié)點(diǎn)是地震中應(yīng)力最集中的部位，就像人體的關(guān)節(jié)一樣脆弱。

研究結(jié)果表明，豎向地震動(dòng)會(huì)顯著增大中柱的軸力。在強(qiáng)震作用下，上覆土體首先發(fā)生剪切破壞，隨后其慣性力與側(cè)壁土體的剪切荷載耦合作用，使中柱發(fā)生壓剪破壞，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒塌。

圖：結(jié)構(gòu)豎向變形云圖

研究證實(shí)，減少中柱損傷可以有效防止整體結(jié)構(gòu)坍塌。具體措施包括：安裝橡膠支座以緩解應(yīng)力集中和損傷程度；采用“外部現(xiàn)澆+內(nèi)部裝配”的新型設(shè)計(jì)方法，既能提高整體抗震性能，又具備震后可快速修復(fù)性——地震過后，壞了哪里換哪里，無需整體重建。

02

減隔震技術(shù)：給地鐵裝上“緩沖墊”

如果說上面的方法是在“加固關(guān)節(jié)”，那減隔震技術(shù)就是在“鋪設(shè)緩沖墊”。最典型的代表是鋼彈簧浮置板道床：它將鋼軌、扣件及軌枕安裝在一塊塊鋼筋混凝土道床板上，道床板中嵌入一系列隔振器，將板懸浮起來，構(gòu)成質(zhì)量-彈簧隔振系統(tǒng)。

圖：鋼彈簧浮置板道床結(jié)構(gòu)示意圖

這項(xiàng)技術(shù)被形象地稱為“給軌道鋪席夢(mèng)思”，不僅能降低行車噪聲，也能在地震時(shí)發(fā)揮緩沖作用。武漢地鐵前川線、深圳地鐵6號(hào)線、廣州地鐵18號(hào)線等均應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù)，列車從軌道上高速駛過時(shí)，通過彈簧的壓縮減小振動(dòng)幅度，進(jìn)而降低噪聲。

03

給地鐵裝上“警報(bào)系統(tǒng)”

防震不止于硬功夫，“軟智慧”同樣重要。地震預(yù)警系統(tǒng)利用縱波、橫波、電磁波的傳播速度差，在破壞性地震波到達(dá)前，搶出幾秒到幾十秒的寶貴時(shí)間提前避險(xiǎn)。

其核心原理是：地震波縱波傳播速度快但破壞力小，橫波和面波則相反。一旦接收到縱波，系統(tǒng)便可在破壞性地震波到達(dá)前發(fā)出警報(bào)。當(dāng)?shù)卣痤A(yù)警系統(tǒng)與地鐵列車自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)時(shí)，可在接收到預(yù)警信號(hào)后自動(dòng)向列車施加制動(dòng)，確保列車在破壞性地震波到來前安全減速或停車。

2022年9月5日，四川瀘定縣發(fā)生6.8級(jí)地震，成都地鐵因提前40多秒接收到地震預(yù)警信息，迅速采取應(yīng)對(duì)措施，確保了地鐵列車的安全運(yùn)營(yíng)。相信隨著地震預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，未來更多城市的地鐵將具備這種“主動(dòng)避險(xiǎn)”能力。

乘客必讀：在地鐵上遇到地震怎么辦？

地鐵空間相對(duì)封閉、人員密集，一旦地震，掌握正確的應(yīng)急避險(xiǎn)動(dòng)作，能最大程度保障您的安全。請(qǐng)牢記“冷靜、護(hù)頭、找掩護(hù)、聽指揮”四大原則，并按所處位置分場(chǎng)景應(yīng)對(duì)。

01

在站臺(tái)或站廳

? 應(yīng)做：

• 立即蹲下，降低重心，就近躲在立柱旁、墻角。

• 避開玻璃幕墻、吊燈、顯示屏等懸掛物。

• 用雙臂、背包或書本護(hù)住頭部和頸部。

• 聽從地鐵廣播發(fā)布的應(yīng)急指令，按指引有序向地面出口疏散。

? 不要做：

• 擁擠、亂跑（可能造成踩踏）。

• 躲在自動(dòng)售貨機(jī)、廣告牌下方（易傾倒）。

• 使用自動(dòng)扶梯或垂直電梯（可能因停電導(dǎo)致故障，造成摔倒或被困）。
  

02

在行駛的地鐵車廂內(nèi)

? 應(yīng)做：

• 抓住吊環(huán)、座椅扶手等固定物，雙腳分開保持穩(wěn)定、或身體下蹲降低重心。

• 等待指令，列車會(huì)根據(jù)情況緊急制動(dòng)或限速。

• 列車停穩(wěn)后，按照工作人員的指示疏散，有序撤離。

? 不要做：

• 隨意使用緊急裝置打開車門或跳車。

• 在車廂內(nèi)奔跑推擠。

03

被困在隧道內(nèi)

? 應(yīng)做：

• 保持冷靜，列車停穩(wěn)后，等待工作人員打開側(cè)門或前端逃生門。

• 在工作人員指引下，沿隧道側(cè)壁（通常有步道）單列行走，彎腰護(hù)頭，避免觸碰高壓軌。

• 在工作人員指引下利用隧道內(nèi)聯(lián)絡(luò)通道，向最近的車站或地面出口撤離。

? 不要做：

• 擅自跳下軌道（可能觸電或被后續(xù)列車碰撞）。

  希望這篇科普能讓您在乘坐地鐵時(shí)，多一分了解，少一分焦慮。更希望這些應(yīng)急知識(shí)，你永遠(yuǎn)都用不上。

參考資料：

1.城市地下結(jié)構(gòu)抗震研究進(jìn)展（作者：陳國(guó)興）；

2.地下結(jié)構(gòu)震害類型及機(jī)理研究（作者：王秀英等）;

3.摩擦擺支座在軟弱夾層場(chǎng)地地下結(jié)構(gòu)中的減震效果分析(作者：許紫剛）；

4.日本阪神地震中大開地鐵車站地震破壞機(jī)理分析（作者：杜修力）；

5.日本神戶這座地下車站，挺過了阪神大地震，卻逃不過重建的命運(yùn)（公眾號(hào)：日本地鐵）。

圖片：

1.來源于網(wǎng)絡(luò)；

2.部分AI生成。

撰稿 排版 | 熊丹

一審 | 盛馨逸

二審 | 吳蝶蘭

終審 | 劉小龍