Voi. 32,No. 5Apr. b20)
第37卷，第2期
220）年4月
WORLD EARTHQUAKE ENGINEERIEG
文章编号：102 -6999(2221)02 -0038 -1
2221
7.3
黄勇，李国昌，宋光有，俎林
(中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江哈尔滨15020)
摘 要fOD 年2月13日日本福岛县发生了 M7.3级地震，造成了大量铁路基础设施破坏。介绍了 铁路系统在此次地震中的震害和应急修复情况，总结了震害的典型特征及启示。通过与2211年东
日本大地震进行比较，从土木结构和电气设施两方面对铁路系统震害特点进行了分析，从抗震韧性
角度讨论了此次地震应急修复方法与策略，总结了日本铁路设施抗震的经验和对我国铁路设施抗震 的启示。分析表明：支柱折断、支柱开裂倾斜、架空电线拉断和定位设施损坏为铁路电气设施常见震 害；土木结构方面，随着地震强度的增大，可能伴有轨道变形、挡块开裂、梁端破坏、横系梁开裂甚至
墩柱损伤的发生。从震害现象的比较中，可以看出东日本大地震以来的维修加固措施是有成效的。 关键词：日本福岛地震；震害分析；轨道交通；铁路桥梁中图分类号:TU4
文献标识码:A
Analysis and implications of seismic damage characteristics of railway
system in 2221 Fukushima Earthquakr
HUANG Yorn, L Guochanc , SONG Guancyor , ZU Lin
(Key Lakoratora of Eathquake Enviceerine anC Enviceednv Vibratior , Institutc of Enviceerine Mechanics, CEA, Harbin 159089, China)
Abstract : On FeVrnara 1, 2001, a ⑷.3 eertUquaka occhrred in FuUusPima, Japan , which cheseV a lai of Uamage te railway in^rastrnctur5. This pdpar introbucas the eertUquaka Uamage anC emyevcy revaK of the railway system in this eertUquaka , anC spmmadz5s the typichi charactedstics anC evlightenmevi of the eertUquaka Uamage 5 CompareU with the Tobobu EartUquaka in 2011, the seismic Uamage char6ctedstics of the dilw6y system were anc-
lyzed from the aspects of civil strnctura anU electachi facilities 5 The eertUquaka emeraevca restoratior metPobs anC
strateyias were Uischssed from the perspectivv of seismic resilievco. The eertUquaka resistance of
Japacesa cPway facilities anC the enlightenment to the
resistance of cPway facilities in Chine was spm-
madzeV. Analysis sPows that pikar breaPaga , pill6r crachinc anC tiltinc , overnea6 wire breakinc , anC Uamage to
positiorine fPcilikas are commor eertUquaka Uisasters in railw6o electachi fPcikkes. In terms of civil strnctun, with the increesa of eerthqudke intensity , it may be accompanied by trach Ueformatior , blvch crachinc , beam evC
feilura , strainine beam crachinc anC even pier calumn Uamage 5 From the compadsor of eerthquake Uamage ppecomeve , it coc be seen that the maintenacca anC reinforcement measpres sicca the Great East Japan EdrthqudPe
are 300x 6 •
Key worth : FukusPima-Aen earthuuaPe ; seismic Uamape analysis ; railw6o system ; railw6o UP c 1o 5
引言
2021年2月1日23：02(日本时间)在日本福岛县发生了 ^^2- 3级地震(最初定的是2-5级，后修
收稿日期：2043 -96 -13；修订日期：2943 -03 -22
基金项目：国家重点研发计划项目(2018YFC1504604 -04)；中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目(2018QJGJ06) 作者简介：黄勇(1999 -)，男，副研究员，博士，主要从事桥梁抗震和结构健康监测研究.E-mait ： huanyyouc@ Km. ae. co
第2期黄勇，等Hl 年日本福岛7.3级地震铁路系统震害与启示
79
正），震源深度约55 km，最大烈度达日本震度6强。 地震 些 认为是2211年3月11日日本东北
地方
地震的余震。该地震是 在俯冲
内部的逆断层型地震。这是自2211年4月7日 县地震（311地震的余震）以来，大约12年来第 在日本 地区发生强度达到6度强 的地
震，也是自2219年6月18日山形县 地震 ，日本
到6度强的地震。
2221年2月25
日，地震已造成1人死亡,12人重伤,44人轻伤；房屋倒塌24栋，半倒塌67栋,
伤4 545栋。此外，福
岛县有247栋公共设施受损,5处省道和58处市镇村道出现震害。受地震 ，日本 地区1都8县
809 412户停电,25 700户 。交通方面，强震导致福岛县
大野的常磐
的 交与新地
立交之间发生了约77 m 的滑坡，常磐高速公路部分线路被关闭,4日晚才解除了封路措施。作为贯穿日本
地区的大动脉
线 强震
结构受损严重，部分区段
行，采用
交通,
直到24日才全线恢复通车，目前仍在减班或降速运行。此次地震中东北新干线的停运严重影响了市民的出
行。因为正值日本高考 段，日本 科学省在2月4日向全国各大学提出了 考等措施的要求，以确保灾区考生的考试机会。震后日本 地震的烈度分布进行了推测如图1（a ）所示［1］，与
日本大地震主震和余震的烈度分布如图1（b ）和图1（c ）所
，主要受灾区域集中在福岛县 县。
细 地震烈度分布
的现象, 线 的原JR （日本国铁）常磐线南北了不起的盖茨比2012
“人”
度要大一些。
：石
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最上〉
懾仙沼［匕上川
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卜梃
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张陽玄力'
福岛地震
2021年2月13日 震级:M73震源深度：60kn
东日本大地震余震 2011年4月7日 震级：M 7.2 震源深度：65km
阿武隈川、
（a ）福岛地震■屣央■廉度7■震度6强 ■震度6弱 / ■震度5强 震度5弱 震度4
X震央 ■震度7 ■震度6强 ■震度6弱 /■震度5强 震度5弱 震度4
（c ）东日本大地震余震
锻沼
x 震央■震度7■震度6强■震度6弱■震度5强 震度5弱 震度4
东日本大地震 2021年3月 11 H 震级:M 9.0震源深度：23km
\阿武隈川、
（b ）东日本大地震主震
阿武隈川、
图1日本气象厅推测震度分布图
Fiy. 1 Seismic diswiduhon map from Japap Meteomlovicai
线是连接东京到
的一条 线路，自1482年开 ，经过 到现在的
规模。其通过地区经历了 4次7
的地震，分别是：1978年宫城县地震（M jma 7.4）、2003年 地震（M W a 7. 1）,2211年东日本大地震（主震M jma 9.0，余震皿拠人7.4、7.6、7.2和7.2）以及2221年 地震。本
福岛地震中 系统的震 复情况，通过与2211年东日本大地震的比较，从 结构和电气方面
系统震 进行 ，从抗震
度讨论 地震应急修复方法与
，总结日本铁
震的经验 我国美国第一女婿库什纳
震的 。
1
铁路系统的震害
截止到2021年2月26日，铁路系统震害调查可知［］：福岛地震对铁路系统的主要震害集中在东北新干
线新白河 白石 的区间内，区间里程达121.2 km 。主要震害形 ：高架桥墩柱损伤、横系梁开
裂、挡块开裂、梁端破坏、轨道板圆形 挡台破坏、轨道变形、支柱（俗称电线杆）折断、支柱开裂、支柱倾
、电线拉断、支撑
破坏、车站内 掉落和车 等；
线其他区段
震害。与2011年东日本大地震主震（3月11日）和余震（4月7日）的震害相比可参见表4可以看出：虽然
40世界地震工程第37卷
震2001年4月8日的余震，震害情况了很大程度的改善。
一般来说，铁路系统包含：车辆系统、土建系统、电力系统系统等系统。在此次地震中，车辆系统系统受到的较小，震害主要在土建系统和电力系统有所体现。
1福岛地震新干线震害统计及与东日本大地震的比较
Table1Damage statistics of the Shindansen ic FuUusPima earthquake and compa/soe with the2211Tododo earthquake
地震2021福岛地震2011东日本大地震
日期2021-02-132011-03-112011-04-07
震级M jma7239227.0
死亡人数1192334基础设施损失(RMB亿元)5459
震损线路及长度(Um)线(375)东北线(536)
脱轨(处)210
公安派出所组织条例人伤亡(人)
220
塌(座)220
落梁(座)227
高架桥墩柱损伤约11约110约20
道损伤(座)000
支柱伤()
约60约596约204
压伤0约10约11
恢复天数1149
1.6土木结构的震害
土木结构在此次地震中的震害主要包括：铁路桥梁的震害、轨道结构的震害和车站设施震害三部分。除此之外，在的车场有土木设施的破坏。
(1)的震
震害如图2所示，主要震害形：高架桥墩柱损伤、挡块开裂、横系梁开裂以及梁端破坏。此地震造成1根高架桥墩柱出现裂缝，3处梁端挡块受损，约60多处框架横系梁开裂。遭受震害的墩柱既形墩柱，也有圆形墩柱，破主要是墩底和框架墩梁结如图2(a)和图2(b)所示。挡块的破坏主要在框架间简支的梁端处如图2(c)所示。横系梁的破横梁本身如图2(d)所示，也有梁柱结如图2(e)所示。梁端破坏主要是地震破复后的伤如图2(f)所示。
(d)横系梁梁身开裂(e)横系梁节点处开裂(f)梁端开裂
图0桥梁结构的主要震害表现〔一3
Fig-0Earthquake penormaace of b/dge structures
第2期黄勇，等：242)年日本福岛2.3级地震铁路系统震害与启示43
(2)轨道结构的震
道结构的震害主要包括：轨道板圆形挡台破道变形。在线福岛站到白石站的区间内道板圆形挡台遭受到地震破坏，如图3(a)所示。根据，线轨道变形有约222处，约20处。
9
(a)轨道板圆形凸型挡台破坏(b)震后轨道的高低调整
图3轨道结构的主要震害表现
Fig.3Earthquake performaece of track structure
(3)车的震
地震，车的震害主要体现在：东北新干线1处车站出现漏水现象。东北新干线车大约22处内料破损，车大约1处内料破损。线郡山内现现象，如图4(a)所示。JR(日本国铁)福岛车站的天花板在地震后开始，如图4(2)所示。配对比较法
图4车站设施的主要震害表现
Fig-5Earthquake pedorma/ce of station facilikes
1.3电气设施的震害
此次地震电的震害主要包括：支柱震害和接触网震害两类。支柱震害形式有：支柱折断、支柱开裂和
支柱彳顷斜。接触网震害形式有：架空电线拉断和支撑破坏。线有22根支柱折断，如图5(a)所示；有大约40根支柱开裂。2根支柱折断。线有9根架空电线拉断，如图5(2)所示；有大约55。处支撑破损，如图5(c)所示。
42世界地震工程第37卷
（a）支柱折断（b）电线拉断（c）支撑定位装置破坏
图5电气设施的主要震害表现⑵
Fig-5Earth q uake penormaace of overUead coetact system一叶荻
1.3运行状况的改变
东北新干线在地震发生后暂停了所有线路的运营。2月1日恢复了东京和那须盐原之间的运营,2月
16日恢复了一丿関和盛冈之间的运营,2月20日恢复了仙台和一关之间运营。2月24印恢复了那须盐原的线路，也就是说地震后的1天后全线开通。由备的临复，那山
以及仙台和一丿関之间的速度限制为160km/h，郡山和仙台之间的速度限制为112Um/h。东京到仙台/盛的了大约一小时，而开行的火车数量已减少到的80%左右。预计将需要大约月的才能恢复度°JR（日本国铁）东日本计划在3月4日表，临表
续运行一段。幸运的是，由于地震在，并且震害较重的地区列车，大多数列车都在•和
宇都行驶。：线地震警系统了每在运行的列车，没有人受伤。除东
干线之外，奥羽线（庭坂-米沢）到2月20日恢复营运；秋田新干线（盛冈-秋田）、山形新干线（福岛-新庄）
线（福岛-庭坂）2月1日恢复营运；其他的线路在2月14日当天恢复了。
1.3地震预警系统的效果
JR（日本国铁）东日本在地区线沿线布设了85台地震仪，在布设了20台地震仪，在内都圈布设了37台地震仪。日本防灾科学技术研究所在底布设了125台地震仪。这些构成了日本新干线速报预警系统。此次地震，日本的地震预警系统发挥了作用。在日本时间1日03/7：51发生地震后，安装在县岛的地震仪在地震约1s后的23/8/6观测到地震的P波，随即发布警报。随后，在03/8:1安装在县的海底地震到了Sb，了警报。地震S 波于23到线，在地震S波到约17s，警制动。激活制动后，肝线“E5系列”车辆的最大减速度为4Um/h/s，从车速326ym/h到需要超过1分钟的。为了确保列车的安全，重要的是尽快降低速度（动能）。幸运的是：这次震中附近（从宇都宫到水沢江刺）没有列车。从效果来看：这个双重三重的线地震警系统被认为是比较成功的。
1.3东北新干线的震害统计分析
由地震系统的震害主要集中在线上，本文考虑以东北新干线为研究对象，以日本气
娄成后象厅提供的推测地震烈度图为依据，来进行震害统计的。
为系统的震是与站的区体现的，本文假设某一地震破其所在区间里程
都具。车站的 内伤，本文假导致车控系统系统的失效,€区间里程。整理出的线度区内里程见表2。表3是系统震害形度下的里程。采用震里程与线的总里程作为震害率。图6分别列出了在地震中 结构、轨
道结构和电及总的震害率。：桥梁结构的震害都出现在震度5强和震度6弱区域，墩柱损伤、挡块开裂端破坏都随着震度的增强震害率增大。横系梁开裂的情况之所所，可能与两层框架分布的区段，单层框架横系梁。轨道结构的震害中形挡台破坏影的区域在5度强和6度；轨道变形基本随着震度的增强震害率增大的，只是6度弱震损率没5度强大。电气设施震害中支柱折断现在5度弱至6度弱的区域；架空电线拉断只在5度强和6
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