1、概述
地球上主要的地震密集带有两条：环太平洋地震带和欧亚地震带。环太平洋地震带的地震活动最为强烈，全世界约75%的地震发生于此。而全世界约22%的地震发生于欧亚地震带（图1），这两个地震带位于大陆内或近大陆的板块边缘。
图1 全球地震带分布图
图2 板块运动图
我国处于环太平洋板块、欧亚板块和印度洋板块等几个板块相邻的重要位置。由于板块间的相互作用（图1、2），加之欧亚板块深部地球动力作用的影响，巨大的晚第四纪活动断裂十分发育，这些断裂正是产生大地震的能量源泉。有历史记载以来，中国大陆几乎所有8级和80%-90% 的7级及以上强震都发生在这些断裂处。20世纪以来，我国发生6级及以上地震超过800次，遍布除贵州和浙江两省与香港特别行政区以外的所有省、自治区和直辖市。中国占全球土地7%的国土上承受了全球33%的大陆强震。我国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是世界上最大的大陆浅源强震活动区
据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次的地震。其中绝大多数太小或太远，以至于人们感觉不到；真正能对人类造成严重危害的地震大约有十几二十次；能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。
地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害（图3）。
（a）道路垮塌 （b）桥梁落梁
（c）海啸 （d）泥石流
图3 地震灾害
地震是无情的，但它有着自己的发生与发展规律，研究和探索它的发生和发展规律对于公路建设是十分重要的。我们在防震抗震的斗争中，应当努力探素地震灾害的规律，以便从中找出减少地震灾害影响的措施，保证公路建设与交通运输的顺利进行，保障国民经济发展与人民生命财产的安全。
2、汶川地震中交通工程震害情况
2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分，四川省汶川县发生了里氏 8.0 级特大地震，这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、救灾难度最大的一次特大自然灾害（图4）。公路基础设施在此次地震中受到严重的破坏，路基被掩埋和淹没、桥梁垮塌、隧道受损，通往灾区的公路一度完全中断，给抢险救灾带来极大的困难。
汶川地震也是典型的逆冲挤压断层型地震，地震是龙门山逆冲推覆体向东南方向推挤并伴随顺时针剪切共同作用的结果（如图5所示）。龙门山断裂主要包括前山断裂（灌县-安县断裂）、中央断裂（北川-映秀断裂）和后山断裂（汉川-茂县断裂）。
图4 汶川地震震害区划分
图5龙门山地貌与断裂示意图
汶川地震发生后，据不完全统计21条高速公路与16条国省干线公路的隧道、桥梁、路基和路面等结构物不同程度的受损，全国公路受损里程累计达53295公里。成(都)绵(阳)高速公路交通中断，绵广高速公路因地震全线双向封闭。都江堰通往汶川的公路完全中断，四川阿坝州境内多条国省干线公路交通中断，途经汶川震中的G213道路松潘县境内、安宏县道松平路双河以下，小金境内省道303、210交通全部中断。尤其是阿坝州公路交通损失严重。全州国省干线公路、农村公路、道班房、桥梁、安保设施等均受到严重破坏，特别是汶川县、茂县、理县和黑水县交通设施毀坏极为严重。
截止2008年5月18日，阿坝州全州交通设施损失金额初步统计达166亿元，公路大部分出现边坡滑坡、崩塌、开裂和沉陷、受灾里程达6043公里；桥梁出现短路、落梁等震害，受灾桥梁896座。
3、汶川地震中的隧道工程损伤情况
由于隧道工程被周围土体强约束着，所以其被行业内人士看作是抗震性能最佳的结构体，在复杂地质环境条件下交通工程选线中，隧道工程成为首选方案。通过汶川地震震害调查发现，绝大部分的隧道都能够在短时间内抢通，这说明隧道是一种抗震性能比较好的交通建筑形式，对于保障震后生命线的畅通有着非常重要的意义。
“5.12”汶川大地震中，由于震区主要位于山区，隧道就成了灾区道路抢通的关键控制点之一。 依据汶川大地震震后四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院所汇总的四川境内 56座公路隧道的震害检测资料进行了统计，结果显示：其中 11.5%的隧道出现极严重破坏，5.8%的隧道出现严重破坏，19.2%的隧道出现中等破坏，44.2%的隧道出现轻微破坏，仅有 19.3%的隧道未出现明显震害，见图6所示。地震后可抢通通行的 55 座，占所调查隧道总数的 98.2%，说明隧道工程是一种抗震性能比较好的交通建筑形式，对于震后生命线的畅通起着重要的作用。
图6汶川地震四川境内公路隧道破坏分级情况
隧道震害调查过程中发现，在隧道洞口和断层附近隧道结构震害发生的重点部位，需要重点关注。从现场调查的震害情况来看，都汶公路高速路段和二级路段的隧道整体上基本稳定，地震给隧道带来仅为局部的损坏，即隧道外露洞口部分发生砸坏、堵塞和外部装饰脱落以及个别风机、灯具等附属设施松动现象，部分施工缝有微小开裂现象，个别隧道洞身衬砌局部开裂、路面未见异常情况。二级路段隧道，只需进行简单的检查、清理、修复即可保通。三级路段的3座隧道的结构基本稳定，应急阶段若需要利用只需进行简单的检查、清理、修复即可（图7、8）。
图7烧火坪隧道洞门震后被掩埋实景
图8 烧火坪隧道抢通后的出口洞门实景
据初步统计，在四川大地震中，四川省交通基础设施损失达583亿元。但从受损的原因看，由地震直接造成破坏的比例很小，绝大部分破坏是由山体滑坡、泥石流、堰塞湖等间接原因引起的。而交通线路中隧道工程能够有效回避到地震过程中发生的严重的次生灾害（图9），例如滑坡、泥石流、崩塌等，确保交通线路的畅通（稍加修复即可）。
图9 隧道洞口崩塌落石
图10 隧道混凝土剥落塌方
综上所述，在强烈的地震动条件下，交通线路工程将遭受严重破坏，公路边仰坡将出现滑坡、崩塌、开裂和沉陷震害，桥梁工程出现倒塌、落梁等震害，然而隧道工程仅仅在洞口段出现洞门掩埋、墙体拉裂或损伤，断层破碎带出现衬砌开裂、错台或局部坍塌等震害（图10），距震源50km以外的隧道均未受到损坏。由此可以看出在高烈度地震区隧道工程是天然的抗震结构体，具有良好的抗震性能，是防灾减灾的庇护所。
目前正紧锣密鼓进行中的川藏铁路中间段需要面对地形高差、地震频发、复杂地质、季节冻土、山地灾害、高原缺氧以及生态环保等复杂环境，建设难度极大，这也正好说明了为什么在川藏铁路选线中优先考虑了隧道工程方案，其隧线比（隧道长度占全线长度）超过80%（超过800km），就是充分利用了隧道工程防震减灾作用，同时也发挥其能够穿山越岭的优势，提高线路的平顺性，确保川藏铁路的安全顺利运行。
作者介绍：
申玉生，男，山东临朐人，工学博士（后），副教授、博士生导师，西南交通大学“雏鹰学者”、唐立新优秀教学教师，美国GMU、OSU访问学者，四川省海外高层次留学人才，抗震工程技术四川省重点实验室副主任，担任中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会第七届理事会理事、中国土木工程学会隧道及地下工程分会隧道生命周期管理与防灾减灾论坛学术委员会副秘书长、建设管理与青年工作委员会学术委员、地下铁道专业委员会地下铁道专委会第六届学术委员、国家自然科学基金项目同行评议专家、教育部学位中心论文评审专家、14个国内外学术期刊审稿人等。主要从事高烈度地震区山岭隧道抗减震理论、复杂条件下隧道工程大断面施工力学特性及控制技术、地铁工程近接施工安全评估等研。主持完成了国家级、省部级和重大工程技术科研课题40余项，在国内外先后发表学术论文100余篇，发明专利11项，教材与著作8部，获得省部级一等奖2项、二等奖2项。
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