地震工程 請勿跨越:談斷層錯動 引起的災害

文與圖/陳慧慈 |2015.09.16
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圖一:斷層錯動的大甲溪與落橋。圖/陳慧慈
圖二:石岡水庫水壩受損情形。圖/陳慧慈
圖三:傾斜電塔。圖/陳慧慈
圖四:受損的舊集集線。圖/陳慧慈

文與圖/陳慧慈

先講一個小故事。有一個人走到溪邊散心,突然感到一陣地動天搖,同時看到在平坦的溪面上,瞬間形成一個瀑布。說到這裡,你一定會說:「等一下!這是白日夢吧!」不!如果在一九九九年九月二十一日凌晨發生地震時,你正好在台中市石岡區的豐碑橋下的大甲溪旁,這就是真實的景象,因為車籠埔斷層的錯動,在溪內形成了瀑布(照片一,不過因為長期的沖刷,目前已看不到這個景象),而豐碑橋只在跨過斷層的部分發生落橋。

為了說明開裂出現在地表面的斷層錯動所造成的災害,請拿一塊硬紙板放在桌面上,由其下邊中間處向上邊畫一條斜線(角度依硬紙板的尺寸而定),再以美工刀沿著線將其切成兩半。在切開的兩片合併後,把橡皮擦放在上緣的切口處(左右的長度比例約為1.2)。然後將左邊的紙板往上推(逆斷層的錯動),橡皮擦會傾斜。當然你可以在上邊擺設各種構造物,去推想各種的災害狀況。如果將紙板的上緣想像成是一條河流,這一個錯動會造成什麼景象呢?答對了!就是像照片一的瀑布。

照片二為斷層錯動對石岡水庫的水壩造成的破壞。這一次的破壞是由於受損的閘門的兩側因斷層錯動,產生了約7.6公尺的高度差,而閘門的破壞導致水庫喪失了蓄水功能,讓大台中區兩百萬人面臨缺水的危機。照片三是位在南投縣名間鄉的一座台電輸電塔,因斷層錯動而傾斜的情形(在國道三號上可以看到)。輸電塔的基礎大且深,因此沒有因為斷層錯動而倒塌。照片四為舊的集集線鐵路在斷層錯動處受損的樣貌,其位置就在傾斜電塔處的後方。在斷層錯動處及鄰近處,鐵軌嚴重扭曲變形,而旁邊新的集集線鐵路的擋土牆的高度就是斷層的錯動量。

從地震防災的觀點,避免將土木和建築構造物跨越斷層是最好的策略,但是常常天不從人願,因此要怎樣設計才能讓構造物不受斷層錯動的影響呢?經由前面的說明,我想你已經知道做法了:首先必須知道斷層的正確位置,其次要預估可能發生的錯動量及影響的範圍,最後再選用適合的工程技術。不過現階段要做出準確的預估還有困難,這也是地震專家面臨的挑戰。

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