墨西哥地铁桥面断裂原因初步分析

1 引言

2021年5月3日, 墨西哥首都地铁12号线发生地面轨道桥面坍塌事故, 迄今为止死亡25人, 79人受伤. 这是墨西哥城地铁系统自1969年启用以来最严重的事故之一. 事故原因还在调查之中, 这个笔记简要分析一下事故发生的原因.

2 事故简述

事故发生在世界上最繁忙的地铁服务之一---12号线的奥利沃斯站附近, 首都东南郊区最近建成的一段线路上。桥面距地面约5米，从下面的事故图中可以看出, 地铁建造的是双向轨道, 也就是说, 地铁可以相向而行. 从这个图中也可以看出,整个桥面完全塌落.

现场监控显示, 当地铁通过该区域时, 一根支撑的横梁飞出, 从而导致整个桥面坍塌. 作为对比, 下图所示的是这段桥梁未发生事故时的面貌, 该照片摄于2019年.

下图所示的则是同一地段事故发生后的状况.

3 事故原因

确切的事故原因还在调查之中, 除了墨西哥官方出面调查外，还从挪威聘请了专门从事风险管理的公司DNV-GL对该事件进行深入调查。在此仅作一点猜测性分析.

3.1 施工质量问题

该线路自从开通以来一直受到各种问题的困扰，包括火车车轮和铁轨的过早磨损。按照常理来说, 作为已经运行了40多年地铁的国家, 设计方面应该不存在问题, 最大的问题可能是使用的材料和施工质量引起的. 因为该线路的高架部分，包括这次断裂的区段，已经在2014年不得不关闭进行了多次维修。根据报道, 2017年，当时的城市地铁主任就曾经说过，这条线路 "生来就存在一些问题，在它的生命中永远不会得到解决，它将需要 永久的维护"。如此悲观的说法显示出当局已经意识到这条线路存在的问题. 地铁系统发布的一份报告显示，由于在2010年建造时没有使用足够量的钢筋箍筋，支撑铁轨的一个桥墩的底座已经开裂, 脱落了一层混凝土。箍筋的作用一方面加强整体骨架, 另一方面提高桥墩的抗剪能力.

3.2 地震诱发问题

墨西哥是多震强震国家, 历史上讲, 1985年发生的M8.0级地震, 曾经造成至少5000人死亡. 同处于西太平洋板块边缘的洛杉矶,旧金山,西雅图,温哥华这几个大城市其实也一直担心某一天强震会发生, 如下图所示, 加利福尼亚的活动断层象一颗不定时炸弹, 随时可能爆发. 

下表所列的是最近10年墨西哥发生的超过M7.0级的地震. 其中2017年发生在墨西哥城(Mexico City)的7.1级地震应该是这次事故的导火线. 

2017年地震后，地铁线路的结构就出现了裂缝，当时仅对桥墩和横梁进行了简单的修补。通过注入树脂、用碳纤维包裹、在底座周围建立一个额外的钢筋套管并在周围浇筑混凝土，相当于增大了桥墩的直径. 不过, 桥墩不是这次事故发生的直接原因, 从下图可以看出, 桥面断裂后两个临近的桥墩没有发生变形. 因此问题可能出在梁上.

2017年地震后发现，其中一根横梁在桥墩的支点处松动，并且发生挠曲, 当时采取的措施是在梁的底部焊接了钢制斜撑，然后削去了断裂的混凝土并重新浇筑。这根梁可能就是这次事故最先掉下来的梁.

4 初步结论

导致这次事故发生的直接原因是施工质量可能存在问题, 间接原因是2017年大地震后对发现的问题没有进行彻底解决, 只是进行了局部的修补, 从而导致了这次事故的发生.