【結構安全篇】 探尋918地震|解讀斷層傳來的訊息

在917、918地震過後,我們跟著台灣東部地震研究中心、國家地震工程研究中心、台灣大學地質科學系等專家學者,一起來追探地震造成的影響,解讀沿著斷層所遺留下的種種訊息,找出未來與地震共存的因應之道。

9月17日晚間9點47分,台東關山發生芮氏規模6.4的地震,不到17個小時,9月18日下午2點44分,台東池上又發生芮氏規模6.8的強震。中央氣象局地震測報中心主任陳國昌在18日記者會上說明:「我們從50年都找不到大的地震,就可以知道,這個地區可能已經超過上百年沒有大地震,它累積的能量是非常大。」

地震破裂方向性效應,震央北部花蓮玉里受災嚴重 

地震發生後,各地陸續傳出災情,花蓮玉里鎮上,一間便利商店應聲倒塌,激起漫天粉塵;而玉里鎮赤科山與富里鄉的六十石山,都因為地震引發山崩,從空拍畫面可以看出赤科山聯外道路被崩落的土石掩埋,在六十石山還有遊客的車子被落石擊中,工程單位緊急派出怪手清理路面,9月19日中午,六百多位居民與遊客才全數脫困。

六十石山被落石打中的車輛

道路搶通後,電信公司人員終於可以進場修復通訊設施,不只通訊一度中斷,許多水管也在地震中破裂,自來水從馬路裂縫中不斷湧出,地震後光是玉里鎮就有超過1400戶停水,自來水公司設立臨時供水站應急,除了停電停水的不便,被震裂的地表和房舍更讓居民怵目驚心。

918地震地面龜裂,自來水管破裂

居民江先生回憶當時:「因為我家是前後兩棟,現在變成後面棟往前擠,向前擠的時候,樓梯向下擠,棟距之間的板子通通都被擠碎了,就像下面那些石板,全都拱起碎掉。」

這次917與918地震的震央,分別位於台東關山與池上附近,但花蓮富里、玉里一帶也受災嚴重,原因可能與地震破裂方向性效應有關。中正大學地球與環境科學系教授温怡瑛指出,918地震往北延伸發展的趨勢非常明顯,以最大地表加速度的分布來看,也是非常明顯的線性往北發展的趨勢,因為玉里剛好位於震央北方,因此受到的震度最大。

這兩起地震在震度分級上都是「6強」的烈震,僅次於7級劇震,震源深度都只有七公里左右,屬於極淺層地震。温怡瑛說明,震源深度越淺,地震能量從地底傳到地表的過程中,能量消耗得就越少,傳到地表時震動力還非常強,因此越淺層的地震,越容易造成很大的災害。

蓋錯方位、結構不良,都是建築受損的可能原因

玉里一帶許多建築都在強烈的震動下損毀,春日國小連接兩棟校舍的走廊,整個垮了下來。教育部校安中心統計,截至9月19日下午,全台共有355所校舍因地震受損,災損金額近5500萬。

春日國小走廊在918地震中受損,迅速拆除

除了公共建築,許多民宅也在地震中受損。中央災害應變中心統計,截至9月21日,花蓮、台東合計已有231件危險建築通報,已鑑定評估完成、屬於「紅色危險」等級的建築有17棟,必須經過補強確認安全無虞才能繼續居住。

經評估有危險之虞的建築被貼上警告標誌的紅單

在玉里松浦一處被貼上紅單的民宅前,雖然已經過初步清理,仍可以看出路面隆起、破裂往前延伸的痕跡,前來現勘的國家地震工程研究中心主任周中哲,認為這是斷層通過的跡象:「你可以看到這些地方是沿著這方向動,也就是我們所謂的逆衝斷層,這長度其實很長,這邊沿路大概兩三百公尺,可以看到所有的房子、建築物是被抬起來的,大概有10到20公分的落差,我們推估應該就是這次地震斷層通過這個地方。」

國震中心周中哲主任認為松浦這排民宅前方隆起處就是活動斷層經過的跡象

離開縣道繼續往村落走,一棟歪斜的民宅,側邊有一條明顯的裂痕,已經搖搖欲墜。但左鄰右舍座向與它不同的房屋,雖然外牆或地坪有些微裂痕,至少還站得穩穩的。國震中心分析,建築一樓出入口因牆壁面積較少,是建築的「弱軸」,兩側都有牆壁的方向則是「強軸」,周中哲說明,這個區域斷層多為南北走向,地震運動多為東西向,因此房屋的強軸若為東西向,在地震來襲時會相對穩固。

可以看見房子的強軸與地震運動方向不一致,牆面出現明顯的裂痕
花蓮玉里一處道場一樓柱子貫穿,二樓直接掉落至一樓。

玉里一座一貫道道場,則是一樓被震垮,柱子還貫穿了二樓樓板。周中哲在道場附屬建築觀察到不少呈45度角的裂縫,這是建物受到剪力破壞的跡象。主要建築有兩個構架,體積比附屬建築大,因此承受更大的地震力而倒塌。他初步判斷,這棟建築原本就應做剪力補強,樓板貫穿強度可能也都不符合現在的要求。

東部交通受創嚴重,鐵路運輸可能中斷數月

東部好幾座橋梁,也因為地震受到程度不一的損壞。寶華大橋、長富大橋以及玉長大橋受損嚴重,緊急封閉;崙天大橋兩端橋面呈現波浪狀,中間橋身斷成好幾截,高寮大橋彷彿被一隻看不見的大手推倒,一大段橋面幾乎呈九十度橫躺在溪床上。兩座倒塌的橋樑,最長可能要三年後才能重建完成,目前改為單線雙向通車的玉里大橋,是僅存聯絡秀姑巒溪兩岸的橋樑,但同樣也需要詳細檢測、進行後續補強。

傾倒的崙天大橋
受損嚴重的高寮大橋

國震中心勘災團隊走下溪床,撥開長長的芒草,檢視高寮大橋斷裂的橋柱,發現因橋梁興建年代較早,鋼筋搭接方式不符合新的耐震設計規範,不足以因應超過規模6的地震。此外,周中哲從崙天大橋的破壞形態,初步研判可能有施工不確實的情形,但還需要進一步確認:「下一步要做的應該是把橋柱下面稍微挖開,看看它在橋柱底下的基礎是不是有做的確實」。

國震中心研究人員正在勘查橋梁受損情形

918震後的重建課題

921地震,促使政府全面提升建築耐震設計規範,但在917、918地震中損壞的建築、橋梁,許多都是在921地震前興建,包括玉里鎮倒塌的便利商店。為了鼓勵興建年代較早的私有建築進行耐震補強,營建署提供私有建物耐震補強補助,但申請資格僅限公寓大廈,花東鄉鎮地區占多數的透天厝或平房不在補助範圍。周中哲建議花蓮、台東地方政府可以跟中央政府合作,協助鄰近斷層帶的私有民宅進行耐震補強。

花蓮玉里星鑽大樓圍牆倒塌

花東地區橋梁為了聯絡東西向交通,通常為東西向,然而台東、花蓮的斷層,像是池上斷層、玉里斷層、鹿野斷層等,皆為南北走向,橋梁的興建位置很難避開斷層。周中哲建議,未來橋梁重建時,必須考慮斷層錯動的位移量,允許橋梁結構有比較大的變形,「橋的路線也很重要,你可以稍微偏一點,不要跟斷層剛好是垂直的。」

此外,維生管線的設計,也應該加強韌性,降低未來地震發生時,停水停電的機率。例如每隔一段距離,將管線材質改為軟管,使它在地震時有較大的位移空間,不致太容易斷裂。

在918地震中,學者也觀察到它不尋常的特性。周中哲說明,地震震動方向有東西向、南北向、垂直向,現行的耐震規範設計,通常假設這三個方向的地震力不會同時達到最大,「但這次地震在東西向、南北向、垂直向的地動加速度,都達到400、500gal左右,這有可能是近斷層的特殊效應,這次觀察到的現象,是未來我們改善耐震設計規範的機會。」

玉里大橋橋面橫向位移
高寮大橋橋面縱向裂開

台灣雖然是地震頻繁的國度,但當大震來襲,往往還是會震出新的課題。例如2018年的花蓮地震,推翻了卵礫石層為主的地質,不易發生土壤液化的認知,後續中央地調所也公告了花蓮縣的土壤液化潛勢區域。如何將每一次的震災經驗,轉化為防災的養分,是地震之島的子民無法迴避的功課。

延伸閱讀》國震中心0917-0918勘災報告

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