【博評】William:三哩島、地震塌樓與災難的複合因素

2025-03-30 23:28:22 最後更新日期:2025-04-01 10:57:11
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

Advance1三哩島核電廠是美國最早第二代核電廠之一,而其也是民用核電爐芯溶毀的第一次,之前的都是軍用反應堆和小型堆事故,甚至有故意讓反應堆暴走以作評估補救措施的可控實驗事故。事實上,核事故的複雜性也和空難一樣,是大型災難「多重合力」的經典案例。(圖片來自大英百科全書) 

 

1979年3月28日發生人類史上第一次民用反應堆熔毀事故,至今已46年。

當天凌晨,三哩島核電廠2號反應堆的二回路冷卻水過瀘器被異物堵塞,工人用高壓水噴射清理時不小心讓部分水濺到附近儀器的管道中,結果導致數個水泵陸續自動關閉及渦輪機跳閘,由於沒有水供應,直接造成一迴路停機,爐心溫度開始上升並向管道放出大量水氣。除後在一系列混亂的操作下,冷卻水多次進出後最終整個冷卻系統機能暫停,爐心再次升溫且令爐心燃料外包損壞,燃料最終一半融毀並聚稱於反應堆底部,有少量已經由底部反應堆控制棒的縫隙中洩漏。圍阻體內部輻射水平據增。

最後工人們在事故後7小時接上新水泵,並於9小時後完全恢復一迴路冷卻。管道已嚴重受污染,但最終讓反應堆重回可控狀態,危機算是結束。事故中唯一幸運的是:1, 曾發生局暴氫爆,但因為分量太小,無法破壞反應堆;氫氣於第三天才明顯於反應堆壓力器頂部積聚,但由於中央控制系統並未失能,還能進行排障措施,並最終將氫氣排出廠外;2, 厭力殼和圍阻體完全發揮功效,將絕大部分溶解的核物質和其他輻射衍生物都阻擋在隔離區內。

Advance2三哩島事故中部分融毀的二號反應堆在事故後一兩個月保持最低限度冷卻循環,直到正式停堆為止。數年後溫度及輻射水平下降後才打開,可見已溶毀的燃料棒物料已冷卻成團塊狀。照片顏色的異常可能是室內仍有較強輻射(AlphaBeta粒子)射到底片上產生的效果。(網絡圖片)

 

我舉這個日子幹嗎?除了46年後剛好又發生一場災難外,無非是想解釋所有災難性事故都不是單一原因,而是多重合力的果,而且只要一兩個關節點沒問題,災難很可能就可避免。你根本不可能將所有責任推到某個人或某個原因上,尤其在沒有可靠證據的情況下。

現時泰國曼谷審計署總部大樓倒塌事故剛發生沒多久,就有很多相當盲目或者充滿算計的傳言在周圍傳播,並通通指向單一原因:豆腐渣工程。這可是一個愚昧的造法啊!任何事故都是複合原因導致的,只有蠢人才會覺得只有一個原因!

在初步考究一次災難時,你是需要考慮和災難相關的盡量多環境因素 ,其實只要由地質學加建築學等分析,就可以短時間內找出多個影響災難事故的因素,並經過實際證據來考慮這些因素和災難發生的強弱關係和關聯性。就這次事故而言,我想到的關聯因素可分為以下六大方面。

487549405 1791087268450321 2916706959012380119 n今次地震雖然只有一個震央,但整個斷層亦為之斷裂位移,所以沿斷裂帶都有極強震感,而且震央的地震是沿斷層快速移動,能量更集中向東南偏南釋放,曼谷就在斷裂帶最南端延伸500多公里的位置上。(圖片來自連結)

 

1. 地震烈度與震波問題?

今次地震達到矩震級7.7或7.9級,相當巨大,但有人經常質疑為何1000公里外的泰國都受影響?事實上,只要留意今次地震,伴隨的是整條斷層帶斷裂,地震波更多是沿斷裂帶快速傳播,形象地說都是全斷層都有7級以上強震,地震波也變相傳更遠。更有甚者,這條斷層南端是指向曼谷附近,距離也就500公里,加上地震波變相向南集中釋放,變相曼谷距今次強震也只有500公里而已。

在地震發生時,地震波的特定頻率波動,若遇上某件物件固有頻率相當(由其大小與質量決定,表現為這東西自然的擺動頻率),就有可能起加乘作用。若腳下的砂土層很厚,釋出的頻率波長更長,共容易與高層樓宇發生共振,不過因為變量不同,共振(尤其是嚴重共振)的出現是有其偶然性(圖片來自連結)

 

 

2. 曼谷地理-盆地效應加劇共振及土壤液化問題?

地震波在傳導時會不斷衰弱,但長波比短波的衰減速度會慢不少,所以今次傳到曼谷的地震波多是長波。然而曼谷大部分地區其實是建在湄南河及其水系所形成的下遊沖積平原上,地下有相當厚的砂土層,一旦遇上地震波,首先形成的可能是土壤液化,在特定條件下出現的狀況可能令地基局部沉降,令樓宇即使結構有安全,仍有歪倒的風險;

Liquefaction at Niigata土壤液化是指的一個術語,指土壤因地震的壓密作用,造成原本在深層土壤的水份被擠壓到表層,土壤顆粒間的有效應力下降為零,土壤失去剪應力強度(簡單可視為失去承托力),上面的建築物可以下沉或傾倒。不過由於水份位置和土壤密度各有不同,土壤液化更容易出現在同區中個別醠容易出現的地區,例如1964年新潟地震中,同一居民區中有的整座翻倒,有的卻一點事也沒有。(圖片來自維基百科)

 

其次是長地震波遇上和其波長相約的某件物件固有頻率相當(由其大小與質量決定),則有可能產生共振而發生強烈震動,繼而可能對建築物造成強大破壞。

Advance1986年墨西哥地震可能是近世盆地效應中最具災難性的體現。事實上這次地震的震央遠在墨西哥城400公里之外,至200多公里外時震感已大幅減弱,但地震波到達盆地邊緣後,即因共振效應而大幅加強,最大時甚至比震央更大,而且盆地中的砂土更可能延長擺動 / 共振的時間,對該城造成超乎想像的破壞。(YOUTUBE擷圖)

 

更有甚者,曼谷及其下面的的沙土層相當厚,很可能發生盆地效應,大幅加強傳過來的震波甚至發生共鳴,砂土也會加長搖動的時間,事實上當時泰國市中心很多建築也發生較長時間的搖晃,看上去根本不像普通四級地震,不過這些大樓結構完整且和震波吻合度未必很大,才不致倒塌而已,但那幢未建完的建築的自然頻率和長波相當,就有可能發生預期以上的共振並破壞建築結構

flat slab根據台灣的土本工程師指出:1. 因為沒有橫樑/橫檻全隱進地板中,各支柱會產生過大剪力,而使板造成貫穿的情況,通常要加因此應柱帽(柱冠)來防止;2.不能承受太大的垂直荷重,要用其他方法(如在柱之間加入箍筋補強)以增加其韌性;3. 只能承受垂直載重,無法承受地震力,必須靠板四周的樑柱或剪力牆來承受,4. 常被樓梯、車道、管道間貫穿,這些破口必須加以補強解決。

 

3. 設計問題與泰國抗震標準??

泰國在2007年就開始第一個「B.E. 2550」建築安全法規,而且「按不同府的地震風險分類,對各類別的府有不同建築防震要求,其中在曼谷,防震要求適用於15米或以上的建築,需要能抵禦黎克特制7級地震。」最新一條是「B.E. 2564」,去年才開始實際執行,除了全國分級外,還開始對外牆物進行規管。(資連可看結料)

 

不過由已有的圖紙及工程描述看,負責設計的意泰發展股份有限公司,採用Flat slab floor(無樑樓板)再加中央的主結構柱來的建築技術去設計該樓宇,優點很多,但缺點也明顯,這種技術在各樓層的抗地震能力比較一般,詳情可看上面圖片說明:

 Advance3現時唯一流出的、曾公開過的泰國國家審計署大樓低層平面圖。可見其中心筒的偏移設計以及四周作為支撐上一層結構的金屬柱。另外縱橫交錯的鋼纜陣和疑似拉緊架構,可能是指下面提過的「應力鋼筋系統」。不過疑似是今次事故關鍵的高層結構圖,則還未有公開。(YOUTUBE擷圖)

 

除此以外,有土木工程師也發現原圖則展示的中央筒結構也有些問題,例如中央筒不在正中而是偏向一側,建築物剛心與重心偏差較大,地震時可能加大扭轉效應;筒心設計也很奇怪,外殼偏薄,空心地方太大,一字牆太多等,整體抗震能力也一般,整體也缺乏重要的補強措施(如縮短外柱間隔/增加支持等),事實上整個設計的抗地震能力也顯著不足。

  

4. 審計部審批圖紙與中途修改圖則問題?

承上而論:為何意泰發展股份有限公司競標時,用了似乎抗震能力不夠的技術去投標而且業主(泰國國家審計署)又同意?審計署自己沒人看圖紙有沒有問題或合不合乎抗震要求的?協助看圖則的其他部門又有沒有按照那些「B.E. XXXX」建築安全法規進行考核??他們不是請了當地大型監理公司PKW合資企業監督項目,但為何好像又沒有人發現問題及提出質疑的?又或者是這些安全法規有內在問題,有時無法有效執行,才給部門和投標者走到法律罅」??

48673408479 n2004年南亞大海嘯引致布吉島等沿海地區的破壞,促成泰國於2007年提出抗震標準,不過其詳細資料似乎只有泰國方面才比較熟悉,而且不排除當時初期法規訂立有問題,到十多年後才慢慢完善化。有些當地高人在造是次災難的力學模型時,似乎暗示當時的法規在標準設定上有些問題,執行上有相當困難。(YOUTUBE擷圖)  

 

 

這裏也有一另個問題:有泰國媒體報道指「在施工期間,審計長辦公室有必要延長上述期限(指和PKW合資企業簽訂的監督工程合約),使合約於 2024 年 6 月 3 日到期,原因如下:1.首次因拆除區域內原有建築物停工政府因疫情擴散公告及奠基儀式,共58天;2. 第二次是由於荷載係數、核心牆和地下室卡車交通等施工計畫的修改。總長97天……」似乎中途也有修改過,不過修改似乎也在業主和監督公司短情且可能審核過的情況下被接納。這個原公司的工程修改是否存在問題?監督項目的監理商PKW合資企業又有沒有詳細考究過?

 Advance4 1倒塌現場的殘骸,有很多人很喜歡只看一兩張圖就說事,但這些卻要經過化騎及各種實驗分析才能得出結論,而且也要分析建材質量問題究章佔整場災難的權重。若只是少量質量問題,可能也對災難的發生並無明顯影響或加成。(網絡圖片)

 

5. 承建商因素?

由於現時還未有深入的材料測試和詳細報告,事實上難以分析承建商(即中鐵十局)所謂「偷工減料」或是否有依照原圖則要求進行施工等;另一方面,若果圖則在原計算上可能就出現問題的話,該公司是否有能力看出來 / 計算出來?作為承建商是否有責任提出設計方的問題並要求改進?

另外,問題亦可能延伸到更基礎的材料供應商,產品是否有合乎規格等,這點更要慢慢詳談,就以現時該大樓所用鋼筋為例,已知有中資在本地建廠、台資(太宇股份有限公司 /TY Steel Co., Ltd)與印資合營企業。(註:文章刊出後,泰國公共電視台轉述泰國工業部發表初部檢測報告,22條隨機抽樣鋼筋中有兩條似乎未達標,連結如下)

 486734108479 n一般用管道包覆的預應力鋼絞線系統,拉緊後可起到一定的穩固作用,但有工程師指出這種方式作用比較有限,若原設計本來就不合理,中央筒抗扭剛度不高時,反而可能發生危險。(YOUTUBE擷圖)

  

6. 減搖措施與樓宇未完工?

雖然根據建築方中鐵10局當地子公司所說,去年即已平頂,但根據泰國國家審計署所述,該樓只完成了30%。由於原設計有較明顯不耐震特點,會否是使用另一些後加提高應力防震的額外裝置?中鐵十局的論文有指出,他們的建築方法是在無樑樓板上應用預應力鋼筋系統,即類似建橋時很常見的預應力組件,架設完成後才拉緊應力鋼索,形成最終的預應力結構。會否大樓雖然「已平頂」,但「30%的結構完成度」會否也代表預應力鋼索還未到要拉緊的工序階段呢?

泰國常用的塔式起重機搭建形式也可能對災難「出一把力」:和香港大部分塔式起重機稍有不同,他們會在在建大廈上建固定點,然後把塔式起重機接上去,以提高安全度。不過在地震或共振搖晃的情況下,固定式塔式起重機是否又會把已經搖得厲害的建築物「再扯一把」,令其結構失衡?這也是個需要思考的因素。

 

 

有YOUTUBER表示該中心頂樓的塔式起重機可能是壓毀駱駝的最後一根稻草,這樣說未必有根據,但一座重量可達200噸以上的機器钉在樓宇旁,不但可能改變樓宇重心,且地震中大廈擺動時可能也連帶搖動起重機,有機會進一步加大大廈的擺動。

 

 

結語:其實現在已有好幾位業內人士已經沿上述的因素組織思路,嘗試解釋引發是次災難的各種原因及過程,並嘗試了解災難中各項因素的權重。只是這是少數用專業眼光判別,其他的人人是磚家,卻不知專家從來不會一口咬定某單一原因(且根本未查明)導致災難?這種頭腦簡單的思維,究竟是蠢、是壞,還是又蠢又壞?(當然,那島媒體大肆宣傳似乎只有一個原因,會否代表只是協助某黨大X免投票的一種下作?)

發佈於 博評
By 2025-03-30

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