今年1月12日，萧山小学科学网登载了我区科学教师李国兴一篇文章：“低频振动、低频共振导致‘杭州地铁’瞬间坍塌”（见附件）。在这篇文章中，作者根据已有的资料和信息，对杭州地铁“瞬间坍塌”的原因，作了以客观现象为依据的理论分析，提出了自己的观点。由于受条件的限制，作者未能对地铁工事中的挡土墙、支撑钢管等设施进行固有频率的测试，得不到数据方面的证据。
当时李国兴老师也把这篇文章寄到杭州市人民政府办公室，随后市政府把这篇文章转到杭州地铁集团，引起了杭州地铁集团的关注。
作为一名科学教师，在搞好教学的同时，善于用科学眼光关注社会生活问题，保持科学教师观察、分析、思考的敏锐性，也是提升自身科学素养的重要途径。
Xshsd 2009.3.2.
附件
低频振动、低频共振导致“杭州地铁”瞬间坍塌
杭州市萧山区任伯年小学科学教师 李国兴 邮编311241
摘要：2008.11.15日3时许，杭州在建地铁湘湖站工段瞬间大面积坍塌，造成了人员伤亡、造成了财产损失。究竟是什么原因造成杭州地铁瞬间坍塌？各种说法难以让人信服。杭州地铁紧贴风情大道，坍塌时正值风情大道十字路口红灯等候，笔者认为是等候车辆发出的低频振动引发了地铁挡土墙、支撑钢管的共振，从而导致了在建地铁工地的瞬间坍塌。
关键字：低频振动 低频振动 地铁坍塌
2008年11月15日15时20分，杭州地铁一号线湘湖站工段施工工地(露天开挖作业)发生地面塌陷事故，造成长约100米、宽约50米的正在施工区域塌陷，施工现场西侧路基下陷达6米左右，将施工挡土墙全部推垮。事故发生时，正好遇上风情大道交通红灯，有11辆汽车下沉陷落。
这次地铁塌陷事故造成了人员伤亡，造成了财产损失，许多专家对坍塌原因提出了自己的看法，有王梦恕院士的“突发性自然地质灾害”说，有中隧集团专家的“临界平衡状态”说，还有其他的各种原因说法。然后，各种说法难以支持杭州地铁的瞬间坍塌。
笔者认为：是低频振动、低频共振导致“杭州地铁”的瞬间坍塌。
一、汽车的低频振动改变了路基下土层密度
风情大道来往车辆繁忙，其东侧因地铁施工被挖空，依靠挡土墙把风情大道拦除，路面上汽车的发动机产生低频振动，振动频率约在33Hz左右。汽车产生的振动波向下传播到路基下含水量丰富的粘性泥土，向西可以传播到农田，向东传播在地铁的挡土墙受到阻挡。
如果把风情大道上行驶的汽车、风情大道下面含水丰富的粘土、地铁的挡土墙当作一个整体系统来考虑，其状态类似于浇注混泥土预置品的场面，挡土墙相当于模板，汽车相当于振动机，路面下含水量高的粘性泥土如同刚配置的混泥土。车辆振动的结果是：风情大道路基下粘土层原有的密度分配被改变，粘土中质量较高的沙质土向下沉，质量较低的水、淤泥向上浮，挡土墙承受了很大的向东方向的推力；当夜间道路空闲振动停止时，路基下面泥土层中浮在上面的水向东侧的挡土墙渗透或渗漏，导致泥土层上端的密度越来越小，甚至出现空穴。这样的路基状态为后来的大面积坍塌创造了条件。
二、红灯等候的汽车形成了一个高能低频的共振源
地铁坍塌时刻，风情大道交通繁忙，许多辆汽车正在风情大道坍塌处的十字路口等候红灯。在这个十字路口集合了几十辆甚至上百辆的汽车。
1、在风情大道等候红灯的那么多汽车其发动机均处在怠速状态，其振动频率也基本相同（汽车怠速振动频率约在25-30Hz左右）；
2、风情大道上还有很多辆汽车正在减速驶入路口的红灯等候区域，其车速度很慢，其振动频率与怠速等候车辆的振动频率相近；
3、与此同时，与风情大道相交的那条横路上的汽车正在绿灯通行，因其是刚刚启动行驶，其振动频率与怠速等候车辆的振动频率相近。
因此在这个十字路口许多辆汽车发出了频率大致相同的振动波，振动波叠加在一起，形成了一个能量很大的低频振动源，其振动频率估计在25-33Hz左右（因差频、频率、倍频等原因，还会有其他的频率），许多辆汽车产生的振动波携带巨大的能量，向东直接冲击紧贴路基的地铁挡土墙、钢管支撑架。
地铁挡土墙、钢管支撑架的固有频率一旦与车辆振动频率相同，就会引起共振，并造成瞬间摧毁式坍塌。虽然尚未知道地铁挡土墙、钢管支撑架固有频率的精确值，但根据经验判断，其固有频率也是一个低频，与汽车振动的频率基本吻合，因此在此时产生共振的可能性非常大。
三、目击者的描述可以判断出坍塌时经历了共振
从地铁坍塌目击者的描述中，我们可以判断出杭州在建地铁的坍塌，不是承载超负引起的下沉式坍陷，而是共振引起的摧毁式坍塌。
目击者赵师傅：赵师傅猛吸了几口香烟，开始说话，“就那么一眨眼的工夫啊，没任何征兆，旁边就塌下来了。” 有那么一会儿，他感觉自己经历了“地震”。顷刻间，他们施工的区域，先是来了很大一阵烟，接着巨大的钢柱一根根地倒下，这让他的脑袋里一片空白。摘自《司机助26名乘客脱险：透过挡风玻璃看不到》一文，2008年11月16日12:33解放网。
目击者叶志国：家住富阳的，工地上做泥水工，今年42岁，女儿才3岁。事发突然，他只听到一声巨响，然后就看见近1米粗的钢管，一根接着一根往下掉，还有泥土飞扬，连对面的人都看不清。摘自《司机助26名乘客脱险：透过挡风玻璃看不到》一文，2008年11月16日12:33解放网。
目击者宋长发：男，浙江淳安人，施工方木工，事故发生时，宋长发正在地下作业，“突然间听见钢管爆裂的声音，就知道出事了！”。之后，宋长发和工友们一齐向北方向撤出，“坍塌是从南边过来的，一直向北过来！”宋告诉记者，“钢管乱飞，还有大块大块的掉下来，像电影里面演的。” 摘自《地铁坍塌现场目击者忆:坍塌如电影里一样》一文，2008年11月17日16:29 中国新闻记者古其铮。
目击者四富美珍：“事故发生时，我和丈夫从南向北行驶。”富美珍告诉记者，当时她的第一感觉是地震了，但随后地面就发生剧烈地变动，“路面开始一边高一边地，并且一大块一大块地陷落。”富美珍和丈夫开始向周边安全地带奔跑，剧烈的坍塌在其身后蔓延，在坍塌过程中，坍塌伤到了富美珍的腿部。摘自《地铁坍塌现场目击者忆:坍塌如电影里一样》一文，2008年11月17日16:29 中国新闻记者古其铮。
许多目击者都听到了一声巨响，如果是一般的下沉坍塌，即使有声音产生，也不会是“一声巨响”，共振引起的坍塌才会产生巨响。
目击者看到有“尘土飞扬”、“先是来了一阵烟”的景象（这里的烟实际是飞扬的尘土，是目击者赵师傅脱险后紧张，把飞扬的尘土说成了烟）。如果是一般性的下沉坍陷，而且这里前几天刚刚下过雨，就不会有尘土飞扬，是钢管等支撑物的共振才引起了“尘土飞扬”。
目击者听到“钢管爆裂声”、看到“钢管乱飞”。钢管在地铁工地主要起支撑作用，其受力是两端向中间挤压，如果钢管的支撑力量不能承受压力负荷，钢管会被折弯或折断，但而不会产生“钢管爆裂”或“钢管乱飞”的现象，钢管的“爆裂”、“乱飞”现象是由共振引起的。
目击者看到感到“像地震一样”、“坍塌从南边过来”。当振动波在地铁施工场地内引起了共振，才给人以“像地震一样”的感觉。由于振动源在风情大道南端的十字路口，当共振波从南向北传导时，风情大道的路面顺着振动波的方向由南向北塌陷（路基塌陷另一个原因是前期车辆振动改变了路基下土层的密度以及空穴的形成）。
综上分析，有理由相信，低频振动、低频共振导致“杭州地铁”瞬间坍塌，这个低频振动是由许多辆汽车提供的。
对于其它的地铁、隧道塌陷事故，我们同样可以在低频振动和低频共振方面找到原因。2007年3月28号早晨，北京苏州街附近的地铁10号线工程发生塌方事故，2007年12月17号下午4点，南京地铁2号线施工面突然发生断裂，导致市区主干道路面塌方事故等等，均与低频振动、低频共振有一定的联系，在此提醒地下工程的设计、施工和管理部门，对低频振动、低频共振带来的危害给予足够的重视。
参考文献：《汽车振动学》小林明著 机械工业出版社
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