公路连拱隧道与小净距隧道地震动力响应对比分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1问题的提出我国是地震多发国家，大部分地区都是抗震设防区，尤其西部更是位于强震地带。然而随着西部大开发策略的实施，更多的隧道工程仍将不可避免的修建在西部强震地区。受特殊地形及地质条件、总体路线线形、线桥隧衔接方式和工程造价等因素的限制，双洞隧道左右线间距总不能保证达到规范要求，为获得良好的技术经济效益和环境效益，连拱隧道和小净距隧道方案则成为重要的可选方案。．然而，在高烈度地震区修建连拱隧道或小净距隧道这两种结构形式具有较强的比选性，在高烈度地震区或活断层附近修建双连拱或小净距隧道是否安全?双连拱隧道或小净距隧道在强烈地震作用下的动力响应有何

2、规律?两种隧道结构型式动力响应规律存在何种差异?影响两种隧道结构型式的动力响应的因素又有那些?通过对这些方面的研究，可以为工程设计及施工提高可靠的依据，具有十分重要的工程理论和实践意义。1．2国内外研究现状1．2．1震害实例与震害特点长期以来，人们都认为地下结构的抗减震性能要优于地面结构，因此地下结构的抗震研究起步较晚，然而事实上在一些大震中隧道遭受破坏的例子不在少数，下面列出了近几十年来发生在隧道及地下工程中的主要震害实例【M】：1923年日本东京大地震(烈度X度，震级8．3级)损坏了东京附近25座隧道，其中洞身破坏14座。这些隧道距震中较近，均未穿越断层，其破坏型式主要表现为拱部和边墙坍

3、塌、衬砌开裂和变形错动、洞门破坏等。，1930年日本伊豆7．O级地震时，丹那第一线铁路隧道正在施工。该隧道通过安山岩和凝灰岩，上覆厚约40m由粘土和漂砾组成的湖泊沉积。地震使排水隧洞在横穿丹那山断层处水平错位2．39m，竖向错位0．6m，主隧道边墙数处裂缝。1952年美国加州克思郡7．6级地震，使位于南太平洋铁路线上的四座隧道受到严重破坏。这四座隧道均通过白狼断层破碎带，其中3号隧道横穿白狼断西南交通大学硕士研究生学位论文第2页层，埋深46m，边墙混凝土被压酥，一处边墙上跳并将扭曲变形的钢轨压在其下。4号隧道埋深38m，一处边墙横向错动达50era。5号隧道埋深69m震后地面裂缝，一处透项坍

4、塌，泥石流入洞内。6号隧道埋深15m，衬砌断裂剥落。1961年日本北见野地震，一座电站输水隧洞衬砌产生纵向水平裂缝两处。。1964年日本新泻地震时，市内下水管道遭受严重破坏。箱形和圆形污水管道受地震影响出现了脱节、裂缝、蛇状弯曲、高程变化和隆起等现象。并在某些地段圆管外露到地面以上。1970年我国云南通海地震造成公路涵洞及隧道洞口段坍塌。1971年美国圣佛南都6．4级地震使多座隧道受到不同程度的破坏，其中巴尔宝隧道浅埋段位于SantaSuzana断层以南仅30m，混凝土衬砌严重剥落和破碎；圣佛南都隧道邻近Sylmar断层处衬砌损坏和错位，一处竖向错位达2．29m，产生挠曲裂缝：麦克莱隧道衬砌

5、中出现长而宽的裂缝。范诺曼罗斯隧道混凝土衬砌出现数以百计的非构造性裂缝。1975年我国海城地震，个别隧道的入口端墙与翼墙上沉降缝变形较大。1976年唐山地震，市内地下管道受到剪切破坏。1978年日本伊豆尾岛7．0级地震时，Inatori隧道所在地区出现一条横截该隧道的大断层，隧道中央地段发生破坏，隧道仰拱及初衬严重开裂，隧道中央混凝土剥落冒项，塌入大量土石，钢筋被拉断，衬砌断面严重变形。1983年5月19日，震中距上海市150km以外的海面上发生里氏6级地震时，上海市打浦路管片隧道出现了5条可见裂缝，泥水挤入隧道与竖井的结合部，因及时堵塞，才未造成祸患。1993年日本能登半岛海面6．6级地震

6、造成震源(其北约26km，深约25km)附近的木之浦隧道发生拱项冒项，坍塌并堵塞行车，灾害严重。1995年日本Hyogoken-Nanbu地震(阪神地震)造成灾区内10％的山岭隧道受到了严重破坏，必须进行修复和加固。地铁结构在这次地震中更是发生了大规模损坏，隧道衬砌大面积开裂，相当一部分车站立柱被压坏而造成地面塌陷。1999年台湾集集地震后，对总共57座隧道作出的系统调查发现，49座隧道受到了衬砌混凝土块龟裂、掉落，甚至钢筋弯曲等不同程度的破坏。台湾中部距离发震断层25km范围内的44座受损隧道中，严重受损者占25％，中等受损者占20％，轻微受损者占55％，并且隧道的破坏与地质条件、隧道结构

7、等多西南交通大学硕士研究生学位论文第3页种因素有关。2008年5月12日中国汶川8．0级大地震，多处隧道衬砌混凝土出现裂缝，及多处边坡失稳，给社会经济与生命财产造成重大损失。众多学者基于以往的地震观测资料及深入研究结果，总结了地下工程地震反应的特点【5】【7】【8】【9】：1)浅埋结构比深埋结构遭受的破坏程度严重，地下结构的地震破坏程度一般比地上结构低；2)穿越活断层或断层破碎带及岩体结构面较发育的地下结构在