下双层竖向重叠地铁隧道的地震反应

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1、万方数据第28卷第4期2008年11月防灾减灾工程学报JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringV01．28NO．4NOV．2008近断层强地震动下双层竖向重叠地铁隧道的地震反应+陈磊，陈国兴(南京工业大学土木工程学院，南京210009)摘要：由于近断层地震动的特性显著地不同于距断层较远的地震动，基于江苏省的地震环境和南京地铁的建设背景，以深软场地中的双层竖向重叠隧道结构为研究对象，将地基土一地铁隧道体系视为平面应变问题，以软件ABAQUS为

2、计算平台，考虑土体和隧道混凝土的非线性特性，研究了近断层强地震动作用下地铁双层隧道的水平向非线性地震反应特性，并与单层隧道的地震反应进行了比较。结果表明：在近断层地震动作用下，存在地铁隧道外侧的动应力大于隧道内侧的情况，且隧道的动应力比南京人工波(模拟距离断层较远的中远距离地震动)中震、大震作用下的动应力大1．4～3．4倍；双层隧道上、下两层隧道的动应力幅值均比其对应位置处的单层隧道小；双层隧道的相对水平位移均比其对应位置处的单层隧道大，双层隧道上层顶部的相对水平位移是浅埋单层隧道的1．29～1．69

3、倍；双层隧道底部的加速度反应时程曲线与浅埋或深埋单层隧道的区别不大，其峰值加速度的差异在10％以内。关键词：地铁隧道；竖向重叠；近断层强地震动；非线性中图分类号：U459．3，TU435文献标识码：A文章编号：1672—2132(2008)04—0399—100引言随着社会经济的发展，城市交通已成为制约城市全方位发展的“瓶颈”。在城市地面发展空间日益紧张的情况下，修建地铁是改善城市交通的最佳途径。近年来我国城市地下隧道工程发展迅速，至2006年底，北京、上海、南京等10个城市有23条轨道交通线路投入运

4、营，总长581km。到2020年，我国将有约30个城市有发展城市轨道交通的可能。到2050年，南京的轨道交通线网将由10条地铁线、4条轻轨线构成总里程为433km的网络。地下空间的不断开发和利用，必然导致城市地下空间趋于紧张，从而出现了双孑L重叠隧道，如日本京都的四孔近距离地铁隧道、新加坡的四孔快速地铁隧道、俄罗斯以及我国台湾的垂直双孔隧道[1]。深圳地铁一期工程罗湖至大剧院也采用了重叠隧道的布置形式，如图1所示[2]。根据2050年南京市快速轨道线网规划图，出现了很多双线重叠地段，采用双层重叠隧道是

5、一种较优的选择。(a)断面1(b)断面2(c)断面3m图1深圳地铁重叠隧道断面Fig．1Threetypicalcross—sectionsofdouble—layeredtunnelsofShenzhensubway20世纪80年代末以来相继发生的一些大地震，如1989年美国LomaPrieta地震、1992年美国I。an—ders地震、1994年美国Northridge地震(M。6．7)、1995年日本Kobe地震(眠6．9)、1999年中国台湾集集地震(M。7．6)和土耳其Izmit地震(Mw7

6、．6)，造成了大量的人员伤亡和工程结构的破坏。从这些破坏性大地震获得的强震记录中发现，近断层地震动特性显著地不同于远离断层的地震动，如近断层强地震动的集中性、破裂的方向性效应、地表破裂和永+收稿日期：2008—03—06；修回日期：2008—04—21基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目(90715018)、国家自然科学基金项目(50578076)、江苏省自然科学基金重点项目(BK2006702B)资助作者简介：陈磊(1982一)，男，博士研究生。主要从事城市地下结构抗震研究。Email：eme

7、raldl982@126．corn万方数据400防灾减灾工程学报第28卷久位移、上盘效应、近断层的长周期速度大脉冲等。这些基本特征虽然并不一定在一次地震中同时出现，但已被证明为近断层地震动所特有。近断层破裂方向性的影响，在周期大于1S、距离小于50km的范围内可能是显著的，且影响程度与地震震级、场地相对于断层的几何位置有关，1994年美国North—ridge地震和1995年日本Kobe地震都显示了近断层强地震动巨大的破坏力。这两次地震中记录到的峰值地面运动速度高达175cm／s，近断层的脉冲周期在1

8、～2S范围内[3“]。在Northridge地震中，在大约20×20km2的震中区水平向和竖向峰值加速度均超过1g，比预计的地震动要大2倍以上；Kobe地震对地下结构造成了前所未有的破坏，在距断层破裂带5km范围内的工程场地中遭受严重破坏或倒塌的建筑物占总数的90％。此外，2007年我国云南宁洱地震(M6．4)，由于震源距宁洱县城很近，且震源深度较浅(5km)，造成宁洱城市生命线系统及其他基础设施损坏严重。由此可见，近场地震动对城市地下结构的影响显著，加