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1、公路隧道2010年第3期(总第71期)强震区隧道明洞结构抗震设计易震宇(湖南省交通规划勘察设计院长沙410008)摘要本文探讨了强震区域采用大偏压、高填土明洞方式来减少落石对洞顶的冲击作用和堆积作用的可行性,并采用有限元程序模拟大偏压、高填土隧道明洞结构的受力,分析了冲击荷载作用下明洞结构承载情况,提出了明洞抗震设计重点。关键词公路隧道明洞抗震设计随着西部大开发战略的实施,大量公路、铁路和填土偏压明洞结构配筋也是一样,在地层荷载法的水电建设中的隧道工程将修建在活断层附近和高烈基础上,参照荷载结构法,考虑一定的系数
2、,作为下度地震区,在此区域附近修建隧道的安全问题是工部工作的基础依据,程设计人员关心的首要问题,研究隧道减震措施,防1.2隧道地震震害状况调查止高烈度地震区山岭隧道的破坏,具有重大现实意隧道震害调查表明地震对地下结构的破坏随隧义。调查表明,地震对隧道的破坏主要表现在隧道道埋深的增加而减轻,深埋隧道除由于地震引起断洞口区域,而对隧道洞身影响相对较小,因此隧道洞层错动而产生破坏外,一般很少发生震害。位于Ⅷ口区域抗震问题显得尤为重要。由于环保观念深入度区或以上地震区而地质较差的隧道,其震害主要发生在洞口、浅埋和偏压地段
3、的衬砌,隧道洞口主要贯彻,偏压地形区域,隧道洞口采用棚洞、明洞来减是洞门端墙和洞口挡土墙的开裂和破坏。少开挖,减少山体破坏,运用得越来越多。从台湾集1999年9月21日凌晨1时47分发生于台湾集大地震发现隧道棚洞受损案例偏高,我们基本可中部地区的大地震,是百年来台湾地区最大的天然以得出在地震区域应慎重运用棚洞的结论,那如何灾害,灾区内的公路运输系统满目疮痍,公路桥梁、运用明洞结构,采用合理的形式,减轻地震影响是需隧道受灾最严重。台湾公路局12月10日在九二一要研究的。集集大地震灾害中的公路灾情及抢修报告中揭示:1
4、前言隧道震害主要是洞口边坡坍塌、隧道洞口段棚洞坍塌、无内衬隧道坍塌3种情况。1.1国内隧道抗震研究现状1.3地震震害跟踪结论运用隧道抗震研究目前有两类:一类是工程类比,另通过对地震后隧道洞口段调查分析得出如下经一类是理论模拟,主要研究山岭隧道和城市地铁隧验和结论:隧道棚洞顶板应加大斜度,参考土壤安道的抗震问题。当前的主要研究集中在理论模拟方息角(内摩擦角),使斜度加大,最大可至30°左右,面。以避免崩塌土的积累,造成顶板或梁柱无法负荷而隧道抗震研究方法有:国内外地震震害跟踪,隧损坏;隧道棚洞、明洞宜有足够之长度,
5、以免洞口经道现场踏勘,荷载结构法计算,地层结构法模拟。笔常坍方落石影响行车安全;隧道棚洞、明洞顶板上,者认为隧道涉及岩土问题,研究时应遵循“定性分宜置放足量之废轮胎,以减少落石对顶板之撞击力,析、定量观测”的原则,从大的方案上把握分析,才能亦可废物利用,消耗影响环境之废轮胎;隧道棚洞、制定合理可行的方案,从细微的观察着手,才能确保明洞靠山侧墙面应回填密实,不宜留有空隙,造成积工程质量。明洞作为钢筋混凝土结构,一旦震跨,不水,形成饱和土压,若有需要可加设泄水孔或排水带易清理,对后续抢险救灾反而形成障碍,故设计计算以
6、排除积水,使其减少水平压力。只是为定性分析提供依据,具体实施应进行定量观2明洞偏压高填土受力研究测,在进行结构配筋时应先遵循按最不利情况或计算结果进行,然后通过定量观测,反分析确定合理的2.1抗震明洞断面确定结构受力模式或确定合理的设计调节参数。对于高正常隧道明洞洞顶一般填土1.5～2m厚,以防·17·公路隧道2010年第3期(总第71期)止正常情况下的边坡剥落,并要求及时清除,防止超法明显是不合适的。这里主要计算采用地层结构法过设计荷载回填线,如图1。进行,衬砌拱圈按梁单元考虑,取其最不利值,确定在地震区域,为
7、防止崩塌土的累积加大顶板的施工过程结构受力情况,并考虑一定的安全系数储斜度到30°,同时考虑环保与暗洞顺接等多方面因备,以最终结果作为配筋依据。素,拱圈外最小填土厚度采用4.0m控制。在模拟地震情况下,只考虑一定量落石的冲击作用,分别计算不同落石点对隧道衬砌结构的影响,由于坡面相对较陡,落石在一定的冲击速度下滚落出去,不会堆积在坡顶,因而具有相对的安全性(图2)。图2隧道明洞抗震回填断面2.3明洞结构分析步骤与参数图1隧道明洞标准回填断面明洞施工步骤如下:路基开挖;施作衬砌拱圈及2.2明洞计算分析方法仰拱;拱脚M
8、7.5浆砌片石回填;拱顶3.3m厚度以目前关于明洞计算一般采用荷载结构法进行,内填土填筑;拱顶偏压三角区域回填。通过模拟弹性约束多次迭代,最终得出结构对于弹隧道由于存在高偏压填土,一般的土压力计算性约束的模拟存在很大的变值,无法定量,只能参考方法难于与实际荷载作用相吻合,故隧道填土按一相关资料取值。整体材料考虑。根据隧规第6.2.6条规定,回填土对于高填土偏压明洞而言,是
