山岭隧道洞口段衬砌刚度对其抗震性能的影响.pdf

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1、研山岭隧道洞口段衬砌刚度对其抗震性能的影响李福献(中国铁建二十局集团第四工程有限公司，山东青岛266000)摘要：利用ABAQUS有限元模拟软件建立V级围岩条件下山岭隧道洞口段的地震响应数值模拟三维模型，对比研究其在不同衬砌刚度时的抗震响应情况，从而得到衬砌刚度对其抗震性能影响的规律。衬砌刚度取用2OGPa、30GPa、40GPa、50GPa四种不同工况，在模型底部施加水平方向的地震荷载。通过研究发现：当衬砌刚度为30GPa时能起到较好的抗震效果，且结构强度有较大富余量；刚度为2OGPa时结构偏“柔”致使位移

2、量过大，不利于结构的抗震；当刚度为40GPa甚至更大时，结构的受力和地震过程中的峰值加速度明显增大，且位移量减小不明显，对提高抗震性能作用不大。关键词：山岭隧道；衬砌刚度；地震响应；抗震性能DOI：10．13219／j．gjgyat．2014．03．005中图分类号：U451．4；U452．28文献标识码：A文章编号：1672—3953(2014)03—0015—06随着国家西部大开发战略的深入实施和发展，个对隧道震害影响最为重要的因素：西部地区公共交通建设的投入不断增强和加快。由(1)隧道埋深。由于隧道变形

3、受到围岩的约束，于西部地区多为山区、高原等复杂地形地貌，随之而根据资料显示在许多情况下，隧道的破坏程度随埋来的是山岭隧道的建设数量不断增多。同时，近几深增加而减弱。根据统计可知：当埋深小于50IT1年中国西部地区强震频发，破坏剧烈，给人民的生命时，隧道结构遭到破坏的几率很大，且多数发生严重财产安全带来极大威胁。而地震时位于震区内的隧破坏；当埋深大于50IT1后，隧道结构破坏数量明显道工程如果发生破坏就会成为阻碍抗震救灾生命通减少、破坏程度明显降低；当埋深大于1001TI后，隧道的巨大隐患。如在2008年汶川地

4、震时，位于震区道结构破坏数量和程度进一步降低；当埋深大于都汶公路上的l1座隧道均出现不同程度的损毁；300In后，隧道结构基本无严重破坏情况[1]。2013年芦山地震时，位于震区名雅快速通道上的清(2)隧道结构所处岩层类型和地质构造。围岩泉寺隧道发生损毁。因此山岭隧道的抗震设计及其的性质关系到地震波的传播和衰减，隧道所处的岩地震响应研究日益受到重视。根据作者对相关资料层类型和地质构造直接影响地震作用时围岩对隧道的大量调研和分析发现：在隧道结构的震害中洞口作用力的大小和方式，而作用于隧道结构上力的方段受破坏的情

5、况往往较洞身段更为严重，因此研究式对隧道的破坏形式有决定性的作用[3]。山岭隧道洞口段的抗震响应机理及其相关减震措施(3)地震等级和烈度。地震的震级和地震烈度成为具有重要现实意义且需迫切解决的难题。(震中距)对隧道结构的震害有显著影响。在相同的1隧道洞口段震害影响因素及表现形式地质条件下平均震害率和严重程度随地震烈度的增加而增加。震级代表地震的大小，代表地震本身的1．1隧道洞口段震害影响因素强弱，同震源发出的地震波能量有关，震级越大，所影响隧道洞口段震害形态差异的因素有很多，释放出的能量越大，对隧道结构的破坏

6、越严重。地包括地震强度、震中距、地震波的传播特性、埋深情震烈度表示同一次地震在地震波及的各个地点所造况、隧道与周边围岩的刚度比、隧道所处的地形情成的影响程度，与震级、震源深度、震中距、方位角、况、地质条件、断面形状、地下水状况等因素。根据地质构造等多种因素有关。震级相同情况下，震中对既有隧道震害资料的调查和分析，总结出以下五距越小，震源深度越浅，则地震烈度越大，对隧道结构的破坏越严重L4]。收稿日期：2014—03—24作者简介：李福献(1978一)，男，工程师，主要从事隧道工程方面(4)隧道结构及衬砌厚度。

7、围岩土介质与支护的工作结构刚度失配，容易在两者间产生较大的相互地震国防交通工程与技术_囝20l4第3期·研究与设计·山岭隧道洞口段衬砌刚度对其抗震性能的影响李福献作用力，结构产生过度变形而破坏。隧道结构内力2．1模型概况随衬砌厚度的增加而增大。因此一味增加衬砌厚度本计算模型隧道断面选用两车道公路隧道标准对结构抗震并不利，反而会增加成本，浪费材料。因断面_8](见图1)。土层选用单一土层，将初支和二此在进行隧道设计时，衬砌厚度的选择应该综合考衬综合考虑，洞口仰坡坡度为35。，横向长度取121虑。m(约等于11倍

8、洞径)，并在两侧各增加50m无限(5)地应力。隧道开挖是地应力释放的过程，但元边界条件以避免地震波在模型边界处的反弹；沿由于施工方法和采取支护措施的影响会引起地应力隧道纵向长度取55m；下覆土层厚度取50m(略大的重新分配和某些地段的应力集中。地震会触发这于5倍洞高)；上覆土层厚度最大为30m，每15m些区域的地应力瞬间释放，造成隧道结构的破损，如厚设置一处平台，平台宽3m(见图2)。衬砌刚度分仰拱