山岭隧道地震震害原因及抗减震工程措施浅析|山岭隧道

时间：2019-05-06 03:22:57　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：在“5·12”汶川大地震中，很多高烈度地区的铁路隧道及公路隧道都遭受了严重的损坏，对震害实例进行收集并归纳分析得到了隧道震害的原因。同时以某单线铁路隧道为例，通过地震系数法计算得到了隧道在地震作用下的破坏特点，分析其结构抗震的薄弱环节，对隧道抗减震工程措施进行了总结。
　　以前工程界一直认为隧道及地下结构是抗震性能比较优越的工程建筑。然而近几十年隧道及地下结构的地震灾害实例不断增多。尤其西部山岭隧道洞口段因其地质条件差、覆盖层薄以及存在边坡滑坡、崩塌和泥石流等边坡地质灾害而更加容易受损，是隧道抗震的薄弱环节。如在“5·12汶川大地震”中，隧道的震害现象尤为明显。宝成线、广岳线等铁路隧道及都汶公路、剑阁至青川公路的龙溪隧道、龙洞子隧道、酒家垭隧道等大量公路隧道由于处于高烈度地震区（烈度约Ⅶ-Ⅺ度），都遭受了严重损坏。
　　
　　1 隧道震害原因分析
　　“5·12汶川大地震”中，隧道洞口区域震害主要为：洞口边仰坡垮塌、掩埋洞口；边仰坡防护、截排水沟开裂变形；洞口落石、局部边仰坡地面开裂变形；洞门墙及洞口附近衬砌开裂等，见图1和图2。
　　对“5.12汶川地震”影响范围内的大量铁路、公路隧道震害进行收集并归类分析，认为其震害原因如下：（1）隧道洞口及洞口段是隧道工程的薄弱部位，由于地质条件差，在边仰坡开挖高陡或悬崖峭壁下的洞口，在隧道洞口工程处理范围外的岩石经长期风化剥蚀后，在地震过程中极易形成坍塌、落石等次生灾害，造成洞口堵塞，洞门结构开裂、错台甚至损毁。（2）修建年代早、技术标准（建筑材料、衬砌结构形状等）低，抗震设防标准低、部分隧道施工质量差以及隧道本身存在病害或质量缺陷等是造成“5.12汶川地震”后，衬砌出现病害或病害加剧的重要原因。（3）隧道震害的产生与隧道附近的地质构造、地形条件密切相关。（4）“5.12汶川地震”震级高，震中附近地震烈度远高于隧道结构的设防烈度，是造成震中附近隧道产生严重震害的主要原因。
　　
　　2 抗减震工程措施研究
　　以某单线铁路隧道工程为例，设计时速为140km/h，开挖跨度B=6.4m，隧道洞口段上方的覆盖土层厚度约为1B（6.4m）。衬砌厚度0.4m，衬砌密度为25kN/m3，弹性模量为32.25e9N/m2；围岩弹性模量150e6N/m2，密度19kN/m3，内摩擦角45°。计算地震烈度分别为Ⅵ度（地震力水平作用系数为0.1g）、Ⅶ度（地震力水平作用系数为0.2g）、Ⅷ度（地震力水平作用系数为0.3g）和Ⅸ度（地震力水平作用系数为0.4g）。根据地震系数法的基本原理，建立荷载—结构计算模型，得到在不同地震烈度条件下的衬砌结构弯矩内力，见图3至图6。
　　从图3至图6中可知：隧道衬砌结构在地震荷载作用下，衬砌在共轭45°方向上弯矩内力值较大，而拱顶和仰拱中心却相对小的多，即内力最大值多发生在边墙与仰拱衔接处，隧道断面面积发生突变时的拱腰也是较大内力值位置。这两个部位是隧道结构的薄弱点，在进行抗震设计时应予以加强。
　　隧道抗减震主要工程措施如表1所示。
　　3 结语
　　在对 “5.12汶川地震”影响范围内的大量铁路、公路隧道震害收集、调研的基础上，进行了归类分析，得到以下经验：（1）隧道埋深较浅的洞口段是隧道地震破坏的主要部位，隧道洞口段边仰坡的垮塌、坍滑、危岩落石是对运营安全影响最大的震害，同时应加强隧道洞门、洞口段结构，不应采用端墙式洞门。边、仰坡的防危岩落石设计也应纳入抗震设计范围。（2）隧道区域实际地震烈度与设防地震烈度相适应时，隧道洞口段衬砌结构基本不产生震害，建议对高地震烈度区隧道进行抗震能力验算。（3）“5.12汶川地震”等地震显示了，隧道洞口坡面以外地震过程产生大量的次生灾害，如：山体崩塌、危岩落石、流坍、滑坡复活等，建议增加对洞口不良地质，如：滑坡、岩堆、顺层，以及洞口其它在地震过程可能产生次生灾害的地质条件进行地震安全评价，并采取相应的抗震措施。（4）洞口软硬围岩接触带、松散堆积体地段应重点设防，必要时应扩大衬砌断面，以便发生震害后可以及时进行修复，避免大拆大改。（5）隧道衬砌应采用曲墙带仰拱的衬砌形式，震区隧道应设置变形缝，变形缝间距根据围岩状况调整，同时在隧道洞口段采用钢筋混凝土等延性结构。
　　
　　参考文献
　　[1] 张蔑.隧道震害综述.铁道工程建设科技动态报告文集[C].中国铁道出版社,1993.
　　[2] 潘昌实.隧道地震灾害综述[J].隧道及地下工程.1990,Vol.11(2):1-9.
　　[3] Wang W L, et al. Assessment of damage in mountain tunnels due to the Taiwan Chi Chi Earthquake[J].Tunneling and Underground Space Technology. 2001, Vol.16:133-150.
　　[4] 宋胜武.汶川大地震工程震害调查分析与研究[M].北京:科学出版社,2009.
　　[5] 中国土木学会城市轨道交通技术推广委员会,5.12汶川大地震后震区城市轨道交通调研报告[J].2008.
　　[6] 李乔.赵世春等著.汶川大地震工程震害分析[M].成都:西南交通大学出版社,2008.
　　

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