隧道抗震的概念策划透析范文

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合理受力原则

合理受力包括两方面的内容：隧道本身的受力设计及衬砌结构的受力设计。隧道本身的受力设计包括对其断面形式及断面面积的设计。在有条件的情况下，隧道断面形式应根据地应力测量结果以及辅助计算来确定。在无法准确测量地应力的情况下，可根据工程经验确定隧道断面形式。一般情况下，圆形或椭圆形隧道的力学性能最好。但综合考虑施工工艺、造价等因素，一般山岭隧道的修建很少采用圆形，而更多地采用拱形、直墙拱形等。直墙拱形隧道在地震作用下隧道边角处将产生较大的应力集中，要减小应力集中可以将矩形交角的局部范围改为圆弧形。

衬砌结构的选择也是很重要的方面，包括结构材料的选择（柔性材料、刚性材料或是刚柔并济）和结构尺寸的选择。目前，我国隧道的抗震手段，主要是通过提高衬砌强度来实现。但是目前的研究成果表明，对不同岩性的地层，其中的结构地震响应是有本质不同的。设计人员在设计时需要对这些情况进行宏观定性的把握。一般对于特定的地层可以结合数值分析的结果来选择衬砌结构的刚度与厚度，以使衬砌结构更利于抗震减震。

采取相应的构造措施

在隧道工程的设计中，很少提到构造，不是因为隧道工程中没有构造或是不需要构造，而是广大设计人员对构造这个词的概念不是很清晰。以至于很多工程中其实用到了很多的构造方案，但是并没有进行全面的归纳总结。如：①在隧道底板设置仰拱以减小隧道底板结构受较大的地应力而起鼓；②在围岩支护中使用钢筋网，一方面加强衬砌结构的柔性，另一方面对掉落的孤石能起到网兜的作用；③对隧道超挖部分进行回填，对欠挖部分进行局部扩挖，一方面满足了使用要求，另一方面也减小了隧道结构的局部应力集中；④支护钢架宜形成整体结构，而非每榀钢架单独发挥支护作用。如在相邻钢架之间采用纵向的连接件连接，以增强整体支护能力。这些措施大都无法通过计算得出，而是通过对隧道力学行为的分析或是根据实践经验得出。其目的就是保证隧道在静力或是动力条件下的整体稳定性。实践证明这些措施都是非常实用的。但是这些措施还不是很完善，有待于进一步补充、修正。

空间作用原则

隧道结构本身是一个空间结构，但在设计中往往为了简化计算，将它分解成各种平面受力状态进行量化分析。这种简化计算存在一定的弊端。如对于一些变截面处的隧道结构，受力比较复杂，显然不能按平面受力状态计算。又如对于隧道轴线为弧线的地段，由于水平拱的作用，在分析平面受力状态的同时还需考虑其轴向的拉力作用等。在隧道抗震概念设计中，就需要考虑隧道结构的空间作用，实际上是还原到它本来的结构面貌，通过对空间结构力学行为的仔细分析及一些辅助计算来完善平面设计的补充，从而提高隧道结构的抗震能力。如此可以在一定程度上增强衬砌结构刚度、减小内力、改善其受力状况。一般来说，考虑隧道结构的空间作用可以采用以下几个比较实用的措施：

1）加强衬砌结构的平面外刚度（如在各榀支护钢架间设立连接件）；

2）采用空间结构支护体系（如空间框架、壳体结构）；

3）加强变截面处及交叉点处的支护；

4）考虑结构体系间的相互作用（如喷射混凝土衬砌与钢架支护体系的相互作用）。

正确分析计算结果

目前，计算机辅助算法普及较广，对于以往手算不可能完成的地震动力有限元分析或有限差分分析，都有软件可以计算，如ANSYS或FLAC等。使用软件固然可以提高效率，也拓宽了研究面，但是它也存在自身的一些缺陷。首先，从客观方面看，各类数值分析软件所建的模型均是建立在一定的假设、之上，如岩体的均匀性假设、连续性假设等，这些假设与工程实际情况或多或少会有出入，从而造成计算误差，这种误差往往很大，无法有效地指导设计工作。其次，从主观方面看，数值计算也是一项系统工程，对设计人员的素质要求较高，其中某些参数的取值、边界的设定等存在相当大的主观因素。因此，设计人员在得到电算结果时应认真分析、慎重校核，做出合理判断。必要时可与简化计算（手算）结果及实验结果进行综合比较分析，从而得出较为合理的分析结果。

结论

1）隧道抗震概念设计是一项系统工程，它对设计人员的要求比较高。设计人员首先应该具备较为丰富的隧道设计及抗震设计方面的理论知识和实践经验。其次，在具备较深厚的力学基础的前提下还要有较为宽广的知识面，如水文、地质、材料等学科，并且还应具备一定的电算能力。

2）抗震概念设计在结构工程中应用较为广泛，实践证明也是可行的。但在隧道工程中是一种比较新的理念，其设计理念和理论基础还很不完善，但由于目前还无法对隧道抗震进行定量设计，概念设计值得深入研究。

作者：陈庆曹光华单位：后勤工程学院西北核技术研究所