隧道抗震的概念策劃透析范文

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合理受力原則

合理受力包括兩方面的內容：隧道本身的受力設計及襯砌結構的受力設計。隧道本身的受力設計包括對其斷面形式及斷面面積的設計。在有條件的情況下，隧道斷面形式應根據地應力測量結果以及輔助計算來確定。在無法準確測量地應力的情況下，可根據工程經驗確定隧道斷面形式。一般情況下，圓形或橢圓形隧道的力學性能最好。但綜合考慮施工工藝、造價等因素，一般山嶺隧道的修建很少采用圓形，而更多地采用拱形、直墻拱形等。直墻拱形隧道在地震作用下隧道邊角處將產生較大的應力集中，要減小應力集中可以將矩形交角的局部范圍改為圓弧形。

襯砌結構的選擇也是很重要的方面，包括結構材料的選擇（柔性材料、剛性材料或是剛柔并濟）和結構尺寸的選擇。目前，我國隧道的抗震手段，主要是通過提高襯砌強度來實現。但是目前的研究成果表明，對不同巖性的地層，其中的結構地震響應是有本質不同的。設計人員在設計時需要對這些情況進行宏觀定性的把握。一般對于特定的地層可以結合數值分析的結果來選擇襯砌結構的剛度與厚度，以使襯砌結構更利于抗震減震。

采取相應的構造措施

在隧道工程的設計中，很少提到構造，不是因為隧道工程中沒有構造或是不需要構造，而是廣大設計人員對構造這個詞的概念不是很清晰。以至于很多工程中其實用到了很多的構造方案，但是并沒有進行全面的歸納總結。如：①在隧道底板設置仰拱以減小隧道底板結構受較大的地應力而起鼓；②在圍巖支護中使用鋼筋網，一方面加強襯砌結構的柔性，另一方面對掉落的孤石能起到網兜的作用；③對隧道超挖部分進行回填，對欠挖部分進行局部擴挖，一方面滿足了使用要求，另一方面也減小了隧道結構的局部應力集中；④支護鋼架宜形成整體結構，而非每榀鋼架單獨發揮支護作用。如在相鄰鋼架之間采用縱向的連接件連接，以增強整體支護能力。這些措施大都無法通過計算得出，而是通過對隧道力學行為的分析或是根據實踐經驗得出。其目的就是保證隧道在靜力或是動力條件下的整體穩定性。實踐證明這些措施都是非常實用的。但是這些措施還不是很完善，有待于進一步補充、修正。

空間作用原則

隧道結構本身是一個空間結構，但在設計中往往為了簡化計算，將它分解成各種平面受力狀態進行量化分析。這種簡化計算存在一定的弊端。如對于一些變截面處的隧道結構，受力比較復雜，顯然不能按平面受力狀態計算。又如對于隧道軸線為弧線的地段，由于水平拱的作用，在分析平面受力狀態的同時還需考慮其軸向的拉力作用等。在隧道抗震概念設計中，就需要考慮隧道結構的空間作用，實際上是還原到它本來的結構面貌，通過對空間結構力學行為的仔細分析及一些輔助計算來完善平面設計的補充，從而提高隧道結構的抗震能力。如此可以在一定程度上增強襯砌結構剛度、減小內力、改善其受力狀況。一般來說，考慮隧道結構的空間作用可以采用以下幾個比較實用的措施：

1）加強襯砌結構的平面外剛度（如在各榀支護鋼架間設立連接件）；

2）采用空間結構支護體系（如空間框架、殼體結構）；

3）加強變截面處及交叉點處的支護；

4）考慮結構體系間的相互作用（如噴射混凝土襯砌與鋼架支護體系的相互作用）。

正確分析計算結果

目前，計算機輔助算法普及較廣，對于以往手算不可能完成的地震動力有限元分析或有限差分分析，都有軟件可以計算，如ANSYS或FLAC等。使用軟件固然可以提高效率，也拓寬了研究面，但是它也存在自身的一些缺陷。首先，從客觀方面看，各類數值分析軟件所建的模型均是建立在一定的假設、之上，如巖體的均勻性假設、連續性假設等，這些假設與工程實際情況或多或少會有出入，從而造成計算誤差，這種誤差往往很大，無法有效地指導設計工作。其次，從主觀方面看，數值計算也是一項系統工程，對設計人員的素質要求較高，其中某些參數的取值、邊界的設定等存在相當大的主觀因素。因此，設計人員在得到電算結果時應認真分析、慎重校核，做出合理判斷。必要時可與簡化計算（手算）結果及實驗結果進行綜合比較分析，從而得出較為合理的分析結果。

結論

1）隧道抗震概念設計是一項系統工程，它對設計人員的要求比較高。設計人員首先應該具備較為豐富的隧道設計及抗震設計方面的理論知識和實踐經驗。其次，在具備較深厚的力學基礎的前提下還要有較為寬廣的知識面，如水文、地質、材料等學科，并且還應具備一定的電算能力。

2）抗震概念設計在結構工程中應用較為廣泛，實踐證明也是可行的。但在隧道工程中是一種比較新的理念，其設計理念和理論基礎還很不完善，但由于目前還無法對隧道抗震進行定量設計，概念設計值得深入研究。

作者：陳慶曹光華單位：后勤工程學院西北核技術研究所