新版區(qū)劃圖對(duì)鐵路工程抗震設(shè)計(jì)影響研究

韓 康

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

新版區(qū)劃圖對(duì)鐵路工程抗震設(shè)計(jì)影響研究

韓 康

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

將于2016年6月1日實(shí)施的GB 18306-2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，對(duì)鐵路工程抗震設(shè)計(jì)影響較大。文章通過新版區(qū)劃圖與鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的對(duì)比，結(jié)合實(shí)際工作情況及相關(guān)資料，對(duì)其影響進(jìn)行了研究，并提出以下觀點(diǎn)： (1)場(chǎng)地類別的確定:鐵路路基、橋梁、隧道(洞口、明洞、偏壓及淺埋地段)場(chǎng)地類別應(yīng)按新版區(qū)劃圖的規(guī)定執(zhí)行，鐵路隧道洞身深埋段不宜劃分場(chǎng)地類別。(2)不同地震動(dòng)水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)取值:現(xiàn)行鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)比新版區(qū)劃圖低， 應(yīng)對(duì)規(guī)范第28頁表7.2.4-1、表7.2.4-2取值進(jìn)行修改。(3)鐵路工程地震動(dòng)參數(shù)取值：路基、隧道(洞口、明洞、偏壓及淺埋地段)，只提基本地震的地震動(dòng)峰值加速度值，隧道洞身(非淺埋偏壓段)，不提地震動(dòng)參數(shù)。橋梁工程：要提多遇地震動(dòng)、基本地震動(dòng)(設(shè)計(jì)地震)、罕遇地震動(dòng)的有關(guān)地震動(dòng)參數(shù)。(4)研究成果可應(yīng)用于鐵路工程勘察設(shè)計(jì)和規(guī)范修訂。

新版區(qū)劃圖； 鐵路工程； 抗震設(shè)計(jì)； 研究

1 問題的提出

GB 18306-2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(簡(jiǎn)稱新版區(qū)劃圖)于2015年發(fā)布，2016年6月1日?qǐng)?zhí)行，該圖與第四代GB 18306-2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(簡(jiǎn)稱舊版區(qū)劃圖)相比存在較大的變化，地震動(dòng)參數(shù)與場(chǎng)地類別、不同地震動(dòng)水準(zhǔn)(多遇地震動(dòng)、基本地震動(dòng)、罕遇地震動(dòng))都有關(guān)，并明確了取值辦法。由于GB 50111-2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009年版)是基于舊版區(qū)劃圖編制的(包括部分強(qiáng)制性條文)，存在較多問題，本文根據(jù)相近行業(yè)(建筑、公路)規(guī)范、手冊(cè)和有關(guān)參考資料，就有關(guān)問題結(jié)合鐵路工程勘察設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行探討。

2 場(chǎng)地類別的確定

2.1 新版區(qū)劃圖

新版區(qū)劃圖的場(chǎng)地類別劃分(見附錄D)如表1所示。

計(jì)算深度取覆蓋層厚度和20 m兩者的較小值。

2.2 鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2009年版)

鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的場(chǎng)地類別劃分(見第10頁)如表2所示。

表1 場(chǎng)地類別劃分表

表2 場(chǎng)地類別

注：計(jì)算深度：應(yīng)取地面或一般沖刷線以下25 m，并不得小于基礎(chǔ)底面以下10 m。

2.3 問題探討

新版區(qū)劃圖場(chǎng)地類別劃分與覆蓋層厚度有關(guān)，計(jì)算深度明確，操作性強(qiáng)，目前JTG C20-2011《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》與GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)場(chǎng)地的劃分與土層等效剪切波速的計(jì)算深度與新版區(qū)劃圖完全一樣。GB 50111-2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009年版)的場(chǎng)地劃分計(jì)算深度的規(guī)定明顯不合理，在勘察階段，無法確定基礎(chǔ)底面，設(shè)計(jì)過程(包括施工階段的變更設(shè)計(jì))的基礎(chǔ)底面也可能存在較大的變化。目前，鐵路地勘資料在勘察階段就要確定地震動(dòng)參數(shù)，按現(xiàn)行《鐵路抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行難以操作，也不符合新版區(qū)劃圖的規(guī)定，因此，鐵路場(chǎng)地類別應(yīng)按新版區(qū)劃圖的規(guī)定執(zhí)行。由于隧道工程較為特殊，根據(jù)肖明清編著的《水下隧道設(shè)計(jì)技術(shù)》[6]，在隧道的洞口、明洞及巖性較差的淺埋地段，地層約束作用較弱，隨著埋深的增加，地下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)變形受周圍地層的約束作用顯著，自身的振動(dòng)特性表現(xiàn)很不明顯，地下結(jié)構(gòu)震害逐漸減少。汶川地震隧道震害[10]也證明這點(diǎn)。龔思禮著的建筑抗震設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]第81頁提出，場(chǎng)地土是指場(chǎng)地范圍內(nèi)20 m左右的地基土，它應(yīng)是與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)有關(guān)，若是地下隧道，應(yīng)是與隧道圍巖及隧底基礎(chǔ)有關(guān)。當(dāng)隧道埋深大于20 m，地面以下20 m的土層不計(jì)算等效剪切波速。因此，鐵路隧道洞身深埋段不宜劃分場(chǎng)地類別。

3 不同地震動(dòng)水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)取值

3.1 地震動(dòng)峰值加速度

新版區(qū)劃圖第3頁規(guī)定Ⅱ類場(chǎng)地多遇地震動(dòng)峰值加速度宜按不低于基本地震動(dòng)峰值加速度1/3倍確定，Ⅱ類場(chǎng)地罕遇地震動(dòng)峰值加速度宜按基本地震動(dòng)峰值加速度1.6～2.3倍確定。新版區(qū)劃圖第240頁規(guī)定了各類場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)，如表3所示。

表3 場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)Fa

GB 50111-2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009年版)第28頁表7.2.4-1規(guī)定了水平地震基本加速度取值，且是強(qiáng)制性條文。現(xiàn)以Ⅲ類場(chǎng)地為例，進(jìn)行不同地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值αmax在不同地震動(dòng)水準(zhǔn)的地震動(dòng)峰值加速度取值比較，如表4所示。

表4 Ⅲ類場(chǎng)地新版區(qū)劃圖、鐵路規(guī)范αmax取值比較

從表4可看出，Ⅲ類場(chǎng)地多遇地震αmax，鐵路規(guī)范在地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)值0.05g、0.10g、0.15g情況下取值還不滿足新版區(qū)劃圖的最低值，其余情況接近最低值。Ⅲ類場(chǎng)地罕遇地震αmax，鐵路規(guī)范取值在新版區(qū)劃圖的取值范圍內(nèi)，但靠近最低值，因此，鐵路規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)比新版區(qū)劃圖低。由于新版區(qū)劃圖適用于一般工程，鐵路工程(尤其B類工程)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于新版區(qū)劃圖的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)鐵路規(guī)范第28頁表7.2.4-1進(jìn)行修正，罕遇地震情況下，αmax取值B類可取最大值，C類可取中間值，D類可取最小值。

3.2 地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期

鐵路規(guī)范地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期取值與新版區(qū)劃圖比較，主要區(qū)別有兩點(diǎn)：(1)新版區(qū)劃圖Ⅰ類場(chǎng)地細(xì)分為Ⅰ0、Ⅰ1場(chǎng)地，鐵路規(guī)范沒有細(xì)分，相應(yīng)的特征周期取值不同。(2)新版區(qū)劃圖特征周期取值與不同地震動(dòng)水準(zhǔn)有關(guān)，其中罕遇地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期應(yīng)大于基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期，增加值宜不低于0.05s，鐵路規(guī)范特征周期取值與不同地震動(dòng)水準(zhǔn)無關(guān)。因此，鐵路規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)比新版區(qū)劃圖低。由于新版區(qū)劃圖適用于一般工程，鐵路工程(尤其B類工程)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于新版區(qū)劃圖的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)鐵路規(guī)范第28頁表7.2.4-2進(jìn)行修正。

4 鐵路工程地震動(dòng)參數(shù)取值

根據(jù)GB 50111-2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009版)，鐵路工程是指站前工程，站后工程應(yīng)按GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。鐵路行業(yè)習(xí)慣上是由地勘資料提地震動(dòng)參數(shù)，由于工期、人力資源等因數(shù)影響，以前存在一些錯(cuò)誤的做法，但對(duì)結(jié)果影響較小。由于新版區(qū)劃圖變化較大，如堅(jiān)持以前的做法，不僅違規(guī)，還存在安全隱患。同時(shí)，由于地震動(dòng)參數(shù)要根據(jù)場(chǎng)地類別進(jìn)行調(diào)整，工作量增加較多，如何做到有針對(duì)性的增減工作量，合理、合規(guī)的提地震動(dòng)參數(shù)，是一項(xiàng)事倍功半的大事，現(xiàn)結(jié)合鐵路工程抗震設(shè)計(jì)具體要求，對(duì)地勘資料地震動(dòng)參數(shù)取值進(jìn)行探討。

4.1 路基工程

根據(jù)鐵路規(guī)范采用靜力法進(jìn)行分析，因此，地震動(dòng)參數(shù)只提地震動(dòng)峰值加速度值，不提地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期。由于抗震設(shè)防目標(biāo)是達(dá)到性能要求Ⅱ，因此，只提基本地震(設(shè)計(jì)地震)的地震動(dòng)峰值加速度值(6度地震區(qū)，鐵路規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行抗震設(shè)防，可不提相關(guān)參數(shù))。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，地震動(dòng)峰值加速度值對(duì)滑坡檢算影響大，場(chǎng)地類別的確定(尤其高烈度地震區(qū))要高度重視。

4.2 隧道工程

根據(jù)鐵路規(guī)范采用靜力法進(jìn)行分析，因此，地震動(dòng)參數(shù)只提地震動(dòng)峰值加速度值，不提地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期。由于抗震設(shè)防目標(biāo)是達(dá)到性能要求Ⅱ，因此，只提基本地震(設(shè)計(jì)地震)的地震動(dòng)峰值加速度值。

靜力法最初是針對(duì)地面結(jié)構(gòu)提出的[6]，較適用在隧道的洞口、明洞及巖性較差的淺埋地段。龔思禮著的建筑抗震設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]第86頁中日本規(guī)范規(guī)定，-20 m 時(shí)的土中加速度為地面加速度的1/2～2/3，而根據(jù)新版區(qū)劃圖Ⅰ0～Ⅰ1場(chǎng)地，其場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度調(diào)整系數(shù)為0．72～1，因此，淺埋隧道根據(jù)新版區(qū)劃圖定場(chǎng)地類別來確定地震動(dòng)峰值加速度值是偏于安全的和保守的。根據(jù)鐵路規(guī)范，隧道洞身(非淺埋)的區(qū)域性斷層破碎帶、近距離交叉結(jié)構(gòu)等少數(shù)情況下的隧道襯砌也要進(jìn)行抗震驗(yàn)算,而JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》就沒有相關(guān)規(guī)定。根據(jù)新版區(qū)劃圖的術(shù)語和定義，地震動(dòng)是地震引起的地表及近地表介質(zhì)的震動(dòng)，因此，新版區(qū)劃圖的地震動(dòng)參數(shù)不適合鐵路隧道洞身(非淺埋)。

因此，鐵路隧道的洞口、明洞、偏壓及淺埋地段只提地震動(dòng)峰值加速度值(6度地震區(qū)，鐵路規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行抗震設(shè)防，可不提相關(guān)參數(shù))，不提地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期，鐵路隧道洞身(非淺埋)不提地震動(dòng)參數(shù)。

4.3 橋梁工程

根據(jù)鐵路規(guī)范采用靜力法、反應(yīng)譜法、時(shí)程反應(yīng)分析法進(jìn)行分析，因此，地震動(dòng)參數(shù)要提地震動(dòng)峰值加速度值、地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期、地震時(shí)程波(地震安評(píng)工點(diǎn))，由于抗震設(shè)防目標(biāo)是達(dá)到性能要求Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，因此，要提多遇地震動(dòng)、基本地震動(dòng)(設(shè)計(jì)地震)、罕遇地震動(dòng)的有關(guān)參數(shù)。根據(jù)GB 50111-2006 《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009年版)規(guī)定，位于地震區(qū)的各式鐵路涵洞、6度地震區(qū)的D類橋梁、C類(Ⅰ、Ⅱ類場(chǎng)地)可不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算，可不提相關(guān)參數(shù)。

由于橋梁工點(diǎn)要提的參數(shù)較多，一條線的橋梁工點(diǎn)多，設(shè)防類別較多，新版區(qū)劃圖取值也是范圍值，鐵路規(guī)范還未修改到位，投資也有影響。針對(duì)工作量大、影響因數(shù)多的情況，可將新版區(qū)劃圖的第6、7條規(guī)定及第3頁表1、第240頁表E.1提供給橋梁專業(yè),地勘工點(diǎn)說明只明確場(chǎng)地類別及Ⅱ場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度、Ⅱ場(chǎng)地地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期，設(shè)計(jì)采用值由橋梁設(shè)計(jì)專業(yè)自行確定。

5 結(jié)論

5.1 場(chǎng)地類別的確定

新版區(qū)劃圖場(chǎng)地類別劃分與覆蓋層厚度有關(guān)，計(jì)算深度明確，操作性強(qiáng)，GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的場(chǎng)地劃分計(jì)算深度的規(guī)定明顯不合理，若按現(xiàn)行《鐵路抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行，難以操作，也不符合新版區(qū)劃圖的規(guī)定，因此，鐵路路基、鐵路橋梁、鐵路隧道(洞口、明洞、偏壓及淺埋地段)場(chǎng)地類別應(yīng)按新版區(qū)劃圖的規(guī)定執(zhí)行，鐵路隧道洞身深埋段不宜劃分場(chǎng)地類別。

5.2 不同地震動(dòng)水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)取值

通過計(jì)算、對(duì)比，現(xiàn)行GB 50111-2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009年版)第28頁表7.2.4-1、表7.2.4-2取值標(biāo)準(zhǔn)比新版區(qū)劃圖低，由于新版區(qū)劃圖適用于一般工程，鐵路工程(尤其B類工程)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于新版區(qū)劃圖的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)鐵路規(guī)范第28頁表格取值進(jìn)行修正，罕遇地震情況下，αmax取值B類可取最大值，C類可取中間值，D類可取最小值。

5.3 鐵路工程地震動(dòng)參數(shù)取值

5.3.1 路基工程

從分析方法、不同地震動(dòng)水準(zhǔn)要求，只提基本地震(設(shè)計(jì)地震)的地震動(dòng)峰值加速度值(6度地震區(qū)，鐵路規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行抗震設(shè)防，可不提相關(guān)參數(shù))。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，地震動(dòng)峰值加速度值對(duì)滑坡檢算影響大，場(chǎng)地類別的確定(尤其高烈度地震區(qū))要高度重視。

5.3.2 隧道工程

從分析方法、不同地震動(dòng)水準(zhǔn)要求、新版區(qū)劃圖及相關(guān)參考資料，鐵路隧道的洞口、明洞、偏壓及淺埋地段只提地震動(dòng)峰值加速度值((6度地震區(qū)，鐵路規(guī)范規(guī)定可不進(jìn)行抗震設(shè)防，可不提相關(guān)參數(shù))，鐵路隧道洞身(非淺埋)，不提地震動(dòng)參數(shù)。

5.3.3 橋梁工程

從分析方法、不同地震動(dòng)水準(zhǔn)要求，要提多遇地震動(dòng)、基本地震動(dòng)(設(shè)計(jì)地震)、罕遇地震動(dòng)的有關(guān)地震動(dòng)參數(shù)，位于地震區(qū)的各式鐵路涵洞，6度地震區(qū)的D類橋梁、C類(Ⅰ、Ⅱ類場(chǎng)地)可不提相關(guān)參數(shù)。針對(duì)目前工作量大、影響因數(shù)多的情況，可將新版區(qū)劃圖的第6、7條規(guī)定及第3頁表1、第240頁表E.1提供給橋梁專業(yè),地勘工點(diǎn)說明只明確場(chǎng)地類別及Ⅱ場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度、Ⅱ場(chǎng)地地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期，設(shè)計(jì)采用值由橋梁設(shè)計(jì)專業(yè)自行確定。

中國高速鐵路技術(shù)發(fā)展較快，已走向世界，但GB 50111-2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009年版)已實(shí)行7年了，爭(zhēng)議問題較多[8-9]，如液化判別還是80年代的規(guī)定，與相近行業(yè)相比存在較大差距，應(yīng)乘新版區(qū)劃圖發(fā)布時(shí)機(jī)，及時(shí)修改現(xiàn)行《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

[1] GB 50111-2006 (2009年版) 鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. GB 50111-2006(2009 Edition) Code for seismic design of railway engineering[S].

[2] GB 50111-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. GB 50111-2010 Code for seismic design of buildings[S].

[3] TB 10003-2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. TB 10003-2005 Code for design on tunnel of railway[S].

[4] JTG B02-2013 公路工程抗震規(guī)范[S]. JTG B02-2013 Specification Of Seismic Design for Highway Engineering[S].

[5] GB 18306-2015 中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S]. GB 18306-2015 Seismic ground motion parameter zonation map of china [S].

[6] 肖明清.水下隧道設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2016. XIAO Mingqing. Design Technology of Underwater Tunnels[M].Beijing: China Railway Press，2016.

[7] 龔思禮.建筑抗震設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009. GONG Shili. Manuals for seismic design of buildings [M].Beijing: China buildings industry Press，2009.

[8] 韓康，何平.鐵路地震液化判別的探討[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2013，57(8):37-39. HAN Kang, HE Ping. Discussion on seismic liquefaction evaluation [J]．Journal of Railway Engineering Society, 2013，57(8): 37-39.

[9] 韓康，王科.鐵路地震安全性評(píng)價(jià)與地震動(dòng)參數(shù)取值的探討[J].高速鐵路技術(shù),2013，4(5):9-11. HAN Kang, Wang Ke. Discussion on Railway earthquake safety evaluation and earthquake dynamic parameter value [J].High Speed Railway Technology,2013，4(5):9-11.

[10]韓康.艱險(xiǎn)山區(qū)地震區(qū)鐵路選線初步研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào), 2009，53(2): 6-9. HAN Kang. Preliminarily research on the railroad route selection in seismic region of mountainous area [J]．Journal of Railway Engineering Society, 2009，53(2): 6-9.

Research on effect of New Edition Zoning Map on Railway Engineering Seismic Design

HAN Kang

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031， China)

Seismic Ground Motion Parameter Zoning Map of China (GB18306-2015) to be implemented on June 1, 2016 has significant impact on seismic design of railway engineering. By comparison between new edition zoning map and railway engineering seismic design specification, combined with actual work situation and related information, its effect is researched, the following viewpoints are proposed: 1. determination of: site category of railway subgrade, bridge and tunnel site category should by executed according to new edition Zoning Map, deep-buried section of railway tunnel hole body is unfavorable for site category. 2. ground motion parameters values with different vibration levels: standards for seismic design of railway engineering is lower than the new zoning map, values in Tables 7.2.4-1 and 7.2.4-2 on P28 should be modified. 3. railway engineering ground motion parameter values: for roadbed, tunnel, only basic seismic peak acceleration value is mentioned, for tunnel body(non-shallow buried side pressure section), the ground motion parameter is not mentioned. Bridge: frequent seismic ground motion, basic seismic ground motion and rare occurrence earthquake ground motion parameters shall be mentioned. 4. research results can be applied in railway engineering survey, design and code revision.

new edition zoning map； railway engineering； seismic design； study

2016-03-21

韓康(1965-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師。

1674—8247(2016)04—0008—04

U442.5+5

A