基于斷面突變的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的抗震性能與措施研究

王立新

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基于斷面突變的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的抗震性能與措施研究

王立新1，2）

1）長(zhǎng)安大學(xué)，西安，710064 2）中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安，710043

本文依托西安地鐵5號(hào)線某區(qū)間工程，針對(duì)礦山法隧道與盾構(gòu)法隧道接口處斷面突變條件下的結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行了研究，研究表明，在地震作用下，當(dāng)兩者接口處隧道斷面高差為3.5m時(shí)，隧道橫向強(qiáng)度與變形、縱向抗拉與抗壓均能滿足規(guī)范要求。隨著隧道斷面高差的增大，結(jié)構(gòu)變形也相應(yīng)增大，接口處為結(jié)構(gòu)抗震薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)接口處礦山法隧道斷面增大時(shí)，地表位移及盾構(gòu)法隧道拱頂、拱底的相對(duì)位移差略有增大，而礦山法隧道拱頂、拱底相對(duì)位移增長(zhǎng)趨勢(shì)較為明顯。當(dāng)接口處隧道斷面高差介于4—7.5m時(shí)，礦山法隧道拱頂、拱底相對(duì)位移明顯增大，不利于結(jié)構(gòu)抗震。因此為確保地震作用下不同斷面隧道相接處的結(jié)構(gòu)抗震滿足要求，建議斷面高差控制在4.0m以內(nèi)，可將礦山法隧道設(shè)計(jì)成剛?cè)峤Y(jié)合的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，同時(shí)可考慮加固地層、設(shè)置變形縫或柔性接縫，并在條件允許時(shí)適當(dāng)減少襯砌結(jié)構(gòu)厚度等。研究結(jié)論可為類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供理論支撐。

地鐵 盾構(gòu)法隧道 礦山法隧道 斷面突變 地震響應(yīng)

引言

我國地處歐亞地震帶和環(huán)太平洋地震帶之間，地震活動(dòng)頻繁，是世界上最大的大陸淺源強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)，且大量隧道工程位于高地震烈度區(qū)（耿萍等，2013）。隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)顯得尤為重要?！冻鞘熊壍澜煌ńY(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50909—2014）》（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2014）于2014年12月1日開始實(shí)施，其規(guī)定抗震設(shè)防地區(qū)的城市軌道交通結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

地鐵區(qū)間隧道使用周期長(zhǎng)，一旦發(fā)生破壞則較難修復(fù)，將造成巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。在結(jié)構(gòu)及地質(zhì)環(huán)境等變化較大的位置，難以利用地震系數(shù)法及反應(yīng)位移法等方法將地震作用等代為靜力荷載或靜位移進(jìn)行計(jì)算，提高了襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度（潘成筋，2006）。受地鐵周邊環(huán)境或既有地鐵線路的影響，一個(gè)地鐵區(qū)間采用兩種或多種工法的情況越來越多。西安地鐵經(jīng)過地裂縫的段落經(jīng)常采用大斷面礦山法隧道與常規(guī)盾構(gòu)法隧道相結(jié)合的工法；成都地鐵4號(hào)線一期工程穿越既有的地鐵2號(hào)線時(shí)，采用了常規(guī)礦山法隧道與盾構(gòu)法隧道相結(jié)合的工法；成都地鐵4號(hào)線二期工程穿越成綿樂高鐵處，采用了圓形礦山法隧道與盾構(gòu)法隧道相結(jié)合的工法。

李育樞（2006）分析了山嶺隧道在埋深、地震強(qiáng)度、激震方向、圍巖和襯砌剛度等不同條件下的地震響應(yīng)，并提出了剛?cè)峤Y(jié)合、增加橫向減震層與地層加固處理等減震方法。然而，鮮有學(xué)者針對(duì)地震在不同斷面隧道相接時(shí)的結(jié)構(gòu)突變處產(chǎn)生的響應(yīng)進(jìn)行研究，隨著類似的工程問題不斷涌現(xiàn)，該課題已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。張偉（2009）提出了盾構(gòu)隧道的震害模式及地震作用下襯砌位移與內(nèi)力的變化規(guī)律，以及地層加固與設(shè)置減振層的減震措施；王新（2011）提出了大型盾構(gòu)隧道的地震動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬方法，研究了地震工況下隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)；黃茂松等（2012）提出了隧道和地基土的地震響應(yīng)與地震強(qiáng)度和邊界條件密切相關(guān)，隧道地震響應(yīng)特征與靜力狀態(tài)存在明顯差異。本文根據(jù)西安地鐵某區(qū)間盾構(gòu)隧道與礦山法隧道接口過渡段工程實(shí)例，進(jìn)行了斷面結(jié)構(gòu)突變處的地震響應(yīng)分析，對(duì)接口處隧道橫縱向強(qiáng)度與變形特性進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，研究接口處斷面差異對(duì)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、抗震能力的影響，以期為類似工況下的隧道設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。

1 工程概況

西安地鐵某區(qū)間隧道位于城市主干道下方，為左右分建的單洞單線隧道，采用盾構(gòu)和礦山法施工（地裂縫段）。隧道埋深約9—26m，左右線間距為15.0—17.8m。盾構(gòu)隧道內(nèi)徑5.4m，管片厚0.3m；與盾構(gòu)隧道相接段為地裂縫設(shè)防段礦山法隧道，斷面為馬蹄型，內(nèi)凈空為8.3m（寬）×8.45m（高），二襯厚度0.5m。盾構(gòu)與礦山法隧道接口如圖1所示。

本區(qū)間沿線地表分布有厚薄不均的全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）；其下為上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）新黃土及殘積（Q3el）古土壤，再下為中更新統(tǒng)風(fēng)積（Q2eol）老黃土及殘積（Q2el）古土壤互層。隧道洞身主要位于老黃土層，該層具針狀孔隙，含少量白色鈣質(zhì)條紋及結(jié)核，軟塑狀態(tài)，屬中壓縮性土。場(chǎng)地地下水屬潛水類型，穩(wěn)定水位埋深約4.70—9.80m。土層參數(shù)如表1所示。

表1 土層和材料參數(shù)

注：模擬時(shí)所用動(dòng)彈性模量由公式推導(dǎo)得出；其中為密度，為動(dòng)彈性模量，為泊松比，為粘聚力，為摩擦角。

2 模型的建立

2.1 抗震計(jì)算條件

根據(jù)工程勘察報(bào)告，工程場(chǎng)地類別為Ⅱ類。場(chǎng)地土類型為中軟-中硬土。擬建場(chǎng)地位于抗震設(shè)防烈度Ⅷ度區(qū)內(nèi)，地震動(dòng)峰值加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。場(chǎng)地類別為Ⅱ類的地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

采用E2（重現(xiàn)周期為475年的地震動(dòng)）及E3（重現(xiàn)周期為2475年的地震動(dòng)）的基巖加速度反應(yīng)譜和峰值加速度作為地震動(dòng)時(shí)程合成的目標(biāo)峰值和反應(yīng)譜，合成土層地震反應(yīng)分析所需的基巖地震動(dòng)時(shí)程。根據(jù)《地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》得到本區(qū)間場(chǎng)地的地震動(dòng)時(shí)程，本文選取在E2及E3地震作用下的典型地震動(dòng)時(shí)程D2TM1及D3TM1進(jìn)行各種工況下的時(shí)程分析計(jì)算，如圖2及圖3所示。

圖2 E2地震作用下基巖水平加速度時(shí)程

圖3 E3地震作用基巖水平加速度時(shí)程

2.2 計(jì)算模型

計(jì)算采用MIDAS-GTS軟件、Mohr-Coulomb本構(gòu)模型與地層-結(jié)構(gòu)法進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析。動(dòng)力有限元數(shù)值分析中，振波的高頻（短波）成分決定網(wǎng)格單元長(zhǎng)度，低頻（長(zhǎng)波）成分決定模型邊界范圍的大?。ɡ罱鹈鳎?012）?？紤]水平和豎向地震波的影響，計(jì)算模型的側(cè)面人工邊界距地下結(jié)構(gòu)之間的距離不小于地下結(jié)構(gòu)水平有效寬度的3倍；底面人工邊界取至設(shè)計(jì)地震基準(zhǔn)面，且距結(jié)構(gòu)的距離不小于地下結(jié)構(gòu)豎向有效高度的3倍，上表面取至實(shí)際地表。實(shí)際場(chǎng)地是一個(gè)半無限區(qū)域，但在對(duì)地層-結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，土體的計(jì)算范圍只能是有限的。為了解決有限截取模型邊界上波的反射問題，邊界條件采用由Decks等人提出的粘-彈性吸收邊界（陳萬祥等，2009）。粘-彈性邊界不僅可以較好地模擬地基的輻射阻尼，而且也能模擬遠(yuǎn)場(chǎng)地介質(zhì)的彈性恢復(fù)性能，具有良好的低頻穩(wěn)定性（王祥秋等，2006；日本土木學(xué)會(huì)組織編，2009）。

定義粘性邊界需計(jì)算土體、、方向上的阻尼系數(shù)。對(duì)于P波，阻尼系數(shù)為：

（2）

其中，阻尼系數(shù)P與S的單位為kN·s/m，，，為體積模量，為抗剪模量，單位為kN/m2；為彈性模量，單位kN/m2；為泊松比；為截面積，單位為m2，為重度，單位為kN/m3；p為粘性單元P波方向彈簧剛度，s為粘性單元S波方向彈簧剛度，單位均為kN·s/m3。

為充分考慮礦山法隧道與盾構(gòu)隧道接口部位的空間動(dòng)力效應(yīng)，采用三維模型進(jìn)行計(jì)算分析。模型的長(zhǎng)、寬、高分別為101.5m、80m、64.4m，計(jì)算模型如圖4所示。分析時(shí)先進(jìn)行特征值分析，得到模型的第一、二振型的周期，以此計(jì)算時(shí)程分析中模型的質(zhì)量因子和剛度因子，然后進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析計(jì)算。

2.3 接觸單元

在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)，為考慮結(jié)構(gòu)體與土層的相對(duì)滑動(dòng)和阻尼作用，常使用接觸單元對(duì)這一作用進(jìn)行模擬。當(dāng)節(jié)點(diǎn)和主接觸面有接觸時(shí)，其位移關(guān)系通過罰函數(shù)法約束，間隙和接觸力可按以下公式計(jì)算：

（<0） （4）

其中，N為罰函數(shù)系數(shù)；XA，XB為主節(jié)點(diǎn)（A）和從節(jié)點(diǎn)（B）的位置向量；nA為主節(jié)點(diǎn)（A）的法向向量。其滑阻力T的表達(dá)式如下：

一般接觸時(shí)，可增加摩擦項(xiàng)，摩擦力可以按照下式表示：

（6）

盾構(gòu)法和礦山法的施工方法不同。盾構(gòu)管片和復(fù)合式襯砌與土層的接觸方式應(yīng)區(qū)別考慮。由于礦山法隧道為錨噴支護(hù)復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，其與周圍土層的貼合度大于盾構(gòu)法，因此礦山法隧道與土層之間的摩阻力系數(shù)應(yīng)大于盾構(gòu)法，需通過不同的摩擦系數(shù)分別考慮兩種結(jié)構(gòu)與土層的接觸。本文中，盾構(gòu)法與礦山法襯砌與土層的摩擦系數(shù)分別取=0.6和=0.8，以此模擬兩種結(jié)構(gòu)在震動(dòng)中與土的接觸作用。

2.4 計(jì)算工況

本文結(jié)合實(shí)際工程，分別針對(duì)如下16種工況進(jìn)行模擬和計(jì)算（各工況接口處盾構(gòu)斷面尺寸不變，礦山法隧道斷面有16種，表中礦表示礦山法截面尺寸，工況5為實(shí)際工況）并開展研究，通過對(duì)比分析地鐵隧道接口處的抗震性能及變形、受力特點(diǎn)。

表2 礦山法計(jì)算工況

注：接口處盾構(gòu)斷面尺寸均為6m（外徑）

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

由于篇幅限制，僅列舉工況5的相關(guān)計(jì)算結(jié)果，并綜合各工況的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。

3.1 工況5橫向地震反應(yīng)動(dòng)力時(shí)程結(jié)果

3.1.1 E2地震作用下接口處橫向動(dòng)力時(shí)程結(jié)果

E2地震作用下，地層水平向位移、隧道橫向位移、以及接口處礦山法與盾構(gòu)法隧道位移時(shí)程曲線如下圖所示。

將圖5至圖8的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理，具體如表3所示。

表3 E2地震作用下接口處橫向動(dòng)力位移計(jì)算結(jié)果

對(duì)上述位移結(jié)果進(jìn)行荷載-結(jié)構(gòu)模型計(jì)算，通過結(jié)果包絡(luò)可知：

（1）地震作用內(nèi)力計(jì)算結(jié)果小于基本組合及準(zhǔn)永久組合計(jì)算結(jié)果，所以接口處地震作用不起控制作用，僅需按抗震設(shè)防要求進(jìn)行構(gòu)造措施處理。

（2）所擬定的尺寸滿足受力和變形等控制要求，構(gòu)件尺寸是合理、經(jīng)濟(jì)的。

（3）滿足《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中“抗震性能要求Ⅰ”的相關(guān)要求。

3.1.2 E3地震作用下接口處橫向動(dòng)力時(shí)程結(jié)果

在E3地震作用下，地層水平向位移、隧道橫向位移、接口處礦山法與盾構(gòu)法隧道位移時(shí)程曲線如下圖所示。

將圖9至圖12的計(jì)算結(jié)果整理，具體如表4所示。

表4 E2地震作用下接口處橫向動(dòng)力位移計(jì)算結(jié)果

針對(duì)上表所示的位移結(jié)果，通過荷載-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算，得到盾構(gòu)法和礦山法隧道結(jié)構(gòu)變形結(jié)果如圖13及圖14所示。

E3地震作用下，斷面接口處盾構(gòu)隧道變形為：0.0128/6=2.13‰<3‰。

E3地震作用下，斷面接口處礦山法隧道變形為：0.01369/9.3=1.47‰<3‰。

本區(qū)間設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為乙類，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，在E3地震作用下，接口處隧道結(jié)構(gòu)的直徑變形率均小于規(guī)定限制，滿足規(guī)范要求。

3.2 工況5縱向地震反應(yīng)動(dòng)力時(shí)程結(jié)果

E2與E3地震作用下，沿隧道縱向（方向）結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖15及圖16所示。

3.2.1 E2作用下接口處縱向動(dòng)力時(shí)程結(jié)果

E2地震作用下，接口處盾構(gòu)法與礦山法隧道縱向內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下表所示。

表5 E2地震作用下接口處縱向動(dòng)力計(jì)算結(jié)果

由表5可知，E2地震作用下，盾構(gòu)法隧道（采用C50砼）與礦山法隧道（采用C35砼）接口處縱向動(dòng)力計(jì)算結(jié)果都明顯小于其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

另外，盾構(gòu)隧道管片環(huán)縫處共設(shè)置10個(gè)縱向螺栓，每個(gè)螺栓承載面積約為5.37×105mm2，E2地震作用下隧道縱向最大拉應(yīng)力為1.87×10-1N/mm2。按最大拉應(yīng)力計(jì)算，每個(gè)螺栓的拉力為100.5kN＜125.73kN（螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值）。

3.2.2 E3作用下接口處縱向動(dòng)力時(shí)程結(jié)果

E3地震作用下，接口處盾構(gòu)法隧道與礦山法隧道縱向內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下表所示。

表6 E3地震作用下接口處縱向動(dòng)力計(jì)算結(jié)果

由表6可知，E2地震作用下，盾構(gòu)法隧道（采用C50砼）與礦山法隧道（采用C35砼）接口處縱向動(dòng)力計(jì)算結(jié)果都明顯小于其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

另外，盾構(gòu)隧道管片環(huán)縫處共設(shè)置10個(gè)縱向螺栓，每個(gè)螺栓承載面積約為5.37×105mm2，E3地震作用下隧道縱向最大拉應(yīng)力為3.24×10-1N/mm2。按最大拉應(yīng)力計(jì)算，每個(gè)螺栓的拉力為174.1kN＜251.33kN（螺栓抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值）。

本區(qū)間設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為乙類，根據(jù)上述分析結(jié)果可知，盾構(gòu)法與礦山法隧道接口段在E2及E3地震作用下，隧道結(jié)構(gòu)縱向抗拉及抗壓滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.3 動(dòng)力時(shí)程結(jié)果分析

3.3.1 接口處橫向地震反應(yīng)動(dòng)力時(shí)程結(jié)果分析

根據(jù)以上各工況的動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果，得到E2地震作用下地面位移及隧道接口處拱頂、拱底相對(duì)位移隨工況變化曲線，如圖17及圖18所示。

由圖可知，在E2地震作用下，隨著各工況中礦山法隧道斷面的增大，地面位移及接口處隧道拱頂、拱底相對(duì)位移不斷增大。其中，地面位移及盾構(gòu)隧道接口處拱頂、拱底相對(duì)位移變化較為平緩；礦山法隧道拱頂、拱底相對(duì)位移由工況6開始變化加強(qiáng)，在工況13后開始趨于平緩。

根據(jù)以上各工況的動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果，得到E3地震作用下地面位移及接口處隧道拱頂、拱底相對(duì)位移隨工況變化曲線，如圖19及圖20所示。

由圖可知，在E3地震作用下，隨著各工況中礦山法隧道斷面的增大，地面位移及接口處隧道拱頂、拱底相對(duì)位移不斷增大。其中，地面位移及盾構(gòu)隧道接口處拱頂、拱底相對(duì)位移變化較為平緩；礦山法隧道拱頂、拱底相對(duì)位移變化由工況4開始加強(qiáng)，在工況14后開始趨于平緩。

3.3.2 接口處縱向地震反應(yīng)動(dòng)力時(shí)程結(jié)果分析

根據(jù)以上各工況的動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果，得到E2地震作用下盾構(gòu)及礦山法隧道接口處結(jié)構(gòu)最大拉、壓應(yīng)力隨工況變化曲線，如圖21所示。

由圖可知，在E2地震作用下，隨著各工況中礦山法隧道斷面的增大，接口兩側(cè)盾構(gòu)及礦山法隧道最大拉、壓應(yīng)力不斷增大。其中，接口處盾構(gòu)隧道拉、壓應(yīng)力變化較小，變化趨勢(shì)較為平緩；礦山法隧道拉、壓應(yīng)力變化較為明顯，從工況4開始應(yīng)力變化加強(qiáng)，由工況13后開始趨于平緩。

根據(jù)以上各工況的動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果，得到E3地震作用下盾構(gòu)及礦山法隧道接口處結(jié)構(gòu)最大拉、壓應(yīng)力隨工況變化曲線，如圖22所示。

由圖可知，在E3地震作用下，隨著各工況中礦山法隧道斷面的增大，接口兩側(cè)盾構(gòu)及礦山法隧道最大拉、壓應(yīng)力不斷增大。其中，接口處盾構(gòu)隧道拉、壓應(yīng)力變化較小，變化趨勢(shì)較為平緩；礦山法隧道拉、壓應(yīng)力變化較為明顯，從工況3開始應(yīng)力變化加強(qiáng)，由工況13后開始趨于平緩。

4 結(jié)構(gòu)抗震措施

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，基于既有工程經(jīng)驗(yàn)，斷面突變條件下的隧道結(jié)構(gòu)抗震措施，主要可從以下幾方面考慮：

（1）礦山法隧道采用現(xiàn)澆整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，出于抗震安全角度考慮，建議采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)及帶仰供的曲墻式襯砌斷面，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度與剛度，提高抗震性能，并在斷面突變處設(shè)置變形縫，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成剛?cè)峤Y(jié)合的襯砌結(jié)構(gòu)。

（2）盾構(gòu)法隧道的縱向?yàn)槿嵝詷?gòu)件構(gòu)成，在地震作用下隧道的位移響應(yīng)應(yīng)能適應(yīng)地層的變形，并減小地震作用下形成的結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力，因此可加大管片接縫處密封墊厚度、設(shè)置柔性接縫，并在條件允許時(shí)考慮適當(dāng)減少管片厚度等措施。

（3）通過地層加固改善圍巖條件，減小地震時(shí)傳遞到隧道上的附加荷載和在地震作用下的地層響應(yīng)。

5 結(jié)論

本文依托具體工程，對(duì)地震作用下不同斷面相接處隧道的橫向和縱向內(nèi)力及變形情況進(jìn)行了分析，得到以下幾點(diǎn)主要結(jié)論：

（1）地震作用下，接口處隧道斷面高差為3.5m時(shí)，接口處隧道橫向強(qiáng)度與變形、縱向抗拉與抗壓均滿足相關(guān)規(guī)范要求；當(dāng)斷面變化增大時(shí)，接口處的變形明顯增大，該位置為抗震薄弱環(huán)節(jié)。

（2）地震作用下，隨著接口處大斷面隧道尺寸的增大，地表位移及小斷面盾構(gòu)隧道拱頂、拱底的相對(duì)位移略有增大，變化趨勢(shì)較為平緩，但大斷面隧道拱頂、拱底相對(duì)位移增長(zhǎng)趨勢(shì)較為明顯；當(dāng)接口處隧道斷面高差介于4—7.5m時(shí)，大斷面隧道拱頂、拱底相對(duì)位移明顯增大。

（3）礦山法與盾構(gòu)隧道相接處，礦山法隧道的抗震性能相對(duì)較差，可考慮采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)及帶仰供的曲墻式襯砌斷面，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度與剛度，并在斷面突變處設(shè)置變形縫，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成剛?cè)峤Y(jié)合的襯砌結(jié)構(gòu)。

（4）為確保在地震作用下不同斷面隧道相接處的結(jié)構(gòu)抗震性能滿足要求，建議將斷面高差控制在4.0m以內(nèi)，同時(shí)可考慮對(duì)地層進(jìn)行加固處理，設(shè)置變形縫或柔性接縫，并在條件允許時(shí)適當(dāng)減少襯砌結(jié)構(gòu)厚度。

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Study on the Structural Seismic Performance and Its Precaution of Subway Tunnel Based on Section Mutation

Wang Lixin1, 2)

1) Chang' an University, Xi' an 710064, China 2) China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd., Xi' an 710043, China

This paper introduces the structural seismic performance of the interface of subway tunnel based on section mutation. The engineering background is from the Xi’an metro Line 5, where the height difference between shield tunnel and mined tunnel is about 3.5m. Under earthquake, the transverse strength and deformation of tunnel cross section, and the longitudinal tensile and compressive strength of tunnel can meet relevant requirements. A positive relationship between the structural deformation and the height difference is found. The interface between shield tunnel and mined tunnel is the structural weak part under earthquake. Ground displacement and displacement differences between the crest and invert of shield tunnel are slightly increased, and the displacement differences between the crest and invert of mined tunnel are remarkably increased, while the section size of mined tunnel is increased. In order to ensure the structural seismic performance of the interface to meet relevant requirements, the height difference between shield tunnel and mined tunnel should be less than 4m. The mined tunnel can be designed as rigid flexibility combined composite structure. Meanwhile, ground reinforcement, flexible joint, and the reduction of lining thickness can be adopted for anti-seismic measurements. The result of the study offers an example for design and construction of other similar project in the future.

Metro; Shield tunnel; Mined tunnel; Tunnel section mutation change; Earthquake response

10.11899/zzfy 20160406

2016-06-08

王立新，男，生于1983年。博士研究生，高級(jí)工程師，國家注冊(cè)巖土工程師。主要從事地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及科研工作。Email：458601714@qq.com