開創(chuàng)我國隧道結(jié)構(gòu)性能化抗震設(shè)計先河

文/招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司

獲獎等級：一等獎

項目名稱：公路隧道抗震設(shè)計規(guī)范

長期以來，行業(yè)普遍認(rèn)為隧道與地下工程結(jié)構(gòu)的抗震性能較好，因而相關(guān)抗震設(shè)計理論一直止步不前。在日本阪神地震、臺灣集集地震、汶川地震的震后調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，建立一套系統(tǒng)完整、理論先進(jìn)的隧道抗震設(shè)計方法尤為關(guān)鍵。而我國交通隧道抗震設(shè)防的分類、目標(biāo)、設(shè)計方法還非常落后，沒有專門的隧道抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。隨著高速公路向山區(qū)、特別是高烈度區(qū)延伸，軟土地區(qū)城市隧道工程和穿江越海的水下隧道工程日益增多，隧道工程的抗震要求越來越高。

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總體思路 建立新標(biāo)準(zhǔn) 攻克隧道抗震技術(shù)難題

《公路隧道抗震設(shè)計規(guī)范》編寫團(tuán)隊圍繞建立隧道抗震性能化設(shè)計方法的總體目標(biāo)，經(jīng)過8年的研究與編制，完成1本調(diào)研報告、5項專題研究、4個抗震計算算例，建立了基于使用功能的隧道抗震設(shè)防分類，不同設(shè)防分類隧道的三級地震動設(shè)防水準(zhǔn)，對應(yīng)不同地震動設(shè)防水準(zhǔn)的隧道三級性能水平和性能目標(biāo)，地震反應(yīng)計算方法，結(jié)構(gòu)性能參數(shù)選取及其設(shè)計控制目標(biāo)等成果；建立了公路隧道性能化抗震設(shè)計方法，并將其推展涵蓋鉆爆、盾構(gòu)、沉管和明挖等所有隧道形式。規(guī)范已于2019年11月26日頒布，2020年3月1日起正式實施，規(guī)范編號JTG 2232-2019，為強制性標(biāo)準(zhǔn)。

← 我國第一本公路隧道抗震設(shè)計規(guī)范

該規(guī)范在前期對鉆爆法、盾構(gòu)法、沉管法和明挖法的隧道抗震理論和技術(shù)大量研究的基礎(chǔ)上，主要解決了5個問題：基于使用功能的隧道抗震設(shè)防分類；不同設(shè)防分類隧道的三級地震動設(shè)防水準(zhǔn)，即：小震、中震和大震；對應(yīng)不同地震動設(shè)防水準(zhǔn)的隧道性能水平和性能目標(biāo)；對應(yīng)不同性能水平的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)選取及其設(shè)計控制目標(biāo)；對應(yīng)不同類型隧道的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法。

創(chuàng)新成果 提出抗震設(shè)計新算法 細(xì)化適用條件

建立了公路隧道性能化抗震設(shè)計方法體系

該規(guī)范梳理了公路隧道四類抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，建立了公路隧道結(jié)構(gòu)的三級抗震性能水平及其在不同設(shè)防地震作用下定量的抗震設(shè)防目標(biāo)，規(guī)定了不同設(shè)防類別的隧道在不同設(shè)防地震作用下的抗震設(shè)計要求及其適用的地震反應(yīng)計算方法、各類隧道在不同設(shè)防水平下的三級抗震設(shè)防措施等級、公路隧道抗震設(shè)計流程等。

← 公路隧道抗震設(shè)計流程

建立了“二水平設(shè)防，兩階段設(shè)計”的量化抗震設(shè)計方法

在傳統(tǒng)的“三水平設(shè)防”基礎(chǔ)上，該規(guī)范根據(jù)隧道抗震設(shè)防分類確定了E1和E2二水平地震作用，給定了四類抗震設(shè)防隧道適用地震作用的重要性系數(shù)；研究確定了鉆爆法隧道、明挖法隧道、盾構(gòu)法隧道和沉管法隧道等抗震性能驗算、地震作用組合與強度驗算、變形驗算等要求；編制了基于“三級抗震性能水平”的強度驗算方法和變形驗算方法；補充了土體液化情況下的隧道抗浮穩(wěn)定性驗算內(nèi)容。

建立了三大類隧道抗震計算方法

該規(guī)范修訂了傳統(tǒng)靜力法，提出了拱頂上覆土柱等效計算高度取值標(biāo)準(zhǔn)，建立了適用于橫斷面和縱向抗震計算的廣義和狹義反應(yīng)位移法，提出了適用于二維和三維抗震計算動力時程法。

建立了鉆爆法、盾構(gòu)法、沉管法和明挖法隧道的抗震設(shè)計方法

在現(xiàn)行《公路工程抗震規(guī)范》基礎(chǔ)上，細(xì)化鉆爆法隧道地震反應(yīng)計算方法的適用條件、隧道抗震強度和穩(wěn)定性驗算范圍，分級規(guī)定了襯砌抗震措施、明洞抗震措施，增加棚洞和半隧道抗震設(shè)計要求。編制盾構(gòu)隧道抗震計算內(nèi)容及計算方法、計算模型選取、隧道抗震驗算重點部位、抗震措施；編制沉管隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、管節(jié)結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)的地震反應(yīng)計算內(nèi)容及計算方法、計算模型、材料本構(gòu)；編制了抗震驗算重點部位、結(jié)構(gòu)橫向驗算、結(jié)構(gòu)（含接頭）縱向驗算、接頭位移控制指標(biāo)；編制了地基與基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)和接頭抗震措施、抗液化措施；編制了明挖隧道計算要點、結(jié)構(gòu)驗算、抗震措施。

表1 材料分項系數(shù)γf表

工程應(yīng)用 全國多類型隧道均采用該規(guī)范

《公路隧道抗震設(shè)計規(guī)范》（JTG 2232-2019）是我國第一本專門的隧道抗震設(shè)計強制性規(guī)范。四川、青海、西藏、云南、新疆等高地震烈度區(qū)山嶺隧道均采用了該規(guī)范開展抗震設(shè)計；除山嶺隧道外，著名的深圳春風(fēng)盾構(gòu)隧道、港珠澳大橋和深中通道沉管隧道、武漢兩湖隧道和江蘇太湖明挖隧道在抗震設(shè)計中均采用了該規(guī)范。此外，除公路隧道外，建設(shè)中的成蘭鐵路和川藏鐵路隧道也將其作為抗震設(shè)計的重要依據(jù)。