穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道抗震關(guān)鍵技術(shù)

田四明， 吳克非， 于 麗， 黎 旭， 鞏江峰， 王新東

(1. 中國(guó)鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司， 北京 100038； 2. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031； 3. 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川 成都 610031； 4. 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710043)

0 引言

“門源1·8地震”后，蘭新高鐵大梁隧道震損嚴(yán)重，為人們認(rèn)識(shí)發(fā)震斷裂對(duì)隧道工程帶來(lái)的影響提供了第一手經(jīng)驗(yàn)實(shí)例[1]。近年來(lái)，隨著高地震烈度地區(qū)鐵路建設(shè)需求的日益增大，特別是穿越活動(dòng)斷裂帶隧道日益增多，我國(guó)鐵路隧道抗震技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)。

活動(dòng)斷裂帶對(duì)隧道的破壞主要有2類，即高烈度地震引起的隧道震動(dòng)破壞和斷裂錯(cuò)動(dòng)引起的隧道錯(cuò)斷破壞。隧道震動(dòng)破壞是指在地震傳播過(guò)程中，隧道結(jié)構(gòu)隨圍巖變形而發(fā)生破壞的現(xiàn)象；隧道錯(cuò)斷破壞是指斷層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)穿越斷層隧道共同運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致隧道隨之發(fā)生較大扭曲變形而產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。其中，活動(dòng)斷裂帶上下盤發(fā)生的不均勻位錯(cuò)是活動(dòng)斷裂帶對(duì)隧道造成威脅的主要形式，在不均勻的相向位錯(cuò)條件下，隧道的襯砌結(jié)構(gòu)可能因?yàn)榧羟?、拉伸等因素?fù)p壞，威脅隧道安全[2]。此外，“5·12汶川地震”隧道震害調(diào)研顯示，活動(dòng)斷裂帶附近隧道結(jié)構(gòu)在地震中的破壞程度明顯高于其他區(qū)域[3-10]。

目前，公路行業(yè)已針對(duì)公路隧道抗震設(shè)計(jì)發(fā)布了JTG/T 2232-01—2019《公路隧道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]，但鐵路行業(yè)尚無(wú)隧道抗震方面的專門規(guī)范，雖然TB 10003—2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[12]、GB 50111—2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2009年版)》[13]中已建立以靜力計(jì)算為基礎(chǔ)的隧道抗震設(shè)計(jì)方法，但尚無(wú)穿越活動(dòng)斷裂帶隧道的抗震設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)工程措施。

國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗震設(shè)防技術(shù)開展了大量的研究。其中，劉學(xué)增等[14-16]通過(guò)模型試驗(yàn)，研究了正斷層和逆斷層黏滑錯(cuò)動(dòng)對(duì)公路隧道的影響規(guī)律，明確了正斷層和逆斷層錯(cuò)動(dòng)影響下隧道結(jié)構(gòu)的破壞特征及受力特征。崔光耀等[17-20]通過(guò)模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬，研究了穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗錯(cuò)技術(shù)，明確了減震層、減震縫等措施的抗錯(cuò)機(jī)制及效果。石吉森[21]通過(guò)模型試驗(yàn)、改進(jìn)數(shù)值模擬的方法，研究了傾斜場(chǎng)地下斷層錯(cuò)動(dòng)與隧道的相互作用，分析了隧道位置、形式的影響。Zhong等[22]建立了穿越多個(gè)活動(dòng)走滑斷層的輸水隧洞三維數(shù)值模型，考慮斷層運(yùn)動(dòng)的幅度、相鄰斷層面之間的距離、隧道與斷層相交角度以及斷層破碎帶內(nèi)巖體的力學(xué)性質(zhì)4個(gè)影響因素，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)損傷規(guī)律進(jìn)行了分析。孫風(fēng)伯[23]針對(duì)穿越活動(dòng)斷裂帶山嶺隧道抗位錯(cuò)機(jī)制與方法，開展了系統(tǒng)性研究，分析了斷層錯(cuò)動(dòng)影響范圍并確定了隧道縱向設(shè)防范圍，揭示了穿越活動(dòng)斷裂帶隧道破壞機(jī)制，提出了隧道抗位錯(cuò)方式。趙天次等[24]從分層位錯(cuò)理論出發(fā)，結(jié)合逆斷層特點(diǎn)，依托成蘭鐵路某隧道建立隧道位錯(cuò)反應(yīng)分析模型，分析了隧道襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變、損傷特點(diǎn)。安韶等[25]基于烏魯木齊地鐵2號(hào)線，建立三維有限元模型，結(jié)合損傷理論討論了柔性接頭的減災(zāi)效果。汪振等[26]、王鴻儒等[27]以香爐山隧洞為依托，采用數(shù)值模擬及模型試驗(yàn)手段，分析了走滑斷層錯(cuò)動(dòng)下隧道變形特征，研究了斷層錯(cuò)動(dòng)量、斷層破碎帶寬度和隧道穿越斷層方位的影響。唐浪洲等[28]采用數(shù)值模擬手段，研究了走滑斷層錯(cuò)動(dòng)下隧道結(jié)構(gòu)的受力變形特征，明確了走滑斷層錯(cuò)動(dòng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全性的影響規(guī)律。周光新等[29]基于模型試驗(yàn)手段，對(duì)斷層錯(cuò)動(dòng)模擬過(guò)程中的隧洞上覆圍巖破裂形態(tài)、襯砌破壞形態(tài)和裂紋發(fā)展、應(yīng)變分布特征等關(guān)鍵響應(yīng)特征開展試驗(yàn)分析，研究了走滑斷層錯(cuò)動(dòng)影響下跨活斷層鉸接隧洞的破壞形式及破壞機(jī)制。

綜上，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究主要集中于斷層錯(cuò)動(dòng)下隧道受力變形特征等方面，對(duì)于穿越活動(dòng)斷裂帶隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)策方面的研究較少，且目前尚未形成相應(yīng)的工程規(guī)范，導(dǎo)致穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道抗震設(shè)防技術(shù)方面仍存在一定的不足。對(duì)此，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、模型試驗(yàn)及理論分析等方法，對(duì)穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道抗震設(shè)防分區(qū)、隧道襯砌變形破壞機(jī)制、隧道抗震設(shè)防措施及搶通方案開展研究。

1 穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道震害特征及抗震設(shè)防分區(qū)

1.1 “門源1·8地震”概況

2022年1月8日，青海省門源縣發(fā)生6.9級(jí)地震，震源深度10 km，地震的發(fā)震斷裂為青藏高原北東緣祁連—海原斷裂中西段的冷龍嶺斷裂(F5)，具有左旋走滑兼逆斷性質(zhì)，震中位于F5斷裂南側(cè)約3～4 km，距蘭新高鐵大梁隧道最近距離約4.5 km，如圖1所示。

圖1 “門源1·8地震”震源與蘭新高鐵線位關(guān)系Fig. 1 Relationship between source of Menyuan 1·8 earthquake and line location of Lanzhou-Urumqi high-speed railway

地震烈度分布如圖2所示。隧道穿越活動(dòng)斷裂帶的發(fā)震烈度與斷裂帶距離關(guān)系明顯，其中，大梁隧道進(jìn)口段K1 967+418至祁連山隧道進(jìn)口段K1 973+718為Ⅸ度區(qū)，蘭新高鐵K1 949+474至大梁隧道進(jìn)口段K1 967+418、祁連山隧道進(jìn)口段K1 973+718～K1 986+318為Ⅷ度區(qū)，蘭新高鐵K1 920+374～K1 949+474、蘭新高鐵K1 986+318～K2 010+389為Ⅶ度區(qū)。

圖2 “門源1·8地震”烈度圖Fig. 2 Intensity map of Menyuan 1·8 earthquake

門源地震致蘭新高鐵沿線地表變形，大梁隧道全隧和祁連山隧道進(jìn)口段發(fā)生整體偏移和扭轉(zhuǎn)，其中F5斷裂帶及附近影響段尤為明顯。大梁隧道出口段和祁連山隧道進(jìn)口段出現(xiàn)震損，其中大梁隧道出口段震損嚴(yán)重，特別是F5活動(dòng)斷裂帶及影響段，結(jié)構(gòu)破壞十分嚴(yán)重。

1.2 “門源1·8地震”鐵路隧道變形特征

通過(guò)各級(jí)控制測(cè)量網(wǎng)顯示，大梁隧道及祁連山隧道發(fā)生了平面偏移扭轉(zhuǎn)、高程錯(cuò)臺(tái)、縱向壓縮拉伸等多方向的空間變形。

1.2.1 平面方向

地震前后大梁隧道及祁連山隧道平面偏移扭轉(zhuǎn)情況如圖 3所示。F5斷裂帶以南隧道平面向東偏移1 776～1 781 mm，F(xiàn)5斷裂帶以北隧道向西偏移620～1 101 mm，斷裂帶處偏移最大，并向兩端逐漸變小。

圖3 隧道整體平面偏移扭轉(zhuǎn)示意圖Fig. 3 Schematic of overall plane offset and torsion of tunnel

1.2.2 高程方向

采用CPⅠⅠⅠ(軌道控制網(wǎng))測(cè)量得出地震前后大梁隧道高程變化如圖 4所示。從大梁隧道進(jìn)口開始，高程逐步抬高，在距離斷裂帶約900 m(K1 970+500)處達(dá)到峰值，約68.4 cm；之后高程逐步回落，在F5斷裂帶(K1 971+400)處形成約40 cm的錯(cuò)臺(tái)；到大梁隧道出口，軌面高程比原設(shè)計(jì)標(biāo)高低15～22 cm。

圖4 大梁隧道高程變化示意圖Fig. 4 Schematic of elevation variation of Daliang tunnel

1.2.3 縱向方向

在大梁隧道進(jìn)口至F5斷裂帶間，出現(xiàn)了縱向壓縮變形，位移量為82～53 cm；在F5斷裂帶至大梁隧道出口間，出現(xiàn)了拉伸變形，位移量為43～32 cm，錯(cuò)臺(tái)處拉張裂隙寬約1.1 m。

1.3 “門源1·8地震”鐵路隧道破壞特征

“門源1·8地震”造成大梁隧道結(jié)構(gòu)錯(cuò)斷，隧道襯砌產(chǎn)生震損。

1.3.1 隧道內(nèi)凈空錯(cuò)動(dòng)情況

大梁隧道斷裂處點(diǎn)云俯視圖見(jiàn)圖5,斷層帶錯(cuò)斷部位斷面變形示意如圖6所示。隧道斷面凈空掃描顯示，隧道結(jié)構(gòu)錯(cuò)動(dòng)主要集中在F5活動(dòng)斷裂帶內(nèi)的主破裂面附近約21 m(K1 971+390.4～+411.7)范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)內(nèi)輪廓最大偏移量約2.8 m；而其余段落隧道以整體偏移為主，未發(fā)生明顯錯(cuò)斷。

圖5 大梁隧道斷裂處點(diǎn)云俯視圖Fig. 5 Top view of point cloud of Daliang tunnel fracture

(a) K1 970+400處

(b) K1 971+411處圖6 大梁隧道斷層帶錯(cuò)斷部位斷面變形示意圖Fig. 6 Schematic of cross-sectional deformation of staggered part of Daliang tunnel fault zone

1.3.2 隧道結(jié)構(gòu)震損情況

“門源1·8地震”導(dǎo)致蘭新高鐵大梁隧道和祁連山隧道進(jìn)口產(chǎn)生結(jié)構(gòu)震損。其中，大梁隧道出口段震損較嚴(yán)重，特別是F5斷裂帶及影響段；祁連山隧道進(jìn)口段震損較輕微。從震損部位來(lái)看，隧道洞口工程震損總體較輕微，隧道洞身相對(duì)嚴(yán)重。2座隧道洞門端墻基本完好，無(wú)明顯震裂；坡面及地表無(wú)明顯溜滑、裂縫現(xiàn)象；截、排水溝無(wú)明顯新裂縫。

大梁隧道洞身結(jié)構(gòu)震損按嚴(yán)重程度分為極嚴(yán)重震害、嚴(yán)重震害和一般震害。其中,極嚴(yán)重震害是指襯砌結(jié)構(gòu)破壞特別嚴(yán)重，需進(jìn)行整體重建，主要集中在F5活動(dòng)斷裂帶及影響帶地段，約350 m范圍，如圖7所示。該段軌下結(jié)構(gòu)整體破壞，具體表現(xiàn)為隆起嚴(yán)重(20～70 cm)、軌道變形；水溝局部破壞，具體表現(xiàn)為兩側(cè)水溝蓋板擠壓隆起、水溝側(cè)壁傾斜。斷層位置處襯砌環(huán)向擠壓破壞，隔水層外露，拱部大面積脫落，大量鋼筋變形斷裂外漏，拱頂電力設(shè)備損壞。隧道結(jié)構(gòu)在斷層處環(huán)向錯(cuò)斷，大里程側(cè)向西錯(cuò)動(dòng)1.5～1.8 m，襯砌間裂縫寬30～80 cm，結(jié)構(gòu)損毀極為嚴(yán)重。此外，該段隧道初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)有5 cm厚的保溫隔熱層，應(yīng)具有較好的抗地震動(dòng)能力，但仍無(wú)法承受活動(dòng)斷層突然的強(qiáng)制位移破壞，說(shuō)明僅從提高結(jié)構(gòu)承載力角度抵抗活動(dòng)斷裂帶的位錯(cuò)是難以達(dá)到的。

(a) 軌下結(jié)構(gòu)隆起

(b) 軌道變形

(c) 襯砌環(huán)向錯(cuò)斷

(d) 襯砌拱部大面積脫落圖7 極嚴(yán)重震害段現(xiàn)場(chǎng)情況Fig. 7 Photographs of site of extremely severe earthquake damage

嚴(yán)重震害是指襯砌出現(xiàn)了較大的掉塊或嚴(yán)重開裂，需進(jìn)行拆換處理，主要集中于活動(dòng)斷裂帶小里程方向1.8 km范圍內(nèi)。嚴(yán)重剝落掉塊段共計(jì)10處，每處長(zhǎng)度1.5～10 m不等，掉塊面積0.5～15 m2不等，部分位置鋼筋外漏、變形彎曲。襯砌開裂受損嚴(yán)重段共計(jì)14處，包括斜向和環(huán)向貫通裂縫、多道平行或交錯(cuò)呈網(wǎng)狀裂縫，部分襯砌受擠壓變形明顯，發(fā)生開裂錯(cuò)動(dòng)等，如圖 8所示。

(a) 襯砌剝落掉塊

(b) 襯砌環(huán)向開裂圖8 嚴(yán)重震害段現(xiàn)場(chǎng)情況Fig. 8 Photographs of site of severe earthquake damage

一般震害是指襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)環(huán)向開裂、軌下結(jié)構(gòu)開裂，需進(jìn)行套拱或施工縫處置。主要病害包括邊墻裂縫(以環(huán)向裂縫為主)、軌下結(jié)構(gòu)裂縫、滲漏水、水溝破壞和附屬洞室裂縫等,如圖 9所示。

(a) 襯砌邊墻開裂

(b) 道床開裂圖9 一般震害段現(xiàn)場(chǎng)情況Fig. 9 Photographs of site of general earthquake damage

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果可知，現(xiàn)有鐵路隧道抗震技術(shù)及工程措施，可保證洞口、淺埋及洞身非活動(dòng)斷裂帶段的隧道結(jié)構(gòu)在地震作用下保持穩(wěn)定，滿足設(shè)防目標(biāo)要求。鐵路隧道抗震方案總體是合理的，工程措施是可靠的。穿越活動(dòng)斷裂帶及其附近的隧道破壞十分嚴(yán)重，表現(xiàn)為隧道垮塌，軌下結(jié)構(gòu)底鼓、錯(cuò)臺(tái)，拱墻襯砌結(jié)構(gòu)垮塌、開裂，一方面是由于穿越活動(dòng)斷裂帶的隧道受較大的錯(cuò)動(dòng)位移影響，結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞；另一方面是由于在隧道結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重破壞的同時(shí)，又受到強(qiáng)烈的地震作用，且由于距離震源近、地震波頻率成分復(fù)雜、震動(dòng)幅值大、垂直地震動(dòng)參數(shù)大，因此，隧道出現(xiàn)垮塌、軌下結(jié)構(gòu)底鼓、拱墻襯砌結(jié)構(gòu)垮塌等現(xiàn)象。

1.4 穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道抗震設(shè)防分區(qū)

大梁隧道震后整體變形情況如圖 10所示,結(jié)合大梁隧道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果可知，穿越活動(dòng)斷裂帶隧道的破壞程度與距斷層的距離關(guān)系明顯，根據(jù)隧道破壞機(jī)制可以將活動(dòng)斷裂帶影響區(qū)分為2個(gè)區(qū)段，即活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷的強(qiáng)烈影響段及一般影響段。其中，活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段受強(qiáng)地震力、橫向變形和軸向變形作用，出現(xiàn)軌下結(jié)構(gòu)底鼓、錯(cuò)臺(tái)，拱墻襯砌結(jié)構(gòu)垮塌、開裂、大面積脫落等震害；活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷一般影響段主要受強(qiáng)地震力及軸向變形作用，出現(xiàn)襯砌開裂、局部剝落、道床開裂等震害。應(yīng)針對(duì)2種區(qū)段分別進(jìn)行設(shè)防。

圖10 大梁隧道震后整體變形情況Fig. 10 Overall deformation of Daliang tunnel after earthquake

根據(jù)“門源1·8地震”后隧道破壞特征可知，穿越活動(dòng)斷裂帶段隧道的破壞主要集中在活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷的強(qiáng)烈影響段(Lp1+D+Lp2)和一般影響段(Ls1+Ls2)這2個(gè)區(qū)段(如圖 11所示):

圖11 穿越活動(dòng)斷裂帶隧道設(shè)防分區(qū)示意圖Fig. 11 Schematic of fortification zoning of tunnel crossing active fault zone

1)活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段是指斷裂帶及從斷裂帶邊緣向兩側(cè)受到嚴(yán)重震害的區(qū)段，在該區(qū)段既受活動(dòng)斷裂帶斷層錯(cuò)動(dòng)位移影響又受強(qiáng)地震力作用下橫向變形和軸向變形的共同作用。

2)活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷一般影響段是指從活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段邊緣向外受到震害影響逐漸降低的區(qū)段，該區(qū)段距離震源近、地震波頻率成分復(fù)雜、震動(dòng)幅值大、垂直地震動(dòng)參數(shù)大，深埋隧道受強(qiáng)地震力作用十分明顯，隧道結(jié)構(gòu)變形受到的橫向變形影響較小，主要是軸向變形。

1.5 傍行活動(dòng)斷裂帶隧道抗震設(shè)防范圍

根據(jù)GB/T 51336—2018《地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，鐵路隧道工程為特殊設(shè)防類結(jié)構(gòu)(甲類)或重點(diǎn)設(shè)防類結(jié)構(gòu)(乙類)，其避讓距離為400 m。

國(guó)內(nèi)隧道(巷道)傍行于斷層的工程案例如表1所示。

表1 隧道(巷道)傍行于斷層的工程案例Table 1 Engineering cases of tunnel (roadway) parallel to fault

由表1可知，傍行于活動(dòng)斷裂時(shí)的避讓距離為100～700 m。

湯淼鑫[30]對(duì)不同覆蓋層厚度下的安全距離開展了研究，給出了地震烈度為Ⅸ度下的安全距離： 1)覆蓋層厚度大于100 m時(shí)，建筑物安全距離為150～250 m； 2)走滑型斷裂發(fā)震覆蓋層較薄或基巖出露斷裂帶附近巖體較完整時(shí)，建筑物安全距離為300～1 000 m；3)在覆蓋層較薄或基巖出露區(qū)，由多條相距不遠(yuǎn)的走滑型斷裂組合發(fā)震，斷裂破碎帶較寬，或由附近巖體較破碎的傾滑型斷裂發(fā)震時(shí)，安全避讓距離為1 000～2 000 m。

為驗(yàn)證以上安全距離的合理性，采用數(shù)值模擬方法分析錯(cuò)動(dòng)量在1.5 m、地震烈度為Ⅸ度時(shí)，與斷層距離分別為50、100、150、200、250 m時(shí)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力及安全系數(shù)的變化規(guī)律。5組計(jì)算工況的軸力、彎矩和安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 各工況軸力最大值、彎矩最大值和安全系數(shù)最小值對(duì)比Table 2 Comparison of maximum axial force, maximum bending moment, and minimum safety factor under various conditions

由表2可知： 1)軸力方面，間距50～150 m，二次襯砌軸力變化較大；間距100～150 m，軸力峰值降低218 kN；間距150～250 m，二次襯砌軸力變化僅約3%；間距200～250 m，軸力峰值降低0.3%。2)彎矩方面，間距50～100 m，彎矩峰值降低10.8 kN·m，即37%；間距100～150 m，彎矩峰值降低1.7 kN·m，即9%；間距150～250 m，二次襯砌彎矩變化較??；間距150～200 m，彎矩峰值降低0.2 kN·m，即1%；間距200～250 m,彎矩峰值降低0.1 kN·m，即0.6%。3)安全系數(shù)方面，間距50～100 m，安全系數(shù)增大1.5，即54%；間距100～150 m，安全系數(shù)增大0.6，即14%；間距150～250 m，二次襯砌安全系數(shù)變化較??；間距150～200 m，安全系數(shù)增大0.1，即2%；間距200～250 m，安全系數(shù)不變。

根據(jù)以上分析可知，傍行于活動(dòng)斷裂帶的隧道受活動(dòng)斷裂發(fā)震的影響范圍與斷層錯(cuò)動(dòng)量、地震烈度、地層條件、埋深等因素密切相關(guān)。通常條件下，其影響在200～1 000 m。在覆蓋層較薄或基巖出露區(qū)，由多條相距不遠(yuǎn)的走滑型斷裂組合發(fā)震，斷裂破碎帶較寬，或由附近巖體較破碎的傾滑型斷裂發(fā)震等特殊條件下，安全避讓距離可取1 000～2 000 m。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，還應(yīng)充分考慮地震等級(jí)、錯(cuò)動(dòng)量、斷裂性質(zhì)等因素綜合確定設(shè)防范圍。

2 穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道變形和破壞機(jī)制

根據(jù)門源地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研可知，穿越活動(dòng)斷裂帶隧道襯砌破壞嚴(yán)重，為進(jìn)一步研究明確穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道變形和破壞機(jī)制，開展模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。

2.1 模型試驗(yàn)研究

2.1.1 模型試驗(yàn)概況

依托某鐵路隧道工程，模型采用傾斜正斷左旋錯(cuò)動(dòng)剛性模型箱，如圖 12所示。試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖鋬?nèi)部尺寸為2.5 m(長(zhǎng))×2.5 m(寬)×2.2 m(高)，采用鋼結(jié)構(gòu)，由5塊鋼板焊接而成，外部由鋼矩管加固，四周壁厚1 cm，底板厚為0.6 cm，最大承載質(zhì)量為20 t。

圖12 斷層黏滑錯(cuò)動(dòng)模型試驗(yàn)箱(單位： m)Fig. 12 Fault stick-slip dislocation model test box (unit: m)

采用粉煤灰、河砂和機(jī)油(質(zhì)量比為57∶31∶12)配置Ⅵ級(jí)圍巖相似材料，采用石膏、水和重晶石(質(zhì)量比為1.1∶1∶0.3)配置襯砌相似材料，采用雙層鋼絲網(wǎng)模擬鋼筋，圍巖及襯砌相似材料力學(xué)參數(shù)如表3所示。

表3 圍巖及襯砌相似材料力學(xué)參數(shù)Table 3 Mechanical parameters of similar materials of surrounding rock and lining

2.1.2 模型試驗(yàn)方案

試驗(yàn)中采用了2種穿越活動(dòng)斷裂帶分節(jié)段隧道襯砌結(jié)構(gòu)，即普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)(工況1)及加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu),(工況2)如圖 13所示。

(a) 普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)(工況1)

(b) 加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)(工況2)圖13 隧道襯砌結(jié)構(gòu)(單位： cm)Fig. 13 Tunnel lining structure (unit: cm)

斷層錯(cuò)動(dòng)如圖14所示。襯砌與斷層斜交14°，共分10個(gè)襯砌節(jié)段，其中,1#節(jié)段徑向?qū)挾葹?4.5 cm、2#和9#節(jié)段徑向?qū)挾葹?9.5 cm、3#—8#和10#節(jié)段徑向?qū)挾葹?9.5 cm。試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖渖媳P為正斷左旋活動(dòng)盤，下盤為固定約束盤，1#—5#節(jié)段位于錯(cuò)動(dòng)帶下盤，6#—10#節(jié)段位于錯(cuò)動(dòng)帶上盤。采用千斤頂進(jìn)行分級(jí)錯(cuò)動(dòng)，最終正斷3 cm、左旋10 cm。

圖14 斷層錯(cuò)動(dòng)示意圖Fig. 14 Schematic of fault dislocation

2.1.3 穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道襯砌變形破壞特征

不同工況下，正斷3 cm、左旋10 cm后，斷層破碎帶錯(cuò)動(dòng)位置的襯砌(4#節(jié)段)破壞特征如圖 15所示。其中，普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)的仰拱、拱部及拱腳發(fā)生破壞，加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)的拱頂及拱腳發(fā)生破壞。

(a) 普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)

(b) 加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)圖15 隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞特征試驗(yàn)結(jié)果(4#節(jié)段)Fig. 15 Damage characteristics of tunnel lining structure (segment No. 4)

正斷3 cm、左旋10 cm后，隧道襯砌結(jié)構(gòu)位錯(cuò)變形如圖16所示。2種襯砌結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的錯(cuò)臺(tái)，其中，普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)錯(cuò)臺(tái)為6.89～9.80 cm，加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)錯(cuò)臺(tái)為1～4 cm。

(a) 普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)位錯(cuò)變形

(b) 加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)位錯(cuò)變形圖16 隧道襯砌結(jié)構(gòu)位錯(cuò)變形示意圖(單位： cm)Fig. 16 Schematic of dislocation deformation of tunnel lining structure (unit: cm)

2.2 數(shù)值模擬研究

為進(jìn)一步驗(yàn)證模型試驗(yàn)結(jié)果，開展數(shù)值模擬研究，計(jì)算參數(shù)與模型試驗(yàn)相同，計(jì)算模型如圖17所示。

圖17 斷層黏滑錯(cuò)動(dòng)數(shù)值模型Fig. 17 Numerical model of fault stick-slip dislocation

正斷3 cm、左旋10 cm后，隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞特征如圖18所示。其中，普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)的仰拱、拱部及拱腳發(fā)生破壞，加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)的拱部及拱腳發(fā)生破壞，與模型試驗(yàn)結(jié)果吻合。

(a) 普通型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)

(b) 加強(qiáng)型仰拱襯砌結(jié)構(gòu)圖18 隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞特征模擬結(jié)果(4#節(jié)段)Fig. 18 Damage characteristics of tunnel lining structure (segment No. 4)

根據(jù)以上模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果可知，穿越活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段的隧道襯砌結(jié)構(gòu)，在受到大位錯(cuò)橫向變形和軸向變形的共同作用下，襯砌結(jié)構(gòu)無(wú)法適應(yīng)大尺度位錯(cuò)，不可避免地出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)和結(jié)構(gòu)開裂問(wèn)題。

3 穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道抗震設(shè)防技術(shù)

3.1 穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗震設(shè)防措施調(diào)研

為總結(jié)穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗震設(shè)防措施經(jīng)驗(yàn)，調(diào)研了國(guó)內(nèi)外鐵路隧道(成蘭鐵路柿子園隧道、拉林鐵路桑珠嶺隧道、大瑞鐵路高黎貢山隧道、肯尼亞內(nèi)馬鐵路隧道等)、公路隧道(土耳其Bolu公路隧道、墨脫公路嘎隆拉隧道等)抗震設(shè)防措施，調(diào)研結(jié)果如表4所示。目前針對(duì)隧道抗減震構(gòu)造措施主要包括： 1)預(yù)留變形空間，優(yōu)化斷面形狀及襯砌節(jié)段設(shè)計(jì)； 2)改變圍巖性質(zhì)，如對(duì)圍巖進(jìn)行注漿或增設(shè)錨桿等； 3)提高襯砌性能，如增加隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、阻尼、剛度調(diào)整等； 4)設(shè)置減震措施，如在隧道與地層之間設(shè)置減震構(gòu)造等。

3.2 穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗震設(shè)防措施優(yōu)化

根據(jù)穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗震設(shè)防措施調(diào)研結(jié)果(見(jiàn)表4)，結(jié)合前文中所述的隧道設(shè)防分區(qū)理念及變形破壞特征，得出穿越活動(dòng)斷裂帶隧道應(yīng)分區(qū)設(shè)防，基于現(xiàn)有技術(shù)水平，提出穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗震設(shè)防措施優(yōu)化方案。

表4 地下結(jié)構(gòu)主要抗減震措施分類Table 4 Classification of main anti-seismic measures for underground structure

3.2.1 活動(dòng)斷裂帶抗震設(shè)防范圍

活動(dòng)斷裂帶分為活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段和一般影響段。

活動(dòng)斷裂帶強(qiáng)烈影響段，采用“預(yù)留空間+圓形斷面+節(jié)段設(shè)計(jì)”的工程方案，目前設(shè)計(jì)一般考慮在斷裂帶兩側(cè)延伸30 m，但研究發(fā)現(xiàn)延伸長(zhǎng)度不足，建議根據(jù)斷層性質(zhì)、斷層與隧道交角、隧道埋深等因素綜合確定兩側(cè)延伸長(zhǎng)度；在施工階段，可結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和揭示的地質(zhì)條件進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整延伸長(zhǎng)度。

活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷一般影響段，主要采用“加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)及設(shè)置變形縫”的工程方案。目前設(shè)計(jì)中一般未單獨(dú)考慮，建議對(duì)活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響帶兩側(cè)各1 000 m范圍進(jìn)行抗震設(shè)防，加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)并合理設(shè)置變形縫。

3.2.2 活動(dòng)斷裂帶抗震設(shè)防措施

活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段： 1)進(jìn)一步優(yōu)化活動(dòng)斷裂帶地段節(jié)段設(shè)計(jì)。經(jīng)調(diào)研，活動(dòng)斷裂帶節(jié)段設(shè)計(jì)按照6～12 m的不等間距設(shè)置，多為9 m。結(jié)合課題科研試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)節(jié)段長(zhǎng)度對(duì)隧道抗錯(cuò)斷效果明顯，可有效縮短錯(cuò)斷范圍，建議根據(jù)抗震設(shè)防要求，考慮施工影響，按“宜小不宜大”的原則，進(jìn)一步縮短活動(dòng)斷裂帶地段襯砌節(jié)段，以使隧道結(jié)構(gòu)更好地適應(yīng)變形。2)加強(qiáng)活動(dòng)斷裂帶地段軌下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)震害調(diào)研和模型試驗(yàn)分析，在活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷地段，軌下結(jié)構(gòu)破壞最為嚴(yán)重，結(jié)合受力分析，建議加強(qiáng)活動(dòng)斷裂帶地段軌下結(jié)構(gòu)整體性。

活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷一般影響段： 按照?qǐng)龅氐卣鸢苍u(píng)結(jié)果進(jìn)行抗震驗(yàn)算，采用鋼筋混凝土襯砌，設(shè)置變形縫，加強(qiáng)軌下結(jié)構(gòu)的整體性設(shè)計(jì)，提高襯砌結(jié)構(gòu)的抗震能力。

3.3 新型多級(jí)減隔震結(jié)構(gòu)技術(shù)體系

穿越活動(dòng)斷裂帶隧道隔震減震結(jié)構(gòu)斷面如圖19所示。1)對(duì)于強(qiáng)烈影響段，通過(guò)擴(kuò)挖斷面預(yù)留活動(dòng)斷裂帶最大位錯(cuò)量，采用徑向注漿提高圍巖物理力學(xué)指標(biāo)，采用高韌性噴射混凝土、錨桿及鋼拱架作為初期支護(hù)層，泡沫混凝土作為減震層，鋼結(jié)構(gòu)襯砌作為二次襯砌層，縱向連接采用柔性連接器。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)斷后，外層襯砌錯(cuò)斷，通過(guò)外層和內(nèi)層襯砌之間的柔性緩沖層，減小內(nèi)層襯砌的錯(cuò)斷，盡可能減小對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)的影響。2)對(duì)于一般影響段，通過(guò)增設(shè)錨桿加固圍巖，采用鋼拱架和高韌性噴射混凝土作為初期支護(hù)層、凸殼式防排水板作為減隔震層、鋼筋混凝土作為二次襯砌層，并在縱向設(shè)置寬變形縫，凸殼式防排水層兼作防水層，吸收耗散地震能量。

圖19 穿越活動(dòng)斷裂帶隧道隔震減震結(jié)構(gòu)斷面圖Fig. 19 Typical tunnel section of seismic isolation and shock absorption crossing active fault zone

為解決隧道穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗錯(cuò)斷問(wèn)題，針對(duì)活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段，初步提出以“外層錯(cuò)斷，中間吸能，內(nèi)層抗震”為設(shè)計(jì)理念的穿越活動(dòng)斷裂帶雙層離壁式新型隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)想。當(dāng)發(fā)生位錯(cuò)后，外層襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錯(cuò)斷，但內(nèi)外層襯砌之間預(yù)留了足夠的位錯(cuò)空間，避免內(nèi)層襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大尺度的位錯(cuò)，內(nèi)層襯砌主要承擔(dān)強(qiáng)烈地震震動(dòng)帶來(lái)的影響。為了驗(yàn)證雙層離壁式結(jié)構(gòu)的抗錯(cuò)斷性能，開展了模型試驗(yàn)研究，襯砌結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)裝置、方案同第2.1節(jié)。雙層離壁式襯砌結(jié)構(gòu)如圖20所示。

圖20 雙層離壁式襯砌結(jié)構(gòu)(單位： mm)Fig. 20 Double layer off-wall lining structure (unit: mm)

正斷3 cm、左旋10 cm后，斷層破碎帶錯(cuò)動(dòng)位置的襯砌(4#節(jié)段)破壞特征如圖21所示，雙層離壁式襯砌結(jié)構(gòu)外襯拱腳及拱頂發(fā)生破壞，但內(nèi)襯未發(fā)生破壞。

圖21 雙層離壁式襯砌結(jié)構(gòu)破壞特征(4#節(jié)段)Fig. 21 Damage characteristics of double lager off-wall lining structure (segment No. 4)

正斷3 cm、左旋10 cm后，隧道襯砌結(jié)構(gòu)位錯(cuò)變形如圖22所示，雙層離壁式襯砌結(jié)構(gòu)外襯錯(cuò)臺(tái)為2～7 cm。

圖22 隧道襯砌結(jié)構(gòu)位錯(cuò)變形示意圖(單位： cm)Fig. 22 Schematic of dislocation deformation of tunnel lining structure (unit: cm)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在大尺度條件下，該新型襯砌結(jié)構(gòu)外襯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，外層襯砌和減震層吸收了大部分的位錯(cuò)量，內(nèi)襯結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，但是內(nèi)襯結(jié)構(gòu)節(jié)段之間仍然產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)。因此，建議進(jìn)一步考慮新型襯砌結(jié)構(gòu)對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響，優(yōu)化軌下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，繼續(xù)深化模型試驗(yàn)。同時(shí)，本文所提的穿越活動(dòng)斷裂帶新型多級(jí)減震可變結(jié)構(gòu)存在施工難度大、非震條件下對(duì)運(yùn)營(yíng)影響大及缺乏可靠的工程實(shí)踐等問(wèn)題，尚需進(jìn)一步深化研究，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證后方可用于實(shí)踐。

而對(duì)于傍行于活動(dòng)斷裂帶的隧道，經(jīng)調(diào)研分析，在活動(dòng)斷裂帶1 000 m范圍內(nèi)隧道受活動(dòng)斷裂震動(dòng)影響嚴(yán)重。因此，建議對(duì)傍行于活動(dòng)斷裂1 000 m以內(nèi)的隧道段進(jìn)行抗震設(shè)防檢算，加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置變形縫。

3.4 穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道搶通方案

根據(jù)以上研究可知，穿越活動(dòng)斷裂帶的隧道，在發(fā)震時(shí)出現(xiàn)大位錯(cuò)，基于現(xiàn)有技術(shù)水平，尚無(wú)可靠的隧道結(jié)構(gòu)形式可以應(yīng)對(duì)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定程度的損壞是難以避免的，若待正洞修復(fù)后再恢復(fù)通車，往往時(shí)間較長(zhǎng)。因此，本文針對(duì)分修隧道及合修隧道提出了快速搶通方案。

3.4.1 合修隧道搶通方案

合修隧道震后快速搶通方案如圖23所示。對(duì)于合修帶平導(dǎo)和合修隧道，首先在距離活動(dòng)斷裂帶兩側(cè)合適位置預(yù)留2條渡線隧道使正洞與平導(dǎo)相連，渡線采用內(nèi)輪廓5.4 m×6.82 m(寬×高)的小斷面，小于正洞單線內(nèi)輪廓6.9 m×7.52 m(寬×高)，渡線采用相對(duì)簡(jiǎn)單有效的支護(hù)措施，便于震后快速搶通。震后利用小斷面易修復(fù)的特點(diǎn)，采用臨時(shí)措施(噴混凝土、鋼架、局部波紋板等)快速加固活動(dòng)斷裂帶段渡線結(jié)構(gòu)，列車從渡線繞行，實(shí)現(xiàn)快速保通目的，待正洞修復(fù)后再恢復(fù)正常行車。

(a) “合修+平導(dǎo)”隧道

(b) “合修”隧道圖23 合修隧道震后快速搶通方案示意圖Fig. 23 Schematic of rapid recovery scheme after earthquake of jointly constructed tunnel

3.4.2 分修隧道搶通方案

分修隧道采用“搶通一側(cè)線路，單側(cè)臨時(shí)通行”方案，即震后采用臨時(shí)措施加固震損相對(duì)較輕的一側(cè)隧道，通過(guò)調(diào)整行車組織，在上下行臨近車站組織行車等待、避讓，搶通線路區(qū)間單線臨時(shí)通行。

3.4.3 渡線搶通方案

搶通階段渡線隧道的修復(fù)以實(shí)現(xiàn)快速整治、保障臨時(shí)行車安全為目標(biāo)，其搶通方案主要分為以下3類：

1)震害極嚴(yán)重地段是指結(jié)構(gòu)損毀嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)功能基本喪失的地段，采用以局部擴(kuò)挖(不滿足行車限界地段)+噴混凝土或鋼纖維混凝土+工字鋼+局部波紋鋼板為主的臨時(shí)修復(fù)對(duì)策，確保修復(fù)后結(jié)構(gòu)不掉塊、不變形。

2)震害嚴(yán)重地段是指襯砌剝落掉塊嚴(yán)重、襯砌局部變形、裂縫發(fā)育、擠壓變形明顯、結(jié)構(gòu)基本功能未喪失的地段，采用噴混凝土或鋼纖維混凝土+局部工字鋼+局部波紋鋼板為主的臨時(shí)修復(fù)對(duì)策，局部變形地段核實(shí)限界情況，不滿足地段進(jìn)行擴(kuò)挖。

3)震害中等地段是指出現(xiàn)邊墻裂縫(主要是環(huán)向裂縫)、仰拱填充層裂縫、附屬洞室裂縫和滲漏水、水溝堵塞、施工縫剝落、底板或仰拱局部變形、裂縫等震害的地段，搶通階段主要對(duì)水溝進(jìn)行疏通，對(duì)較大的滲漏水進(jìn)行引排，裂縫及不影響有砟道床鋪設(shè)的底板變形等震害不進(jìn)行處理，待列車臨時(shí)通行后利用天窗時(shí)間采取裂縫封閉、基底注漿等措施進(jìn)行修補(bǔ)。

由此可見(jiàn)，搶通方案具有快速性及可行性，可大幅減少震后通車時(shí)間，但仍需根據(jù)不同的震害情況，進(jìn)一步細(xì)化渡線搶通方案。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)現(xiàn)有鐵路隧道抗震技術(shù)及工程措施，可保證洞口、淺埋及洞身非活動(dòng)斷裂帶段的隧道結(jié)構(gòu)在地震作用下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，滿足設(shè)防目標(biāo)要求，現(xiàn)行的鐵路隧道工程抗震方案合理，工程措施可靠。

2)穿越活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段的隧道襯砌結(jié)構(gòu)，在受到大位錯(cuò)橫向變形和軸向變形的共同作用下，襯砌結(jié)構(gòu)無(wú)法適應(yīng)大尺度位錯(cuò)，不可避免地出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)和結(jié)構(gòu)開裂問(wèn)題。

3)基于門源地震隧道震害資料統(tǒng)計(jì)及分析，提出了穿越活動(dòng)斷裂帶隧道抗震2個(gè)區(qū)段。一個(gè)是活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷強(qiáng)烈影響段，該區(qū)段隧道結(jié)構(gòu)受強(qiáng)地震力作用下的橫向變形和軸向變形共同作用；另一個(gè)是活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)斷一般影響段，該區(qū)段距離震源近，震動(dòng)幅值大，垂直地震動(dòng)參數(shù)大，隧道結(jié)構(gòu)變形受橫向變形影響較小，主要是軸向變形。

4)對(duì)傍行于活動(dòng)斷裂帶的隧道，其受活動(dòng)斷裂發(fā)震的影響范圍與斷層錯(cuò)動(dòng)量、地震烈度、地層條件、埋深等因素密切相關(guān)。通常條件下，其影響范圍在200 m～1 000 m。在覆蓋層較薄或基巖出露區(qū)，由多條相距不遠(yuǎn)的走滑型斷裂組合發(fā)震，斷裂破碎帶較寬，或由附近巖體較破碎的傾滑型斷裂發(fā)震等特殊條件下，安全避讓距離可取1 000～2 000 m。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，還應(yīng)充分考慮地震等級(jí)、錯(cuò)動(dòng)量、斷裂性質(zhì)等因素綜合確定設(shè)防范圍。

5)雖然基于現(xiàn)有技術(shù)，隧道結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)大尺度(m級(jí))位錯(cuò)，但可通過(guò)工程措施以降低活動(dòng)斷裂帶錯(cuò)動(dòng)帶來(lái)的破壞程度，縮小破壞范圍。一方面是設(shè)防長(zhǎng)度，按照強(qiáng)烈影響段和一般影響段進(jìn)行分區(qū)設(shè)防，加大強(qiáng)烈影響段的設(shè)防長(zhǎng)度，對(duì)兩側(cè)的一般影響段進(jìn)行抗震設(shè)防。另一方面是工程措施，對(duì)強(qiáng)烈影響段進(jìn)一步縮小節(jié)段長(zhǎng)度，加強(qiáng)軌下結(jié)構(gòu)整體性；對(duì)兩側(cè)一般影響段應(yīng)按照?qǐng)龅氐卣鸢苍u(píng)結(jié)果進(jìn)行抗震驗(yàn)算，采用鋼筋混凝土襯砌，設(shè)置變形縫，提高襯砌結(jié)構(gòu)的抗震能力。

6)針對(duì)穿越活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道強(qiáng)烈影響段及一般影響段，提出了新型多級(jí)減震可變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系。其中，一般影響段增設(shè)錨桿加固圍巖，采用鋼拱架和高韌性噴射混凝土作為初期支護(hù)層，凸殼式防排水板作為減隔震層，鋼筋混凝土作為二次襯砌層，并在縱向設(shè)置寬變形縫；強(qiáng)烈影響段采用雙層離壁式新型隧道結(jié)構(gòu)，但新型體系尚不成熟，還需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

7)對(duì)于大尺度位錯(cuò)，現(xiàn)有隧道結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)，提出了快速搶通方案，針對(duì)穿越活動(dòng)斷裂帶合修和分修隧道，分別提出了震后快速搶通方案，并分析了震后渡線搶通對(duì)策。

4.2 建議

1)活動(dòng)斷裂帶活動(dòng)性及活動(dòng)特征參數(shù)對(duì)隧道抗震設(shè)防的影響極大，建議進(jìn)一步加強(qiáng)活動(dòng)斷裂帶的活動(dòng)性、錯(cuò)動(dòng)方式及洞內(nèi)外錯(cuò)動(dòng)位移量等地質(zhì)基礎(chǔ)理論研究，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)新建鐵路沿線斷裂帶活動(dòng)性的調(diào)查研究工作，提出準(zhǔn)確的設(shè)防范圍及相關(guān)地震動(dòng)參數(shù)，提高設(shè)計(jì)的針對(duì)性、可靠性。

2)考慮到活動(dòng)斷裂帶相關(guān)地震動(dòng)參數(shù)對(duì)抗震設(shè)防的影響大，建議對(duì)穿越活動(dòng)斷裂帶隧道進(jìn)行場(chǎng)地安全性評(píng)價(jià)工作，提出精確的抗震設(shè)防參數(shù)。

3)由于活動(dòng)斷裂帶發(fā)生大位錯(cuò)將導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)錯(cuò)斷，仰拱隆起，影響行車安全，建議進(jìn)一步研究活動(dòng)斷裂帶發(fā)震時(shí)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警技術(shù)及相關(guān)機(jī)制，必要時(shí)扣停列車，確保行車安全。

4)基于現(xiàn)有認(rèn)識(shí)，隧道結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)大尺度活動(dòng)斷裂帶位錯(cuò)，建議開展可適應(yīng)活動(dòng)斷裂帶大位錯(cuò)的韌性隧道結(jié)構(gòu)體系的攻關(guān)，攻克隧道抗錯(cuò)斷難題，提升我國(guó)鐵路隧道的抗災(zāi)水平。