城市浅埋隧道的抗震及减震措施分析

罗军伟

摘 要：由于当今社会的不断发展使得城市化的进程迅速加快，地上以上的交通方式早已不能满足交通发展的步伐，地下浅埋隧道不断兴起。但是由于技术不成熟或是管理不善等原因，而且地下条件复杂多变，对于浅埋隧道的抗震以及减震一直是人们热衷的课题。文章通过对地下浅埋隧道的分析，提出了一系列的抗震及减震措施，以供参考。

关键词：浅埋隧道；抗震；减震

引言

城市化进程的不断加剧，交通给城市带来的压力也会随之不断增加，新兴的地下交通正在不断改善着城市的交通网络。一般来说，人们觉得地下轨道交通比地上的安全性更高，而且还拥有更好的抗震性能。然而1995年日本阪神大地震造成了地下轨道交通严重破坏，人们开始注意地下浅埋隧道的抗震问题。很多类似现象表明，地震会对城市浅埋隧道造成严重破坏，一旦破坏，后果不堪设想，给人们的生命及财产安全均带来严重后果。就目前我国现有的状况来看，很多浅埋隧道建于地震频发地带，但是却没有很好的抗震措施，因此，为增强对市区地震反应分析和浅埋隧道的减震方法探究，提出相应的建议是非常必要的。

1 浅埋隧道的震害特点与震害机理

地下浅埋隧道的结构（如图1）不同于地上，大多采用具有较好抗震性能的能够适应地层变形的装配式圆形结构与及整体现浇钢筋混凝土结构。浅埋隧道震害的形态差异和施工的难易程度、地震波的特性、震源距离和地震强度等有着十分重要的关系。地震对于地下的破坏相当严重，不仅会使得浅埋隧道的构造发生变形并且遭到损坏，并且还会波及地下的构造。针对抗震能力的探究必须考虑到地基与构造能否抵抗这些变形，因此针对浅埋隧道构造的设计不仅要求构造在静载与地震载荷的情况下拥有相当的强度，并且需要在发生地震时可以极大程度地吸收地震的能量，并产生较小的形变。

浅埋隧道在地震中遭到破坏是周围地层失稳与地震惯性力作用引起的，地震的惯性力起到非常重要的作用。地震惯性力是指由于强烈地层的运动致使构造中产生惯性力，惯性力在浅埋和明挖的隧道结构中，作用则更加显著。在隧道结构刚度远大于地层刚度的浅埋地段围岩、断层破碎带岩性变化较大之中，在隧道构造中围岩变位导致围岩中掩埋的构造发生强制形变而发生损坏。

2 地震对于浅埋隧道的危害

地震对于浅埋隧道的危害主要表现在以下几个方面：第一，影响结构破坏的主要指标就是在发生地震时相邻地层间的相对位移；第二，浅埋隧道受到地震影響程度相对较小的主要因素是受周边介质的约束效果明显，在低阶模态的影响作用下，构造的动力反应通常表现出自震特性的不显著；第三，当震动是水平方向时，地下构造受到在日常应用情况下没有受到的剪力与水平弯矩，导致中柱的剪切力远大于其最大抗剪强度而发生剪切损坏，在中柱发生损坏后，伴随着竖向震动使得中柱轴力迅速增加，致使中柱的破坏程度加大；第四，浅埋隧道在地震荷载的影响下与其周边介质共同发生运动，结构与周围介质之间的刚度失配与构造存有明显惯性时，构造会发生过度变形而损坏。

3 隧道减震措施与抗震加固

对浅埋隧道抗震方法的探究，考虑到其地震荷载通过地基位移作用于衬砌构造，主要包含三个方面。第一，增强隧道衬砌构造本身抗震性能；第二，减小地基的位移；第三，减小隧道衬砌与地基之间的相互作用。

3.1 降低地基的位移

降低地基位移是减少隧道受地震影响的一种行之有效的举措。在设计隧道路线时，要尽可能地躲避可能受到地震重大影响的土体。按照使用要求，对城市浅埋隧道进行规划，所以不可能避免所有的施工路径均不经过地震带，所以在研究的过程中不可能只考虑隧道线形，还要考虑在发生不可避免的情况时所采取的措施。

3.2 提高隧道衬砌结构自身的抗震性能

提高隧道衬砌构造本身的抗震性能首先是更改隧道构造本身的性能，主要包括隧道的阻尼、强度、质量以及刚度等。具体表现为假如降低隧道构造的刚度，构造会更加容易依据地层的形变而形变，导致隧道构造的反应降低。减震是指在隧道构造和地层间设置减震层，使得地层的形变会经过减震层降低，因此很难传达到隧道构造上，降低隧道构造的地震反应。更改隧道构造性能的减震举措主要是通过更改隧道构造的质量、阻尼、强度、刚度等动力特点来减小隧道构造的地震反应。

3.2.1 降低混凝土的质量。降低混凝土质量一般使用的方法是应用轻骨料混凝土，混凝土质量的降低，能够使隧道构造的地震反应减轻。但是轻骨料混凝土虽然能减轻质量，但是相应的混凝土强度也会发生降低，可以在轻骨料混凝土中加入钢纤维来增加强度，例如陶粒混凝土、陶粒钢纤维混凝土。

3.2.2 提高构造的强度与阻尼。增加结构强度和阻尼主要包括以下三个方面：第一，在隧道构造中加入大阻尼的材料，致使材料变成大阻尼的复合构造，同时可以达到抗震的效果；第二，使用聚合物混凝土，聚合物混凝土能够增强混凝土的柔韧性、弹性与阻尼，在发生地震时隧道构造能吸收地震产生的能量，达到减小地震效果的作用，如聚合物钢纤维混凝土；第三，使用钢纤维混凝土，能够提高混凝土抗折性、抗拉性、韧性和延性，使得隧道构造在地震中可以更好的吸能，减小混凝土对地震的影响，防止隧道结构发生破坏。

3.3 以及降低地基和隧道衬砌间的相互作用

在隧道构造和周围覆盖比地层刚性较小的减震材料，对隧道构造形成减震层，致使在发生地震时地层的形变较难传递到隧道构造物上，因此减小了地震对隧道的影响，起到了减震的显著作用。减震层能使得周边地层对隧道的约束力降低，并且还可以吸收隧道与地层之间的相对应变与位移，针对减震层材料的设置既可以使用液体压注，也能够使用固体在施工时直接覆盖。

4 结束语

对近年来地震的数据分析表明，地震不仅会对地下浅埋隧道形成严重损坏，还会对地上建筑物造成巨大危害。地下浅埋隧道是城市交通的重要组成之一，起着非常重要的作用。地质层复杂多样，但是地下轨道的修建必须要有相应的路线，所以不可避免的要经过地震频发地带，很多问题需要从实践和理论上做进一步的验证和探讨。例如隧道的交叉部位、长短隧道的施工、连拱隧道等。针对浅埋隧道等地下构造的地震反应系统探究对城市交通的发展有着重要意义。

参考文献

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