新版区划图对铁路工程抗震设计影响研究

韩 康

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

新版区划图对铁路工程抗震设计影响研究

韩 康

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

将于2016年6月1日实施的GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》，对铁路工程抗震设计影响较大。文章通过新版区划图与铁路工程抗震设计规范的对比，结合实际工作情况及相关资料，对其影响进行了研究，并提出以下观点： (1)场地类别的确定:铁路路基、桥梁、隧道(洞口、明洞、偏压及浅埋地段)场地类别应按新版区划图的规定执行，铁路隧道洞身深埋段不宜划分场地类别。(2)不同地震动水准的地震动参数取值:现行铁路工程抗震设计规范标准比新版区划图低， 应对规范第28页表7.2.4-1、表7.2.4-2取值进行修改。(3)铁路工程地震动参数取值：路基、隧道(洞口、明洞、偏压及浅埋地段)，只提基本地震的地震动峰值加速度值，隧道洞身(非浅埋偏压段)，不提地震动参数。桥梁工程：要提多遇地震动、基本地震动(设计地震)、罕遇地震动的有关地震动参数。(4)研究成果可应用于铁路工程勘察设计和规范修订。

新版区划图； 铁路工程； 抗震设计； 研究

1 问题的提出

GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》(简称新版区划图)于2015年发布，2016年6月1日执行，该图与第四代GB 18306-2001《中国地震动参数区划图》(简称旧版区划图)相比存在较大的变化，地震动参数与场地类别、不同地震动水准(多遇地震动、基本地震动、罕遇地震动)都有关，并明确了取值办法。由于GB 50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)是基于旧版区划图编制的(包括部分强制性条文)，存在较多问题，本文根据相近行业(建筑、公路)规范、手册和有关参考资料，就有关问题结合铁路工程勘察设计特点进行探讨。

2 场地类别的确定

2.1 新版区划图

新版区划图的场地类别划分(见附录D)如表1所示。

计算深度取覆盖层厚度和20 m两者的较小值。

2.2 铁路工程抗震设计规范(2009年版)

铁路工程抗震设计规范的场地类别划分(见第10页)如表2所示。

表1 场地类别划分表

表2 场地类别

注：计算深度：应取地面或一般冲刷线以下25 m，并不得小于基础底面以下10 m。

2.3 问题探讨

新版区划图场地类别划分与覆盖层厚度有关，计算深度明确，操作性强，目前JTG C20-2011《公路工程地质勘察规范》与GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》有关场地的划分与土层等效剪切波速的计算深度与新版区划图完全一样。GB 50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)的场地划分计算深度的规定明显不合理，在勘察阶段，无法确定基础底面，设计过程(包括施工阶段的变更设计)的基础底面也可能存在较大的变化。目前，铁路地勘资料在勘察阶段就要确定地震动参数，按现行《铁路抗震设计规范》执行难以操作，也不符合新版区划图的规定，因此，铁路场地类别应按新版区划图的规定执行。由于隧道工程较为特殊，根据肖明清编著的《水下隧道设计技术》[6]，在隧道的洞口、明洞及岩性较差的浅埋地段，地层约束作用较弱，随着埋深的增加，地下结构的振动变形受周围地层的约束作用显著，自身的振动特性表现很不明显，地下结构震害逐渐减少。汶川地震隧道震害[10]也证明这点。龚思礼著的建筑抗震设计手册[7]第81页提出，场地土是指场地范围内20 m左右的地基土，它应是与结构基础有关，若是地下隧道，应是与隧道围岩及隧底基础有关。当隧道埋深大于20 m，地面以下20 m的土层不计算等效剪切波速。因此，铁路隧道洞身深埋段不宜划分场地类别。

3 不同地震动水准的地震动参数取值

3.1 地震动峰值加速度

新版区划图第3页规定Ⅱ类场地多遇地震动峰值加速度宜按不低于基本地震动峰值加速度1/3倍确定，Ⅱ类场地罕遇地震动峰值加速度宜按基本地震动峰值加速度1.6～2.3倍确定。新版区划图第240页规定了各类场地地震动峰值加速度调整系数，如表3所示。

表3 场地地震动峰值加速度调整系数Fa

GB 50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)第28页表7.2.4-1规定了水平地震基本加速度取值，且是强制性条文。现以Ⅲ类场地为例，进行不同地震动峰值加速度分区值αmax在不同地震动水准的地震动峰值加速度取值比较，如表4所示。

表4 Ⅲ类场地新版区划图、铁路规范αmax取值比较

从表4可看出，Ⅲ类场地多遇地震αmax，铁路规范在地震动峰值加速度分区值0.05g、0.10g、0.15g情况下取值还不满足新版区划图的最低值，其余情况接近最低值。Ⅲ类场地罕遇地震αmax，铁路规范取值在新版区划图的取值范围内，但靠近最低值，因此，铁路规范标准比新版区划图低。由于新版区划图适用于一般工程，铁路工程(尤其B类工程)标准应不低于新版区划图的标准，应对铁路规范第28页表7.2.4-1进行修正，罕遇地震情况下，αmax取值B类可取最大值，C类可取中间值，D类可取最小值。

3.2 地震动反应谱特征周期

铁路规范地震动反应谱特征周期取值与新版区划图比较，主要区别有两点：(1)新版区划图Ⅰ类场地细分为Ⅰ0、Ⅰ1场地，铁路规范没有细分，相应的特征周期取值不同。(2)新版区划图特征周期取值与不同地震动水准有关，其中罕遇地震动加速度反应谱特征周期应大于基本地震动加速度反应谱特征周期，增加值宜不低于0.05s，铁路规范特征周期取值与不同地震动水准无关。因此，铁路规范标准比新版区划图低。由于新版区划图适用于一般工程，铁路工程(尤其B类工程)标准应不低于新版区划图的标准，应对铁路规范第28页表7.2.4-2进行修正。

4 铁路工程地震动参数取值

根据GB 50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009版)，铁路工程是指站前工程，站后工程应按GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》执行。铁路行业习惯上是由地勘资料提地震动参数，由于工期、人力资源等因数影响，以前存在一些错误的做法，但对结果影响较小。由于新版区划图变化较大，如坚持以前的做法，不仅违规，还存在安全隐患。同时，由于地震动参数要根据场地类别进行调整，工作量增加较多，如何做到有针对性的增减工作量，合理、合规的提地震动参数，是一项事倍功半的大事，现结合铁路工程抗震设计具体要求，对地勘资料地震动参数取值进行探讨。

4.1 路基工程

根据铁路规范采用静力法进行分析，因此，地震动参数只提地震动峰值加速度值，不提地震动反应谱特征周期。由于抗震设防目标是达到性能要求Ⅱ，因此，只提基本地震(设计地震)的地震动峰值加速度值(6度地震区，铁路规范规定可不进行抗震设防，可不提相关参数)。根据工程经验，地震动峰值加速度值对滑坡检算影响大，场地类别的确定(尤其高烈度地震区)要高度重视。

4.2 隧道工程

根据铁路规范采用静力法进行分析，因此，地震动参数只提地震动峰值加速度值，不提地震动反应谱特征周期。由于抗震设防目标是达到性能要求Ⅱ，因此，只提基本地震(设计地震)的地震动峰值加速度值。

静力法最初是针对地面结构提出的[6]，较适用在隧道的洞口、明洞及岩性较差的浅埋地段。龚思礼著的建筑抗震设计手册[7]第86页中日本规范规定，-20 m 时的土中加速度为地面加速度的1/2～2/3，而根据新版区划图Ⅰ0～Ⅰ1场地，其场地地震动峰值加速度调整系数为0．72～1，因此，浅埋隧道根据新版区划图定场地类别来确定地震动峰值加速度值是偏于安全的和保守的。根据铁路规范，隧道洞身(非浅埋)的区域性断层破碎带、近距离交叉结构等少数情况下的隧道衬砌也要进行抗震验算,而JTG B02-2013《公路工程抗震规范》就没有相关规定。根据新版区划图的术语和定义，地震动是地震引起的地表及近地表介质的震动，因此，新版区划图的地震动参数不适合铁路隧道洞身(非浅埋)。

因此，铁路隧道的洞口、明洞、偏压及浅埋地段只提地震动峰值加速度值(6度地震区，铁路规范规定可不进行抗震设防，可不提相关参数)，不提地震动反应谱特征周期，铁路隧道洞身(非浅埋)不提地震动参数。

4.3 桥梁工程

根据铁路规范采用静力法、反应谱法、时程反应分析法进行分析，因此，地震动参数要提地震动峰值加速度值、地震动反应谱特征周期、地震时程波(地震安评工点)，由于抗震设防目标是达到性能要求Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，因此，要提多遇地震动、基本地震动(设计地震)、罕遇地震动的有关参数。根据GB 50111-2006 《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)规定，位于地震区的各式铁路涵洞、6度地震区的D类桥梁、C类(Ⅰ、Ⅱ类场地)可不进行抗震设计验算，可不提相关参数。

由于桥梁工点要提的参数较多，一条线的桥梁工点多，设防类别较多，新版区划图取值也是范围值，铁路规范还未修改到位，投资也有影响。针对工作量大、影响因数多的情况，可将新版区划图的第6、7条规定及第3页表1、第240页表E.1提供给桥梁专业,地勘工点说明只明确场地类别及Ⅱ场地地震动峰值加速度、Ⅱ场地地震动反应谱特征周期，设计采用值由桥梁设计专业自行确定。

5 结论

5.1 场地类别的确定

新版区划图场地类别划分与覆盖层厚度有关，计算深度明确，操作性强，GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》的场地划分计算深度的规定明显不合理，若按现行《铁路抗震设计规范》执行，难以操作，也不符合新版区划图的规定，因此，铁路路基、铁路桥梁、铁路隧道(洞口、明洞、偏压及浅埋地段)场地类别应按新版区划图的规定执行，铁路隧道洞身深埋段不宜划分场地类别。

5.2 不同地震动水准的地震动参数取值

通过计算、对比，现行GB 50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)第28页表7.2.4-1、表7.2.4-2取值标准比新版区划图低，由于新版区划图适用于一般工程，铁路工程(尤其B类工程)标准应不低于新版区划图的标准，应对铁路规范第28页表格取值进行修正，罕遇地震情况下，αmax取值B类可取最大值，C类可取中间值，D类可取最小值。

5.3 铁路工程地震动参数取值

5.3.1 路基工程

从分析方法、不同地震动水准要求，只提基本地震(设计地震)的地震动峰值加速度值(6度地震区，铁路规范规定可不进行抗震设防，可不提相关参数)。根据工程经验，地震动峰值加速度值对滑坡检算影响大，场地类别的确定(尤其高烈度地震区)要高度重视。

5.3.2 隧道工程

从分析方法、不同地震动水准要求、新版区划图及相关参考资料，铁路隧道的洞口、明洞、偏压及浅埋地段只提地震动峰值加速度值((6度地震区，铁路规范规定可不进行抗震设防，可不提相关参数)，铁路隧道洞身(非浅埋)，不提地震动参数。

5.3.3 桥梁工程

从分析方法、不同地震动水准要求，要提多遇地震动、基本地震动(设计地震)、罕遇地震动的有关地震动参数，位于地震区的各式铁路涵洞，6度地震区的D类桥梁、C类(Ⅰ、Ⅱ类场地)可不提相关参数。针对目前工作量大、影响因数多的情况，可将新版区划图的第6、7条规定及第3页表1、第240页表E.1提供给桥梁专业,地勘工点说明只明确场地类别及Ⅱ场地地震动峰值加速度、Ⅱ场地地震动反应谱特征周期，设计采用值由桥梁设计专业自行确定。

中国高速铁路技术发展较快，已走向世界，但GB 50111-2006《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)已实行7年了，争议问题较多[8-9]，如液化判别还是80年代的规定，与相近行业相比存在较大差距，应乘新版区划图发布时机，及时修改现行《铁路工程抗震设计规范》的相关规定。

[1] GB 50111-2006 (2009年版) 铁路工程抗震设计规范[S]. GB 50111-2006(2009 Edition) Code for seismic design of railway engineering[S].

[2] GB 50111-2010 建筑抗震设计规范[S]. GB 50111-2010 Code for seismic design of buildings[S].

[3] TB 10003-2005 铁路隧道设计规范[S]. TB 10003-2005 Code for design on tunnel of railway[S].

[4] JTG B02-2013 公路工程抗震规范[S]. JTG B02-2013 Specification Of Seismic Design for Highway Engineering[S].

[5] GB 18306-2015 中国地震动参数区划图[S]. GB 18306-2015 Seismic ground motion parameter zonation map of china [S].

[6] 肖明清.水下隧道设计技术[M].北京:中国铁道出版社,2016. XIAO Mingqing. Design Technology of Underwater Tunnels[M].Beijing: China Railway Press，2016.

[7] 龚思礼.建筑抗震设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009. GONG Shili. Manuals for seismic design of buildings [M].Beijing: China buildings industry Press，2009.

[8] 韩康，何平.铁路地震液化判别的探讨[J].铁道工程学报,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] 韩康，王科.铁路地震安全性评价与地震动参数取值的探讨[J].高速铁路技术,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]韩康.艰险山区地震区铁路选线初步研究[J].铁道工程学报, 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

韩康(1965-)，男，教授级高级工程师。

1674—8247(2016)04—0008—04

U442.5+5

A