山嶺隧道襯砌結構震害機理研究

于媛媛

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

山嶺隧道襯砌結構震害機理研究

于媛媛

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

隧道工程是交通系統的重要組成部分，按其埋深主要分為淺埋隧道和山嶺隧道（深埋）。以往的經驗認為山嶺隧道不容易出現震害，因此相關的研究很少。2008年汶川8．0級特大地震造成了震中附近的多座公路隧道受損嚴重，震后修復十分困難。目前隧道襯砌結構震害機理成為學科發展的一個難點，嚴重制約了山嶺隧道的抗震設計。本文以闡明山嶺隧道二次襯砌在地震作用下的力學模式和震害機理為目標，采用理論分析、振動臺地震模擬實驗以及有限元地震反應分析等方法開展系統研究。取得的主要成果如下：

（1）通過實地調查，詳細描繪了都江堰至映秀高速公路沿線山嶺隧道的地震受損情況。統計結果顯示，不良地質區間內無筋混凝土二次襯砌的震害比例最大。

（2）用等效模擬法，探討了襯砌拱頂背后存在空洞、地震波入射角度不同、地層條件突變的情況下隧道結構的受震機制。指出了在地震作用下，襯砌拱頂背后存在空洞易導致拱頂區域向上脫開并發生整體式坍塌。

（3）以龍溪隧道為原型，用振動臺地震模擬實驗研究了山嶺隧道淺埋段內二次襯砌的地震響應規律。模型試驗再現了實際隧道的震害現象，地震輸入的加速度峰值不同，襯砌關鍵部位的地震響應敏感程度亦不相同；試驗驗證了混凝土襯砌結構的極限壓應變數值在450με左右。

（4）對豎向地震作用下無筋混凝土襯砌和鋼筋混凝土襯砌進行了振動臺對比試驗。試驗驗證了無筋混凝土二次襯砌在地震時容易形成立即崩塌的極限破壞模式。此外，本次試驗首次證明了強烈的豎向地震作用是引發隧道襯砌的拱墻至拱腳外側出現斜向開裂的主要原因。由此建議，位于軟弱破碎地層內的襯砌應在其橫斷面內雙向布設最小配筋率為0．2%的受彎鋼筋以提高結構延性，為隧道抗震設計提供了依據。

（5）用有限元法分析了山嶺隧道縱向的地震響應。計算結果表明，在軟硬地層交界處，由地震引起隧道結構的縱向拉應力峰值遠高于混凝土結構的極限抗拉強度，解釋了隧道襯砌產生環向開裂的震害機理。

山嶺隧道；無筋混凝土襯砌；崩塌；汶川地震；延性；應答變位法

（作者電子信箱，于媛媛：yyxuyu82＠hotmail．com）

P315．9；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．04．016