新版區劃圖對鐵路工程抗震設計影響研究

韓 康

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

新版區劃圖對鐵路工程抗震設計影響研究

韓 康

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

將于2016年6月1日實施的GB 18306-2015《中國地震動參數區劃圖》，對鐵路工程抗震設計影響較大。文章通過新版區劃圖與鐵路工程抗震設計規范的對比，結合實際工作情況及相關資料，對其影響進行了研究，并提出以下觀點： (1)場地類別的確定:鐵路路基、橋梁、隧道(洞口、明洞、偏壓及淺埋地段)場地類別應按新版區劃圖的規定執行，鐵路隧道洞身深埋段不宜劃分場地類別。(2)不同地震動水準的地震動參數取值:現行鐵路工程抗震設計規范標準比新版區劃圖低， 應對規范第28頁表7.2.4-1、表7.2.4-2取值進行修改。(3)鐵路工程地震動參數取值：路基、隧道(洞口、明洞、偏壓及淺埋地段)，只提基本地震的地震動峰值加速度值，隧道洞身(非淺埋偏壓段)，不提地震動參數。橋梁工程：要提多遇地震動、基本地震動(設計地震)、罕遇地震動的有關地震動參數。(4)研究成果可應用于鐵路工程勘察設計和規范修訂。

新版區劃圖； 鐵路工程； 抗震設計； 研究

1 問題的提出

GB 18306-2015《中國地震動參數區劃圖》(簡稱新版區劃圖)于2015年發布，2016年6月1日執行，該圖與第四代GB 18306-2001《中國地震動參數區劃圖》(簡稱舊版區劃圖)相比存在較大的變化，地震動參數與場地類別、不同地震動水準(多遇地震動、基本地震動、罕遇地震動)都有關，并明確了取值辦法。由于GB 50111-2006《鐵路工程抗震設計規范》(2009年版)是基于舊版區劃圖編制的(包括部分強制性條文)，存在較多問題，本文根據相近行業(建筑、公路)規范、手冊和有關參考資料，就有關問題結合鐵路工程勘察設計特點進行探討。

2 場地類別的確定

2.1 新版區劃圖

新版區劃圖的場地類別劃分(見附錄D)如表1所示。

計算深度取覆蓋層厚度和20 m兩者的較小值。

2.2 鐵路工程抗震設計規范(2009年版)

鐵路工程抗震設計規范的場地類別劃分(見第10頁)如表2所示。

表1 場地類別劃分表

表2 場地類別

注：計算深度：應取地面或一般沖刷線以下25 m，并不得小于基礎底面以下10 m。

2.3 問題探討

新版區劃圖場地類別劃分與覆蓋層厚度有關，計算深度明確，操作性強，目前JTG C20-2011《公路工程地質勘察規范》與GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》有關場地的劃分與土層等效剪切波速的計算深度與新版區劃圖完全一樣。GB 50111-2006《鐵路工程抗震設計規范》(2009年版)的場地劃分計算深度的規定明顯不合理，在勘察階段，無法確定基礎底面，設計過程(包括施工階段的變更設計)的基礎底面也可能存在較大的變化。目前，鐵路地勘資料在勘察階段就要確定地震動參數，按現行《鐵路抗震設計規范》執行難以操作，也不符合新版區劃圖的規定，因此，鐵路場地類別應按新版區劃圖的規定執行。由于隧道工程較為特殊，根據肖明清編著的《水下隧道設計技術》[6]，在隧道的洞口、明洞及巖性較差的淺埋地段，地層約束作用較弱，隨著埋深的增加，地下結構的振動變形受周圍地層的約束作用顯著，自身的振動特性表現很不明顯，地下結構震害逐漸減少。汶川地震隧道震害[10]也證明這點。龔思禮著的建筑抗震設計手冊[7]第81頁提出，場地土是指場地范圍內20 m左右的地基土，它應是與結構基礎有關，若是地下隧道，應是與隧道圍巖及隧底基礎有關。當隧道埋深大于20 m，地面以下20 m的土層不計算等效剪切波速。因此，鐵路隧道洞身深埋段不宜劃分場地類別。

3 不同地震動水準的地震動參數取值

3.1 地震動峰值加速度

新版區劃圖第3頁規定Ⅱ類場地多遇地震動峰值加速度宜按不低于基本地震動峰值加速度1/3倍確定，Ⅱ類場地罕遇地震動峰值加速度宜按基本地震動峰值加速度1.6～2.3倍確定。新版區劃圖第240頁規定了各類場地地震動峰值加速度調整系數，如表3所示。

表3 場地地震動峰值加速度調整系數Fa

GB 50111-2006《鐵路工程抗震設計規范》(2009年版)第28頁表7.2.4-1規定了水平地震基本加速度取值，且是強制性條文。現以Ⅲ類場地為例，進行不同地震動峰值加速度分區值αmax在不同地震動水準的地震動峰值加速度取值比較，如表4所示。

表4 Ⅲ類場地新版區劃圖、鐵路規范αmax取值比較

從表4可看出，Ⅲ類場地多遇地震αmax，鐵路規范在地震動峰值加速度分區值0.05g、0.10g、0.15g情況下取值還不滿足新版區劃圖的最低值，其余情況接近最低值。Ⅲ類場地罕遇地震αmax，鐵路規范取值在新版區劃圖的取值范圍內，但靠近最低值，因此，鐵路規范標準比新版區劃圖低。由于新版區劃圖適用于一般工程，鐵路工程(尤其B類工程)標準應不低于新版區劃圖的標準，應對鐵路規范第28頁表7.2.4-1進行修正，罕遇地震情況下，αmax取值B類可取最大值，C類可取中間值，D類可取最小值。

3.2 地震動反應譜特征周期

鐵路規范地震動反應譜特征周期取值與新版區劃圖比較，主要區別有兩點：(1)新版區劃圖Ⅰ類場地細分為Ⅰ0、Ⅰ1場地，鐵路規范沒有細分，相應的特征周期取值不同。(2)新版區劃圖特征周期取值與不同地震動水準有關，其中罕遇地震動加速度反應譜特征周期應大于基本地震動加速度反應譜特征周期，增加值宜不低于0.05s，鐵路規范特征周期取值與不同地震動水準無關。因此，鐵路規范標準比新版區劃圖低。由于新版區劃圖適用于一般工程，鐵路工程(尤其B類工程)標準應不低于新版區劃圖的標準，應對鐵路規范第28頁表7.2.4-2進行修正。

4 鐵路工程地震動參數取值

根據GB 50111-2006《鐵路工程抗震設計規范》(2009版)，鐵路工程是指站前工程，站后工程應按GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》執行。鐵路行業習慣上是由地勘資料提地震動參數，由于工期、人力資源等因數影響，以前存在一些錯誤的做法，但對結果影響較小。由于新版區劃圖變化較大，如堅持以前的做法，不僅違規，還存在安全隱患。同時，由于地震動參數要根據場地類別進行調整，工作量增加較多，如何做到有針對性的增減工作量，合理、合規的提地震動參數，是一項事倍功半的大事，現結合鐵路工程抗震設計具體要求，對地勘資料地震動參數取值進行探討。

4.1 路基工程

根據鐵路規范采用靜力法進行分析，因此，地震動參數只提地震動峰值加速度值，不提地震動反應譜特征周期。由于抗震設防目標是達到性能要求Ⅱ，因此，只提基本地震(設計地震)的地震動峰值加速度值(6度地震區，鐵路規范規定可不進行抗震設防，可不提相關參數)。根據工程經驗，地震動峰值加速度值對滑坡檢算影響大，場地類別的確定(尤其高烈度地震區)要高度重視。

4.2 隧道工程

根據鐵路規范采用靜力法進行分析，因此，地震動參數只提地震動峰值加速度值，不提地震動反應譜特征周期。由于抗震設防目標是達到性能要求Ⅱ，因此，只提基本地震(設計地震)的地震動峰值加速度值。

靜力法最初是針對地面結構提出的[6]，較適用在隧道的洞口、明洞及巖性較差的淺埋地段。龔思禮著的建筑抗震設計手冊[7]第86頁中日本規范規定，-20 m 時的土中加速度為地面加速度的1/2～2/3，而根據新版區劃圖Ⅰ0～Ⅰ1場地，其場地地震動峰值加速度調整系數為0．72～1，因此，淺埋隧道根據新版區劃圖定場地類別來確定地震動峰值加速度值是偏于安全的和保守的。根據鐵路規范，隧道洞身(非淺埋)的區域性斷層破碎帶、近距離交叉結構等少數情況下的隧道襯砌也要進行抗震驗算,而JTG B02-2013《公路工程抗震規范》就沒有相關規定。根據新版區劃圖的術語和定義，地震動是地震引起的地表及近地表介質的震動，因此，新版區劃圖的地震動參數不適合鐵路隧道洞身(非淺埋)。

因此，鐵路隧道的洞口、明洞、偏壓及淺埋地段只提地震動峰值加速度值(6度地震區，鐵路規范規定可不進行抗震設防，可不提相關參數)，不提地震動反應譜特征周期，鐵路隧道洞身(非淺埋)不提地震動參數。

4.3 橋梁工程

根據鐵路規范采用靜力法、反應譜法、時程反應分析法進行分析，因此，地震動參數要提地震動峰值加速度值、地震動反應譜特征周期、地震時程波(地震安評工點)，由于抗震設防目標是達到性能要求Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，因此，要提多遇地震動、基本地震動(設計地震)、罕遇地震動的有關參數。根據GB 50111-2006 《鐵路工程抗震設計規范》(2009年版)規定，位于地震區的各式鐵路涵洞、6度地震區的D類橋梁、C類(Ⅰ、Ⅱ類場地)可不進行抗震設計驗算，可不提相關參數。

由于橋梁工點要提的參數較多，一條線的橋梁工點多，設防類別較多，新版區劃圖取值也是范圍值，鐵路規范還未修改到位，投資也有影響。針對工作量大、影響因數多的情況，可將新版區劃圖的第6、7條規定及第3頁表1、第240頁表E.1提供給橋梁專業,地勘工點說明只明確場地類別及Ⅱ場地地震動峰值加速度、Ⅱ場地地震動反應譜特征周期，設計采用值由橋梁設計專業自行確定。

5 結論

5.1 場地類別的確定

新版區劃圖場地類別劃分與覆蓋層厚度有關，計算深度明確，操作性強，GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》的場地劃分計算深度的規定明顯不合理，若按現行《鐵路抗震設計規范》執行，難以操作，也不符合新版區劃圖的規定，因此，鐵路路基、鐵路橋梁、鐵路隧道(洞口、明洞、偏壓及淺埋地段)場地類別應按新版區劃圖的規定執行，鐵路隧道洞身深埋段不宜劃分場地類別。

5.2 不同地震動水準的地震動參數取值

通過計算、對比，現行GB 50111-2006《鐵路工程抗震設計規范》(2009年版)第28頁表7.2.4-1、表7.2.4-2取值標準比新版區劃圖低，由于新版區劃圖適用于一般工程，鐵路工程(尤其B類工程)標準應不低于新版區劃圖的標準，應對鐵路規范第28頁表格取值進行修正，罕遇地震情況下，αmax取值B類可取最大值，C類可取中間值，D類可取最小值。

5.3 鐵路工程地震動參數取值

5.3.1 路基工程

從分析方法、不同地震動水準要求，只提基本地震(設計地震)的地震動峰值加速度值(6度地震區，鐵路規范規定可不進行抗震設防，可不提相關參數)。根據工程經驗，地震動峰值加速度值對滑坡檢算影響大，場地類別的確定(尤其高烈度地震區)要高度重視。

5.3.2 隧道工程

從分析方法、不同地震動水準要求、新版區劃圖及相關參考資料，鐵路隧道的洞口、明洞、偏壓及淺埋地段只提地震動峰值加速度值((6度地震區，鐵路規范規定可不進行抗震設防，可不提相關參數)，鐵路隧道洞身(非淺埋)，不提地震動參數。

5.3.3 橋梁工程

從分析方法、不同地震動水準要求，要提多遇地震動、基本地震動(設計地震)、罕遇地震動的有關地震動參數，位于地震區的各式鐵路涵洞，6度地震區的D類橋梁、C類(Ⅰ、Ⅱ類場地)可不提相關參數。針對目前工作量大、影響因數多的情況，可將新版區劃圖的第6、7條規定及第3頁表1、第240頁表E.1提供給橋梁專業,地勘工點說明只明確場地類別及Ⅱ場地地震動峰值加速度、Ⅱ場地地震動反應譜特征周期，設計采用值由橋梁設計專業自行確定。

中國高速鐵路技術發展較快，已走向世界，但GB 50111-2006《鐵路工程抗震設計規范》(2009年版)已實行7年了，爭議問題較多[8-9]，如液化判別還是80年代的規定，與相近行業相比存在較大差距，應乘新版區劃圖發布時機，及時修改現行《鐵路工程抗震設計規范》的相關規定。

[1] GB 50111-2006 (2009年版) 鐵路工程抗震設計規范[S]. GB 50111-2006(2009 Edition) Code for seismic design of railway engineering[S].

[2] GB 50111-2010 建筑抗震設計規范[S]. GB 50111-2010 Code for seismic design of buildings[S].

[3] TB 10003-2005 鐵路隧道設計規范[S]. TB 10003-2005 Code for design on tunnel of railway[S].

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

[5] GB 18306-2015 中國地震動參數區劃圖[S]. GB 18306-2015 Seismic ground motion parameter zonation map of china [S].

[6] 肖明清.水下隧道設計技術[M].北京:中國鐵道出版社,2016. XIAO Mingqing. Design Technology of Underwater Tunnels[M].Beijing: China Railway Press，2016.

[7] 龔思禮.建筑抗震設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2009. GONG Shili. Manuals for seismic design of buildings [M].Beijing: China buildings industry Press，2009.

[8] 韓康，何平.鐵路地震液化判別的探討[J].鐵道工程學報,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] 韓康，王科.鐵路地震安全性評價與地震動參數取值的探討[J].高速鐵路技術,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]韓康.艱險山區地震區鐵路選線初步研究[J].鐵道工程學報, 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

韓康(1965-)，男，教授級高級工程師。

1674—8247(2016)04—0008—04

U442.5+5

A