高烈度地震區凍土公路隧道結構動力特性研究

田敏哲

(中鐵十一局集團第二工程有限公司， 湖北 十堰 442013)

高烈度地震作用下，公路隧道極易產生襯砌開裂、洞口滑塌等病害，尤其在多年凍土、季節性凍土區，公路隧道圍巖與結構動力響應機制尚不明確，缺乏結構抗震設計依據，隧道工程施工問題尤為突出。國外學者開展隧道抗震研究，多圍繞區間隧道、地下車站，分析研究震害類型和原因。20世紀90年代，中國修建南昆鐵路時西南交大、鐵二院等基于面波、體波提出了抗震驗算方法，該法改進了硐室結構計算慣性力法，即改進了圍巖阻尼慣性力法，指出洞口設置抗震縫以應對隧道縱向抗震，建議隧道裂縫段縱向抗震計算選用Schukla法。目前，原型觀測和模型試驗研究在應用中不可避免地會有代價昂貴的問題，鑒于高烈度震區隧道結構動力復雜，分析研究中存在不能獲取解析解的問題，目前國內外對隧道結構抗震、防震研究以基于有限元的數值方法為主。

客觀來講，行業內針對地下隧道結構的抗震分析尚未形成全面系統的理論體系。由于支配地下隧道結構地震響應的控制因素是地基變形，靜力法不甚合理。基于動力有限元分析，理論體系比較全面，但計算過程中計算模型、參數確定非常困難，直接導致分析結果的準確性。在運用動力有限元分析時，需考慮多年凍土層的厚度及其凍融變化對隧道結構的影響。

綜上所述，為了明確高烈度地震區公路隧道震動特性，給出合理設計參數，該文借助有限元軟件分別對多年凍土隧道全凍、1～10 m融化圈，以及季節性凍土隧道全融、1～10 m凍結圈狀態下，圍巖與結構的地震加速度、位移等動力時程響應特性進行研究。……