開創我國隧道結構性能化抗震設計先河

文/招商局重慶交通科研設計院有限公司

獲獎等級：一等獎

項目名稱：公路隧道抗震設計規范

長期以來，行業普遍認為隧道與地下工程結構的抗震性能較好，因而相關抗震設計理論一直止步不前。在日本阪神地震、臺灣集集地震、汶川地震的震后調查中發現，建立一套系統完整、理論先進的隧道抗震設計方法尤為關鍵。而我國交通隧道抗震設防的分類、目標、設計方法還非常落后，沒有專門的隧道抗震設計標準。隨著高速公路向山區、特別是高烈度區延伸，軟土地區城市隧道工程和穿江越海的水下隧道工程日益增多，隧道工程的抗震要求越來越高。

← 嘎隆拉隧道振動臺物理模型試驗

總體思路 建立新標準 攻克隧道抗震技術難題

《公路隧道抗震設計規范》編寫團隊圍繞建立隧道抗震性能化設計方法的總體目標，經過8年的研究與編制，完成1本調研報告、5項專題研究、4個抗震計算算例，建立了基于使用功能的隧道抗震設防分類，不同設防分類隧道的三級地震動設防水準，對應不同地震動設防水準的隧道三級性能水平和性能目標，地震反應計算方法，結構性能參數選取及其設計控制目標等成果；建立了公路隧道性能化抗震設計方法，并將其推展涵蓋鉆爆、盾構、沉管和明挖等所有隧道形式。規范已于2019年11月26日頒布，2020年3月1日起正式實施，規范編號JTG 2232-2019，為強制性標準。

← 我國第一本公路隧道抗震設計規范

該規范在前期對鉆爆法、盾構法、沉管法和明挖法的隧道抗震理論和技術大量研究的基礎上，主要解決了5個問題：基于使用功能的隧道抗震設防分類；不同設防分類隧道的三級地震動設防水準，即：小震、中震和大震；對應不同地震動設防水準的隧道性能水平和性能目標；對應不同性能水平的結構性能參數選取及其設計控制目標；對應不同類型隧道的結構抗震設計方法。

創新成果 提出抗震設計新算法 細化適用條件

建立了公路隧道性能化抗震設計方法體系

該規范梳理了公路隧道四類抗震設防分類和設防標準，建立了公路隧道結構的三級抗震性能水平及其在不同設防地震作用下定量的抗震設防目標，規定了不同設防類別的隧道在不同設防地震作用下的抗震設計要求及其適用的地震反應計算方法、各類隧道在不同設防水平下的三級抗震設防措施等級、公路隧道抗震設計流程等。

← 公路隧道抗震設計流程

建立了“二水平設防，兩階段設計”的量化抗震設計方法

在傳統的“三水平設防”基礎上，該規范根據隧道抗震設防分類確定了E1和E2二水平地震作用，給定了四類抗震設防隧道適用地震作用的重要性系數；研究確定了鉆爆法隧道、明挖法隧道、盾構法隧道和沉管法隧道等抗震性能驗算、地震作用組合與強度驗算、變形驗算等要求；編制了基于“三級抗震性能水平”的強度驗算方法和變形驗算方法；補充了土體液化情況下的隧道抗浮穩定性驗算內容。

建立了三大類隧道抗震計算方法

該規范修訂了傳統靜力法，提出了拱頂上覆土柱等效計算高度取值標準，建立了適用于橫斷面和縱向抗震計算的廣義和狹義反應位移法，提出了適用于二維和三維抗震計算動力時程法。

建立了鉆爆法、盾構法、沉管法和明挖法隧道的抗震設計方法

在現行《公路工程抗震規范》基礎上，細化鉆爆法隧道地震反應計算方法的適用條件、隧道抗震強度和穩定性驗算范圍，分級規定了襯砌抗震措施、明洞抗震措施，增加棚洞和半隧道抗震設計要求。編制盾構隧道抗震計算內容及計算方法、計算模型選取、隧道抗震驗算重點部位、抗震措施；編制沉管隧道結構構件抗震設防標準、管節結構、地基與基礎的地震反應計算內容及計算方法、計算模型、材料本構；編制了抗震驗算重點部位、結構橫向驗算、結構（含接頭）縱向驗算、接頭位移控制指標；編制了地基與基礎、主體結構和接頭抗震措施、抗液化措施；編制了明挖隧道計算要點、結構驗算、抗震措施。

表1 材料分項系數γf表

工程應用 全國多類型隧道均采用該規范

《公路隧道抗震設計規范》（JTG 2232-2019）是我國第一本專門的隧道抗震設計強制性規范。四川、青海、西藏、云南、新疆等高地震烈度區山嶺隧道均采用了該規范開展抗震設計；除山嶺隧道外，著名的深圳春風盾構隧道、港珠澳大橋和深中通道沉管隧道、武漢兩湖隧道和江蘇太湖明挖隧道在抗震設計中均采用了該規范。此外，除公路隧道外，建設中的成蘭鐵路和川藏鐵路隧道也將其作為抗震設計的重要依據。