地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究.PDF

２０１５年９月 铁　道　工　程　学　报 Ｓｅｐ　２０１５ 　 　 第９期（总２０４）　　 　　　　　　ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＡＩＬＷＡＹＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳＯＣＩＥＴＹ　　　　　　　　 ＮＯ．９（Ｓｅｒ．２０４） 文章编号：１００６－２１０６（２０１５）０９－００７９－０６  地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究  朱正国 　耿亚帅　武　杰　朱永全　王道远　韩现民 （石家庄铁道大学，　石家庄 ０５００４３） 摘要：研究目的：由于隧道衬砌背后空洞的存在对隧道抗震影响很大，本文以高烈度地震区的敦煌－格尔木铁 路阔克萨隧道为研究背景，研究隧道衬砌背后空洞位置、空洞大小、围岩级别和隧道埋深等因素对隧道结构的 地震动力响应规律及影响机制，并提出合理的加固方案，确保地震作用下隧道运营安全。 研究结论：（１）空洞的存在降低了衬砌结构的变形性能和抗震特性；（２）对空洞隧道拱顶最大主应力影响 最敏感的因素是围岩级别，其后依次为空洞环向大小、空洞位置、空洞径向大小和空洞轴向大小，而隧道埋深 则是最不敏感的因素；（３）回填注浆加固方案可降低隧道衬砌的拉应力，改善衬砌的内力和应力分布，回填注 浆＋套拱加固方案要比回填注浆＋锚杆方案作用效果好，回填注浆＋锚杆＋套拱组合加固方案抗震效果最 佳；（４）本研究成果对隧道衬砌背后存在空洞时在地震作用下的空洞影响机制和加固方案选取具有一定的指 导意义。 关键词：空洞；隧道衬砌；地震动力响应；敏感性分析；注浆加固 中图分类号：Ｕ４５　　文献标识码：Ａ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＥｆｆｅｃｔＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＣａｖｉｔｙｂｅｈｉｎｄＴｕｎｎｅｌＬｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅ ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｃｔｉｏｎ ＺＨＵＺｈｅｎｇ－ｇｕｏ，ＧＥＮＧＹａ－ｓｈｕａｉ，ＷＵＪｉｅ，ＺＨＵＹｏｎｇ－ｑｕａｎ，ＷＡＮＧＤａｏ－ｙｕａｎ，ＨＡＮＸｉａｎ－ｍｉｎ （ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＴｉｅｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ０５００４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｃａｖｉｔｙｂｅｈｉｎｄｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｇｈａｓｇｒｅａｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｕｎｎｅｌａｎｔｉ－ｓｅｉｓｍｉｃ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｅＫｕｏｋｅｓａｔｕｎｎｅｌｏｆＤｕｎｈｕａｎｇｔｏＧｅｅｒｍｕｉｎｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｓｅｉｓｍｉｃｒｅｇｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｎｓｅｉｓｍｉｃｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｕｎｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｃａｖｉｔｙｂｅｈｉｎｄｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ，ｃａｖｉｔｙｓｉｚｅ，ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｇｒａｄｅａｎｄｄｅｐｔｈ，ａｎｄｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｐｌａｎｓｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓａｆｅｔｙｏｆｔｕｎｎｅｌｕｎｄｅｒｔｈｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｃｔｉｏｎ． Ｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：（１）Ｃａｖｉｔｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｅｉｓｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｌｉｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． （２）Ｔｈｅｍｏｓｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆａｃｔｏｒｉｓｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｇｒａｄｅ，ｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｒｅｃａｖｉｔｙ＇ｓｈｏｏｐｓｉｚｅ，ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｒａｄｉａｌｓｉｚｅａｎｄａｘｉａｌ ｓｉｚｅ，ａｎｄｔｕｎｎｅｌｄｅｐｔｈｉｓｔｈｅｌｅａｓｔｉｎｔｅｎｓｉｖｅｆａｃｔｏｒ．（３）Ｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｉｎｆ