地震作用力对隧道衬砌的影响研究结论

隧道结构在地震中的破坏是一个复杂的问题。首先，地震波本身就是一个随机震动过程，具有很多不确定性；其次，地层围岩是一种不能确切描述的弹塑性聚合物，不同围岩对隧道的影响相差很大，很难确切表示，地层中的应力受自重、构造等因素的影响，实际应力难以准确预测；隧道结构在地层中的修建过程是一个开挖和支护的过程，不同的开挖施工方式和支护方法对隧道衬砌的受力影响很大，具有多样性；最后，隧道衬砌结构与接触围岩是两种不同的材料，两者间的相互作用问题还需要进一步研究。鉴于此，可以从观察隧道结构在实际地震中的破坏情况来统计分析出影响隧道结构地震破坏的主要因素。

1.地震震级、烈度的影响

地震震级用来表示在一次地震中释放能量的多少。地震烈度是指具体某个地区遭受一次地震的破坏厉害程度。两者对隧道结构破坏的影响是决定性的，震级越大，震中距越小，震源深度越浅，地震烈度就越大，对结构的影响就越厉害。

在这方面，Sunil Sharma和Willian R.Judd曾在1992年统计了隧道震害的情况，有71%的破坏震中距小于25km，而且破坏的实例中有将近75%的震中距在50km以内。可见，随着地震烈度的增大，隧道遭受破坏的几率会增大，且破损程度也会增加［52］。

2.围岩性质的影响

地震波在围岩中的传播过程中，其波速和振幅等受围岩性质的影响，并且软硬不一的围岩对隧道结构的约束作用差异很大。Sunil Sharma统计显示：卵砾石隧道中有79%的比例遭破坏，占全部破坏案例的12%；沉积岩隧道中有73%的比例遭破坏，占全部破坏案例的12%；火成岩隧道中有42%的比例遭破坏，占全部破坏案例的16%；变质岩隧道中有11%比例遭破坏，占全部破坏案例的1%［52］。由此可见，围岩的性质对隧道在地震中的破坏情况影响很大，隧道结构在松散围岩（地质条件差）中容易在地震作用下产生破坏［52］。

3.隧道衬砌结构形式的影响(www.xing528.com)

在这方面，Dow ding和Rozen曾统计过71座铁路隧道和水工隧道的地震破坏情况，其中厚40cm的损害百分率为82%，厚30cm的为38%，厚20cm的为16%，可见，隧道衬砌越厚，其刚度越大，柔性越不足，在地震作用下越容易发生破坏［53］。

4.隧道埋深的影响

Sunia Sharma统计了132例在地震中破坏的地下结构，结果表明：隧道埋深大于50m时，破坏程度明显减小，在300m以下没有严重的破坏，受破坏的地下洞室有35%的埋深小于50m［52］。

一般情况下，隧道埋深越大，其所处的围岩越密实，对其约束作用越大，其受地震作用破坏的几率就越小。

5.隧道结构形状的影响

一般情况下，矩形隧道在边角处容易形成应力集中，在地震中易被破坏，曲线形状隧道所受应力较均匀，承受地震作用的能力较强。另外，在隧道结构变化处或接头处容易发生破坏，日本阪神地震中在地下线路车站和线路连接处破坏现象较为明显。