开创我国隧道结构性能化抗震设计先河

文/招商局重庆交通科研设计院有限公司

获奖等级：一等奖

项目名称：公路隧道抗震设计规范

长期以来，行业普遍认为隧道与地下工程结构的抗震性能较好，因而相关抗震设计理论一直止步不前。在日本阪神地震、台湾集集地震、汶川地震的震后调查中发现，建立一套系统完整、理论先进的隧道抗震设计方法尤为关键。而我国交通隧道抗震设防的分类、目标、设计方法还非常落后，没有专门的隧道抗震设计标准。随着高速公路向山区、特别是高烈度区延伸，软土地区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来越高。

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总体思路 建立新标准 攻克隧道抗震技术难题

《公路隧道抗震设计规范》编写团队围绕建立隧道抗震性能化设计方法的总体目标，经过8年的研究与编制，完成1本调研报告、5项专题研究、4个抗震计算算例，建立了基于使用功能的隧道抗震设防分类，不同设防分类隧道的三级地震动设防水准，对应不同地震动设防水准的隧道三级性能水平和性能目标，地震反应计算方法，结构性能参数选取及其设计控制目标等成果；建立了公路隧道性能化抗震设计方法，并将其推展涵盖钻爆、盾构、沉管和明挖等所有隧道形式。规范已于2019年11月26日颁布，2020年3月1日起正式实施，规范编号JTG 2232-2019，为强制性标准。

← 我国第一本公路隧道抗震设计规范

该规范在前期对钻爆法、盾构法、沉管法和明挖法的隧道抗震理论和技术大量研究的基础上，主要解决了5个问题：基于使用功能的隧道抗震设防分类；不同设防分类隧道的三级地震动设防水准，即：小震、中震和大震；对应不同地震动设防水准的隧道性能水平和性能目标；对应不同性能水平的结构性能参数选取及其设计控制目标；对应不同类型隧道的结构抗震设计方法。

创新成果 提出抗震设计新算法 细化适用条件

建立了公路隧道性能化抗震设计方法体系

该规范梳理了公路隧道四类抗震设防分类和设防标准，建立了公路隧道结构的三级抗震性能水平及其在不同设防地震作用下定量的抗震设防目标，规定了不同设防类别的隧道在不同设防地震作用下的抗震设计要求及其适用的地震反应计算方法、各类隧道在不同设防水平下的三级抗震设防措施等级、公路隧道抗震设计流程等。

← 公路隧道抗震设计流程

建立了“二水平设防，两阶段设计”的量化抗震设计方法

在传统的“三水平设防”基础上，该规范根据隧道抗震设防分类确定了E1和E2二水平地震作用，给定了四类抗震设防隧道适用地震作用的重要性系数；研究确定了钻爆法隧道、明挖法隧道、盾构法隧道和沉管法隧道等抗震性能验算、地震作用组合与强度验算、变形验算等要求；编制了基于“三级抗震性能水平”的强度验算方法和变形验算方法；补充了土体液化情况下的隧道抗浮稳定性验算内容。

建立了三大类隧道抗震计算方法

该规范修订了传统静力法，提出了拱顶上覆土柱等效计算高度取值标准，建立了适用于横断面和纵向抗震计算的广义和狭义反应位移法，提出了适用于二维和三维抗震计算动力时程法。

建立了钻爆法、盾构法、沉管法和明挖法隧道的抗震设计方法

在现行《公路工程抗震规范》基础上，细化钻爆法隧道地震反应计算方法的适用条件、隧道抗震强度和稳定性验算范围，分级规定了衬砌抗震措施、明洞抗震措施，增加棚洞和半隧道抗震设计要求。编制盾构隧道抗震计算内容及计算方法、计算模型选取、隧道抗震验算重点部位、抗震措施；编制沉管隧道结构构件抗震设防标准、管节结构、地基与基础的地震反应计算内容及计算方法、计算模型、材料本构；编制了抗震验算重点部位、结构横向验算、结构（含接头）纵向验算、接头位移控制指标；编制了地基与基础、主体结构和接头抗震措施、抗液化措施；编制了明挖隧道计算要点、结构验算、抗震措施。

表1 材料分项系数γf表

工程应用 全国多类型隧道均采用该规范

《公路隧道抗震设计规范》（JTG 2232-2019）是我国第一本专门的隧道抗震设计强制性规范。四川、青海、西藏、云南、新疆等高地震烈度区山岭隧道均采用了该规范开展抗震设计；除山岭隧道外，著名的深圳春风盾构隧道、港珠澳大桥和深中通道沉管隧道、武汉两湖隧道和江苏太湖明挖隧道在抗震设计中均采用了该规范。此外，除公路隧道外，建设中的成兰铁路和川藏铁路隧道也将其作为抗震设计的重要依据。