ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＶｏｌ畅４７，Ｎｏ畅７，２０１７
工业建筑 ２０１７年第４７卷第７期
基于随机地震动模型的盾构隧道
非一致地震反应分析倡
冯晓九 许桦楠 丁 琪 李其成
（常州大学环境与安全工程学院，江苏常州 ２１３０００）
摘 要：以常州地铁１号线为工程背景，建立了某一区间段双向盾构隧道的三维有限元计算模型。根据沿线Ⅲ类场地类别，基于随机地震动模型合成输入所需的多点随机地震动。计算双向盾构隧道在非一致随机地震动作用下的反应，与一致地震动激励的结果进行对比分析，得出该类场地条件下地震反应的一般特征。结果表明：非一致地震动激励增大了隧道的地震响应，沿隧道轴向方向各点地震反应存在差异，这种差异会影响轴向方向上的应力、应变，对隧道安全存在不可忽略的影响。
关键词：双向盾构隧道；有限元计算；随机地震动模型；非一致随机地震动；一致地震动 ＤＯＩ：１０畅１３２０４／ｊ．ｇｙｊｚ２０１７０７０２２
ＮＯＮ－ＵＮＩＦＯＲＭＳＥＩＳＭＩＣＲＥＳＰＯＮＳＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＳＨＩＥＬＤＴＵＮＮＥＬＢＡＳＥＤＯＮ
ＲＡＮＤＯＭＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥＧＲＯＵＮＤＭＯＴＩＯＮＭＯＤＥＬ
ＦＥＮＧＸｉａｏｊｉｕ ＸＵＨｕａ’ｎａｎ ＤＩＮＧＱｉ ＬＩＱｉｃｈｅｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈａｎｇｚｈｏｕＳｕｂｗａｙＬｉｎｅ１，ａ３Ｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆａｔｗｏ－ｗａｙｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎ
ａｃｅｒｔａｉｎｓｅｃｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｌａｓｓＩＩＩｓｉｔｅｃａｔｅｇｏｒｙａｌｏｎｇｔｈｅｒｏｕｔｅ，ｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｐｏｉｎｔｒａｎｄｏｍｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎｆｏｒｉｍｐｏｒｔｗａｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒａｎｄｏｍｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｔｗｏ－ｗａｙｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｕｎｄｅｒｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈ
ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌｉｎｃｒｅａｓｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｓｅｉｓｍｉｃｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｔｈｅａｘｉａｌ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌ，ｓｕｃｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｗｉｌｌｈａｖｅｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅａｘｉａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎ．Ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｈａｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｃａｎｎｏｔｂｅｉｇｎｏｒｅｄｉｎｔｈｅｔｕｎｎｅｌｓａｆｅｔｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｗｏ－ｗａｙｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｒａｎｄｏｍｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌ；ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｒａｎｄｏｍｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎ；ｕｎｉｆｏｒｍｅａｒｔｈｑｕａｋｅｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎ
倡国家自然科学基金项目（５１６７８０８１）。第一作者：冯晓九，男，１９６４年出生，教授。通信作者：许桦楠，ｘｈｎ１９９２＠１２６．ｃｏｍ。收稿日期：２０１６－１１－２５
随着城市化水平的不断提高，我国的隧道及地下工程快速发展，取得了令世界瞩目的成就。近年来我国多地相继发生了地震，地下盾构隧道的地震反应分析也成为研究的热点问题。针对盾构隧道的地震反映分析，很多国内外学者展开了相关研究，对地震作用下隧道的应力分布情况以及影响隧道地震反应大小的因素进行研究，得出了许多有益的结论。文献［１－３］分别给出了对地下隧道地震反应的数值模拟分析结果，分析了隧道在地震作用下的应力情况，认为在横波作用下隧道最大动应力反应的位置发生在与洞顶约成４５°角的位置。张鸿等对盾构隧道进行了水平地震作用非线性分析，认为水平地
震作用下衬砌各点水平位移远大于其竖向位移［４］
。
Ｓａｈｏｏ等对隧道在水平拟静力地震作用下的稳定性
进行了分析，认为随着地震加速度的增大，隧道结构
的内力会显著增大［５］
。Ｃｈｅｎ等认为地震作用下隧道的应力与隧道的埋深和入射波的波长有关，尤其埋深深度是入射波波长的１／４时，地震引起的应力
放大效应尤其明显［６］
。
以上结论都是在一致激励地震动作用下得出的，地铁隧道是一种长线型结构，考虑到地震波的传播效应等，沿轴向各点隧道受到的地震激励并非一
万方数据