摘要: 本文综述了地下隧道结构的地震反应特性和抗震分析的基本方法，简要介绍了目前国内外地下隧道结构抗震研究的现状、各种理论及实用分析方法以及今后的一些发展动态，并就各种分析方法作了简单的比较分析。
关键词: 地下隧道结构抗震分析地震响应相互作用
1．前言
随着城市化程度的不断提高，城市规模的不断扩大，城市交通问题日益成为制约城市发展的障碍，因此开发地下空间来解决城市的交通问题无疑显得越来越重要了，而地下隧道无疑是最主要的解决手段之一。
目前，我国的许多大城市都已建有地下隧道交通网，如北京、上海、天津、广州、深圳，同时，全国还有二十几个城市在进行这方面的规划。值得注意的是许多地下隧道结构所处地区都位于地震频发地带，因此地下隧道结构的抗震设计是个必须面对的问题。
过去人们普遍认为地下构造物受周围土体约束，在地震时随其一起运动，地下结构遭受破坏的比例很低，所以除特殊情况外，一般认为地震对地下结构的影响很小。然而近几年世界范围内发生的一系列大地震中，不少地下结构遭受破坏，如1995年的日本阪神地震。这教训了人们[1]：随着对地下空间大规模的开发和利用，大都市发生强烈地震时，地下隧道结构周围地基变形很大，这可能使结构的一些薄弱环节遭受地震破坏从而给隧道结构的整体性能造成极大的影响。
因此在地震作用下尤其是在强震作用下，地下隧道结构的抗震设计分析已经成为地震工程中一个十分重要的问题。而目前国内外现有的抗震设计规范中关于这方面的抗震设计条文大都十分简略，难以适应强震区地下隧道建造的发展。这就使得地下隧道结构抗震设计的研究成为十分必要的工作。
2．地下隧道结构的震害及地震反应特点
为了更好的分析地下隧道结构的地震响应，先考察在地震灾害史上，地下结构的所遭受的震害情况。以下是一些的相关震害记录[2]：ASCE在1974年公布了Los Angeles地区的地下结构在1971年的San Fernando地震中所受到的震害；JSCE于1988年总结了日本一些地下结构（包括一条沉管隧道）在震害中的性能；Duke and Leeds（1959），Stevens（1977），Dowding and Rozen（1978），Owen and Scholl（1981），Sharma and Judd（1991），Power et al.（1998）及Kaneshiro et al.（2000）等学者记录了在历次震害中地下结构的破坏情况。其中Power等（1998）共列举了217例震害实例。在这些震害中有不少是关于地下隧道结构的破坏，而1995年的日本阪神大地震则是现代地下隧道结构（如地铁）首次遭到大规模的破坏（Nakamura et al.，1996）。
从这些震害记录中可以得出地下隧道结构的一些震害特点[3]：整体上地下隧道结构的抗震性能优于地面结构（王明年等曾从地下结构动力学模型出发论证了地下结构的减震原理[4]）；结构震害随其埋深的增加有所减少；结构周边土体的性质对其抗震性有重要影响，如建在岩基上的隧道结构要比软基上的耐震，沿线地质条件变化较大区域的结构震害较严重，结构在穿越地质不良地带（断层、砂土液化区）也更易于遭受震害；隧道加衬或注浆有助于提高其抗震性能；地下隧道结构的破坏程度同震级、震中距及强震持续时间等密切相关；地
震波的高频成分可能产生局部破坏[5]；地震波长为断面尺寸的1到4倍时，隧洞结构的存在会对场地土的振动起到放大效应；在隧道出入口、转弯等结构的断面形状和刚度明显变化部位震害也较严重。总的说来，地下隧道结构的震害可归为两大类[6]：其一为场地土的振动引起的结构破坏（即波的传播效应引起的）；其二为场地土的沉陷、液化等引起的破坏（即地震导致的土体永久性运动产生的）。
地下隧道结构的响应特性主要有[6～8]：地下结构的存在对周围地基地震动的影响一般很小；地下结构的振动变形受周围土壤的约束作用显著，不明显表现出自振特性的影响；地震波入射方向对结构振动形态的影响很大；结构在振动中的应变主要取决于周边土体的变形，而与地震加速度大小的联系不是很明显；地下隧道结构为线形结构，故在振动时各点的相位差别十分明显，在分析其响应时要考虑行波效应。
3．地下隧道结构的抗震分析方法
目前地下隧道结构抗震问题的研究方法主要有[9]：原型观测，实验研究以及理论分析。
原型观测就是通过实测地下隧道结构在地震时的动力特性来了解其地震响应特点。由于严格地讲地震后土体与结构物的变形是一个场的概念，而模型试验很难模拟这一点，所以原型观测成为地下隧道结构抗震研究中必不可少的手段之一[10]。它主要包括震害调查和现场试验两大类。震害调查往往是在地震结束后才开始进行的，因而受观测时间、手段和条件等的限制，但是震害是最真实的“原型试验”的结果，因此一直受到人们的重视。目前这方面的资料收集正在不断的增加，尤其是1995年日本阪神大地震发生后，进行了广泛的震害调查，收集了大量有益的资料。但震害调查很难对地震过程中的动力响应进行量测，也无法控制地震波的输入机制和边界条件，更无法主动地改变各种因素以对某一现象进行有目的、多角度的研究。故有时就不得补借助于现场试验，它可以在一定程度上弥补这一缺陷[9]。
实验研究就是通过激震实验来研究隧道结构的响应特性。它可以分为人工震源实验和振动台实验。一般的，由于前者较难反映结构的非线性性及地基断裂等因素对隧道结构地震反应的影响，故用的不多，而振动台实验则可以较好处理这方面的问题，因此被广泛采用。通过实验人们可以更好的掌握地下隧道结构的工作特性，进而为抗震分析的理论发展奠定基础。该法在实验区域的选择和地基特性的模拟方面还有待进一步研究。
对地下隧道结构这种大型结构，以上的两种方法在实际的运用中都不可避免地会有代价昂贵的问题，因此理论研究无疑是不可或缺的研究途径。本文中侧重于对理论分析方法作较详尽的介绍。
理论分析的主要基础是波动理论和有限元方法。地下隧道结构的震害、动力反应及结构自身（纵向尺寸远大于横向尺寸）特点决定了其抗震分析方法的特点。对地下隧道结构，其抗震设计方法会因不同的施工工艺（如明挖法，盾构法等）而有所不同[11]，但综合来看其响应分析的研究方法大致可分为两大类：一类为波动法，它以求解波动方程为基础，将地下结构视为无限线弹性（或弹塑性）介质中孔洞的加固区，将整个系统作为对象进行分析，求解其波动场和应力场；另一类为相互作用法，这是以求解结构运动方程为基础，将土介质的作用等效为弹簧和阻尼。这两种方法各有特点，其要点如下[7]：
3．1．波动解法
该法按波动方程来求解地下结构及其周围介质这一整体的波动场与应力场，忽略了土体与结构间的相互作用情况，认为地下结构的存在对该处的波动场没有影响，在采用该法设计时，可以将所求得的该处土体的波动变位直接加在结构上来求解结构的响应。它求解结果的精确程度取决于结构与周边土体刚度差异的大小，较适用于初步设计中对结构响应的估算。
3．1．1解析解[2]
由于地下结构地震动问题的复杂性，对大多数情况都无法获得解析解，以下介绍一种拟弹性解析解。
该解法中假定地震波的波动场是平面波，其振幅在沿隧道轴向的场地中都是相同的，所不同仅在于到达时间的不同（即考虑行波效应），而忽略了波的散射及波的三维传播影响。Newmark（1968）和Kuesel（1969）提出了在均匀、各向同性的弹性介质中，以一定的角度入射的谐波作用下自由场的应变简化算法。St. John和Zahrah（1987）基于Newmark的方法提出了在压缩波、剪切波及瑞利波作用下自由场的轴向和弯曲应变的简便算法，入射波的作用如图1（Power等，1996）所示。Power等（1996）基于弹性地基梁理论，得出了将轴向应变和弯曲应变综合表示的隧道结构中轴向应变。
3．1．2数值解[2]
对大多数较复杂情况我们就不得不借助于数值解。对简化为一维情况的解已有许多程序可用，如基于波的一维传播理论的FLUSH（Lysmer等，1975）、LINOS（Bardet等，1991）。Navarro（1992）编写了可用于计算体波和表面波作用下场地土的变形与应力的计算程序。
总之，波动法对求解地震动引起的小变形是简单有效的。但波动解法在应用上需要将问题作大量的简化，如一般要假设介质为均匀的(弹性的或粘弹性的)，波型是单一的并且入射波为平面波等，可实际地层的构成是十分复杂的，地震波在临近地表面时将发生反射、折射，进而构成十分复杂的现象。这就使波动解法不能很好的反映工程实际，且由于应力场的解法实质上是一种拟静力法，所以在波动的频率较高、以及地震波的传播受到较多干扰的情况下，其应用就会受到一定的限制。同时将它用于软土等结构与地基介质刚度比相差较大的隧道结构计算时，其计算结果常偏于保守，这些情况下就不得不考虑土－结的相互作用了。3．2．相互作用解法
这是一种结构动力学的方法。该法以结构为主体来求解其地震响应，而周围地基介质作用则通过相互作用力来反映，也就是说将介质的作用等效为弹簧和阻尼。由于地下隧道结构本身的地震响应才是我们研究的重点，故相互作用的分析方法就更具有较好的实用性[12]。
相互作用法的基本假定是地基介质中的波动场不因结构的存在而受到影响。实际观测与模型试验都表明都验证了这一点，从而可将问题的求解分为以下两步：首先不考虑结构的存在，求解介质中自由场的地震响应；再根据结构所在位置土体的运动来求解结构响应。其中，如何考虑介质对结构运动产生的相互作用力，也就是求得地基介质的复阻抗，是该法的重点也是难点，因为确定无限地基对地下隧道结构的相互作用影响通常是非常困难的。在具体的抗震分析中，隧道通常简化为一维结构。
如前述，地基土介质阻抗的求解是难点，对于长大型的地下隧道结构需同时计算其轴向和断面内的地震反应。此时地基动力阻抗矩阵均可利用全空间或半空间的动力格林函数求解，但因三维动态格林函数的求解相当困难，所以需采用数值解法或近似解法。林皋曾给出了边界元解法，诺瓦克(M．Novak)则采用平面应变条件下的动力解与三维空间条件下明德林（M．D．Mindlin）静力解相结合的方法来获得近似解。Dasgupta曾提出用衍射方法（Cloning Method）来建立断面内地基动力阻抗矩阵[12]。
求解时，可先求得自由场的地震动响应（即得出）然后采用Newmark法等逐步积分法来求解方程（5）。地下结构大都为断面均匀的长状型结构，根据林皋等的计算结果表明，当轴向离散的节点数N大于25以后，方程计算的结果基本趋于稳定。
一些计算结果分析表明，对于一般的细长形地下隧道结构，其轴向应变要大于弯曲应变，也就是说在地下隧道结构中对结构响应起到控制作用的是其轴向应力。随着地下隧道结构直径的增大，土－结之间的相互作用逐步得到加强，轴向应力趋于减小而弯曲应力则会有所增大。当结构穿过两种介质时，在交界面处的地震应力会发生较显著的变化。诺瓦克的研究结
果表明，临近交界面处结构应力会显著增大，最大轴向应力发生于地震波从硬土介质向软土介质传播时，而最大弯曲应力则相反。
相互作用法的本质是解决地震作用下由于波动在土－结系统内传递所引起的响应问题。该法能否有效地解决实际问题，主要取决于对计算对象的模型化是否合理，也就是要处理好以下几个关键问题[10]：土－结系统初始状态的评价；地震波输入机制及随机地震动参数的时空分布特性；土－结系统动力相互作用的数值模型及方法；土体与结构材料和二者接触面的静动本构模型及模型参数的确定；考虑非线性的动力分析方法等。
从目前的研究水平来看，在强震环境下的动力相互作用分析离能真实地模拟工程实际，尚有很大的差距。尤其是以下几个问题有待解决[10]：土体非线性大变形影响问题；接触面动力特性及其本构描述问题；多相介质与结构物相互作用问题；土体材料的阻尼问题；理论验证手段及技术的开发问题；震害调查和原型观测资料的收集和积累问题等。
4．现有地下隧道结构抗震分析的实用方法
为了考虑地下隧道结构本身特殊性（如大都延伸很长的距离，沿线地质条件可能发生复杂的变化等）因素的影响，在上述基本方法的基础上发展了许多实用的分析方法。主要有：4．1．BART法[13]
该法是美国在上世纪六十年代末修建圣弗兰西斯科海湾地区的快速运输系统（简称BART）中所建立的地下结构抗震设计准则。其目的是能较普遍适用于广泛的结构形式和地层条件，对结构设计中遇到的问题可简单、快速地作出评价，故它包括了抗震特点、变形限制、各种构件和结构、土体不连续性的影响、土压力的影响等。该法假定土体在地震期间不会丧失完整性、且只考虑地震作用下隧道结构的振动效应。其总体的指导思想是在抗震设计中，给结构提供有效的韧性来吸收土体强加给结构的变形，同时又不丧失其承受静载的能力，而不是以特定的单元去抵抗其变形。
隧道结构还应设计成能够适应地层弯曲变形，此时结构的最大单元应变应根据波与结构斜交的情况得出。
设计者利用该法可快速确定地震引起的地层振动特性，进而为结构抗震设计提供依据。4．2．反应变位法（响应位移法）[14]
七十年代日本学者在地震观测中发现：地下结构地震中支配其地震响应的控制因素是场地位移，略去结构本身的惯性力和阻尼效应对计算结果的影响很小。基于此提出了地下线状结构物的抗震设计方法——反应位移法。其基本原理就是用弹性地基梁来模拟地下线状结构物，将地震时地基的位移当作已知条件作用在弹性地基梁上，以求解梁响应，从而计算结构的地震反应，其基本算式如下[7]：
式中：包括地下结构的刚度和地基弹性抗力系数，为结构所在位置土介质的地震变位。地基变位和抗力系数的确定是该法的关键，若将取为对角阵，则相应于文克尔弹簧常数。
日本水道系统抗震设计规范就是以此为基础给出了地下埋管的抗震计算公式。舒克拉(D．K．Shukla)等也以此为基础给出隧洞抗震计算公式。当隧洞沿线的地质条件发生非常复杂的变化时，可采用日本的田村重四郎提出的多质点质量弹簧模型来确定地基变位，该模型假定地面下存在一个基岩面，并将其上的地基土沿隧道方向划分成若干段，只考虑各段的水平剪切振动，将其化为单质点体系来分析。求出沿隧道轴向地表层的位移后，隧道可按地基变形为已知的弹性地基梁进行动力分析[15]。此模型已为日本沉埋隧洞抗震设计规范所采用。
4．3．围岩应变传递法[16～18]
日本学者根据地下管道、隧道等响应的波形与围岩介质的地震响应波形几乎完全相似的
地震观测结果和地震波动场理论分析的结果提出的一种实用分析方法，可用于隧道结构的地震响应分析。
围岩应变一般假定为无洞穴岩体中洞穴中心位置的应变。对隧洞轴向的应变和应变传递率仍可采用上一节的计算模型进行分析，其重点仍是地基抗力系数的确定。滨田政则等曾做过这方面的研究，该法的关键是确定与设计地震强度相符的围岩应变。
4．4．地基抗力系数法[16]
这是将相互作用的计算模型应用于地下隧道结构横断面地震反应分析的一种方法。周围岩土介质的作用以压缩和剪切弹簧进行模拟，结构用梁单元进行模拟。该法包括三个基本步骤：围岩介质弹簧常数计算；围岩地震变位计算；结构地震反应计算。
围岩抗力弹簧常数可采用静力有限元法进行计算。围岩地震变位可采用以下算法：分段一维模型；平面有限元模型；田村重四郎的多质点模型。
根据围岩地震反应分析的结果可以计算结构的地震响应。该法为日本核电厂耐震设计技术指针所采用。
4．5．福季耶娃法[9]
由前苏联学者福季耶娃提出。他认为对于波长大于隧道洞径3倍的P波及S波，只要隧道埋深大于洞径3倍，长度大于洞径5倍，就可将地震反应的动力学问题用围岩在无穷远处承受一定荷载的弹性力学的平面问题的方法解答。若假定围岩介质属线弹性体，则地震作用时引起隧道围岩的应力及衬砌内力的计算，可归结为有加固孔口周围应力集中的线弹性理论动力学问题的求解。这是一种拟静力方法。
4．6．ST.John法[2]
该法以弹性地基梁模型来考虑土－结的相互作用问题，但忽略了土体与结构之间的动力相互作用，是一种拟静力分析方法。该法认为在地震荷载作用下，隧道截面内产生与自由场的轴向、弯曲和剪切变形相对应的轴向、弯曲和剪切应变。
4．7．动力有限元法[18～23]
上述几种地下结构抗震解析方法都是拟静力的分析方法。大都是粗略和近似的，往往将问题过于简，无法满足对结构在地震荷载下的动态响应特性进行深入研究，或是进行某些特殊情况或特殊部位抗震分析的需要。这就需要应用动力有限元法。原则上它可以实用于各种复杂形状的连续体问题，能较好的反映各种复杂的材料特性。其分析步骤主要有：几何、材料和荷载的理想化；刚度、质量和阻尼矩阵的形成；建立运动方程并求解。在地下隧道地震响应的动力有限元分析中，常假设在隧道下方存在一个基岩面，将地震加速度沿此基岩激振，再由达朗贝尔原理得出隧道和围岩有限元体系的动力平衡方程。
目前隧道抗震分析领域中较通用程序主要有：FLUSH（Lysmer等，1975）；SASSI（Lysmer 等，1991）；FLA (Itasca，1995)；ABAQUS（Hibbitt等，1999）以及ANSYS等。
分析单元的选取中，土可取Block单元或二维平面应变单元，隧道可采用梁(或杆)单元。采用该法来分析时，如何考虑无限域中的边界处理问题是其中的难点，也就是说该如何有效地模拟无限地基的能量辐射作用，从而保证波动从切割边界内部穿过人工边界时不产生反射效应。对此，国内外学者提出了很多的处理方法，如菜斯默(J. Lysmer)的改进粘性边界、斯密思(W．D．Smith)的迭加边界、廖振鹏的透射边界、Clayton－Engquist人工边界、Higdon 人工边界、一致边界、阻尼边界、传播边界以及采用无限元法等。徐文焕曾提出“刚性圈”的概念，认为在一定条件下边界无反射，即在地震力分析中我们常用的加速度谱本身就是各种波综合作用的结果，故用其推得的位移谱就可以作为分析区域的边界条件。潘昌实等学者曾用动力有限元法进行过三维地震响应分析，分析结果表明：在不同边界条件下，求得反应值差别较大。因此，采用动力有限元法求解时，宜根据实际情况选用合适的边界条件。
该法由于其所具有的强大适应能力，已成为地下隧道结构动力响应求解的有力工具。
5．讨论与小结
以上各种分析方法都有一定的不足之处，就目前发展水平而言，还没有哪种方法能够全面地完成地下隧道结构的抗震分析。因为支配地下隧道结构地震响应的控制因素是地基变形，所以，静力法是不合理的。反应位移法则抓住了地基变形这一控制因素，忽略了结构惯性力的影响。围岩应变传递法也是从变形入手，但要准确地确定合理的应变传递率则是极其困难的。地基抗力系数法主要是用于求解结构断面的响应。BART法则有利于在实际中可快速的对结构的地震响应作出估算。对地下隧道这种线型结构，ST.John法无疑是较适用的，但它对地基状况和输入运动作了过多的简化。而福季耶娃法将问题简化为线弹性理论动力学问题的求解，也是过于简化了问题[20]。故相比之下，动力有限元分析法无疑是最全面的，但它依赖于计算模型及输入参数的确定，这有时会导致分析结果与实际情况有较大的出入[9]。
值得关注的是当前的研究往往忽略了垂直方向地震分量的影响。如日本的抗震设计中，除核电站及铁路桥梁基础设施外，均不考虑竖直方向的震动；我国《铁路工程抗震设计规范》（GBJ 111－87）也只考虑地震时受水平方向加速度的作用。但最近的一些震害表明，当垂直方向的加速度较大时，它也可能是导致灾害的重要原因。1998年土耳其地震中曾观测到地表纵向加速度为0.39g，横向为0.31g，而垂直方向达0.5g（g为重力加速度）。故在地下隧道的地震响应分析中，有必要对垂直分量给予考虑，尤其是在强震作用下更应关注[24]。
目前地下隧道结构的抗震分析中有待进一步研究的问题主要有[2]：地下隧道结构反应量测仪器的改进；地震荷载传播机制的深入认识；强震下垂直加速度对结构响应的影响；土－结相互作用数值模型的改进；场地土的运动方向和突加效应对结构响应的影响；沿轴向土体运动的不一致和土－结之间可能存在的滑移对结构响应的影响；结构的存在对场地土振动的局部放大或衰减效应以及多次反复周期荷载作用效应等。
概而言之，地铁等大型地下隧道结构，是现代城市生命线工程的重要组成部分，其震害不仅会导致严重的经济损失，而且还会产生严重的社会和政治影响。在设计中必须让结构具有吸收变形及能量的能力，而不是像传统方式那样单靠增强结构强度来提高抗震性能。这是在地下隧道结构抗震设计研究中所必须遵循的基本原则[8]。目前我国已经建造、正在建造以及将要建造一大批超大型复杂地下结构物中包括了大量的隧道结构。这些新的超大型地下隧道结构系统尚未真正经受强震作用的考验，故一系列新的与抗震设计有关的科学及技术问题需要深入探索，开展系统的地下隧道结构抗震理论分析及应用研究显得尤为重要和紧迫。
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EARTHQUAKE ENGINEERING OF LARGE UNDERGROUND STRUCTURES Accession Number:
00392130
Record Type:
Monograph
Availability:
National Technical Information Service
5301 Shawnee Road
Alexandria, VA 22312 USA
Order Number: PB81-247918
Abstract:
This study identifies and evaluates the current state of the art of earthquake engineering of
transportation tunnels and other large underground structures. A review of the past performance of 127 underground openings during earthquakes indicates that underground structures in general are less severely affected than surface structures at the same geographic location. However, some severe damage, including collapse, has been reported. Stability of tunnels during seismic motion is affected by peak ground motion parameters, earthquake duration, type of support, ground conditions, and in situ stresses. The literature on the nature of underground seismic motion is reviewed in detail. Although recorded underground motions tend to substantiate the idea that motion does reduce with depth, amplification at depth has been observed. The current procedures used in the seismic design of underground structures vary greatly depending upon the type of structure and the ground conditions. Procedures for subaqueous tunnels are fairly well formulated; however, procedures for structures in soil and rock are not as well formulated. Numerical procedures to predict dynamic stresses are not completely compatible with current static design procedures, which are more strongly affected by empirical methods than by stress-prediction models. Recommended research activities include the systematic reconnaissance of underground structures following major earthquakes, the placement of instrumentation for recording seismic motion in tunnels, analytical studies of underground motion, and the further development of seismic design procedures for structures
in soil and rock. (Author)
Owen G N, Scholl R E. Earthquake engineering of large underground structures[J]. NASA STI/Recon Technical Report N, 1981, 82: 16291. Google学术
桥梁抗震构造措施 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
桥梁抗震的构造要求有哪些 1．对简支梁，连续梁等梁式体系，必须设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造，阻止梁的横向位移。 ??? 2．对悬臂梁和T型刚构除采取上述措施外，还应采取阻止上部结构与上部结构之间出现横向相对位移的构造措施。 ??? 3．对活动支座，均应采取限制其位移、防止其歪斜的措施。 ??? 4．对简支梁应采取措施防止地震中落梁，如采用螺栓连接，钢夹板连接，以及将基础置于可液化层一定深度等措施。 ??? 5．对于桩式墩和柱式墩，桩(柱)与盖梁，承台联接处的配筋不应少于桩或柱身的最大配筋。 ??? 6．对于砖石混凝土墩台，应考虑提高墩台帽与墩台本身以及基础连接处，截面突变处的抗剪强度。 ??? 7．桥台胸墙应予加强。在胸墙与梁端部之间，宜填充缓冲材料，如沥青、油毛毡等。 ??? 8．砖石、混凝土墩台和拱圈的最低砂浆强度等级应按现行《公路桥涵设计规范》的要求提高一级使用。 ??? 9．不论为梁式桥、拱桥尽量避免在不稳定的河岸修建，并应合理布置桥孔，避免将墩台布设于在地震时可能滑动的岸坡上的突变处。 ??? 10．大跨径拱桥的主拱圈，宜采用抗扭刚度较大整体性较好的断面型式，如箱形拱，板拱等。当主拱圈采用组合断面时，应加强组合截面的连接 强度，对双曲拱桥应加强肋波间的连接。 ??? 11．大跨径拱桥不宜采用二铰和三铰拱。当小跨径拱桥采用二铰板拱时，应采取防止落拱构造措施。 ??? 12．砖石、混凝土腹拱的拱上建筑，除靠近墩台的腹拱采用三铰或二铰外，其余铰拱宜采用连续结构。 ??? 13．拱桥宜尽量减轻拱上建筑的重量。 ??? 14．刚性地基烈度为9度时，或非刚性地基烈度为7度时的单孔及连拱桥与端腹孔，均应采取防止落拱构造，包括加长拱座斜面，设置防落牛腿以 及将主拱钢筋伸入墩台帽内。 桥梁结构抗震措施 【提要：措施,抗震,结构,桥梁,】 桥梁结构抗震措施 为防止或减轻震害，提高结构抗震能力，对结构构造所作的改善和加强处理，通常称为抗震措施。各国的工程结构抗震规范对此都有明确的规定。对于桥梁结构,这些措施可归纳为:①对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强;②对结构各部加强整体联结;③对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件;④加强桥梁支座的锚固;⑤加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋,提高结构的延性;⑥对桥位处的不良土质应采取必要的
“2014中国隧道与地下工程大会暨中国土木工程学会隧道及地下工程分会第十八届年会”在杭 州召开以来，我国隧道及地下工程建设近两年又取得了长足的发展。 ?各领域的隧道总数与总长度快速增长； ?重难点隧道及地下工程建设进展顺利； ?技术上取得许多突破。 1我国隧道及地下工程近两年的发展 1.1主要领域隧道建设进展 1.1.1铁路隧道 截至2015年底，全国在建铁路隧道3784座，总长8692km；规划隧道4384座，总长 9345km；运营隧道13411座，总长13038km。2015年新增开通运营铁路隧道1316座，总长 2160km，其中，10km以上隧道18座，总长245km。相比2013年，新增铁路运营隧道2337座 （总长4099km）。 表1是中国铁路总公司工程设计鉴定中心统计的全国铁路隧道情况汇总。 1.1.2公路隧道 据统计，截至2015年底，我国大陆运营公路隧道14006座，总长12684km；近两年新增运营公路隧道2647座（3079km）。 1.1.3地铁隧道 截至2015年底，我国大陆已有22个城市开通地铁，拥有97条运营线路，总里程2934km；在建126条线路，总里程达3000多km。截至目前，大陆已有43个城市获批修建地铁，规划总里 程达12000km。 1.1.4水工隧洞 根据“国家172项引水工程建设计划”，近年来新建水工隧洞数量持续增加，兰州市水源地引 水隧洞（31.570km）、北疆供水工程喀双隧洞（283.270km）、东北引松供水隧洞等水工隧洞相继 开工建设。 1.2重难点工程 1.2.1青藏铁路关角隧道 青藏铁路关角隧道全长32.645km，是世界高海拔第一长隧，也是国内已运营的最长铁路隧道。工程于2007年11月6日全面开工，采用钻爆法施工，2014年4月15日全线贯通，2014年12月
8 桥梁振动及抗震 8.1结构抗震体系 8.1.1结构应具有合理的地震作用传力途径和明确的计算简图。结构除了具有必要的承载能力以外，还应具有良好的变形能力和耗能能力，以保证结构的延性性能。 8.1.2结构的质量和刚度应均匀分布，避免因质量和刚度突变而造成地震时结构各部分相对变形过大。对于质量和刚度变化较大的部位，应采取有效措施予以加强。 8.1.3结构基础应建造在坚硬的地基上，尽可能避开活断层及地质条件不好的地基。当结构必须建造在软土地基或可能液化的地基上时，应对地基进行处理。 8.1.4上部结构应尽量采取连续的形式。当上部结构与下部结构之间的支座允许上部结构平动时，必须保证支承面宽度并采取相应的限位措施，防止落梁的发生。 8.1.5确定墩柱的截面尺寸时应避免墩柱的轴压比（墩柱所承受的轴向压力与抗压极限承载力之比）过大，以保证墩柱截面的延性性能。 8.1.6对于多跨连续结构，各中墩柱的截面尺寸和高度应使各柱的纵桥向刚度和横桥向刚度基本相同。跨径相差较大时，应考虑上部结构质量对横桥向频率的影响。对于地面高差较大的地形，可通过下挖地面来调整墩柱的高度。 8.1.7对于大跨度桥梁，应结合桥位处的地质条件和地震动特性等具体情况，对各种结构体系进行分析研究，选择抗震性能较好的结构体系。 8.2地震反应计算 8.2.1工程设计项目应按《地震安全性评价管理条例》（国务院令第323号）及各地方相应管理办法，要求业主对相应区域进行地震危险性分析，
并根据地震危险性分析进行结构的地震反应计算。在桥梁建设中尽量避开具有危险性的活动地震断层。活动性地震断层附近桥梁的地震反应计算要特别注意地面位移对结构的影响。按“条例”不需进行地震安全性评价的一般性工程，应按照《中国地震动参数区划图》（GB18306-xx）规定的设防要求进行抗震设防。 8.2.2应根据工程的重要性等级、场地的地质条件和地震烈度、结构的自振特性等情况，按照规范用反应谱方法进行结构的地震反应计算。对于大跨度桥梁，还应进行时程反应分析，并考虑地震动的空间不均匀性。 8.2.3对于地震作用的计算，应按公路桥梁相关规范执行，城市桥梁应根据道路等级和桥梁的重要性，按表8.1进行重要性系数修正。 表8.1 城市桥梁重要性修正系数Ci 考虑地震引起的位移，避免结构因位移过大而导致非强度破坏。 8.2.5对大跨度桥梁进行地震反应计算时，由于高阶振型的影响较大，必须计算足够多的振型。 8.2.6采用减震措施设计时，应结合具体桥型进行动力时程分析。 8.3构件抗震设计和抗震构造措施 8.3.1 应搜集桥位处地震基本烈度、地质构造、地震活动情况、工程地质及水文地质条件，并根据地震基本烈度及桥梁重要性等级采取相应的
地铁车站结构抗震分析 发表时间：2018-09-05T16:48:02.707Z 来源：《防护工程》2018年第9期作者：吴磊 [导读] 目前地铁抗震设计主要参考《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)进行抗震计算。本文将以浙江金华地铁工程的某个地下车站为例，采用“I反应位移法”分析地震作用的工况，并提出一些抗震方面的意见和建议。 吴磊 中交铁道（武汉）建设科技有限公司湖北武汉 430056 摘要：随着城市化的进程，各个城市的规模日益扩大，进几年来各个城市对城市轨道交通建设的投入也不断加大。过去人们普遍认为，地下建筑结构具有良好的抗震性能。然而近年来世界各地已发生的地震灾害中，发现很多地下结构也遭受了不同程度的破坏，甚至部分出现了很严重的破坏。目前地铁抗震设计主要参考《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)进行抗震计算。本文将以浙江金华地铁工程的某个地下车站为例，采用“I反应位移法”分析地震作用的工况，并提出一些抗震方面的意见和建议。 关键词：城市轨道交通；抗震性能；反应位移法；地震作用工况 1 车站抗震设计概况 1.1工程概况 地铁车站为金华-义乌-东阳市域轨道交通工程一个站。车站为地下一层侧式车站，主体结构为地下一层单柱双跨钢筋混凝土框架结构，标准段宽度为17.6m，顶板覆土厚度2.8-3.2m，底板埋深12.1m，车站总长291.1m。车站结构采用明挖法施工。 图一：车站标准横断面 1.2抗震设防目标 依据住房和城乡建设部下发的《市政公用设施抗震设防专项论证技术要点（地下工程篇）》及《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014），并考虑到轨道交通地下车站的重要性和震后修复难度，抗震设防目标如下： （1）结构在遭受相当于本工程抗震设防烈度的地震影响时，即475年一遇地震动作用下，不破坏或轻微破坏，应能够保持其正常使用功能，结构处于弹性工作阶段，不应因结构的变形导致轨道的过大变形而影响行车安全； （2）结构在遭受高于本工程抗震设防烈度的罕遇地震（高于设防烈度1度）影响时，即2450年一遇地震动作用下可能破坏，经修补，短期内应能恢复其正常功能，结构局部进入弹塑性工作阶段。 475年一遇地震作用，对应50年超越概率10%地震作用，即《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）中E2地震作用。 2450年一遇地震作用，对应50年超越概率2%地震作用，即《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）中E3地震作用。 1.3抗震设计条件 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010，2016年修订版）和《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）规定，场地所在区域设计地震分组为第一组，基本抗震设防地震动峰值加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度，反应谱特征周期为0.35s。根据区域地质资料结合周边工程经验，场地范围内覆盖层厚度范围介于3～50m，建筑场地类别主要划分为Ⅱ类，局部Ⅰ1类。场地地貌以一级阶地区为主，局部为河漫滩及高阶地，地貌类型较简单，场地土类型以中硬土为主，部分地段为中软土，基底基岩岩性为中风化粉砂岩，性质较好，按《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 500909-2014）确定本场地属建筑抗震一般地段。 抗震设计中地震效应的计算方法静力法、反应加速度法、弹性时程方法、非线性时程方法等。依据2014年底最新颁布的《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014），表3.2.4规定：对于重点设防类的地下结构，E2地震作用下抗震性能要求不低于I，E3地震作用下抗震性能要求不低于II；表3.3.1规定：对于区间隧道及地下车站结构，性能要求I时可采用反应位移法计算，性能要求II时可采用非线性时程分析方法计算。本报告研究对象E2地震作用下采用反应位移法计算。 1.4反应位移法 反应位移法认为地下结构在地震作用下的反应主要取决于周边图层的变形差，计算时通过将地震时产生的变形通过地基弹簧来采用静荷载来模拟。反应位移法进行地震计算时，需考虑土层相对位移、结构惯性力和结构周边剪力这三种地震作用，计算模型如下：
地下结构的抗震分析
本报告做出了针对当前地下结构抗震分析的总结，对当前工程师使用的对地下结构进行地震效应的量化分析的方法进行了描述。将确定性及概率性这两种抗震风险分析进行了总结。对恰当的地基运动参数的发展变化进行了简要的叙述，包括峰值速度和加速度，目标反应谱及地基运动时间维度上的过往。一般来说，地下结构的抗震荷载设计是以周围的土地对地下结构产生的形变和拉应力为特点，或者是两者之间的相互作用进行研究的。 在拟静态分析法中，土地的形变是由于静荷载或者土壤和结构之间的相互作用力造成的，并不包含动态荷载或者地震波传播的影响；而在动态分析法中，则是通过数值分析工具，如有限元或者有限差分析法来针对土壤和结构之间的动态作用进行分析。本报告还讨论了一些特殊的设计中的问题，包括隧道的分段隧道的连结设计及隧道进口建筑与隧道的连结设计。 一、地下结构的抗震设计分析方法 1. 确定性抗震风险分析 确定性抗震风险分析包括一个特定的总结现场土地运动的抗震方案。这个方案要求假定一次特定规模的发生在特定地点的地震。Reiter 在1990年将该方法分为四步，如图1所示
图1 确定性抗震风险分析步骤流程 （1）识别并描述所有在该地点能产生显著地基运动的地震来源，包括其各自的几何特点以及地震潜力。最明显的特性描述地震区通常是断层的存在。Reiter 在1990年生成一个详尽的列表功能来表明可能在给定地区的断层。然而，断层的存在并不一定意味着该地区要去积极的应对这一个潜在的地震风险。其中的标准有相当大的分歧，尤其是在论述一个不活动的断层的标准时。基于美国核监管委员会的1978年联邦法规，规定能动断层这个词来表明一个断层在过去的活动35 000-500 000年有过运动。对于非民用基础设施，更短时间尺度将被使用。 （2）选择“源到特定地点”距离参数的每个源，通常是最短的震中震源定位距离，或距离最近的破裂部分的断层的距离。最近的破裂断层距离比震中距更有意义，特别是对大地震的地方，断层破裂扩展的距离超过了50岁公里。
《隧道与地下工程》复习思考题 1．隧道工程的调查包括哪些内容？其中地形地质调查的内容是什么？各勘察阶段采用什么勘察方法？ （1）包括施工前调查和施工中调查。其中施工前调查包括地形地貌及地质调查、气象调查、环境调查、施工条件调查以及与工程有关的政策法规调查等。 施工中调查是在隧道建设过程中，随着开挖掘进的进行，对开挖暴露出的地质体进行实际勘察。（2）地形地质调查分为初勘和详勘两个阶段。初勘是查明工程论证区域的地形地貌条件、地质体的物质组成、地质构造特征、物理化学地质现象等地质背景，以及与工程建设的关系。详勘除了包括初勘的内容外，还应详细调查工程部位岩体的结构特征，如岩体的完整性，节理裂隙的发育及分布特征等，为技术设计中的围岩分级提供依据。 （3）初勘采用实地踏勘、测绘，并开展必要的勘探工作。详勘采用大比例尺工程地质测绘、钻探、工程物探以及必要的测试和实验等多种方法进行综合分析。 2．隧道工程总体设计的基本原则是什么？总体设计都包括哪些内容？ （1）在各项调查基础上综合分析对比隧道各线路方案，提出优化设计方案。在复杂不良地质条件下，长大隧道尽量避开不良地质地段，中短隧道可服从道路总体路线走向。在满足隧道功能和结构受力良好的前提下确定经济合理的断面形状。隧道的平、纵线型应与两端衔接的引线道路线型相协调。选择合理通风、照明方式。对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、管理设施等作全面综合考虑。当隧道工程建设与周围建筑物互有影响时，应在设计和施工中采取必要的措施。 （2）总体设计包括隧道定位设计，洞口位置选择，隧道平面线形设计，隧道纵断面线形设计，隧道净空及建筑限界。 3．在隧道选线设计中，是不是线路越短越好？为什么? （1）不是，路线短的地方往往是沟谷地方，地质条件差，通常有断层破碎带或软弱岩层发育，也会有地下水汇集，作为隧道的围岩其稳定性往往较差。 4．隧道轴线方向的确定（选择）应考虑哪些问题？应如何选择洞口的位置？ （1）地应力场和地质结构面，从地应力角度看，当隧道轴线与最大主应力方向水平投影的夹角为15°~30°时，稳定性较好，且隧道轴线设计应尽量垂直最发育的结构面，即最大主应变面。 （2）不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处。避开不良地质地段。不破坏或少破坏山体坡面。 进出口洞口线路宜与地形等高线正交。洞口标高应高于洪水位家波浪高度。边坡和仰坡均不宜开挖过高。隧道穿过悬崖陡壁时要注意岩壁的稳定性。洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，设置桥梁或涵洞。可利用弃渣有计划有目的的改造洞口场地。洞口地段埋深较浅，应考虑附近地面建筑物、地下埋设物对隧道的影响及对策。 根据地形地质条件，考虑边坡仰坡的稳定，结合洞外有关工程及施工难易程度，本着早进晚
工程编号：SZ2012-38 海口市海口湾灯塔酒店景观桥工程 桥梁抗震计算书 设计人： 校核人： 审核人： 海口市市政工程设计研究院 HAIKOU MUNICIPAL ENGINEERING DESIGN & RESEARCH INSTITUTE 2012年09月
目录 1工程概况 ........................................................................................................... - 1 -2地质状况 ........................................................................................................... - 1 -3技术标准 ........................................................................................................... - 2 -4计算资料 ........................................................................................................... - 2 -5作用效应组合 ................................................................................................... - 3 -6设防水准及性能目标 ....................................................................................... - 3 -7地震输入 ........................................................................................................... - 4 -8动力特性分析 ................................................................................................... - 5 - 8.1 动力分析模型 (5) 8.2 动力特性 (6) 9地震反应分析及结果 ....................................................................................... - 6 - 9.1 反应谱分析 (6) 9.1.1E1水准结构地震反应 ........................................................................................ - 6 - 9.1.2E2水准结构地震反应 ........................................................................................ - 7 -10地震响应验算................................................................................................ - 8 - 10.1 墩身延性验算 (10) 10.2 桩基延性验算 (10) 10.3 支座位移验算 (11) 11结论.............................................................................................................. - 11 - 12抗震构造措施.............................................................................................. - 11 - 12.1 墩柱构造措施 (12) 12.2 结点构造措施 (12)
我国隧道及地下工程近两年的发展与展望 洪开荣 “2014中国隧道与地下工程大会暨中国土木工程学会隧道及地下工程分会第十八届年会”在杭州召开以来，我国隧道及地下工程建设近两年又取得了长足的发展。 各领域的隧道总数与总长度快速增长； 重难点隧道及地下工程建设进展顺利； 技术上取得许多突破。 1我国隧道及地下工程近两年的发展 1.1主要领域隧道建设进展 1.1.1铁路隧道 截至2015年底，全国在建铁路隧道3784座，总长8692km；规划隧道4384座，总长9345km；运营隧道13411座，总长13038km。2015年新增开通运营铁路隧道1316座，总长2160km，其中，10km以上隧道18座，总长245km。相比2013年，新增铁路运营隧道2337座（总长4099km）。 表1是中国铁路总公司工程设计鉴定中心统计的全国铁路隧道情况汇总。 1.1.2公路隧道 据统计，截至2015年底，我国大陆运营公路隧道14006座，总长12684km；近两年新增运营公路隧道2647座（3079 km）。 1.1.3地铁隧道 截至2015年底，我国大陆已有22个城市开通地铁，拥有97条运营线路，总里程2934 km；在建126条线路，总里程达3000多km。截至目前，大陆已有43个城市获批修建地铁，规划总里程达12000km。 1.1.4水工隧洞 根据“国家172项引水工程建设计划”，近年来新建水工隧洞数量持续增加，兰州市水源地引水隧洞（31.570km）、北疆供水工程喀双隧洞（283.270km）、东北引松供水隧洞等水工隧洞相继开工建设。 1.2 重难点工程 1.2.1青藏铁路关角隧道 青藏铁路关角隧道全长32.645 km，是世界高海拔第一长隧，也是国内已运营的最长铁路隧道。工程于2007年11月6日全面开工，采用钻爆法施工，2014年4月15日全线贯通，2014年12月25日正式通车。
关于明挖地铁车站结构设计中若干问题的探讨摘要：随着中国经济持续快速发展和城市化水平的提高，我国城市地铁的建设正大规模地开展。本文以明挖法地铁车站框架结构为研究对象，简述地铁车站结构设计及构造中存在的一些值得商榷的地方，以供同行参考，进行设计优化。 引言 为解决城市交通拥堵问题，修建具有超强运力的地铁与轻轨已逐渐成为大城市的首选手段。目前国内绝大多数直辖市及省会城市已经部分建成或正在修建地铁。地铁在城市中的经济效益与社会效益也是有目共睹的。但是对于以地下工程为主的地铁结构，在结构设计中由于岩土性质的复杂性、设计理论的局限性，使地铁结构设计及构造中存在的一些值得商榷的地方，需要我们在实践中不断的探索、求解，不断优化地铁设计。 一、地震作用对地铁整体现浇框架结构的影响 1.侧墙大开洞对抗震设计的影响 标准的两层地下车站结构型式一般为单柱双跨或双轴三跨两层整体现浇砼框架结构，结构刚度分布均匀、对称。但在车站主体结构与出入口、风亭以及大外挂物业用房相接处，侧墙必须大开洞。大开洞严重削弱了结构侧向刚度，且造成结构两侧刚度不对称，对结构抗震产生不利影响，结构设计时此影响应予以考虑。 2.结构中柱设计对抗震设计的影响 车站结构中的中柱在抗震设计中基本是一种脆性破坏，是框架结
构中受力最薄弱的部位，和首先遭到破坏的构件。因此，提高地下框架抗震性能的最有效的方法是改善中柱的受力性能和受力特征。目前，中柱基本采用的是普通钢筋砼柱，砼强度较高，轴压比偏大，对抗震不利。故中柱应尽量采用塑性性能良好的钢管砼柱。 二、侧向水土压力的不确定性对结构设计的影响问题 1.对中板配筋设计的影响 各层板在侧向水土压力和竖向荷载的共同作用下，实际上处于偏压受力的状态。但是，由于侧向水土压力计算理论上的缺陷以及水压力的多变性，目前各层板的配筋大多按纯弯构件计算，按偏压进行验算，所得结果是偏于安全的。笔者参与的多条地铁线路设计总体技术要求，均有此规定。一般情况下，按上述方法设计时，偏压验算都能满足，因此，设计人员往往不进行偏压验算。但是，在板的轴向压力很大的时候，属小偏压构件，如仍按纯弯构件进行配筋计算，受力上偏于不安全。在这种情况下，应按偏压构件设计，按纯弯构件验算，以保证结构安全。 2.对车站侧墙设计的影响 水位的变化对侧墙剪力的大小影响很大，当水位取至抗浮设计水位时，由于底板所受水浮力很大，向上凸起，侧墙向外侧鼓出，导致侧墙外侧土体产生被动土压力，侧墙剪力最大。以一般两层站为例，侧墙在与底板的节点处，剪力可以达到800kN以上，大于不配箍墙（板）构件抗剪承载力。可见，侧向水土压力的取值，对侧墙的剪力设计值影响很大。
复习题 1.地震动的三要素？ 答：地震动强度（振幅、峰值），频谱特性，强震持续时间。 2. 什么是基本地震烈度？基本地震烈度和E1地震E2地震是什么关系？ 答：基本地震烈度是指该地区今后一个时期内，在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度，即《中国地震烈度区划图》规定的烈度。 3.地震按照成因、震源的深浅、震中距的远近等的分类；一些有关地震的术语含义。 答：按照成因可分为：火山地震、陷落地震、构造地震、诱发地震 按照震源的深浅可分为：浅源地震、中源地震、深源地震 按照震中距的远近可分为：地方震、近震、远震 4. 地震波包含了哪几种波？它们的传播特点是什么？各种波的速度对比？ 分为体波和面波。 体波 纵波：在传播过程中，其介质质点的震动方向与波的前进方向一致。 纵波的周期较短，振幅较小，波速较快，在地壳内的速度一般为200-1400m/s。 横波：在传播过程中，其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。 横波的周期较长，振幅较大，波速较慢，在地壳内的速度一般为100-800m/s。 面波 瑞利波：传播时，质点在与地面垂直的平面内沿波前进方向做椭圆反时针方向运动。 振幅大，在地表以竖向运动为主。 乐浦波：传播时，类似蛇形运动，质点在地平面内做与波前进方向相垂直的运动。
5. 地震动、地震波的概念。 地震动：也称地面运动，是指由震源释放出来的地震波引起的地表附近土层的震动。 地震波：当震源岩层发生断裂、错动时，岩层所积聚的变形能突然释放，引起剧烈的振动，振动以弹性波的形式从震源向各个方向传播并释放能量，这种波 就称为地震波。 6. 地震震级、地震烈度的概念，两者之间的区别与关联，地震震级和地震释放的能量之间 的关系。 地震震级：衡量一次地震大小的等级，用符号M表示。 比较通用的是里氏震级（用Ml表示），定义为： 在离震中100Km处用伍德-安德生式标准地震仪所记录到的最大水平 动位移（以微米计）的常用对数值，即 Ml=lgA 地震烈度：用来衡量地震破坏作用大小的一个指标。 联系与区别：对于一次地震而言，震级只有一个，烈度则随着地点的变化而有若干个。一般来说，震中的烈度最高，离震中越远，地震影响越小，烈度 越低。 关系：Ml=1.5+0.58I0（震中烈度） 7.影响地震动特性的因素。 答：包括震源、传播介质与途径、局部场地条件这三类。 8.地震烈度是按什么标准进行区分的？ 答：按地震烈度表的标准进行区分 主要依据是建筑物的破坏程度、地貌变化特征、地震时人的感觉、家具器物的反 应等。 9.地震造成的地表破坏有哪些现象？ 答：地裂缝、滑坡、砂土液化软土震陷。
隧道及地下工程“设计”类毕业设计指导书 1 设计原则及有关技术指标 1.1主要构件设计使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构强度、刚度，满足结构耐久性要求。 1.2 根据工程地质和水文地质条件，结合周围地面建筑物、地下构筑物状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式。 1.3结构设计应满足施工、运营、环境保护、防灾等要求。 1.4 结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形和沉陷等因素。 1.5 断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定。 1.6隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料极限强度进行设计。 1.7 施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内。 1.8 隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响。 1.9设计中除参照本指导书外，尚应符合《铁路隧道设计规范》或《地铁设计规范》等相关国家现行的有关强制性标准的规定。 1.10隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级。 1.11隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防。 1.12 结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐蚀设计的要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8。 1.13 在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。 1.14 混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按表1-1采用。区间隧道衬砌采用钢筋混凝土时其混凝土强度不应低于C30。 表1-1 混凝土的极限强度(MPa)
《隧道与地下工程》测试题 1、隧道轴线的选择应考虑地应力和地质结构面的影响，不正确的隧道轴线设计是： A．隧道轴线设计应该与最大水平主应力方向夹角大于60°； B．隧道轴线设计应与最大水平主应力方向夹角为15°~30°； C．隧道轴线设计应与主要结构面尽量垂直； D．隧道轴线设计应与主要结构面平行。 2、在褶皱地层中建造隧道，隧道的位置应选择在： A．向斜的核部；B．背斜的核部；C．向斜或背斜的两翼；D．背斜的核部比向斜的核部好。 3、在隧道洞口位置的设计中，错误的选择是： A．洞口应尽量设在沟谷低洼处，这样可缩短隧道长度； B．洞口应避开断层、滑坡、崩塌等不良地质地段； C．进出洞口线路宜与地形等高线正交。 D．洞口位置的高程应高于最高洪水位。 4、在隧道纵断面线形设计中，正确的设计应该是： A．隧道纵断面线形设计应采用平坡； B．隧道纵坡坡度一般情况下应不小于0.2%，不大于5%； C．隧道纵坡坡度一般情况下应大于0.3%，小于3%； D．对于长大隧道考虑到施工期间有利于排水，应选择“人”字型双向坡的纵断面线形设计。 5、通常所说的新奥法“三大支柱”是指： A．信息化施工，反分析法，复合式衬砌；B．信息化设计，喷锚支护，控制爆破； C．控制爆破，围岩压力量测，复合式衬砌；D．喷锚支护，光面爆破，监控量测。 6、我国铁路隧道围岩分级中，根据声波波速对围岩分级时，V p=3200m/s是几级围岩？ A．Ⅰ级，B．Ⅱ级，C．Ⅲ级，D．Ⅳ级 7、在两步分级法中，修正系数K1、、K2、、K3分别代表的是： A．K1隧道的埋深，K2隧道的跨度，K3隧道的断面形状； B．K1结构面的类型及规模，K2结构面的产状，K3地下水发育状况； C．K1地下水条件，K2主要结构面的产状，K3地应力状态； D．K1声波波速，K2 RQD指标，K3隧道的规模。 8、深埋隧道与浅埋隧道的划分界限Z n等于： A．（1~2）倍的隧道跨度，B．（1.5~2.5）倍的围岩压力计算高度 C．（2~3）倍的隧道跨度，，D．（2.0~2.5）倍的围岩压力计算高度， 9、关于隧道的围岩压力，下列哪些观点是正确的？ A．浅埋隧道的围岩压力随埋深增大而增大；
桥梁抗震的构造要求有哪些? 1．对简支梁，连续梁等梁式体系，必须设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造，阻止梁的横向位移。 2．对悬臂梁和T型刚构除采取上述措施外，还应采取阻止上部结构与上部结构之间出现横向相对位移的构造措施。 3．对活动支座，均应采取限制其位移、防止其歪斜的措施。 4．对简支梁应采取措施防止地震中落梁，如采用螺栓连接，钢夹板连接，以及将基础置于可液化层一定深度等措施。 5．对于桩式墩和柱式墩，桩(柱)与盖梁，承台联接处的配筋不应少于桩或柱身的最大配筋。 6．对于砖石混凝土墩台，应考虑提高墩台帽与墩台本身以及基础连接处，截面突变处的抗剪强度。 7．桥台胸墙应予加强。在胸墙与梁端部之间，宜填充缓冲材料，如沥青、油毛毡等。 8．砖石、混凝土墩台和拱圈的最低砂浆强度等级应按现行《公路桥涵设计规范》的要求提高一级使用。 9．不论为梁式桥、拱桥尽量避免在不稳定的河岸修建，并应合理布置桥孔，避免将墩台布设于在地震时可能滑动的岸坡上的突变处。 10．大跨径拱桥的主拱圈，宜采用抗扭刚度较大整体性较好的断面型式，如箱形拱，板拱等。当主拱圈采用组合断面时，应加强组合截面的连接强度，对双曲拱桥应加强肋波间的连接。 11．大跨径拱桥不宜采用二铰和三铰拱。当小跨径拱桥采用二铰板拱时，应采取防止落拱构造措施。 12．砖石、混凝土腹拱的拱上建筑，除靠近墩台的腹拱采用三铰或二铰外，其余铰拱宜采用连续结构。 13．拱桥宜尽量减轻拱上建筑的重量。 14．刚性地基烈度为9度时，或非刚性地基烈度为7度时的单孔及连拱桥与端腹孔，均应采取防止落拱构造，包括加长拱座斜面，设置防落牛腿以及将主拱钢筋伸入墩台帽内。 桥梁结构抗震措施 【提要：措施,抗震,结构,桥梁,】 桥梁结构抗震措施 为防止或减轻震害，提高结构抗震能力，对结构构造所作的改善和加强处理，通常称为抗震措施。各国的工程结构抗震规范对此都有明确的规定。对于桥梁结构,这些措施可归纳为:①对结构抗震的薄弱环节在构造上予以加强;②对结构各部加强整体联结;③对梁式桥，要在墩台上设置防止落梁的纵、横向挡块，以及上部结构之间的连接件;④加强桥梁支座的锚固;⑤加强墩台及基础结构的整体性，增强配筋,提高结构的延性;⑥对桥位处的不良土质应采取必要的土层加固措施;⑦须特别重视施工质量，如施工接缝处的强度保证等;⑧在重要的大桥上，必要时需采用减震消能装置，如橡胶垫块，特制的消能支座等。
桥梁抗震体系 内容摘要：在桥梁设计中，现行的通常做法是仅对桥粱进行简单抗震设防，桥粱结构设计工程师应努力掌握更多的结构抗震知识，提高抗震设防意识。本文分析了桥梁的震害特征和原因，阐述了桥梁抗震设计的具体原则和方法。 关键词：抗震设计；桥梁；地基与基础 一．概述 我国是世界上地震活动最为强烈的国家之一，今年5月份的四川汶川大地震造成了令人触目惊心的损失，作为结构设计工程师，必须充分认识到自己的职责所在，尽可能得利用自己掌握的专业知识，合理提高结构物的抗震能力。尽量减少地震带来的灾害。 二．桥梁的震害及特征 对国内外震害的调查表明，在过去的地震中，有许多桥梁遭受了不同程度的破坏，其主要震害有以下几点。 1．桥台震害 桥台的震害主要表现为桥台与路基一起向河心滑移，导致桩柱式桥台的桩柱倾斜、折断和开裂：霞力式桥台胸墙开裂，台体移动、下沉和转动；桥头引道沉降，翼墙损坏、开裂，施工缝错工、开裂以及因与主梁相撞而损坏。桥台的滑移与倾斜会进一步使主梁受压破坏，甚至使主梁坍毁。 2．桥墩震害 桥墩震害主要表现为桥墩沉降、倾斜、移位，墩身开裂、剪断，受压缘混凝土崩溃。钢筋裸露屈曲，桥墩与基础连接处开裂、折断等。 3．支座震害 在地震力的作用下，由于支座设计没有充分考虑抗震的要求，构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚同螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等．并由此导致结构力f专递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。 4．梁的震害
桥梁最严重的震害现象是主梁坠落。落梁主要是由于桥台、桥墩倾斜、倒塌，支座破坏．梁体碰撞，相邻墩间发生过大相对位移等引起的。 5．地基与基础震害 地基与基础的严重破坏是导致桥梁倒塌。并在震后难以修复使用的蕈要原因。地基破坏主要是指因砂土液化、不均匀沉降及稳定性不够等因数导致的地层水平滑移、下沉、断裂。基础的破坏与地基的破坏紧密相关，地基破坏一般都会导致基础的破坏，主要表现为移位、倾斜、下沉、折断和屈曲失稳。 6．另外桥梁结构的震害还表现在：结构构。造及连接不当所造成的破坏、桥台台后填土位移过大造成的桥台沉降或斜度过大而造成墩台承受过大的扭矩引起的破坏。 三．桥梁的震害原因 国内外学者对桥梁震害的调查研究结果表明，现在桥梁的破坏大多沿顺桥向和横桥向发生，而顺桥向震害尤其严重，分析其破坏原因主要表现在以下几个方面： 1．地震位移造成的粱式桥梁上部活动节点处因盖梁宽度设置不足导致落梁或粱体相互碰撞引起的破坏。而对拱式结构则主要表现在拱上建筑和腹拱的破坏，拱圈在拱顶、拱脚产生的破损裂缝，甚至整个隆起变形。 2.地震位移的影响，进而放大了结构的振动反应，使落梁的可能性增大。当采用排架桩基础时，则使桩基的承载力降低，从而造成与地震反应无关的过大的竖向和横向位移，而简支粱桥对此尤为明显。另外，由于地基软弱，地震时当部分地基液化失效后引起了结构物的整体倾斜．下沉等严重变形，进而导致结构物的破坏，震害较重。 3．支座破坏，在地震力的作用下，由于支座设计没有克分考虑抗震要求。构造上连接与支挡等构造措施不足，或由于某些支座型式和材料上的缺陷等因素，导致了支座发生过大的位移和变形，从而造成如支座锚同螺栓拔出、剪断、活动支座脱落及支座本身构造上的破坏等，并由此导致结构力的传递形式的变化，进而对结构的其他部位产生不利的影响。 4．软弱的下部结构破坏。即由于桥梁下部结构不足以抵抗其自身的惯性力和支座传递的主梁的地震力，导致结构下部的开裂、变形和失效，甚至倾覆，并
土木工程概论 第十章隧道工程及地下工程 简述 当今世界，人类正在向地下、海洋和宇宙开发。向地下开发可归结为：地下资源开发、地下能源开发和地下空间开发三个方面。地下空间的利用也正由“线”的利用向大断面、大距离的“空间”利用进展。 20世纪80年代国际隧道协会（ITA）提出“大力开发地下空间，开始人类新的穴居时代”的口号。顺应于时代的潮流，许多国家将地下开发作为一种国策，如日本提出了向地下发展，将国土扩大十倍的设想。从某种意义上来讲，地下空间的利用历史是与人类文明史相呼应的，它可以分为四个时代： 第一时代从出现人类至公元前3,000年的远古时期。人类原始穴居，天然洞窟成为人类防寒暑、避风雨、躲野兽的处所。 第二时代从公元前3,000年至5世纪的古代时期。埃及金字塔、古代巴比伦引水隧道，均为此时代的建筑典范。我国秦汉时期的陵墓和地下粮仓，已具有相当技术水准和规模。 第三时代从5世纪至14世纪的中世纪时代。世界范围矿石开采技术出现，推进了地下工程的发展。 第四时代从15世纪开始的近代与现代。欧美产业革命，诺贝尔发明黄色炸药，成为开发地下空间的有力武器。日本明治时代，隧道及铁路技术开始引进并得到发展。 我国地下空间的开发和利用始于60年代。1965年北京建设地下铁道。一期工程自北京站至苹果园，24.17km，明挖法施工。二期工程为环线，于老城墙下修建，16.1km，浅埋明挖法施工。复兴门地铁车站及折返线，位于建筑物与地下管线密集的街区，采用了浅埋明挖法施工。60年代上海修建打浦路水底公路隧道。70年代，我国修建了大量地下人防工程，其中相当一部分目前已得到开发利用，改建为地下街、地下商场、地下工厂和贮藏库。80年代上海建成延安东路水底公路隧道，全长2,261m，采用直径11.3m的超大型网格水力机械盾构掘进机施工。自1984年开工，1989年5月竣工通车，建成了当时世界第三条盾构法施工的长大隧道。同一时期，上海还建成电缆隧道及其它市政公用隧道等20余条，总长达30余km。1985年至1987年，上海建成黄浦江上游引水隧道一期工程，日引用量达230万t，社会效益十分显著。人民广场地下车库的建成，其平面尺寸达176×146m，深11m。广州地铁、南京地铁等在此一时期进入设计与施工准备阶段，宁波开始了水底公路隧道的修建工作。90年代以来，我国城市地下的交通与市政设施加快了修建速度。上海地铁1号线，地铁2号线已相继开通。我国地下空间开发利用的网络体系已开始建设，多在地表至－30m以内的浅层修筑地下工程。可以预见随着经济的发展，我国地下工程将进入蓬勃发展的时期。 现代地下工程发展迅速，各种典型工程著名浩瀚。世界已有数百个城市修建了地下铁路，我国大瑶山铁路隧道，长14,295m，历时6年建成；日本青函隧道，长53,850m，从规划到建成，历时半个世纪；英法海峡隧道，长50km，海底长度37km，历时7年建成；日韩隧道，长250km，采用分段施工方案，其调查斜井已于1986年底动工。著名的公路隧道，如穿越阿尔卑斯山、连接法国和意大利的勃朗峰隧道和连通日本群马县和新泄县的关越隧道，它们的长度均超过10km。各类地下电站迅速增长，其中地下水力发电的数目，全世界已超过400座，其发电量达45亿瓦以上。地下电站的建设是个十分庞大的地下工程。原苏联的罗戈水电站，土石方量510万立方米，混凝土用量160万立方米，开凿的隧道、硐室294个，总长度达62km。世界各国修建了大量的地下贮藏室，其建造技术得到不断革新。目前城市地下空间的开发利用，已经成为城市建设的一项重要内容。一些工业发达国家，逐渐将地下商业街、地下停车场、地下铁道及地下管线等结为一体，成为多功能的地下综合体。 第一节隧道工程 公路隧道 隧道是修筑在地面下的通路或空间，但孔径太小，属于所谓管道范畴的除外。1970年经合组织（OECD）的隧道会议对隧道所下的定义为：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸，修筑的断面积大于2的洞室。
桥梁抗震规范 当前主要国家桥梁抗展设计规范的基本思想和设计准则是:设计地展作用基本地震工程与工程振动上分为两个等级，都可归纳为功能设计地震和安全设计地震。虽然各规范使用的名词不同，但其思想是基本一致的。 功能设计地震具有较大的发生概率，安全设计地震具有很小的发生概率。在功能设计地震作用下，桥梁结构只允许发生十分轻微的破坏，不影响正常的交通，不经修复也可以继续使用；在安全设计地震的作用下，允许桥梁结构发生较大的破坏，但不允许发生整体破坏，如倒塌、落梁等欧洲规范对此规定得最为清楚、具体。比较起来，我国公路工程抗震设计规范仍在使用烈度概念，而几关于抗震设计的指导思想对于桥梁来说过于笼统。各国桥梁抗震设计规范中虽然设定了两个水准，但在具体的设计程序上绝大多数仍坚持以安全设计地震为准的单一水平设计手法，并认为第一设计水准的要求自动满足。这种情况可能发生变化，TC一32和日本即将出版的新的桥梁抗震设计规范都建议对两个设计地震动水准进行直接设计。这代表了桥梁结构抗震设计具体程序上的一个变动方向。 除了我国现行区划图外，其它主要地震国家均采用了地震动参数区划。采用烈度进行桥梁结构抗震设计无论是在概念上，还是在数值方面都存在很多问题闭，因此我国正在编制的第四代区划图已经使用了地震动参数区划。日本规范确定设计地震动的方法比较独特，设计地震动
的概率特征十分不明显。第一级设计地震虽有统计意义，但仍是确定性成分较多；第二级设计地震以确定性方法规定。第一类主要参考了1923年关东地震(大陆边缘地震)第二类主要参考了1995年阪神地震(都市直下型地震)I，这与日本地域狭小和地震类型相对比较清楚有关。我国城市桥梁抗震设计规范的建议 〔1)l抗震设防标准。这是桥梁结构抗震设计的最基本问题。过去的几十年的时间里，研究者和工程2期范立础等:桥梁抗震设计规范的现状与发展趋势师都提出分级抗震设防的原则：即小震不坏，中震发生有限的结构或非结构构件的破坏，大震发生严重的结构和非结构构件的破坏但不产生严重的人员伤亡。而在可能袭击工程场地最严重的地震作用下，结构不倒塌。这些基本的结构性能目标今天被大多数的设计规程所采用。但传统的作法是，只针对单一的地震作用水平进行结构的抗展设计。现在的问题是针对每一个目标都给出相应的具体设计程序，这样一来，就需要对目前实际上还是单一水准强度抗震设计原则进行修订，采用多水准、多设防目标和多阶段的抗震设计原则。(2)延性和位移设计。传统的桥梁抗震设计采用强度设计方法，即使考虑到延性和位移，也是通过强度指标间接地实现。现在人们越来越认识到了位移在桥梁结构抗震设计中的重要性，很多研究者和工程师建议在抗震设计中直接使用位移为设计参数，这样就将形成多参数抗震设计方法。在这方面，各种非弹性反应谱的研究和应用工作一直在进行。一些建筑结构抗震设计指南和准则已经引人了位移设计的概念和