基于反应位移法的盾构隧道横断面抗震计算
基于反应位移法的小直径盾构电力隧道纵向抗震分析
第39卷第5期Vol. 39, No. 5 2021年5月May2021[文章编号]1009-7767 (2021)05-0080-05DOI:10.19922/j.1009-7767.2021.05.080基于反应位移法的小直径盾构电力隧道纵向抗震分析张喜u，何剑平1-2(1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海200092 ; 2.上海水业设计工程有限公司，上海200092)[摘要]结合西安市某小直径盾构电力隧道工程，沿纵向将隧道简化为连续梁，建立等价连续化模型；将环间接头简化为转动非线性弹簧和拉压异性弹簧，建立梁-弹簧模型；采用反应位移法对2种模型进行盾构隧道纵向地震反应分析。
结果表明：在地震烈度8度区，小直径盾构电力隧道纵向地震响应远小于容许值，因此应重点关注接头张开量指标；等价连续化模型计算简单，但误差较大，建议采用梁-弹簧模型进行隧道纵向地震反应分析。
[关键词]盾构电力隧道；反应位移法；等价连续化模型；梁-弹簧模型；纵向抗震分析[中图分类号]U455.43; U452.28 [文献标志码]AAnalysis of Longitudinal Seismic of Small-diameter Shield Power Tunnel Based onResponse Displacement MethodZhang X i u2,He Jianping' 2(\. S h a n g h a i M u n ic ip a l E n g in e e r in g D e s ig n &R e s e a r c h In stitu te(G ro u p) C o.t L t d.t S h a n g h a i 200092,C h in a;2. S h a n g h a i W a te r D e s ig n &E n g in e e r in g C o.»L td..S h a n g h a i200092,C h in a)A:A small-diameter shield power cables tunnel project in Xi’an is taken as an example.The tunnel is sim-plified to be a continuous beam along the longitudinal direction and an equivalent continuum model is established; The joint between rings is simplified to be a rotating nonlinear spring and a tension compression anisotropic spring, and the beam spring model is established; The response displacement method is used to analyze the longitudinal seismic response of the two models. The results show that ：The longitudinal seismic response of small-diameter shield power tunnel is far less than the allowable value in the seismic intensity of 8 0area so that the joint opening index should be focused on ；Although the equivalent continuum model is simple to calculate, its error is large. The beam-spring model is suggested to analyze the longitudinal seismic response of the tunnel.Key words：shield power tunnel；response displacement method；equivalent continuous model；beam-spring model；longitudinal seismic analysis在对景观要求较高的城市道路或旅游公路旁，修建大容量的高压电力通道时，电缆对过障碍物的要求越来越高11]，且随着地铁盾构隧道技术的成熟，多个城市的电力隧道开始借鉴地铁的建设形式，逐 步将盾构技术运用于小直径电力隧道的建设中。
基于反应位移法的地铁盾构隧道抗震设计
工程实践基金项目：北京市市政工程设计研究总院有限公司课题（2023-ZCTD-04）第一作者：叶家强，男，高级工程师基于反应位移法的地铁盾构隧道抗震设计叶家强，丁静泽（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082）1 引言我国是一个地震多发的国家，根据中国地震动参数区划图，我国大部分城镇均处于抗震设防区，在地处抗震设防区的城镇中，有一半以上位于抗震设防烈度为7度及8度以上的地震区，如北京、天津（汉沽）、台北、海口等大城市位于8度的高烈度区，上海、广州、深圳等大城市位于7度区内，昆明（东川）更是位于9度区。
目前就地震作用对地上建筑结构的影响研究得相对比较透彻，地上建筑结构的抗震分析计算软件也较成熟，各国均根据本国国情颁布了针对地上建筑结构的抗震设计规范。
类似于地铁的地下结构建设起步较晚，经历地震次数有限，震害资料较少，有关地铁震害的记录则更少。
国际及国内相关领域研究者普遍认为隧道受围岩约束，由螺栓连接起来的薄壁管片环柔度较好，地震时管片环摘 要：目前地铁隧道常采用盾构法施工，为研究地震作用对盾构隧道的影响，文章首先分析盾构隧道的抗震性能目标，其次提出基于直径变形率的盾构隧道在性能要求Ⅰ时的变形限值，最后采用手算及 midas-civil 软件进行反应位移法抗震分析。
分析表明，手算结果与软件计算结果接近，在 E2 地震作用下，盾构隧道承载力满足规范要求，变形满足性能要求Ⅰ，即中震弹性。
关键词：盾构隧道；抗震性能目标；反应位移法；抗震设计中图分类号：U231.1能随周围土层一起运动，抗震性能较好，在砂层不发生地震液化时，隧道在地震时是安全的，因此对盾构隧道的抗震研究滞后于对建筑结构的抗震研究。
地铁作为城市的生命线工程，区间常采用盾构法施工，盾构隧道工程复杂，造价较高，隧道一旦遭受破坏，除检测困难和难以修复外，还将带来更为严重的社会影响。
因此，对地铁盾构隧道进行充分的抗震分析与设计十分必要。
盾构隧道常用的抗震分析方法有反应位移法、时程分析法、惯性力法等，本文采用反应位移法对盾构隧道进行抗震计算。
反应位移法在盾构隧道横向抗震分析中的应用
反应位移法在盾构隧道横向抗震分析中的应用晏启祥;马婷婷;吴林;耿萍【摘要】在系统介绍反应位移法原理和计算流程的基础上,结合具体工程进行了匀质圆环和接头圆环两种盾构隧道模型的反应位移法抗震分析,以期推动反应位移法的应用和揭示基于衬砌接头效应的盾构隧道动力反应.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】4页(P48-51)【关键词】盾构隧道;抗震设计;接头效应;反应位移法【作者】晏启祥;马婷婷;吴林;耿萍【作者单位】西南交通大学地下工程系,成都,610031;西南交通大学地下工程系,成都,610031;西南交通大学地下工程系,成都,610031;西南交通大学地下工程系,成都,610031【正文语种】中文【中图分类】U452.2+8城市轨道交通网中城市地下铁道所占比重很大，而城市地铁区间隧道又以盾构法隧道为主［1］，加之我国地下铁道设计中，由于研究工作开展不够，目前《地铁设计规范》(GB50157—2003)对地铁盾构隧道的抗震设计方法和抗震措施尚无具体规定。
尽管目前国内有少数几篇文献［2-4］已经运用了反应位移法进行抗震设计，但对其原理的介绍还不够深入，而且对盾构隧道横断面的模拟基本上还是采用匀质圆环模型。
而事实上盾构隧道接头的存在，将明显改变圆形衬砌的地震响应。
有鉴于此，本文在系统介绍日本地铁铁道抗震设计的反应位移法［5］的基础上，针对匀质圆环和接头圆环两种模型开展抗震分析，以期推动盾构隧道抗震设计反应位移法的应用和揭示基于盾构隧道接头效应的动力反应。
1 反应位移法原理地铁区间盾构隧道属于地下结构的一种。
地下结构在地震作用时，由于周围岩土介质的存在，会发生不同于地面结构的动力响应。
地面结构具有明显的加速度放大效应，而地下结构与附近地层的加速度相对比较接近［5］。
地下结构的加入对地层的动力响应影响较小，且地下结构的地震响应很大程度上依赖于地震作用下地层的振动响应。
进一步的研究还发现，地层加速度和地下结构应变时程曲线吻合程度远没有地层相对位移和地下结构应变时程曲线吻合程度高，说明地下结构变形对地层变形具有依赖性和追随性［6］。
盾构隧道的抗震研究及算例
盾构隧道的抗震研究及算例盾构隧道是一种用于城市地铁、铁路和公路建设的重要技术。
隧道工程在地下环境中进行，面临着各种挑战，其中之一就是地震。
地震是自然界中最具破坏性的力量之一，对隧道结构的抗震性能提出了严峻要求。
为了确保盾构隧道在地震中的安全运行，工程师们进行了大量的抗震研究。
他们通过实验和数值模拟等手段，评估和改进隧道结构的抗震能力。
在研究中，他们考虑了多种因素，如地震波的性质、隧道的地质条件、隧道结构的特点等。
在盾构隧道的抗震研究中，工程师们首先需要了解地震波对隧道结构的影响。
地震波的频率、振幅和传播速度等特征会直接影响隧道结构的受力情况。
工程师们通过监测地震波的传播路径和振动特性，对隧道结构进行合理的设计和优化。
工程师们还需要考虑隧道的地质条件。
不同的地质条件会对隧道结构的抗震性能产生重要影响。
例如，软弱土层和断层带等地质障碍物可能导致隧道结构的沉降和变形，从而增加地震时的破坏风险。
工程师们通过地质勘探和数值模拟等方法，对隧道所处地质环境进行详细分析，以确定合适的抗震设计方案。
盾构隧道的结构特点也需要考虑。
盾构隧道由一系列环形隧道衬砌组成，这些衬砌在地震中承受着巨大的振动和变形力。
工程师们通过使用高强度材料、合理布置衬砌等手段，提高隧道结构的抗震能力。
同时，他们还采取了一系列的防护措施，如设置隧道支撑系统、加固衬砌等，以保证隧道在地震中的稳定性和安全性。
为了验证抗震设计的有效性，工程师们进行了大量的算例分析。
通过模拟地震作用下的隧道结构响应，他们评估了隧道的破坏风险，并提出了相应的改进措施。
这些算例分析为盾构隧道的抗震设计提供了重要的参考和指导，确保了隧道在地震中的安全性和稳定性。
盾构隧道的抗震研究是一项重要的工作，它涉及地震波特性、地质条件和隧道结构等多个方面。
通过实验、数值模拟和算例分析等手段，工程师们不断改进隧道的抗震性能，确保隧道在地震中的安全运行。
这些研究成果为城市交通建设提供了重要支持，保障了人们的出行安全。
城市轨道交通盾构隧道的横向抗震设计
城市轨道交通盾构隧道的横向抗震设计（郑州工业应用技术学院，河南，郑州，451150）【摘要】随着地下空间大规模的开发和利用，城市轨道交通网中城市地下铁道所占比重很大，而城市地铁区间隧道又以盾构法隧道为主。
目前国内外学者在隧道的横向抗震分析方法提出了多种分析方法，包括地震系数法、相对刚度法、响应位移法等。
本文主要介绍了盾构隧道横向抗震设计中重力作用的计算方法、反应位移法、反应加速度法和基于等效线性化的时程法，可为地铁抗震设计提供参考。
【关键词】盾构隧道；抗震设计；重力作用计算；反应位移法；基于等效线性化的时程法一、引言随着城市建设的快速发展，人们不断地向城市聚集，造成如交通堵塞、环境污染等各大问题，因地铁具有快速、高效、清洁的特点，人们逐渐意识到发展地铁系统的重要性，在这种情况下地铁应运而生。
近年来，我国各大城市的地铁建设正处在快速发展阶段，如北京、天津、上海等城市地铁已相继建成通车，南京、重庆、西安、郑州、福州等一些大中城市也正在进行地铁建设。
由于地铁具有交通客运量大、速度快、安全、方便舒适等优点，地铁将逐渐取代公交车而成为城市主要的交通工具.目前，国内还没有具体的与地下结构相关的抗震设计标准和规范，其中《地铁设计规范》和《地下铁道设计规范》只是给出了指导性条文，缺乏明确的和可操作性强的规定及具体计算原则和施工措施，导致该状况的主要原因有以往地下结构建设发展比地面建筑缓慢的多，导致工程界学者的重视度相对不足；另外人们普遍认为土体对地下结构的运动具有约束作用，地下结构的抗震稳定性随面波埋深衰减而趋于更加稳定，认为在发生地震时不会轻易遭受破坏，这就是导致地下结构抗震研究比地面结构抗震研究滞后的主要原因。
直到1995年日本阪神大地震使人们彻底改变了地下建筑结构在地震时不易发生破坏这一观点。
正是由于隧道震害不断地出现，学者开始对地下结构的抗震安全性进行了大量研究，世界各国对地下结构的抗震性能的研究日益增多，并且根据试验研究的测试结果提出相应的设计方法及抗震减震方案，因此，对盾构隧道等地下结构进行抗震性能研究具有重要的理论价值和应用价值。
盾构隧道抗震计算书
盾构隧道抗震计算书
盾构隧道抗震计算主要包括以下几个方面。
1. 抗震设计原理：根据《现代隧道技术》2020年S1期等相关资料，盾构隧道抗震设计应遵循多自由度体系的动力平衡微分方程，采用时程分析法进行计算。
2. 地震动输入：根据《工程建设与设计》2020年等相关资料，需要选取合适的地震动强度参数，包括地震动峰值加速度、地震动持续时间和地震动频谱特性等。
3. 结构模型建立：根据《中国军转民》2018年02期等相关资料，需要建立盾构隧道结构的计算模型，包括衬砌、盾构壳体、地层等。
4. 材料性能参数：根据《天津建设科技》2016年等相关资料，需要合理选取盾构隧道结构及其周围土体的材料性能参数，如弹性模量、泊松比、密度等。
5. 计算分析：采用Midas/GTS等数值分析软件，进行盾构隧道抗震计算分析。
计算过程中需考虑地震动输入、结构模型、材料性能参数等因素，得到结构的地震反应特性。
6. 抗震性能评估：根据计算结果，评估盾构隧道的抗震性能，包括结构的位移、应力、变形等。
同时，分析不同地震动强度下的抗震性能变化，以确定结构的抗震能力。
7. 抗震设计优化：根据抗震性能评估结果，对盾构隧道
抗震设计进行优化，采取相应的抗震措施，如加强衬砌、调整盾构隧道间距等，以提高结构的抗震性能。
综上所述，盾构隧道抗震计算书应包括抗震设计原理、地震动输入、结构模型建立、材料性能参数、计算分析、抗震性能评估和抗震设计优化等内容。
在实际工程中，可根据具体情况调整计算方法和参数，以获得更准确的抗震计算结果。
反应位移法在水下隧道抗震分析中的应用
反应位移法在水下隧道抗震分析中的应用摘要：反应位移法作为地下构筑物抗震计算的简化处理方法，近年来，越来越多地应用于水下隧道的抗震分析。
本文根据地下结构抗震设计标准推荐的计算方法，从基本原理出发，通过MIDAS SoilWorks及GTS NX有限元分析软件，对某水下隧道进行基于反应位移法得地震响应分析计算，计算得到在地震工况下隧道典型横断面的内力结果，并进行了相应承载能力验算，为国内相关的工程的设计提供参考。
关键词：盾构隧道；地震；反映位移法；结构安全1 引言近年来，随着我国经济建设的迅猛发展，水下隧道广泛应用于构筑城市交通网，比如地铁和水下公路隧道，由于地下工程的特殊性，隧道在发生地震时可能导致大量的生命财产损失，抗震问题已经成为地下工程的重要问题[1]。
在地下工程的抗震分析中，诸如美国、日本等国走在世界前列，我国起步较晚，研究滞后，最近实施的《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）[1]为首次系统介绍地下结构抗震设计的规范，本规范于2019年4月1日正式实施。
抗震设计主要分为地震系数法[2]、反应位移法[3]、反应加速度法[4]和时程分析法[5]等，由于反应位移法计算简单，原理明确，能较好的考虑地震工况下结构与周围岩土体的结构响应，因此在工程中应用最为广泛。
刘晶波等[6]结合当前国内抗震分析现状，提出了结构抗震计算中急需解决的五大问题；周川等[7]通过对ABAQUS二次开发，将计算结果与著名的一维地震分析软件SHAKE91进行了类比分析，验证了结果的有效性。
本文以国内某水下隧道为例，参考最近实施的《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）[8]，详细介绍了反应位移法的基本原理，计算步骤，根据计算结果对结构的承载力进行了验算，可为类似工程的抗震计算提供参考。
2 反应位移法基本计算原理反应位移法就是根据地下结构在地震中的响应特征提出的，实际计算中，将地下结构模型化为支撑在地层弹簧上的梁单元，用地基弹簧来模拟周围岩土层与结构的相互作用，考虑结构刚度与地层刚度不同来模拟表示二者的相互影响、相互作用；地震工况下，作用在结构上的地震力则是通过这一弹簧单元施加的。
基于反应位移法的隧道结构抗震计算与分析
地层位移 ｊ
ｌ
≈
表层 地 基
Ⅷ
位移法 。本文将以单线铁路 隧道工程 为背景 ，按照反
—
Ｅ
应位移法的原理 ，采用 大型有 限元分析软件 进行抗 震计算 ，同时与采用地震 系数法抗震计算 的结 果进行
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ２ ０ ９— ６— ６
中图分类号 ：Ｕ ５ ． ４２２ ８
０ 前 言
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１０ ８２ （０ ０ ０ ０ ４ ０ ０ ３— ８５ ２ １ ）５— １２— ３
比较 。
我 国是一个地震多发 国家 ，在强震 条件下 ，隧道 工程 的震害较突 出，如 “ １ ” 汶川 大地震造 成 了 ５・ ２ 断层破 裂带 ，缺 陷衬 砌 段 隧道 结构 不 同程 度 的破 坏 。隧道工程造价 高 ，使用 周期 长 ，一旦 发生震 害 ， 修复 困难 ，经济损失巨大 ，必须对其地震设计 方法给 予高度重视 。 １ 反应位移法计算分析 反应位移法是基于地 下结构 的地震 反应 对地层位 移具有追 随性并 受地层位移控 制这一特性 ，其原理是 把地震荷载分成 两部分 ：一是盾构 隧道周边 天然地层
结构的抗震设计 问题 。 目前我 国山岭 隧道结构的抗震设计 多采用地震 系数 法，文 中引入反 应位移 法，
在 简要介绍其基本原理 的基础上 ，以单线铁路隧道工程 为背景 阐述 了计 算过程 ，并与地震 系数法 的计
算结果进行 比较 ，供 同行参考 。
关 键 词 ：隧 道 震 害 ；抗 震 设 计 ；反 应 位 移 法
２１ ０ ０年第 ５期 （ 总第 １２期 ） ５
基 于反 应 位 移 法 的隧道 结 构抗 震 计 算 与分 析
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于反应位移法的盾构隧道横断面抗震计算
盾构隧道作为一种主要的地下工程，对于地震的抵御能力必须要进行充分的考虑。
基于反应位移法，可以实现盾构隧道横断面的抗震计算。
具体方法如下：
1. 首先进行盾构隧道的结构分析，得到截面的刚度矩阵。
2. 对于盾构隧道结构受地震作用时的反应，可以采用反应位移法，将结构分解成弹性体系和塑性体系。
在弹性逐级减弱阶段，结构的刚度不随变形而变化；在塑性抗震能力发挥时，结构刚度产生较大变化，因此需要在计算反应位移时分别对弹性体系和塑性体系进行考虑。
3. 在计算反应位移时，需要求解结构的初始位移和相应的初值刚度矩阵，此时可以采用小震幅的地震载荷进行计算，以确定结构的初始状态。
4. 计算盾构隧道结构在弹性逐级减弱阶段的反应位移，以及在塑性抗震能力发挥时的反应位移。
其计算方法为：先将地震作用转化为相应的反向静力载荷，然后根据结构受力状态对反向静力载荷进行分析，得到结构的反应力和反应位移。
5. 最后，可以根据得到的反应位移，进行结构应力、变形和破坏等的计算评估。
通过上述基于反应位移法的盾构隧道横断面抗震计算，可以有效地评估盾构隧道的抗震能力，为盾构隧道的设计、施工和维护提供可靠的理论依据。