盾构隧道横向地震反应影响因素分析.docx

盾构隧道横向地震反应影响因素分析【摘要】我国的经济和科技的水平逐渐提高为盾构隧道行业提供了良好的技术发展平台地铁交通发展是城市进步的重要推动力之一地铁已经成为解决城市交通拥挤的重要途径。本文基于地震影响因素研究了隧道横向地震响应的理论分析方法然后隧道和土体在地震动下的动力特性进行了深入分析进而提出隧道地震反应的影响因素希望通过本文的分析和探究更好的促进盾构隧道的构建和发展。【关键词】盾构隧道；横向；地震反应前言：传统的分析方法己难于对这样的复杂体系的抗震问题给出满意的解答只有根据土与结构物共同作用的原理把土和结构作为相互作用又相互制约的整体进行分析才能得到比较合理的结果。结构设计的一个重要发展趋势是更强调系统的整体性和考虑地基环境的作用因此在进行地下结构地震反应分析时有必要将土―地下结构体系作为相互作用的整体来研究。将动力有限元理论与考虑土―结构相互作用的整体分析方法相结合在目前的结构―地基体系的地震反应分析中已得到广泛的应用。1.隧道横向地震响应的理论分析方法（1）地震系数法：又称静力法或惯性力法最初是针对地面结构提出的。它假设结构物的各部分与地面有相同的振动将结构的质量乘上其加速度得到的惯性力视为静力施加于结构。（2）反应位移法：拟静力法以反应位移法为代表是一种简化的地下结构抗震分析方法。目前在地下结构抗震中的得到广泛的应用。地震观测及模型试验数据均证实了地震时地下结构随周围地层一起振动这一规律。在地震作用下不同位置和深度处的地层动力响应有所不同在其约束作用下地下结构物不同部位就会存在位移差从而导致了结构变形和内力的产生（3）动力有限元法：动力有限元法是Zienkiewicz等人为了求解体系瞬态问题而提出的之后Newmark、Wilson等人分别提出逐步积分方法为动力有限元的应用和发展提供了动力。动力有限元法的基本原理是：假定在结构下方存在一个基准面地震加速度沿基准面激震。2.隧道和土体在地震动下的动力特性基于振动台试验结果和试验的动力分析所得到的隧道和土体在地震动下的动力特性土体加速度共振曲线和土体相对位移谐振曲线。在正弦波激振下的土体加速度和相对位移的振动。从这些数字中可以得出：土体加速度共振曲线和土体相对位移谐振曲线和振动模型变化很少或根本不变即使是土体中修建了一个盾构隧道。而且隧道变形和轴向应变的谐振曲线中可以看出隧道的谐振频率与土体的加速度和相对位移谐振曲线相同。可以确认在地震动下并不发生盾构隧道的自振盾构隧道在动力特性上完全遵循周边土体。隧道弯曲应变波形和地面加速度波形之间的比较；隧道弯曲应变波形和土体相对位移波形之间的比较（仅以tokach-oki地震波激振、隧道二截面为例）可以看出隧道弯曲应变波形同土体相对位移波形相比比土体加速度波形要相似得多。因此可以确认盾构隧道的变形性质由其周围土体控制。3.隧道地震反应的影响因素分析3.1不同地震动输入的影响采用不同的地震波输入经过同样的时程分析过程所得到的地震响应可能相差甚远。为验算不同地震动条件下结构体系的地震响应规律是否一致另选Taft波和宁河波作为地震动输入。给出三种地震波作用下隧道结构拱顶与拱底的相对位移时程曲线Taft波的相对位移峰值为5.11mm发生在6.9s；天津波的相对位移峰值为4.49mm发生在7.82s。可以看出Taft波与天津波输入下的变形反应较为接近而El-Centro波输入下的变形反应最大。El-Centro波的相对位移峰值是天津波的2.7倍而Taft波是天津波的1.1倍。可见弹性计算范围内地震波强度越大结构的变形也越大。3.2不同截面类型的影响在地铁施工中盾构隧道施工方法可以根据地铁建设的需要把隧道断面做成所需要的形式。除圆形盾构隧道之外单轨矩形隧道也是目前较为普遍的隧道形式之一。本小节就以单轨矩形隧道为研究对象用以说明不同截面类型的隧道结构的地震反应特征。根据地铁区间隧道的建筑设计限界和地铁车辆的限界将矩形隧道的宽取6m高取5m衬砌厚度取0.5m结构顶面距地表8m。隧道周围的场地与单轨圆形隧道的情况相同用El-Centro波作为地震动输入分析隧道结构的地震反应特性。3.3不同埋深的影响埋深条件也是土层刚度的重要影响因数之一因此确定埋深条件不同对隧道结构的地震反应影响也十分必要。这里的分析采用4.2小节的计算模型分别取埋深为5m、8m、10m和20m其他的参数不变。以El-Centro波作为地震动输入采用动力有限元方法对区间隧道的动反应进行分析得出埋深条件对隧道的地震反应的影响。如