武汉地铁紧邻四孔平行盾构隧道地震响应
摘 要: 针对国内少见的武汉地铁工程紧邻四孔平行盾构隧道，为其评价抗震性能，采用有限元法计算分析了在武汉人工合成波作用下的三维地震响应规律: 地震荷载引起隧道结构剪力增幅较大，轴力增幅较小，水平位移最大值仅 1. 93 cm。计算分析结果表明，紧邻多孔隧道满足抗震要求。
关键词: 紧邻多孔隧道; 地震响应; 盾构隧道
0 引言
对隧道小净距的有关问题，不少专家学者已作了许多研究，但都是在无地震作用下进行的［1 －3］。由于换乘的需要，武汉地铁二号线一期和四号线一期工程，在中南路站和洪山广场站之间的区间隧道呈复杂的空间交叠状态 ( 图 1) ，最小净距仅 2. 0 m，使区间隧道的设计与施工十分复杂。该区间在靠近中南路端为紧邻四孔平行的隧道，本文以此作为计算分析的对象。
对于盾构隧道地震响应规律，目前国内外学者已开展了 大 量 的 研 究，并 取 得 了 一 系 列 的 研 究 成果［4 －12］，但这些研究主要是针对单孔、双孔以及少量的三孔隧道，而对四孔等更多隧道的地震响应分析研究还较匮乏。
1 计算模型
隧道横断面和有限元模型见图 2、图 3，图 2 中2R，2L，4R，4L 分别为 2 号线和 4 号线的左线和右线; 图中 2R 与 2L 的水平净距仅 2. 0 m，隧道埋深10. 0 m。图 4 为隧道空间分布示意。
结合已有研究成果，沿水平激振方向的计算宽度取为结构宽度的 5 倍 ( 即左右两侧土体均为结构横向宽度的 2 倍) 。横向计算宽度为 210 m，纵向计算长度为 100 m，深度 40 m。
动力计算时，在 50 m 基岩处输入 50 年超越概率为 10 %的武汉人工合成波，其加速度时程及频谱特
2 计算结果分析
隧道在水平横向地震波作用下将产生剪切变形。本文主要给出 2R 隧道拱顶和拱底的水平位移最大值沿纵向的变化曲线及二者的相对值。
2. 1 隧道变形分析
图 6 为隧道拱顶和拱底在地震时沿隧道纵向的变化曲线，图 7 为二者的相对值变化曲线。由图可见L：
( 1) 隧道拱顶的水平位移大于隧道拱底，即结构埋深越浅，其在地震时的变形越大，也就是说浅埋不利于结构抗震;
( 2) 隧道的水平位移及相对位移沿结构的纵向均在跨中呈对称分布，两端位移受边界条件的影响，在纵向跨中趋于稳定，且最大值出现在结构纵向跨中的横截面上，因此，将纵向跨中横截面按平面应变问题考虑是偏于保守;
( 3) 隧道结构在地震时虽有 2 mm 左右的水平位移，但相对较小，最大值仅 1. 93 mm，远小于相关标准的要求 ( 隧道变形小于隧道外径的千分之二［13］) ，表明隧道结构具有良好的整体性，能满足抗震要求。
2. 2 隧道内力分析
先计算结构在静力作用下的内力值，再给出地震荷载作用下的内力最大值沿结构纵向的变化曲线，以便清晰了解结构在静力和地震荷载作用下的内力值。基于上述结果，地震荷载引起的结构内力的增幅如表 1。
地震响应计算分析结果表明: 在地震荷载作用下，结构的内力最大值与静力作用下结构内力的最大值出现在相同的部位。为简化篇幅，仅给出拱顶弯矩、拱腰轴力和拱肩剪力的最大值沿结构纵向的变化曲线如图 8 ～ 图 10。
由表 1 及图 8 ～ 图 10 可见:
( 1) 隧道结构内力最大值均出现在结构纵向跨中截面上;
( 2) 对于地震引起的内力增幅，由于是横向剪切地震波作用，轴力的增幅最小，其次是弯矩，剪力的增幅最大。
3 结论
对武汉地铁二号线一期与四号线一期工程，建立了紧邻多孔盾构隧道的三维数值模型，计算分析了其在武汉人工地震波作用下的变形规律和受力特点: 地震荷载引起隧道结构剪力增幅较大，轴力增幅较小，水平位移最大值仅 1. 93 cm。基于国内相关规范评价其抗震性能，结果表明紧邻多孔盾构隧道满足净距条件小的抗震性能要求。
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京公网安备 11010202007575号