强震作用下跨活动断裂带隧道结构多段分区减震技术研究

Based on the Milin tunnel engineering of Sichuan-Tibet railway with active fault in the high intensity zone, the multi partition absorbing theory technology for tunnel structure passing through active fault is studied by using seismic investigation ,theory, numerical simulation method and shaking table test method. The main work is described as follows:.(1)The parameters of fault dislocation modeling are summarized and the longitudinal influence area of the tunnel structure with the fault is partitioned by using a new method..(2) The new design method of tunnel structure through the large-active fault is put forward by the using of the lining subsection, at fault influence zone the gradient grouting design of tunnel surrounding ("resistance"), and at fault fracture zone the shock absorbing design for tunnel segments and flexible joints ("yielding"), and at fault slip zone the breaking resistant measures design for tunnel structure ("weakening")..(3) The seismic dynamic response law of tunnel structure with multi partitions shock absorbing energy is analyzed at the active fault zone under the strong earthquake motion. The aseismic fortification range and key parameters for the grouting layer or the damping layer or tunnel structure is put forward..(4) Based on the theory of elastic foundation cylindrical shell, the calculation model of multi partition structure is established and the longitudinal and horizontal calculation method of tunnel structure is put forward under the strong earthquake motion. .The research results are expected to provide theoretical support for the construction of tunnel projects running through active fault in the high intensity seismic zone.

本项目以强震区川藏铁路拉林段米林隧道为工程依托，采用震害调研、理论分析、数值模拟与模型试验相结合的方法，开展强震作用下穿越大型活动断裂带隧道结构多段分区减震技术研究，主要内容包括：（1）研究隧址区断层错动模型化表征参数及其对隧道结构纵向影响区段的划分方法；（2）提出强震区穿越大型活动断裂带隧道结构进行多段分区减震设计思路，影响段围岩是渐变注浆加固抗震设计（“抗”）、破碎带是减震耗能结构和柔性接头设计（“减”）和错动段进行结构抗断设计（“让”）；（3）分析强震作用下穿越活动断裂带隧道结构多段耗能减震效果，提出不同区段隧道结构及减震层、注浆加固的关键参数及其抗震设防范围。（4）基于弹性地基柱壳理论，建立跨断层隧道多段耗能减震结构计算分析模型，提出强震作用下隧道结构纵横向相结合的计算分析方法。. 研究成果可为强震区穿越活动断层隧道工程抗减震设计和施工提供理论与技术支撑。

基金项目依托川藏铁路穿越强活动断层隧道工程，采用调研分析、理论研究、数值模拟与模型试验相结合的方法，对穿越大型断裂带隧道多段分区减震技术开展研究，主要取得了以下主要成果：.①分析隧址区断层错动模型及隧道结构纵向位错动力响应特性，提出基于弹性地基梁理论的隧道位错变形解析解，基于数值分析方法得到不同位错条件下的隧道纵向影响分区方法。.②基于穿越大型活动断裂带隧道依托工程背景，提出穿越断层段隧道抗震设防体系，基于数值模拟和理论分析分别对隧道分段式衬砌、柔性接头和渐进注浆的减震耗能有效性进行了验证。.③基于穿越活动断裂带隧道工程，构建以分段多级减震耗能为目标的大型振动台模型试验，验证隧道节段式衬砌在高烈度地震区的抗减震有效性；提出一种新型柔性接头，揭示在断层粘滑和蠕滑作用下隧道柔性接头作用机理。.④研究地震动作用下跨断层隧道多段结构动力分析方法，开展了断层倾向对隧道动力响应影响研究；基于复变函数理论和波动理论，提出隧道结构横断面地震动力响应分析方法；基于弹性地基柱壳理论，提出跨断层区隧道多段结构纵向动力响应分析方法。.⑤解决了隧道结构振动台模型试验的刚性模型箱边界效应，提出了评价模型箱边界效应的综合评价方法，并设计地震作用下振动台试验刚性模型箱侧壁柔性材料参数。.通过研发适用于震致位错试验箱边界条件设置，开展振动台试验验证了穿越断层隧道结构纵向地震动力响应分区及自适应节段衬砌结构的抗减震性能，研究成果可以为强震区穿越活动断层隧道工程抗减震设计提供理论与技术支撑。