付開(kāi)偉 胡文君 胡道華 陳菡清 嚴(yán) 鵬 谷 勇中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司, 四川 成都 610041

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高烈度地震區(qū)油氣管道隧道抗震分析

付開(kāi)偉 胡文君 胡道華 陳菡清 嚴(yán) 鵬 谷 勇
中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司, 四川 成都 610041

中亞天然氣管道D線(xiàn)工程(簡(jiǎn)稱(chēng)中亞D線(xiàn))隧道眾多,隧道全部處于9度及以上的高烈度地震區(qū),部分隧址區(qū)地震加速度峰值達(dá)0.6 g,超出目前國(guó)內(nèi)所有設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的地震加速度峰值,在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范及工程實(shí)例可參考,為解決該問(wèn)題,開(kāi)展了高烈度地震區(qū)油氣管道隧道抗震分析,以作為設(shè)計(jì)依據(jù)。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)階段擬選復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)的準(zhǔn)確性,通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外隧道抗震計(jì)算方法及國(guó)內(nèi)現(xiàn)行隧道抗震規(guī)范的研究,結(jié)合中亞D線(xiàn)實(shí)際特點(diǎn),提出了適用于油氣管道隧道抗震分析的簡(jiǎn)化方法,并以Ⅵ級(jí)圍巖為例,采用簡(jiǎn)化方法對(duì)中亞D線(xiàn)隧道工程進(jìn)行了抗震計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示,擬選的復(fù)合式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)滿(mǎn)足相關(guān)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定性及構(gòu)造要求。綜合分析表明,本文選取的抗震分析簡(jiǎn)化方法操作性強(qiáng),擬選的Ⅵ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)合理,可為類(lèi)似油氣管道隧道的抗震分析及規(guī)范修訂提供參考。

中亞天然氣管道D線(xiàn)工程;油氣管道隧道;高烈度;簡(jiǎn)化方法;抗震分析

0 前言

中亞天然氣管道D線(xiàn)工程(簡(jiǎn)稱(chēng)中亞D線(xiàn))是我國(guó)引進(jìn)中亞天然氣能源的一條大動(dòng)脈,也是絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶關(guān)鍵工程,對(duì)滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)快速增長(zhǎng)的用氣需求，保障我國(guó)能源供應(yīng)安全具有重大意義。管道途經(jīng)土庫(kù)曼斯坦、烏茲別克斯坦、塔吉克斯坦、吉爾吉斯坦止于中國(guó)新疆烏恰縣,全長(zhǎng)約970 km。本工程有3個(gè)隧道群,均位于塔吉克斯坦境內(nèi),共設(shè)43座隧道,總長(zhǎng)約67 km,工程總投資約8億美元。隧道處于高烈度地震區(qū),部分隧道處于高海拔嚴(yán)寒地區(qū),存在滑坡、崩塌、泥石流、巖溶、地質(zhì)構(gòu)造破碎帶等大量不良地質(zhì)作用及凍土、風(fēng)化巖及殘積土的特殊性巖土,諸多難點(diǎn)使中亞D線(xiàn)隧道工程成為中國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)史上難度最大的隧道工程[1]。

1 場(chǎng)地地震效應(yīng)

圖1 50年超越概率10 平均場(chǎng)地水平向地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖

2 隧道結(jié)構(gòu)抗震的研究方法

2.1 發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代前,國(guó)內(nèi)外隧道及地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)都是以日本學(xué)者大森房吉[5]提出的靜力理論為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算地下結(jié)構(gòu)的地震作用力。60年代初,蘇聯(lián)學(xué)者在抗震研究中將彈性理論用于地下結(jié)構(gòu)(擬靜力法)計(jì)算,得出了地下結(jié)構(gòu)地震力的精確解和近似解。隨著科技的發(fā)展,日本學(xué)者從地震觀測(cè)資料著手,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、模型試驗(yàn),建立了數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合波的多重反射理論,提出了反應(yīng)位移法、應(yīng)變傳遞法、地基抗力法等實(shí)用計(jì)算方法,使隧道抗震研究取得重大進(jìn)展[6]。自70年代后期,上述研究成果逐步在隧道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中得到了應(yīng)用。

2.2 研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外隧道抗震研究方法主要有三種:地震觀測(cè)、試驗(yàn)研究以及理論計(jì)算。由于隧道抗震問(wèn)題的復(fù)雜性,目前還沒(méi)有哪一種手段能夠完全實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道地震動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行全面而真實(shí)的解釋和模擬。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地震的常用研究流程框圖,見(jiàn)圖2。

圖2的研究方法是研究和評(píng)價(jià)隧道抗震性能較合理的有效途徑,但存在一定的局限性,優(yōu)缺點(diǎn)分析詳見(jiàn)表1。

圖2 地震的常用研究流程框圖

表1 抗震研究方法優(yōu)缺點(diǎn)分析

研究方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)地震觀測(cè)法能客觀反映規(guī)律，真實(shí)可靠，是隧道結(jié)構(gòu)抗震研究中必不可少的手段之一觀測(cè)機(jī)會(huì)難得，費(fèi)用昂貴，在實(shí)際應(yīng)用中受到很大的限制試驗(yàn)研究法是目前研究隧道地震動(dòng)力響應(yīng)最有效、最直觀的方法試驗(yàn)費(fèi)用較高，在材料動(dòng)力特性的模擬、相似關(guān)系比的確定和模型邊界條件等方面存在困難理論計(jì)算法理論成熟，易操作，被廣泛采用，費(fèi)用小需對(duì)計(jì)算模型、參數(shù)、地震波等進(jìn)行簡(jiǎn)化，其計(jì)算結(jié)果難以完全反映地震的復(fù)雜特性，精度低

2.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的隧道抗震規(guī)范現(xiàn)狀

我國(guó)的石油天然氣長(zhǎng)輸管道行業(yè)管道專(zhuān)用隧道相比公路鐵路行業(yè)起步較晚,現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50470-2008《油氣輸送管道線(xiàn)路工程抗震技術(shù)規(guī)范》[7]、GB 50423-2013《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]及Q/SY 1444-2011《油氣管道山嶺隧道穿越設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]涉及隧道抗震方面的內(nèi)容很少,或缺乏足夠的重視,只有定性說(shuō)明,缺乏明確、深入的研究。具體的工程建設(shè)過(guò)程中參照的隧道抗震規(guī)范主要有JTG B02-2013《公路工程抗震規(guī)范》[9]、GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]以及GB 50111-2006《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]。

3本參照規(guī)范雖然在隧道結(jié)構(gòu)具體的抗震計(jì)算方法方面涉及較少,但對(duì)隧道的抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算范圍以及隧道結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施做了較詳細(xì)的定性規(guī)定,均能滿(mǎn)足實(shí)際工程的需要,定性規(guī)定包括:

1)對(duì)地震區(qū)隧道洞口位置的規(guī)定:應(yīng)結(jié)合洞口段的地形和地質(zhì)條件確定,并采取控制洞口邊坡和仰坡的開(kāi)挖高度以及其他防止坍塌震害的措施。位于懸崖陡坡下的洞口,宜采取接建明洞或其他防止落石的措施。

2)對(duì)地震區(qū)隧道洞門(mén)的規(guī)定:隧道必須修建洞門(mén),根據(jù)洞口段的實(shí)際地質(zhì)情況選擇樁柱式或者拉錨式洞門(mén)形式,不應(yīng)采用端墻式結(jié)構(gòu)。

3)對(duì)地震區(qū)隧道抗震設(shè)防區(qū)段的規(guī)定:在隧道的洞口、淺埋和偏壓地段以及斷層破碎帶地段應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)防,洞口段的設(shè)防段長(zhǎng)度可根據(jù)地形、地質(zhì)條件及設(shè)防烈度確定,并不宜小于2.5倍的結(jié)構(gòu)跨度,且不小于12 m。隧道宜避開(kāi)近期活動(dòng)的斷層破碎帶,必須通過(guò)時(shí),應(yīng)進(jìn)行充分的技術(shù)論證,并有切實(shí)可靠的工程措施。

4)對(duì)地震區(qū)隧道結(jié)構(gòu)及抗震措施的規(guī)定:抗震設(shè)防段的隧道宜采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),并采用帶仰拱的曲墻式斷面形式,其隧道襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)。對(duì)通過(guò)活動(dòng)斷裂帶的區(qū)段應(yīng)同時(shí)采取圓形斷面、增大隧道斷面尺寸、預(yù)留補(bǔ)強(qiáng)空間及加密設(shè)置全環(huán)變形縫等有利的抗震構(gòu)造措施。

通過(guò)對(duì)已發(fā)地震震害的調(diào)查和隧道結(jié)構(gòu)的試算,3本參照規(guī)范在條文說(shuō)明中對(duì)隧道的抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算范圍做了相應(yīng)的定量規(guī)定,定量規(guī)定包括:

1)對(duì)隧道的抗震設(shè)防區(qū)段及計(jì)算方法的規(guī)定:在Ⅲ級(jí)及以上圍巖條件較差的洞口、淺埋、偏壓隧道和明洞,以及穿越不良地質(zhì)地帶的區(qū)域,地震烈度大于7度時(shí),需要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2)對(duì)抗震計(jì)算荷載組合及安全系數(shù)的規(guī)定:驗(yàn)算隧道的結(jié)構(gòu)抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性時(shí),地震荷載只與恒載和活載力組合。規(guī)定了隧道襯砌和明洞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全系數(shù),且提出了相應(yīng)的地基土容許承載力等相關(guān)數(shù)值。

3)抗震計(jì)算方法的規(guī)定:由于地震系數(shù)法方便、簡(jiǎn)明,操作性強(qiáng),基本能綜合反映隧道工程的地震響應(yīng)特性,規(guī)定隧道的抗震計(jì)算方法為地震系數(shù)法。但同時(shí)指出,由于地震系數(shù)法沿用了地面結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的理念,隧道埋深是否對(duì)地震慣性力影響較大,對(duì)于深埋隧道及地震加速度較大工況下,采用地震系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際具有一定的誤差。由于隧道的洞徑不一致,致使各類(lèi)洞徑的隧道對(duì)深埋隧道的劃分不一致,因此,需針對(duì)不同的工程、不同的地質(zhì)條件對(duì)地震系數(shù)法進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化修正,以提高其適應(yīng)性。

3 隧道結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算

3.1 隧道結(jié)構(gòu)抗震簡(jiǎn)化計(jì)算方法

目前,隧道結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化抗震方法主要有Wang 法、響應(yīng)位移法、St.John法、等代水平地震加速度法、擬靜力法等[11-12]。本文將采用現(xiàn)行主要規(guī)范推薦的地震系數(shù)法進(jìn)行抗震計(jì)算,地震系數(shù)法是一種附加地震力的擬靜力計(jì)算方法,在地震引起的荷載中只考慮水平地震力的作用,作用大小與水平地震系數(shù)有關(guān),水平地震系數(shù)通過(guò)水平地震動(dòng)峰值加速度表示,地震引起的水平地震力f1:

f1=·Ag·mi

(1)

同時(shí)文獻(xiàn)[3]強(qiáng)調(diào):由于采用地震系數(shù)法計(jì)算的隧道抗震計(jì)算結(jié)果與一些宏觀震害調(diào)查情況較為接近,其抗震加強(qiáng)措施與非地震區(qū)隧道襯砌比較較為合理,其計(jì)算精度能滿(mǎn)足工程要求;同時(shí)地震系數(shù)法計(jì)算較為簡(jiǎn)便,采用更精確的計(jì)算方法,其實(shí)際意義不大,故本文采用地震系數(shù)法進(jìn)行抗震計(jì)算。

3.2 橫向水平地震加速度分布簡(jiǎn)圖

根據(jù)文獻(xiàn)[3],中亞D線(xiàn)需在隧道洞口段、淺埋、偏壓、巖溶、軟硬巖接觸帶、危巖接觸帶、松散堆積體及斷層破碎帶等地段襯砌予以抗震設(shè)防,只考慮橫向水平地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,不考慮沿隧道縱向水平地震力及豎向地震力的作用,橫向水平地震加速度分布見(jiàn)圖3。

圖3 隧道結(jié)構(gòu)橫向水平地震加速度分布圖

3.3 抗震計(jì)算

中亞D線(xiàn)隧道內(nèi)敷設(shè)1根Φ1 219mm輸氣管道,預(yù)留1根Φ1 219mm輸氣管道通道,考慮管道安裝、焊接、排水、維護(hù)、施工等空間要求及施工機(jī)械、運(yùn)輸、通風(fēng)等因素,隧道凈空斷面尺寸為4.5m×4.5m(寬×高),需抗震計(jì)算部分隧道橫斷面采用曲墻形式,隧道凈橫斷面尺寸見(jiàn)圖4。

圖4 隧道凈橫斷面示意圖

目前隧道抗震分析領(lǐng)域中較通用的有限元軟件主要有:FLUSH、SASSI、FLAC、ABAQUS以及ANSYS等。本文采用ANSYS進(jìn)行抗震計(jì)算,初期支護(hù)的驗(yàn)算采用地層-結(jié)構(gòu)模型將圍巖與初支作為整體分析,二襯采用考慮圍巖彈性反力的荷載-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算[13]。本隧道工程采用復(fù)合式襯砌,考慮到工程的特殊性,需加強(qiáng)初期支護(hù),初期支護(hù)承受全部圍巖荷載,二次襯砌作為安全儲(chǔ)備。本次計(jì)算選取最不利的Ⅵ級(jí)圍巖曲墻式斷面作為算例,地震加速度按0.6g計(jì),Ⅵ級(jí)圍巖擬選取的復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 Ⅵ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)

項(xiàng)目數(shù)量初期支護(hù) C20素砼厚度/mm200 Φ22錨桿長(zhǎng)度/m3 Φ22錨桿間距/m1 Φ6鋼筋網(wǎng)/mm2200×200 I16工字鋼/m0 5二襯 C30鋼筋砼厚度/mm450

3.3.1 初期支護(hù)計(jì)算

3.3.1.1 圍巖物理力學(xué)參數(shù)

Ⅵ級(jí)圍巖物理力學(xué)參數(shù)的選取主要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)以及中亞D線(xiàn)巖土工程勘察報(bào)告,具體取值見(jiàn)表3。

3.3.1.2 材料參數(shù)

噴射混凝土、型鋼的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表4～5。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),Φ22砂漿錨桿僅考慮鋼筋極限強(qiáng)度作為破壞標(biāo)準(zhǔn),抗拉剛度采用鋼筋抗拉剛度EA,E為鋼筋彈性模量,A為鋼筋面積,見(jiàn)表6。

表3 圍巖物理力學(xué)指標(biāo)值

圍巖級(jí)別彈性抗力系數(shù)/(MPa·m-1)彈性模量/MPa圍巖重度γ/(kN·m-3)內(nèi)摩擦角Φ/(°)內(nèi)聚力c/kPa泊松比υⅥ級(jí)8080017211000 4

表4 噴射混凝土力學(xué)參數(shù)

噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)彈性模量/GPa泊松比υ重度γ/(kN·m-3)C20210 222

表5 型鋼力學(xué)參數(shù)

圍巖級(jí)別型鋼種類(lèi)彈性模量/GPa泊松比υ間距/mⅥ級(jí)I162000 30 5

初期支護(hù)參數(shù)采用噴射混凝土與型鋼共同作用的等效參數(shù);錨桿按圍巖級(jí)別設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算。

表6 錨桿參數(shù)

錨桿型號(hào)直徑/mm材料錨桿抗拉剛度EA/(kN·m-1)砂漿錨桿22HRB40076020

鋼架和噴射混凝土形成整體,采用剛度折減法得到等效后均質(zhì)材料抗彎剛度,等效公式如下:

EI=EsIs+EcIc

(2)

式中:E、I分別為等效后均質(zhì)材料彈性模量，GPa和慣性矩，cm4;Es、Is分別為型鋼的彈性模量，GPa和慣性矩,cm4;Ec、Ic分別為噴射混凝土的彈性模量,GPa和慣性矩，cm4。

Ⅵ級(jí)圍巖:噴層厚度為20cm,等效后厚度不變。噴層,Ec=21GPa,Ic=bh3/12,b=50cm,h=20cm,故Ic=33 334cm4;I16型鋼,Es=200GPa,Is=1 127cm4;等效參數(shù),令I(lǐng)=Ic,則E=27.76GPa。

3.3.1.3 計(jì)算模型及邊界條件

有限元計(jì)算的相關(guān)條件、初始地應(yīng)力、屈服準(zhǔn)則及計(jì)算步驟參照文獻(xiàn)[14]執(zhí)行。

圖5 初期支護(hù)有限元計(jì)算模型

計(jì)算范圍:由工程經(jīng)驗(yàn)得知,計(jì)算模型左右邊界取隧道跨度的3～4倍,本文計(jì)算模型左右水平計(jì)算范圍均取 20m(大于3倍隧道跨度),垂直計(jì)算范圍向上取至地表,向下取 20m(大于3倍隧道高度)。

邊界條件:模型上側(cè)為自由邊界,兩側(cè)約束水平方向自由度,初期支護(hù)有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖5。

單元類(lèi)型:由于隧道斷面較小,采用全斷面進(jìn)行開(kāi)挖,模擬選取的單元見(jiàn)表7。

表7 模擬選取的單元

項(xiàng)目單元類(lèi)型圍巖平面42錨桿桿1初期支護(hù)梁3

3.3.1.4 計(jì)算結(jié)果

1)隧道位移:隧道洞壁水平方向最大位移量48.9mm,發(fā)生于隧道曲墻中部,隧道洞壁豎直方向最大位移量23.6mm,發(fā)生在隧道拱頂。

2)隧道圍巖主應(yīng)力與塑性區(qū):隧道腳部直角部位出現(xiàn)剪應(yīng)力集中,第一主應(yīng)力最大值為0.56MPa,圍巖塑性區(qū)主要分布在底板直角處、邊墻和拱頂部位,初期支護(hù)中的錨桿、鋼拱架、噴射混凝土未發(fā)生屈服破壞。

3.3.2 二襯結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.3.2.1 荷載等效高度及淺埋隧道分界深度

荷載等效高度及淺埋隧道分界深度按照文獻(xiàn)[15]推薦公式計(jì)算,通過(guò)計(jì)算,試驗(yàn)段Ⅵ級(jí)圍巖荷載等效高度hq為2.99m;深埋、淺埋隧道分界深度為7.5m。

3.3.2.2 荷載計(jì)算

二襯作為安全儲(chǔ)備,二襯荷載的導(dǎo)入按文獻(xiàn)[3，15]進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 Ⅵ級(jí)圍巖二襯荷載計(jì)算

斷面位置等效荷載高度/m豎直向荷載/(kN·m-1)水平側(cè)向荷載/(kN·m-1)地震引起的側(cè)向荷載/(kN·m-1)Ⅵ級(jí)圍巖2 99511711 3

3.3.2.3 結(jié)果分析

采用荷載-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行二襯結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算,采用抗壓彈簧模擬地層抗力,梁?jiǎn)卧M襯砌結(jié)構(gòu),各控制斷面內(nèi)力與應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 控制斷面內(nèi)力與應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

截面位置軸向力N/kN剪力Q/kN彎矩M/(kN·m)外緣應(yīng)力s壓/kPa內(nèi)緣應(yīng)力s拉/kPa裂縫寬度/mm曲墻30 3-46 3-5 7777 45-550 550 18底部47 4-107 2-35 81172 47-204 860 16拱部40 4-15 123 81674 26-477 590 172

4 隧道抗震設(shè)防措施

隧道抗震設(shè)防只注重結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,而忽視了結(jié)構(gòu)的變形能力,因此,根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則,需對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)各細(xì)部采取必要的抗震構(gòu)造措施,以確保襯砌結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)能力,本隧道工程采取以下主要抗震措施:

1)隧道位置應(yīng)選擇在穩(wěn)定的地層中,不宜穿越工程地質(zhì)、水文地質(zhì)極為復(fù)雜和溶洞、暗河、煤層采空區(qū)等嚴(yán)重不良地質(zhì)地段。當(dāng)必須通過(guò)時(shí),應(yīng)有充分的理由和可靠的工程措施,同時(shí)建議隧道采用圓形斷面,襯砌內(nèi)緣預(yù)留結(jié)構(gòu)變形及補(bǔ)強(qiáng)空間,預(yù)留變形及補(bǔ)強(qiáng)空間采用泡沫混凝土填充。

2)洞口應(yīng)避免建在滑坡、巖堆和泥石流等處。在施工方面,盡量降低洞口段邊仰坡開(kāi)挖高度,在洞門(mén)端墻與襯砌環(huán)框間及端墻與錨固樁連接處均設(shè)置連接鋼筋或設(shè)置榫頭等抗震連接措施。

3)采用有利于抗震的樁柱式或者拉錨式洞門(mén)形式,其端墻結(jié)構(gòu)采用模筑鋼筋混凝土整體灌注,洞門(mén)與洞口段襯砌同時(shí)施工,混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C30。洞口設(shè)防段的長(zhǎng)度可根據(jù)地形、地質(zhì)條件及設(shè)防烈度確定,且不得小于12m。

4)抗震設(shè)防段采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),并滿(mǎn)足耐久性相關(guān)要求;采用帶仰拱的曲墻斷面能確保既具有較好的承載能力和變形能力,又具有合適的剛度;抗震設(shè)防段與一般地段之間應(yīng)設(shè)置過(guò)渡段,過(guò)渡段的長(zhǎng)度一般不小于10m,以確保襯砌剛度的連續(xù)性。

5)為誘導(dǎo)襯砌結(jié)構(gòu)的整體變形,以減輕結(jié)構(gòu)開(kāi)裂或錯(cuò)臺(tái)等震害,抗震設(shè)防段每隔20m、洞口段每隔6m設(shè)置一道全環(huán)變形縫。

5 結(jié)論

1)油氣管道隧道可采用簡(jiǎn)化的地震系數(shù)法進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)的抗震分析,該方法易被工程技術(shù)人員接受,故在具體工程抗震設(shè)計(jì)中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2)通過(guò)對(duì)中亞D線(xiàn)隧道工程擬選復(fù)合式參數(shù)的抗震分析,在9度(地震加速度峰值為0.6g)地震作用下,Ⅵ級(jí)圍巖塑性區(qū)主要分布在底板直角處、曲墻和拱頂部位,初期支護(hù)中的錨桿、鋼拱架、噴射混凝土未發(fā)生屈服破壞,隧道最大變形量為48.9mm,初支安全系數(shù)為2.02,二襯最大裂縫為0.18mm,二襯安全系數(shù)為2.67,滿(mǎn)足GB50111-2006《鐵路工程抗震計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)要求,擬選的Ⅵ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌參數(shù)合理,但二襯與初支之間的預(yù)留變形量需大于50mm。

3)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)各細(xì)部采取必要的抗震構(gòu)造措施,使襯砌結(jié)構(gòu)具有更好的變形協(xié)調(diào)能力。

4)本文的研究成果填補(bǔ)了石油天然氣行業(yè)隧道工程高烈度地區(qū)抗震設(shè)計(jì)的空缺,可以為類(lèi)似石油天然氣管道隧道工程的抗震分析及規(guī)范修訂提供參考。但隧道抗震計(jì)算受隧道埋深、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地質(zhì)條件等因素影響,建議通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)不斷修正計(jì)算參數(shù),在實(shí)踐中積累資料以趨完善。

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2015-02-05

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目“惡劣環(huán)境下中亞天然氣管道D線(xiàn)的安全環(huán)保節(jié)能核心技術(shù)與工程應(yīng)用”(6995-HT-XEX-04-2013-0125)

付開(kāi)偉(1973-)，男，四川大邑人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事石油天然氣長(zhǎng)輸管道工程的設(shè)計(jì)及研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.001