何川，耿萍

（西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610031）

1 強(qiáng)震活動(dòng)斷裂帶隧道工程建設(shè)的挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)

隨著黨的十九大作出交通強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略決策，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)必將以更加迅猛的姿態(tài)在全國(guó)鋪開，隧道在交通工程中數(shù)量將越來越多、規(guī)模越來越大，地位也將越來越重要，大量建成和擬建的隧道工程將不可避免地位于我國(guó)地震活動(dòng)頻繁、斷裂帶廣布的西南、西北、華北和東南沿海地區(qū)。

以川藏鐵路為例，工程區(qū)域地震活動(dòng)強(qiáng)烈、大地震頻發(fā)，是影響工程安全的主要地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)史料記載，發(fā)生7級(jí)以上地震至少22次［1］。參照《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，川藏鐵路沿線總體位于高烈度地震區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度≥0.2g占比53.57%。最大地震動(dòng)峰值加速度為0.4g，主要集中在波密—林芝段（帕隆藏布）和康定—瀘定段（大渡河瓦斯溝段）［2］。

許多案例證明，穿越活動(dòng)斷裂帶隧道震后會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重破壞。1906年美國(guó)舊金山發(fā)生8.3級(jí)地震，穿越圣安德烈斯斷層的水壩集水隧道震后局部錯(cuò)動(dòng)位移值達(dá)到240 cm［3］。1952年美國(guó)柯恩縣里氏7.5級(jí)地震，造成4座跨白狼發(fā)震斷層的鐵路隧道發(fā)生嚴(yán)重震害，其中隧道最大偏移量達(dá)到122 cm［4］。1999年中國(guó)臺(tái)灣集集地震造成36座位于近斷層區(qū)域的隧道發(fā)生嚴(yán)重破壞［5］。2008年中國(guó)汶川地震中，震區(qū)主要鐵路、公路隧道均不同程度受損［6］。其中處于龍門山斷裂帶內(nèi)的龍洞子隧道出現(xiàn)洞身段環(huán)向錯(cuò)臺(tái)、邊墻上部及頂拱二次襯砌塌落等嚴(yán)重震害（見圖1）；位于映秀大斷裂與龍溪斷裂之間的龍溪隧道，地震造成隧道上下相對(duì)位移達(dá)100 cm左右的錯(cuò)動(dòng)變形、襯砌拱部坍塌，導(dǎo)致隧道完全喪失功能［7］。

圖1 汶川地震隧道震害情況［6］

在穿越蠕滑斷裂帶方面，也有一些隧道采用了特殊處理，如美國(guó)加利福尼亞南部的克萊爾蒙特輸水壓力隧道穿越的Hayward活動(dòng)斷層蠕滑量為4.5～6.4 mm/a，在隧道縱向每1.5 m設(shè)置1個(gè)0.3 m的剪切縫進(jìn)行抗錯(cuò)斷設(shè)計(jì)。高黎貢山隧道穿越的龍陵-瀾滄斷裂每年水平滑動(dòng)速率為1.07～2.59 mm，隧道預(yù)留變形量35 cm以上，以滿足隧道限界和線形要求［8］。

總體來看，黏滑發(fā)震對(duì)穿越活動(dòng)斷層隧道會(huì)造成局部邊仰坡地面開裂變形、洞門墻及洞口附近襯砌松動(dòng)、開裂、滲水等，初期支護(hù)壓彎扭曲、膨脹變形侵線，二次襯砌開裂、錯(cuò)臺(tái)、剝落掉塊、局部垮塌、上部拱圈整體掉落，仰拱開裂隆起、洞體垮塌等震害［9］。蠕滑斷層也會(huì)由于其逐年累積的位錯(cuò)而破壞隧道結(jié)構(gòu)，危及隧道正常運(yùn)營(yíng)。

2 活動(dòng)斷裂帶場(chǎng)地蠕滑特性及場(chǎng)地地震效應(yīng)

大型活動(dòng)斷裂帶不同位置會(huì)表現(xiàn)出不同的活動(dòng)方式［10］，具體活動(dòng)方式與整條斷裂帶的活動(dòng)趨勢(shì)有關(guān)。斷裂帶上斷層的活動(dòng)方式主要與巖石材料的性質(zhì)、賦存狀態(tài)、應(yīng)變速率、破裂程度等因素有關(guān)。活動(dòng)斷層從黏結(jié)到滑移的過程稱為黏滑，蠕滑則是無震狀態(tài)下的持續(xù)蠕動(dòng)，前者由于其脆性斷裂過程會(huì)釋放巨大的能量引發(fā)地震，因此又稱為震源斷層或發(fā)震斷裂。

隧道工程在面臨多條區(qū)域性活動(dòng)斷裂帶時(shí)，會(huì)受到強(qiáng)烈的地質(zhì)作用和頻發(fā)強(qiáng)震的雙重考驗(yàn)，對(duì)其設(shè)計(jì)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期間的安全保障提出了更高要求，因此首要任務(wù)是開展活動(dòng)斷裂帶場(chǎng)地蠕滑特性和場(chǎng)地地震效應(yīng)研究。

2.1 場(chǎng)地蠕滑特性

由于蠕滑斷層每年的錯(cuò)動(dòng)量往往較小，通常認(rèn)為不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步以及越來越多跨斷層建筑結(jié)構(gòu)的破壞，業(yè)內(nèi)已逐漸認(rèn)識(shí)到蠕滑斷層對(duì)跨斷層建筑結(jié)構(gòu)的破壞影響不容忽視［11］。學(xué)者們針對(duì)蠕滑斷層的性質(zhì)以及蠕滑斷層作用下隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為進(jìn)行了研究。張煜［12］建立了圍巖-斷層破碎帶-隧道的斷層蠕滑錯(cuò)動(dòng)三維有限元分析模型，得出斷層錯(cuò)動(dòng)距離，斷層傾角對(duì)隧道襯砌縱向不同部位的應(yīng)力、位移、裂縫發(fā)展等均產(chǎn)生較大影響的結(jié)論。鄭宗溪等［13］通過大量資料調(diào)研，指出川藏鐵路穿越多個(gè)板塊縫合帶中蠕滑斷裂帶的累計(jì)位移效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響隧道安全性。

2.2 場(chǎng)地地震效應(yīng)

當(dāng)隧址區(qū)內(nèi)廣泛分布活動(dòng)斷裂帶時(shí)，斷層黏滑發(fā)震產(chǎn)生的近場(chǎng)地震動(dòng)與遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)對(duì)隧道的作用效果有較大不同［14］。對(duì)于近場(chǎng)地震動(dòng)，許多學(xué)者開展了一系列有意義的工作。劉啟方、王海云等［15-16］對(duì)近斷層地震動(dòng)的基本含義進(jìn)行分析，總結(jié)了近斷層地震動(dòng)的基本特征為近斷層地震動(dòng)的集中性、地表破裂、地面永久變形、破裂方向性效應(yīng)、近斷層速度大脈沖和上盤效應(yīng)。賈俊峰等［17］統(tǒng)計(jì)分析了1952—1999年世界范圍內(nèi)矩震級(jí)為M5.4～M7.6的18次地震1 009個(gè)臺(tái)站的豎向地震記錄，發(fā)現(xiàn)斷層距在0～40 km范圍內(nèi)，大部分豎向與水平向加速度峰值比值大于一般抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的2/3。賈俊峰等［18］根據(jù)近年研究成果，綜合總結(jié)了近斷層地震動(dòng)方向性效應(yīng)、滑沖效應(yīng)、上盤效應(yīng)和顯著豎向地面運(yùn)動(dòng)等主要特征及各自成因。

3 活動(dòng)斷裂帶隧道響應(yīng)分析方法及防控技術(shù)

3.1 活動(dòng)斷裂帶隧道抗震分析方法

穿越活動(dòng)斷裂帶隧道的靜動(dòng)力響應(yīng)受到斷層參數(shù)（如傾角、寬度、錯(cuò)動(dòng)速率、錯(cuò)動(dòng)方向、錯(cuò)動(dòng)量等）、地震動(dòng)參數(shù)（如幅值、持時(shí)、頻譜特征、入射方向等）、隧道參數(shù)（如埋深、斷面形式、支護(hù)特征、施工工法等）及隧道與斷層的幾何關(guān)系等諸多因素影響。當(dāng)隧道工程區(qū)域分布大量活動(dòng)斷裂帶時(shí)，隧道會(huì)面臨強(qiáng)震頻繁、巖體破碎、地形地質(zhì)條件復(fù)雜多變、隧道抗震設(shè)防要求高等問題，應(yīng)對(duì)隧道進(jìn)行橫斷面和縱向抗震計(jì)算。目前隧道工程抗震計(jì)算方法大體可分為靜力法、反應(yīng)位移法和動(dòng)力時(shí)程法。

（1）靜力法用于隧道橫斷面的地震反應(yīng)計(jì)算，將結(jié)構(gòu)的慣性加速度通過地震系數(shù)乘以結(jié)構(gòu)自重作為地震荷載進(jìn)行計(jì)算。該方法需要考慮的荷載包括：結(jié)構(gòu)慣性力、上覆土柱慣性力、側(cè)向土壓力增量3個(gè)部分［19］。但工程實(shí)踐和震害調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，該方法計(jì)算結(jié)果與埋深關(guān)系密切，隧道埋深較小時(shí)計(jì)算內(nèi)力低于實(shí)際值，且埋深越小，偏離越嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)不安全。而隧道埋深增大到一定程度后，計(jì)算內(nèi)力又偏大，且埋深越大，偏離越嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過于保守（見圖2）。針對(duì)這一問題，何川、耿萍等［20-21］通過理論分析、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等多種手段，對(duì)隧道跨度、地震烈度、圍巖級(jí)別等參數(shù)敏感度進(jìn)行分析，提出合理上覆地層等效高度的概念，對(duì)靜力法進(jìn)行了修正（見圖3），研究成果在西部高地震烈度區(qū)大量新建鐵路/公路隧道、特高壓GIL長(zhǎng)江電力隧道、汕頭蘇埃海底隧道、廈門地鐵海底隧道等水下隧道，以及地鐵、輸油/氣等多個(gè)行業(yè)的隧道中得到廣泛應(yīng)用。目前研究成果已納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG 2232—2019《公路隧道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《盾構(gòu)隧道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（報(bào)批稿）》中。

圖2 3種抗震方法埋深與彎矩關(guān)系

圖3 修正靜力法計(jì)算簡(jiǎn)圖［20］

若隧址區(qū)地形復(fù)雜，嶺谷高差巨大，則地表水平位移一般無法使用，同時(shí)，若隧址區(qū)地震觀測(cè)臺(tái)站較少，則較難獲得場(chǎng)地輸入地震動(dòng)時(shí)程，可供參考的僅有地震區(qū)劃圖，由于修正靜力法僅需場(chǎng)地峰值加速度即可完成計(jì)算，參數(shù)容易獲取，計(jì)算簡(jiǎn)便，故艱險(xiǎn)山區(qū)隧道抗震計(jì)算可采用修正靜力法。

（2）縱向反應(yīng)位移法基于彈性地基梁理論，假定沿隧道軸向地層位移為正弦形式分布，從而推出隧道縱向內(nèi)力的解析表達(dá)式。傳統(tǒng)反應(yīng)位移法通過假定地層位移分布進(jìn)而求解隧道地震內(nèi)力，理論嚴(yán)密，計(jì)算方便，應(yīng)用廣泛，但只適用于均勻地層。

當(dāng)隧道工程處于艱險(xiǎn)山區(qū)時(shí)，區(qū)域內(nèi)活動(dòng)斷裂帶廣布，地層巖性混雜多變，不良地質(zhì)和特殊巖土發(fā)育，縱向地層分布極為不均，傳統(tǒng)反應(yīng)位移法不再適用。針對(duì)這一問題，何川等［19，22］提出縱向廣義反應(yīng)位移法（見圖4），該方法核心為：將工程場(chǎng)地的加速度時(shí)程作為荷載輸入來獲取實(shí)際地層位移響應(yīng)（見圖5），將位移時(shí)程施加在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行擬動(dòng)力計(jì)算。該方法在不過多增加計(jì)算時(shí)長(zhǎng)的情況下提高了反應(yīng)位移法的計(jì)算精度，極大地拓展了反應(yīng)位移法的適用范圍，現(xiàn)已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51336—2018《地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG 2232—2019《公路隧道抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《盾構(gòu)隧道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（報(bào)批稿）》中，使非均勻地層中隧道縱向抗震問題得到較好地解決。

圖4 縱向廣義反應(yīng)位移法計(jì)算模型

（3）動(dòng)力時(shí)程法可以很好地適用于大型、重要、特殊的隧道結(jié)構(gòu)，地形、地質(zhì)條件變化較大的區(qū)段，以及需要分析隧道反應(yīng)時(shí)程、頻譜特性、地震持時(shí)等因素的特殊情況。當(dāng)隧址區(qū)內(nèi)斷裂帶廣布、不良地質(zhì)發(fā)育、斷層活動(dòng)性強(qiáng)時(shí)，動(dòng)力時(shí)程法可很好地適用于鐵路隧道抗震計(jì)算，且能達(dá)到較高精度。但對(duì)邊界處理、接觸關(guān)系、地震動(dòng)輸入、本構(gòu)模型等方面要求較高，前后處理及求解代價(jià)高。

3.2 穿越蠕滑活動(dòng)斷裂帶隧道抗斷分析方法

圖5 隧道所在不同位置處地層位移時(shí)程分布

斷層蠕滑錯(cuò)動(dòng)作用下，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的開裂影響因素很多，如斷層蠕滑速率、蠕滑錯(cuò)動(dòng)方式、襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖之間的接觸屬性、襯砌結(jié)構(gòu)與柔性部分的接觸屬性、混凝土非線性開裂屬性、混凝土損傷本構(gòu)等［12］。

關(guān)于穿越蠕滑活動(dòng)斷裂帶隧道抗斷問題，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。Newmark N M等［23］最早建立了分析跨斷層埋地管道地震反應(yīng)的簡(jiǎn)化模型，假定在斷層作用下管道和土體沒有發(fā)生相對(duì)位移，但該方法忽略了管道的彎曲剛度和管-土相互作用。Gregor T等［24］采用2種數(shù)值分析模型研究了隧道在斷層錯(cuò)動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。劉學(xué)增等［25］研究了鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)隧道在斷層錯(cuò)動(dòng)作用下的受力特性及塑性變形特征。邵潤(rùn)萌［26］研究了不同的斷層錯(cuò)動(dòng)方式、斷層傾角、錯(cuò)動(dòng)距離、隧道洞徑大小對(duì)于損傷失效的影響效果。

何川研究團(tuán)隊(duì)開展了斷層蠕滑作用下穿越活動(dòng)斷裂帶隧道損傷方面的研究［12］，以高黎貢山隧道為研究背景，分析不同錯(cuò)動(dòng)距離、不同斷層傾角、不同襯砌節(jié)段長(zhǎng)度等條件下隧道的應(yīng)力、位移分布及裂縫損傷拓展過程等（見圖6—圖8）。研究發(fā)現(xiàn)：（1）隧道襯砌整體位移量隨著錯(cuò)動(dòng)位移量的增大而增大，且斷層蠕滑錯(cuò)動(dòng)對(duì)靠近上盤的襯砌位移影響更大，同時(shí)最大主應(yīng)力主要出現(xiàn)在斷層蠕滑錯(cuò)動(dòng)發(fā)生界面前后10～20 m范圍內(nèi)；（2）斷層傾角對(duì)于上盤內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)位移最大值幾乎無影響，且傾角越小，拱腰以上部位最大主應(yīng)力值越大；（3）柔性連接結(jié)構(gòu)可顯著減小斷面的損傷區(qū)域面積，也可分散損傷區(qū)域，且節(jié)段長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)越短，消減量越明顯。

圖6 不同蠕滑錯(cuò)動(dòng)距離的位移分析、最大主應(yīng)力分析

圖7 不同斷層傾角的位移分析、最大主應(yīng)力分析

圖8 不同節(jié)段長(zhǎng)度的最大主應(yīng)力分布和拉致?lián)p傷

3.3 活動(dòng)斷裂帶隧道抗震抗斷技術(shù)

隧道結(jié)構(gòu)的抗減震技術(shù)從廣義上來說屬于結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的范疇。地表結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)已在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用，但隧道等地下結(jié)構(gòu)相關(guān)研究還距實(shí)際應(yīng)用有較大差距［27］。目前隧道常采用的抗震抗斷措施有注漿加固圍巖、設(shè)置減震層、斷面擴(kuò)挖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)鉸接設(shè)計(jì)等。

（1）加固圍巖。圍巖注漿加固可改善斷層帶內(nèi)巖土體的物理力學(xué)參數(shù)，減小斷層帶與較好圍巖段物理力學(xué)性質(zhì)的差異，從而減小隧道結(jié)構(gòu)由于不同段圍巖位移差引起的破壞。目前常用的3種圍巖加固方式為全環(huán)間隔注漿、全環(huán)接觸注漿和局部注漿［28］。

（2）鉸接設(shè)計(jì)。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用節(jié)段性的連接方式，使節(jié)段在斷層帶及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)保持相對(duì)獨(dú)立，剛度相對(duì)較小的柔性連接在剛性隧道節(jié)段間（見圖9），使斷層錯(cuò)動(dòng)引起的隧道破壞集中在連接部位或結(jié)構(gòu)的局部，而不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體性破壞。

圖9 鉸接設(shè)計(jì)示意圖

（3）擴(kuò)挖設(shè)計(jì)。擴(kuò)挖設(shè)計(jì)屬于被動(dòng)設(shè)計(jì)理念，即隧道斷面的擴(kuò)大尺寸取決于斷層可能的最大錯(cuò)位量。在斷裂帶發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或地震后，斷面的凈空面積可因擴(kuò)大的隧道斷面得到保證，同時(shí)隧道結(jié)構(gòu)的各種不均勻變形也可滿足，為后續(xù)修復(fù)提供空間（見圖10）。

圖10 擴(kuò)挖設(shè)計(jì)示意圖

（4）設(shè)置減/隔震層。隧道與地下結(jié)構(gòu)設(shè)置減震層是通過在圍巖和隧道襯砌結(jié)構(gòu)之間設(shè)置減震材料，并適當(dāng)調(diào)整這些材料的剛度，使隧道襯砌結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)減小，同時(shí)柔性的減/隔震層還可拓寬結(jié)構(gòu)位移面。設(shè)置減震層的基本構(gòu)想是使原有的襯砌-圍巖系統(tǒng)變?yōu)橐r砌-減震層-圍巖系統(tǒng)。在襯砌與圍巖介質(zhì)之間設(shè)置減震層，從而減小或改變斷層錯(cuò)動(dòng)或地震波對(duì)結(jié)構(gòu)作用的強(qiáng)度和方式［29］。

（5）穿越活動(dòng)斷裂帶“自適應(yīng)”隧道結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)由何川研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想提出，用于穿越蠕滑斷層。根據(jù)地質(zhì)條件、斷裂構(gòu)造特性、活動(dòng)速率及斷裂帶幾何形變關(guān)系等因素，設(shè)置剛性抗錯(cuò)斷結(jié)構(gòu)體系（剛性二襯）和柔性結(jié)構(gòu)體系（柔性初期支護(hù)和柔性隔斷層），柔性結(jié)構(gòu)體系用于吸收斷層蠕動(dòng)位移，剛性體系主要用于承擔(dān)部分?jǐn)鄬渝e(cuò)動(dòng)作用和維持隧道線型（見圖11）。

圖11 “自適應(yīng)”隧道結(jié)構(gòu)體系示意圖

4 思考與建議

活動(dòng)斷裂帶除了強(qiáng)震和蠕滑問題外，還面臨著高壓突涌水、高溫?zé)岷Φ葐栴}，這些都將嚴(yán)重影響長(zhǎng)大鐵路隧道工程的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)。鑒于穿越活動(dòng)斷裂帶隧道建設(shè)重難點(diǎn)及目前研究存在的不足，提出以下研究建議。

4.1 活動(dòng)斷裂帶形變幾何關(guān)系預(yù)判及場(chǎng)地地震效應(yīng)

活動(dòng)斷裂以一定速率持續(xù)不斷地蠕滑，地震時(shí)更將產(chǎn)生強(qiáng)烈錯(cuò)動(dòng)?；顒?dòng)斷裂帶不同的變形方向、變形量值對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響程度不同，相應(yīng)的工程措施也各異，為了滿足結(jié)構(gòu)安全及鐵路隧道線形的雙重要求，開展活動(dòng)斷裂帶類別，幾何形變方向、大小及影響范圍的預(yù)測(cè)和判別顯得尤為迫切。同時(shí)穿越斷層帶發(fā)震產(chǎn)生的地震波傳播特性、多斷層帶之間的相互作用以及綜合考慮地震波反射、透射特征，結(jié)合地震波傾斜入射、山體幾何形態(tài)、山體臨空面等作用下地震波傳播模型的理論解析與深部黏滑錯(cuò)動(dòng)至隧址處的映射關(guān)系等研究還存在不足，難以實(shí)現(xiàn)隧址區(qū)準(zhǔn)確的動(dòng)力輸入。

4.2 隧道受荷釋能模式及抗震抗斷防控體系

活動(dòng)斷裂強(qiáng)震與蠕滑作用下隧道災(zāi)變行為極為復(fù)雜，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)活動(dòng)斷裂帶隧道損傷機(jī)理、性能演化和致災(zāi)模式的認(rèn)識(shí)，為隧道破壞判據(jù)與安全狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的構(gòu)建提供理論支撐。有待開展考慮不同荷載作用的成災(zāi)條件、致災(zāi)模式、災(zāi)害與防控間映射關(guān)系等條件下的穿越活動(dòng)斷裂帶隧道安全控制理論研究，構(gòu)建和完善隧道隔震抗斷控制技術(shù)及結(jié)構(gòu)變形自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法，確保隧道在斷層長(zhǎng)期蠕滑作用下的正常使用功能，以及遭遇瞬時(shí)地震作用時(shí)不至產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。

4.3 工程場(chǎng)地效應(yīng)耦合斷裂帶活動(dòng)效應(yīng)

穿越活動(dòng)斷裂帶隧道在受到斷層錯(cuò)動(dòng)、地震、高地應(yīng)力、軟巖等因素的影響時(shí)，極易發(fā)生大變形，尤其是非對(duì)稱大變形，對(duì)隧道危害巨大，因此有必要開展高地應(yīng)力環(huán)境與活動(dòng)斷裂帶蠕滑效應(yīng)耦合作用下隧道結(jié)構(gòu)受力特性研究；同時(shí)不同烈度地震下，高地應(yīng)力活動(dòng)斷裂帶內(nèi)隧道地震動(dòng)力響應(yīng)不同，隧道結(jié)構(gòu)受損程度、破壞模式以及震害影響因素也值得高度重視。

4.4 活動(dòng)斷裂帶地下水運(yùn)移機(jī)制及突涌水預(yù)測(cè)防控

目前關(guān)于高壓水賦存規(guī)律及災(zāi)變機(jī)制的研究多集中在突涌水災(zāi)害致災(zāi)構(gòu)造模式分析與隧道開挖后的滲流場(chǎng)演變規(guī)律方面，對(duì)深大斷裂帶地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征、賦存特征等方面缺乏系統(tǒng)性研究，對(duì)高海拔地區(qū)地下水的補(bǔ)給、流通路徑以及儲(chǔ)存空間等方面的認(rèn)識(shí)有待深化，同時(shí)對(duì)于高地溫、高應(yīng)力、高水壓交叉耦合作用下突涌水致災(zāi)機(jī)制的研究較少。另外，在高水壓、高應(yīng)力條件下防排水材料與結(jié)構(gòu)的失效模式，以及多場(chǎng)耦合作用下穿越深大斷裂帶地區(qū)隧道突水預(yù)測(cè)理論和控制方法兩方面還有待開展深入研究。

4.5 活動(dòng)斷裂帶地?zé)豳x存與耦合傳熱機(jī)制及熱害防控

關(guān)于活動(dòng)斷裂等復(fù)雜構(gòu)造地?zé)豳x存與溫度場(chǎng)分布等研究大多未考慮巖體擾動(dòng)后隧道溫度場(chǎng)的重構(gòu)機(jī)理；高熱環(huán)境下隧道結(jié)構(gòu)的研究多集中于宏觀且單一的材料力學(xué)性能上，在高地?zé)釛l件下界面力學(xué)變化特性及微觀顆粒的搭接變化規(guī)律有待深入；關(guān)于高地溫支護(hù)結(jié)構(gòu)特性的研究以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬為主，應(yīng)綜合考慮高地?zé)釋?duì)結(jié)構(gòu)性能劣化方面的影響；目前對(duì)于高地?zé)岘h(huán)境的壓制技術(shù)多處于被動(dòng)狀態(tài)，在熱環(huán)境控制與人體生理機(jī)能的關(guān)聯(lián)性研究有待深入，川藏鐵路高地?zé)峤Y(jié)合高原氣候的隧道熱害防控尚待展開。

5 結(jié)束語

通過大量文獻(xiàn)調(diào)研，闡述強(qiáng)震活動(dòng)斷裂帶鐵路隧道建設(shè)面臨的風(fēng)險(xiǎn)及挑戰(zhàn)，同時(shí)針對(duì)活動(dòng)斷裂帶蠕滑特性、場(chǎng)地地震效應(yīng)、抗震抗斷計(jì)算方法、抗震抗斷措施等方面研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理與總結(jié)，可為相關(guān)鐵路隧道工程建設(shè)提供一定技術(shù)支撐。鑒于當(dāng)前鐵路隧道面臨深大斷裂帶的強(qiáng)活動(dòng)性及與工程場(chǎng)地效應(yīng)的強(qiáng)耦合性，基于團(tuán)隊(duì)的研究成果及思考，提出穿越活動(dòng)斷裂帶長(zhǎng)大隧道仍需突破的重難點(diǎn)研究?jī)?nèi)容和相關(guān)研究建議。