摘要：為明確凈距與巖體等級(jí)對(duì)隧道洞口段抗震設(shè)防長(zhǎng)度的影響規(guī)律，以云南玉溪寶山高陡邊坡段小凈距隧道為工程依托，利用FLAC3D有限差分軟件建立小凈距隧道數(shù)值模型，根據(jù)室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)確定模型參數(shù)，以校正后的汶川地震波作為震動(dòng)荷載輸入，針對(duì)震動(dòng)荷載作用下隧道洞口段圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析，探明隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同工況下的動(dòng)力響應(yīng)特征，進(jìn)一步確定合理的隧道抗震設(shè)防長(zhǎng)度。研究結(jié)果表明：同一凈距條件下，圍巖等級(jí)越高，襯砌結(jié)構(gòu)位移及軸力、應(yīng)力的響應(yīng)值越小，反之亦然；寶山隧道最不利工況條件為Ⅴ級(jí)圍巖、0.5B凈距，在震動(dòng)荷載作用條件下，隧道峰值位移最大值為62.5 cm，襯砌軸力最大值產(chǎn)生于左、右拱腳處，洞口段峰值達(dá)1 320 kN，位移曲線下降率升高臨界點(diǎn)最大值為78 m（6.0B），最終確定寶山隧道洞口合理設(shè)防長(zhǎng)度為78 m。

關(guān)鍵詞：小凈距隧道；高陡邊坡；隧道洞口；震動(dòng)荷載；抗震設(shè)防長(zhǎng)度；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2024）02-0311-10

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0021

0 引言

小凈距隧道是指雙線隧道中左右隧道間隔巖體厚度小于規(guī)范建議值的隧道結(jié)構(gòu)形式（浙江省交通設(shè)計(jì)院，1991；石洪超等，2008）。小凈距隧道在結(jié)構(gòu)形式上具有一定的特殊性和新穎性，被廣泛用于特殊地段條件下公路、橋梁、隧道的銜接及總體線型優(yōu)化（黃拔洲等，2003；劉艷青等，2000；孫明路等，2009）。隨著西部大開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，我國(guó)西部地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)數(shù)量與日俱增，由于西部地區(qū)多高山的地形特點(diǎn)，不可避免地出現(xiàn)高陡邊坡型隧道，導(dǎo)致隧道進(jìn)出口段的施工與圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)難度大幅提高，而當(dāng)隧道處于地震易發(fā)區(qū)時(shí)，其合理抗震設(shè)防就更為重要。

關(guān)于隧道的抗震性問(wèn)題，已有眾多學(xué)者展開(kāi)了研究（崔光耀等，2013，2018；何川等，2014；王明年，崔光耀，2011）。皇民等（2010）通過(guò)研究探明了隧道震害機(jī)制為隧道軟硬圍巖交界面處的軟巖受到巨大的強(qiáng)制位移作用，并指出地震慣性力是引發(fā)震害的首要因素；還有學(xué)者通過(guò)大量隧道震動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)隧道地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行研究并取得良好的成果（徐華等，2013；皇民等，2020；蔣樹(shù)屏等，2011；Jiang et al，2018）；高峰等（2015）、蔣樹(shù)屏等（2014）、許增會(huì)等（2004）則在此基礎(chǔ)上考慮震動(dòng)荷載作用下隧道埋深對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響并開(kāi)展了一系列振動(dòng)試驗(yàn)，研究結(jié)果表明隧道埋深對(duì)震動(dòng)荷載作用下隧道穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的影響，且在不同類型的震動(dòng)荷載作用下，隧道襯砌應(yīng)力隨埋深的變化規(guī)律基本相似；此外，Tao等（2015）、Asakura等（2007）、Huang和Zhao（2014）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與仿真分析等手段針對(duì)隧道洞口段圍巖震害機(jī)理展開(kāi)研究并取得一定成果。

目前，對(duì)于震動(dòng)荷載作用下隧道穩(wěn)定性的研究主要集中于單線隧道，且大多集中于洞身段，而針對(duì)小凈距隧道，尤其是高陡邊坡隧道洞口段抗震設(shè)防的研究較少。洞口段抗震設(shè)防長(zhǎng)度的確定是隧道工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)防長(zhǎng)度過(guò)小，則支護(hù)結(jié)構(gòu)不足以維持隧道在震動(dòng)荷載作用下的穩(wěn)定性；設(shè)防長(zhǎng)度過(guò)大，則會(huì)造成材料的浪費(fèi)，增加工程成本。因此，開(kāi)展強(qiáng)震區(qū)高陡岸坡小凈距隧道洞口抗震設(shè)防措施研究具有重要意義。

本文以云南省玉溪市擬建寶山隧道為算例，采用動(dòng)力有限元分析方法對(duì)寶山雙線隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，選取典型的汶川地震波對(duì)隧道進(jìn)行加載，使用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)小凈距隧道在震動(dòng)荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行模擬，研究隧道圍巖與襯砌在各工況條件下所產(chǎn)生的位移、內(nèi)力及應(yīng)力響應(yīng)，確定隧道在震動(dòng)荷載作用下最適宜的設(shè)防長(zhǎng)度，為隧道后期支護(hù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 工程背景

1.1 隧道概況

寶山隧道位于云南省玉溪市峨山縣雙江街道寶山村，為擬建分離式隧道，右線起止樁號(hào)K16+990～K18+630，長(zhǎng)度1 640 m；左線起止樁號(hào)ZK17+035～ZK18+657，長(zhǎng)度1 622 m。隧道處于高烈度地震帶生態(tài)脆弱區(qū)且洞口位于斜坡地帶，坡度約為60°，地形高陡。隧道進(jìn)口段穿過(guò)山體的表層，隧道區(qū)洞口及洞身段基本為坡積土層，局部為風(fēng)化巖，圍巖以Ⅳ、Ⅴ級(jí)為主，巖土體節(jié)理裂隙稍發(fā)育，地下水發(fā)育。隧道出口覆蓋層主要為第四系殘坡積角礫、碎石、粉質(zhì)黏土，均勻性差且厚度不均，巖土體力學(xué)性質(zhì)較差，且洞頂表層土體多處存在裂縫，在天然狀態(tài)下邊坡現(xiàn)狀整體存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），該區(qū)域地震頻繁且震級(jí)較大。依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及類似工程經(jīng)驗(yàn)，綜合判定隧道區(qū)工程場(chǎng)地類別為Ⅱ類。

1.2 隧道破損狀況

由于寶山隧道處于強(qiáng)震區(qū)，受地震作用影響，隧道洞口易出現(xiàn)落石災(zāi)害、洞門被砸壞、邊仰坡滑塌、崩塌、洞門部分堵塞等現(xiàn)象。目前，隧道洞口段二襯局部出現(xiàn)網(wǎng)狀開(kāi)裂，襯砌開(kāi)裂處發(fā)生滲水，嚴(yán)重處出現(xiàn)混凝土剝落，掉塊，甚至襯砌垮塌等嚴(yán)重震害類型。隧道現(xiàn)場(chǎng)破損狀況如圖1所示。

1.3 隧道洞口邊坡巖體動(dòng)力學(xué)特性

寶山隧道巖體主要為強(qiáng)風(fēng)化板巖。為了解巖體性質(zhì)，為數(shù)值模擬提供參數(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣進(jìn)行室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，設(shè)置兩組實(shí)驗(yàn)，每組制備尺寸為50 mm×100 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣各2個(gè)，采用英國(guó)GDS軟巖流變儀及TAW2000電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)等對(duì)試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定隧道圍巖的相關(guān)物理與力學(xué)參數(shù)。對(duì)于試件動(dòng)彈模量的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)中采用DT-18巖石動(dòng)彈模量測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試件為100 mm×100 mm×100 mm的棱柱體。以兩組實(shí)驗(yàn)所得相應(yīng)測(cè)定值的平均值作為本文中巖體的相關(guān)力學(xué)參數(shù)值。巖體動(dòng)彈模量計(jì)算公式如下：

E_dt=9.65×10^-4Gf ²L³Rbh³""" （1）

式中：E_dt為動(dòng)彈模量；G為試件質(zhì)量；f為試件的自振頻率；L、b、h分別表示試件的長(zhǎng)、寬、高；R為修正系數(shù)，取值1.5。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

2 數(shù)值模型及加載條件

2.1 隧道數(shù)值模型及尺寸

考慮隧道工程在數(shù)值計(jì)算時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，結(jié)合彈性力學(xué)中圣維南原理，擬建隧道尺寸應(yīng)適當(dāng)放大。楊林德等（2003）和陳國(guó)興等（2010）的研究表明：當(dāng)計(jì)算模型尺寸大于5B（B為隧道開(kāi)挖寬度）時(shí)，隧道模型的邊界影響效應(yīng)較小。為探明震動(dòng)荷載作用下隧道邊坡的穩(wěn)定性，以確定合理的設(shè)防長(zhǎng)度，確定隧道模型上部分呈梯形體狀，上邊界長(zhǎng)120 m，下邊界長(zhǎng)200 m，高130 m，洞口段形成約60°的邊坡，隧道數(shù)值模型具體細(xì)部尺寸如圖2所示。該隧道采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，Null模型模擬隧道開(kāi)挖。對(duì)于數(shù)值模型的邊界條件確立，由于隧道最大埋深為134 m，所以并不需要在圍巖邊界設(shè)置等效荷載，選用圍巖自重方式對(duì)隧道圍巖進(jìn)行加載，模型位移邊界固定在水平方向及底部，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際邊界條件基本相符。圍巖的力學(xué)參數(shù)值由室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得。

以FLAC3D軟件中的動(dòng)力學(xué)分析模塊為計(jì)算工具對(duì)寶山隧道模型進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析。對(duì)隧道模型賦予室內(nèi)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的動(dòng)力參數(shù)，通過(guò)zone face apply命令在模型下邊界處進(jìn)行震動(dòng)荷載的輸入，實(shí)現(xiàn)震動(dòng)荷載的加載。在進(jìn)行隧道地震響應(yīng)分析之前，先使用FLAC3D軟件內(nèi)置的Dynamic Input Wizard插件對(duì)輸入的地震波進(jìn)行基線校正，消除地震波的漂移現(xiàn)象而導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果失真，震動(dòng)荷載校正后在模型底部邊界輸入，震動(dòng)荷載加載時(shí)間為20 s。在數(shù)值模型中模擬輸入地震波，對(duì)比分析隧道模型在不同圍巖等級(jí)與不同凈距工況下的動(dòng)力響應(yīng)特征。隧道數(shù)值模型動(dòng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及震動(dòng)荷載輸入方式如圖3所示。

2.2 隧道洞口段抗震支護(hù)方案

寶山隧道工程地質(zhì)復(fù)雜、圍巖強(qiáng)度弱，隧道開(kāi)挖后圍巖只能保持短暫的穩(wěn)定，當(dāng)隧道的初期支護(hù)未完全施作時(shí)，圍巖變形將會(huì)超出其所允許的變形范圍，產(chǎn)生一定程度的破壞。因此，針對(duì)寶山隧道的軟弱圍巖支護(hù)方案擬設(shè)計(jì)采取超前預(yù)支護(hù)輔助結(jié)構(gòu)，將超前加固和復(fù)合式支護(hù)結(jié)合起來(lái)。洞口段支護(hù)結(jié)構(gòu)為超前大管棚預(yù)支護(hù)結(jié)合超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)的形式，支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2。隧道洞身段為復(fù)合式支護(hù)，將錨桿、濕噴砼（采用Φ25鋼筋錨桿、錨桿長(zhǎng)3.5 m、間距為60 cm，C25混凝土噴29 cm）的初期加固措施和澆筑混凝土（C30鋼筋混凝土厚60 cm）的二次支護(hù)結(jié)合在一起共同加固。支護(hù)結(jié)構(gòu)布置如圖4所示，其力學(xué)性能見(jiàn)表3、4。

2.3 地震波的選取

為在最大程度上確保計(jì)算結(jié)果的安全性，同時(shí)使得隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)保留足夠的安全儲(chǔ)備，本文選取汶川地震波對(duì)隧道進(jìn)行加載，研究截取能量最為集中的波段以速度的方式在FLAC3D有限差分軟件中輸入。在進(jìn)行隧道地震響應(yīng)分析之前，采用FLAC3D軟件內(nèi)置的Dynamic Input Wizard插件對(duì)輸入的地震波進(jìn)行基線校正，以此來(lái)消除地震波漂移現(xiàn)象的發(fā)生而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真的影響。基線校正后汶川地震波的位移時(shí)程曲線如圖5所示。

2.4 計(jì)算方案

針對(duì)高陡邊坡小凈距隧道洞口段圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特征進(jìn)行模擬研究。凈距分別選取0.5B、1.5B兩種相對(duì)位置，由于工程中巖體主要以Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖為主，隨著凈距的擴(kuò)大，左右雙線隧道所處圍巖級(jí)別存在一定差異，故數(shù)值模擬中圍巖級(jí)分別選?、簟ⅱ跫?jí)進(jìn)行分析，工況信息見(jiàn)表5。

3 隧道穩(wěn)定性分析

3.1 隧道監(jiān)測(cè)斷面峰值位移變化規(guī)律

通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算得出各工況條件下的不同圍巖監(jiān)測(cè)斷面峰值位移變化規(guī)律，如圖6a所示。由圖6a-1可知，當(dāng)隧道洞口段穿越Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)，雙洞凈距為0.5B時(shí)隧道監(jiān)測(cè)斷面各點(diǎn)的峰值位移隨隧道進(jìn)深的增加而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在下降的過(guò)程中圍巖峰值位移呈現(xiàn)出一個(gè)較明顯的臨界點(diǎn)，該臨界點(diǎn)以距洞口距離為55 m（4.2B）為標(biāo)志。臨界點(diǎn)前段圍巖峰值位移最高達(dá)52.0 cm，位移下降率僅為0.073%；臨界點(diǎn)后段圍巖徑向峰值位移下降率增大，達(dá)到0.6%，此時(shí)圍巖位移為29 cm并開(kāi)始趨于緩和。對(duì)比分析圖6a-1、a-2可以看出，同一凈距條件下，Ⅴ級(jí)圍巖峰值位移大于Ⅳ級(jí)圍巖，最大值為62.5 cm，較Ⅳ級(jí)圍巖增大20.2%，位移峰值下降率增大位置距洞口74.5 m（5.7B），較Ⅳ級(jí)圍巖延后19.5 m，且臨界值所出現(xiàn)的位置相對(duì)于推遲。

由工況1與工況2可知，隧道洞口段抗震設(shè)防長(zhǎng)度很大程度上取決于圍巖巖體性質(zhì)，且與巖體等級(jí)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。同一凈距條件下，圍巖等級(jí)越高，巖體條件越好。隧道受震動(dòng)荷載的擾動(dòng)效應(yīng)越弱，洞口段相應(yīng)抗震設(shè)防長(zhǎng)度要求也越低。在此基礎(chǔ)上探明了對(duì)應(yīng)圍巖等級(jí)下的隧道洞口段抗震合理設(shè)防長(zhǎng)度。為進(jìn)一步探究除巖體性質(zhì)外的隧道凈距對(duì)隧道洞口段抗震性的影響規(guī)律，模擬計(jì)算中改變雙線隧道的凈距為1.5B，采用圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)，計(jì)算得出隧道在汶川波作用下徑向位移峰值響應(yīng)規(guī)律如圖6a-3所示。

對(duì)比分析圖6a-2與圖6a-3可得：在同一圍巖等級(jí)條件下，不同凈距隧道各關(guān)鍵點(diǎn)的峰值位移變化規(guī)律基本相似，只是數(shù)值不同。當(dāng)隧道凈距擴(kuò)大到1.5B時(shí)，位移下降率升高臨界點(diǎn)位于距洞口39 m（3.0B）處，臨界點(diǎn)前段位移峰值最大達(dá)到37.4 cm，發(fā)生在拱頂位置處，位移峰值下降率約為0.188%；臨界點(diǎn)后位移峰值下降率為0.8%，圍巖趨于穩(wěn)定。

分析圖7a結(jié)果可知：隧道在震動(dòng)荷載影響的最不利工況下（工況2），襯砌結(jié)構(gòu)位移的響應(yīng)值突出區(qū)域主要分布于距洞口75 m（5.7B）內(nèi)，在較安全工況下（工況1、3），襯砌結(jié)構(gòu)位移的響應(yīng)值突出區(qū)域主要分布于距洞口39 m（3.0B）與55 m（4.2B）以內(nèi)。因此，建議取75 m（5.7B）作為隧道洞口合理設(shè)防長(zhǎng)度。

3.2 各工況條件下襯砌結(jié)構(gòu)軸力縱向響應(yīng)規(guī)律

從隧道監(jiān)測(cè)斷面峰值位移沿隧道進(jìn)深的變化規(guī)律確定出一個(gè)合理的隧道抗震設(shè)防范圍，采用隧道襯砌結(jié)構(gòu)軸力峰值響應(yīng)對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，隧道襯砌結(jié)構(gòu)軸力縱向響應(yīng)計(jì)算結(jié)果如圖7b所示。

從圖7b可以看出，沿隧道進(jìn)深方向，不同工況下襯砌結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)逐漸減弱并趨于穩(wěn)定。對(duì)于工況1（圖6b-1），襯砌結(jié)構(gòu)最大軸力位于右拱腳處，為1 172 kN。隨著隧道進(jìn)深的增加，隧道受震動(dòng)荷載的作用效應(yīng)逐漸減弱，在距洞口62 m（4.7B）處襯砌軸力開(kāi)始趨于穩(wěn)定，其值為623 kN，比洞口段襯砌結(jié)構(gòu)軸力減少47.2%。對(duì)于工況2（6b-2）襯砌結(jié)構(gòu)軸力，其最大值位于左拱腳處，洞口段峰值達(dá)1 320 kN，比Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)增大10%，軸力下降率減小的臨界點(diǎn)出現(xiàn)在距洞口72.4 m（5.5B）位置，較Ⅳ級(jí)圍巖條件下延后了12.4 m，此后軸力下降率逐漸減小并趨于穩(wěn)定。對(duì)比分析工況2、3（6b-2、b-3）可知，在水平縱向地震動(dòng)作用下，當(dāng)隧道凈距增大后，隧道受震動(dòng)荷載作用的擾動(dòng)效應(yīng)降低，隧道襯砌結(jié)構(gòu)軸力下降率減小的臨界點(diǎn)向洞口靠近，為距洞口39 m（3B），且整體數(shù)值約減小23%。

綜合震動(dòng)荷載作用下襯砌結(jié)構(gòu)軸力峰值的計(jì)算結(jié)果可知：隧道在震動(dòng)荷載影響的最不利工況下（工況2），襯砌結(jié)構(gòu)軸力的響應(yīng)值突出區(qū)域主要分布于距洞口72.4 m（5.5B）內(nèi)，在較安全工況下（工況1、3），襯砌結(jié)構(gòu)軸力的響應(yīng)值突出區(qū)域主要分布于距洞口39 m（3B）與62 m（4.7B）以內(nèi)。因此，基于襯砌安全使用的隧道洞口合理設(shè)防長(zhǎng)度建議值應(yīng)取為72.4 m（5.5B）。

3.3 襯砌剪力、彎矩及主應(yīng)力縱向響應(yīng)規(guī)律

由上述位移與軸力計(jì)算結(jié)果可知，不同隧道凈距與圍巖級(jí)別對(duì)隧道抗震性影響差異較大，工況2下隧道所需設(shè)防長(zhǎng)度為上限。為精確確定不同因素相互影響下隧道抗震合理設(shè)防長(zhǎng)度的具體值，針對(duì)工況1與工況3，對(duì)其震動(dòng)荷載作用下襯砌的剪力、彎矩及主應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，確定最終隧道合理抗震設(shè)防長(zhǎng)度下限值，計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知：沿隧道進(jìn)深方向，兩種工況下，襯砌產(chǎn)生的剪力、彎矩及最大主應(yīng)力的變化基本一致。在工況1下，雖然巖體質(zhì)量較好，但隧道凈距較小，剪力趨于穩(wěn)定的斷面距洞口間距為65 m（5B）。而工況3相比于工況1，圍巖級(jí)別降低，但隧道雙線凈距增大至1.5B，此時(shí)剪力趨于穩(wěn)定的斷面距洞口間距為39 m（3B），隧道受震動(dòng)荷載作用的動(dòng)力響應(yīng)范圍大大縮小。而針對(duì)襯砌所產(chǎn)生的彎矩與最大主應(yīng)力，在工況1下，彎矩與主應(yīng)力最大值分別為128 kN·m、1 100 kPa，而趨于穩(wěn)定時(shí)分別為60 kN·m、575 kPa，趨于穩(wěn)定的斷面距洞口距離分別為6.0B、5.5B。工況3下，彎矩與主應(yīng)力其最大值分別為92 kN·m、910 kPa，而趨于穩(wěn)定時(shí)分別為47 kN·m、480 kPa，趨于穩(wěn)定時(shí)斷面距洞口間距分別為3.4B、3.8B。

由上述可知，在圍巖等級(jí)與隧道凈距這兩個(gè)影響因素中，隧道凈距對(duì)隧道抗震性的影響程度大于隧道圍巖等級(jí)。為探究不同凈距的影響效應(yīng)，選取8組同一圍巖等級(jí)、不同凈距隧道進(jìn)行震動(dòng)模擬，模擬計(jì)算結(jié)果如圖8所示。

從圖8中可以看出，當(dāng)隧道凈距較小時(shí)，雙線隧道圍巖塑性區(qū)產(chǎn)生交會(huì)，使得隧道在震動(dòng)荷載下的穩(wěn)定性大大降低。隨著隧道凈距的擴(kuò)大，雙線隧道中夾巖柱厚度增大，左右雙線隧道圍巖塑性區(qū)交會(huì)部分逐漸減小，在1.2B的時(shí)候不再產(chǎn)生交會(huì)，圍巖發(fā)揮一定承載能力使得隧道抗震性能有所提升，隧道所需抗震設(shè)防長(zhǎng)度相應(yīng)縮短。

綜上認(rèn)為：在Ⅴ級(jí)圍巖條件下，可分別取6.0B、3.5B作為0.5B與1.5B小凈距隧道的洞口抗震合理設(shè)防長(zhǎng)度；Ⅳ級(jí)圍巖條件下，取5.7B作為0.5B小凈距隧道的洞口抗震合理設(shè)防長(zhǎng)度。寶山隧道凈距13 m，隧道穿越圍巖主要為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖。基于以上分析，為確保隧道在震動(dòng)荷載作用下維持穩(wěn)定且具有一定安全儲(chǔ)備，寶山隧道在最不利條件下洞口段合理設(shè)防長(zhǎng)度應(yīng)取為6.0B（78 m）。

4 結(jié)論

本文采用FLAC3D軟件中的動(dòng)力學(xué)分析模塊結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得巖土動(dòng)力參數(shù)對(duì)寶山雙線隧道模型進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析。通過(guò)采用FLAC3D軟件數(shù)值模擬3種工況下隧道在地震荷載作用下的位移、內(nèi)力以及應(yīng)力的響應(yīng)規(guī)律，探究圍巖等級(jí)與隧道凈距對(duì)隧道動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律，求得不同工況下隧道洞口段抗震合理設(shè)防長(zhǎng)度，主要得出如下結(jié)論：

（1）圍巖等級(jí)與凈距均對(duì)隧道的動(dòng)力響應(yīng)值有較大影響且呈負(fù)相關(guān)。同一凈距條件下，圍巖等級(jí)越高，襯砌結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力、應(yīng)力的響應(yīng)值越??；同一圍巖等級(jí)條件下，凈距越大，襯砌結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力、應(yīng)力的響應(yīng)值也越小。

（2）寶山隧道最不利工況條件為Ⅴ級(jí)圍巖，0.5B凈距。在震動(dòng)荷載作用條件下，隧道峰值位移最大值為62.5 cm，襯砌結(jié)構(gòu)軸力最大值產(chǎn)生于左、右拱腳處，洞口段峰值達(dá)1 320 kN，位移曲線下降率升高臨界點(diǎn)最大值為78 m（6.0B），因此，寶山隧道隧道洞口合理設(shè)防長(zhǎng)度建議值應(yīng)取78 m。

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Research on Seismic Fortification of the Entrance

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ZHENG Luxin¹，HU Zhaoxing¹，ZHANG Jianjun²，SUN Chuang²，WANG Yang²

（1.China Railway 9th Bureau Group Co.，Ltd.，Dalian Branch，Dalian 116000，Liaoning，China）

（2.Liaoning University of Engineering and Technology，F(xiàn)uxin 123000，Liaoning，China）

Abstract

In order to find out the influence of the clearance distance and the rock mass grade on the seismic fortification length of a tunnel entrance section，based on the project of the small-interval Baoshan Tunnel in the high-and steep-slope section of the Yuxi-Chuxiong super highway，the numerical model of the small-interval tunnel is established by using FLAC3D finite difference software，and the model parameters are determined according to the indoor mechanical test.The corrected Wenchuan wave was inputted as the ground motion loading to analyze the stability of the surrounding rock of the Tunnel entrance section.The dynamic response characteristics of the surrounding rock and supporting structure of the Tunnel under different working conditions are discovered.Further，the Tunnel’s reasonable length of seismic fortification is determined.The results show that for the same clearance distance，the higher the surrounding rock grade is，the smaller the response values of lining displacement，internal force，and stress will be，and vice versa.The most unfavorable working conditions for Baoshan Tunnel are Grade V surrounding rock and 0.5B net distance.By the action of the ground-motion loading，the Tunnel’s peak displacement is 62.5 cm.The maximum lining axial force is generated at both the left and the right feet；the peak value of the entrance section reaches 1320 kN.At the critical point where the displacement and the peak curve decline，the maximun value is 78 m（6.0B）.Finally，the reasonable fortification length of the Baoshan Tunnel’s entrance is determined as 78 m.

Keywords：small clearance tunnel；high- and steep-slopes；tunnel entrance；earthquake load；seismic fortification length；numerical simulation