陳慶金

中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 廣東 佛山 528305

隨著城市化進(jìn)程的加速，地下交通系統(tǒng)，特別是地鐵系統(tǒng)，已經(jīng)成為現(xiàn)代城市不可或缺的一部分。然而，地震等自然災(zāi)害對地鐵隧道造成的影響也日益凸顯，尤其是在軟土地層下的地鐵隧道，由于其土層強(qiáng)度低、壓縮性大、變形性強(qiáng)等特性，使得其在地震中受到的影響更為嚴(yán)重。因此，如何提高軟土地層下地鐵隧道的抗震性能，減少地震對城市交通的影響，已經(jīng)成為一項重要的研究課題。本文將圍繞這一主題，詳細(xì)探討地鐵隧道的抗震加固設(shè)計方案，包括設(shè)計目標(biāo)和原則、結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造方案、材料選擇和利用、抗震措施的設(shè)計和驗證等方面，同時也將分析抗震加固設(shè)計中面臨的挑戰(zhàn)以及解決策略，并展望未來的技術(shù)創(chuàng)新和研究方向。希望這篇文章能為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供一些有價值的參考和啟示。

1 軟土地層下地鐵區(qū)間隧道抗震加固研究背景與意義

軟土地層是指由粘土、淤泥等由水分含量高、粒度小、壓縮性大的土壤組成的地層。這類土壤的一般特性是強(qiáng)度低、壓縮性大、變形性強(qiáng)、承載力弱，對外力的反應(yīng)非常靈敏。一般在地下工程建設(shè)，如隧道、地鐵、橋梁、大樓等，都要對這類地層進(jìn)行特殊的處理和加固，以保證工程的安全和穩(wěn)定。軟土地層由于獨特的地質(zhì)特性，如高含水量、密度、大壓縮性和強(qiáng)度等，對城市軌道交通的設(shè)計建設(shè)提出了極大的挑戰(zhàn)。軟土對振動的擴(kuò)散和放大效應(yīng)，使得在此類地層上建設(shè)的地鐵隧道在地震時面臨巨大的風(fēng)險。因此，我們需要對軟土層的特性有深入的理解，才能設(shè)計安全、穩(wěn)定的地鐵隧道。

嵌入式實踐教學(xué)需要向?qū)W生詳細(xì)介紹實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和電路原理，在此基礎(chǔ)上介紹軟件集成開發(fā)環(huán)境，并以一個簡單的實驗引導(dǎo)學(xué)生搭建實驗環(huán)境。教師在學(xué)生熟悉開發(fā)流程后，應(yīng)逐漸增加實驗的難度，當(dāng)他們做出正確的階段性實驗結(jié)果時，要給予鼓勵并提出進(jìn)一步的需求；當(dāng)學(xué)生在調(diào)試過程中遇到困難時，要給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和提示，而不是直接告訴答案。對于學(xué)有余力的學(xué)生，應(yīng)該鼓勵在已有實踐基礎(chǔ)上開發(fā)一些小系統(tǒng)，實現(xiàn)一些具有簡單功能的電子設(shè)備。在這過程中培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。

地鐵隧道作為城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，其安全性直接影響到城市的正常運行和居民的安全。地震對地下城市軌道交通結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是地震力的直接作用，可能導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的破裂或崩塌；二是地震引發(fā)的地面液化、地裂等現(xiàn)象，可能進(jìn)一步破壞隧道結(jié)構(gòu)；三是地震會引發(fā)地下水位的變化，可能導(dǎo)致隧道發(fā)生滲漏或水害。這些影響對隧道的安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，嚴(yán)重者甚至可能導(dǎo)致隧道的失效。在地震防治中，加固設(shè)計是一種重要的防護(hù)措施[1]。它可以增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)的抗震力，減小地震對隧道的破壞。具體的加固設(shè)計措施包括使用抗震材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、加強(qiáng)隧道支撐等。通過有效的加固設(shè)計，可以有效地保證地鐵隧道在地震中的安全，減少地震對城市軌道交通的影響。

2 軟土地層下地鐵區(qū)間隧道抗震加固設(shè)計的理論基礎(chǔ)

第一，地震動力學(xué)和地震工程原理。地震力學(xué)研究地震產(chǎn)生的機(jī)制和地震波在地球內(nèi)部傳播的規(guī)律。地震工程則要研究地震對工程結(jié)構(gòu)的影響以及如何設(shè)計和施工以抵抗地震力。

第二，土力學(xué)和巖土工程基礎(chǔ)。土力學(xué)是研究土壤和巖石在受力時的物理和機(jī)械性質(zhì)的科學(xué)，它為我們提供了如何評估和應(yīng)對軟土地層地震行為的方法。巖土工程則是應(yīng)用土力學(xué)理論來解決實際土木工程問題的工程技術(shù)學(xué)科，其在隧道施工和設(shè)計中起著重要的作用。通過巖土工程，我們可以了解如何在軟土地層中實施有效的抗震加固設(shè)計。

首先，地質(zhì)勘探是揭示地質(zhì)條件和獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)的重要手段，其常用的方法包括地面地質(zhì)調(diào)查、鉆孔勘探、地球物理勘探等。地面地質(zhì)調(diào)查主要通過觀察和采集地面地質(zhì)信息，如地貌、地層、巖性等。鉆孔勘探通過鉆取地層樣品來獲取地下巖土的詳細(xì)信息。地球物理勘探則使用物理方法（如聲波、電磁波等）來探測地下結(jié)構(gòu)和物性[2]。這些方法和工具為我們提供了地質(zhì)條件和地震危險性的初步判斷。依賴于上述的地質(zhì)勘探活動可以收集到主要的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

3 地質(zhì)勘探和數(shù)據(jù)分析的重要性

第三，結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論。結(jié)構(gòu)動力學(xué)是研究結(jié)構(gòu)在動力加載下運動和變形的學(xué)科。在地震情況下，地鐵隧道結(jié)構(gòu)會受到復(fù)雜的動態(tài)加載

其次，地震數(shù)據(jù)分析和評估主要包括地震活動性分析、地震動參數(shù)計算、地震烈度評估等。地震活動性分析主要研究地震的發(fā)生頻率和地震帶的分布。地震動參數(shù)計算則需要利用地震記錄來確定地震動的主要特性，如峰值加速度、譜加速度、周期等。地震烈度評估則要根據(jù)地震動參數(shù)和地震活動性來預(yù)測可能受到的地震影響。

以上的地質(zhì)和地震數(shù)據(jù)是地鐵隧道抗震加固設(shè)計的重要依據(jù)。地質(zhì)數(shù)據(jù)可以用來評估地下土層的穩(wěn)定性和地震反應(yīng)，為隧道的布局和設(shè)計提供參考。地震數(shù)據(jù)則可以用來確定設(shè)計地震動參數(shù)，為抗震設(shè)計提供依據(jù)。合理的利用地質(zhì)和地震數(shù)據(jù)，可以提高地鐵隧道的抗震性能，減少地震帶來的危害。

抗震加固設(shè)計的實施步驟主要包括以下幾個階段：

4 軟土地層下地鐵區(qū)間隧道抗震加固設(shè)計方案

4.1 設(shè)計目標(biāo)和原則

軟土地層下地鐵區(qū)間隧道的抗震加固設(shè)計的主要目標(biāo)是確保地震發(fā)生時，隧道結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞，保障乘客和工作人員的生命安全，同時盡可能減少地震對隧道設(shè)施的損害，維持其正常運營和功能。

在進(jìn)行抗震加固設(shè)計時，應(yīng)遵循以下原則：

1.前期調(diào)研：收集和分析有關(guān)地震動參數(shù)、地質(zhì)地形條件、隧道結(jié)構(gòu)類型以及工程經(jīng)濟(jì)條件等相關(guān)信息。這一階段的目標(biāo)是對工程的實際情況有一個全面的了解，以便于進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計工作。

儲能式螺柱焊焊接需要將設(shè)置好的能量額度沖入電容內(nèi)，隨后焊接時，能量從電容中一次性全部釋放，用于焊接，焊接時間為1-5毫秒。儲能式螺柱焊的焊接能力有限，一般運用于焊接直徑3-10毫米的螺柱。

(1) 安全性原則：這是設(shè)計中的首要原則。通過合理的設(shè)計，確保在地震發(fā)生時，隧道結(jié)構(gòu)能夠承受地震力，防止結(jié)構(gòu)破壞，避免或減少因地震引起的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機(jī)(coordinate rotation digital computer，CORDIC)可通過移位和加減等步驟計算平方根、正余弦、模、相位以及完成坐標(biāo)變換，易于在FPGA等VLSI器件中實現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于FFT、矩陣分解、數(shù)控振蕩器和數(shù)字頻率合成器等領(lǐng)域[1～3].

(2) 經(jīng)濟(jì)性原則：在滿足安全性原則的基礎(chǔ)上，盡可能降低建設(shè)和運營成本。這需要在設(shè)計中考慮到材料選擇、施工方法、維護(hù)保養(yǎng)等方面的經(jīng)濟(jì)性。

(3) 可靠性原則：設(shè)計應(yīng)保證在地震等極端條件下，隧道仍能維持基本的運行功能，即使受到一定程度的損傷，也能夠在短時間內(nèi)恢復(fù)運行。

(4) 技術(shù)性原則：設(shè)計應(yīng)考慮到當(dāng)前的科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展，利用現(xiàn)有的科研成果和技術(shù)，提高設(shè)計的科學(xué)性和技術(shù)性。

4.2 結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造方案

首先，隧道襯砌材料直接承受地震力，其性能直接影響隧道的安全。常見的襯砌材料有：混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)制段等。需要根據(jù)隧道的使用環(huán)境和地震設(shè)計指標(biāo)，選擇合適的襯砌材料。

首先，結(jié)構(gòu)布局應(yīng)盡可能選擇地層穩(wěn)定、地震影響相對較小的區(qū)域作為隧道的布局位置。其次，隧道的走向、坡度和深度等，應(yīng)盡可能減少對地震力的影響。在選擇隧道線路時，應(yīng)盡量避開地質(zhì)條件復(fù)雜、地震易發(fā)區(qū)域和敏感設(shè)施。同時，隧道線路的選擇還應(yīng)考慮到地鐵系統(tǒng)的整體布局和城市規(guī)劃[3]。隧道深度的選擇受到多種因素的影響，如地質(zhì)條件、地下水位、地面建筑等。一般來說，隧道深度越大，對地震的敏感性越低。但是，過深的隧道會增加施工難度和成本。最后，隧道的斷面形狀和尺寸，也是影響隧道抗震性能的重要因素，需要結(jié)合地層條件和施工技術(shù)進(jìn)行合理設(shè)計。而且，隧道斷面的形狀和尺寸還直接影響到隧道的使用性能和安全性。在某些情況下，由于周邊環(huán)境、交通需求或其他因素，當(dāng)隧道布局、走向和深度不能避開軟土地層和抗震不利地段時，需要通過采用特殊的設(shè)計和施工方法，采用減震設(shè)計，對軟土地層進(jìn)行加固、增加隧道的剛度和強(qiáng)度等方法消除或減輕震害影響，以及使用先進(jìn)的監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)等方法，以提高隧道的抗震性能和安全性。

接著，在確定了結(jié)構(gòu)布局后，需要制定出符合抗震要求的構(gòu)造方案?？蛇x擇的構(gòu)造方案有開挖法、盾構(gòu)法、微隧道法等，它們各有優(yōu)缺點，應(yīng)基于地質(zhì)狀況、工程規(guī)模和經(jīng)濟(jì)性等因素進(jìn)行選擇。規(guī)劃施工工藝流程時，要確保施工過程順利進(jìn)行，同時也要考慮到工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。選擇和配置施工設(shè)備應(yīng)根據(jù)具體的施工方法和工藝流程，以確保施工效率和質(zhì)量。施工人員是施工過程中的主體，他們的技術(shù)水平和施工質(zhì)量會直接影響到隧道的質(zhì)量和安全性，因此需要對他們進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)，并建立完善的人員管理制度。

4.3 材料選擇和利用

在抗震加固設(shè)計中，材料的選擇直接決定了隧道的抗震性能。因此，選擇性能良好、抗震性能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)適用的材料是至關(guān)重要的。

在軟土地層下地鐵區(qū)間隧道的抗震加固設(shè)計中，結(jié)構(gòu)布局的選擇和構(gòu)造方案的制定是至關(guān)重要的。為了達(dá)到最優(yōu)的抗震效果，需要根據(jù)地質(zhì)條件、工程需求以及現(xiàn)場實際情況，科學(xué)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局和選擇合理的構(gòu)造方案。

其次，隧道支護(hù)材料主要用于保障隧道在施工和使用過程中的穩(wěn)定。常見的支護(hù)材料有：鋼拱架、錨桿、注漿材料等。需要根據(jù)地層條件、施工方法和地震設(shè)計要求，選擇適合的支護(hù)材料。

這些材料的選擇和利用，都應(yīng)盡可能考慮其經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可持續(xù)性，以實現(xiàn)工程的長期穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。

最后，隧道防水和排水材料的選擇，會影響隧道的使用壽命和安全性。常見的防水材料有：防水涂料、防水膜等；排水材料有：排水板、排水管等。需要根據(jù)隧道的使用環(huán)境和地震設(shè)計要求，選擇適合的防水和排水材料。

花奴打了電話后，小蟲被罰了款后放了。從派出所出來，小蟲不知道玉敏在等他，帶一幫鄉(xiāng)黨去大排檔喝酒，喝到半夜才回來。小蟲喝高了，滿嘴酒氣，舌頭像短了一截，對玉敏說，我……不會……放過她的。光腳不怕穿鞋的，不把鉆戒要回來，老子決不罷休！玉敏看他醉醺醺的樣子，什么也沒說，只是緊緊地?fù)е∠x，一股溫暖在心頭蕩漾。

4.4 抗震措施的設(shè)計和驗證

抗震措施的設(shè)計和驗證是隧道工程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，基于前期的地震動參數(shù)、地質(zhì)地形條件、隧道結(jié)構(gòu)類型以及工程經(jīng)濟(jì)條件等相關(guān)信息，設(shè)計出具體的抗震措施。這些措施可能包括：優(yōu)化隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計、加強(qiáng)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)、使用抗震材料、設(shè)定合理的施工工藝等。

首先，通過計算模擬的方式，驗證抗震措施的效果