隧道的抗震安全性不仅与隧道结构本体的承载性能密切相关,还与隧道埋深及其所处地层的抗震稳定性相关。隧道埋深越小,地震波的地表放大效应对其影响愈大。地质构造类如断层、滑动面等危险地段在地震时所产生的错动是隧道无法承受的,一般必须避开;此外还有另一类可能发生地震液化的危险地层,其对隧道的抗震稳定性影响也较大,但往往很难避开。
出于建造成本或建造难度上的考虑,我国地铁隧道的埋深总体偏浅,设计时多按2D(D为隧道外直径)埋深进行总体控制(不排除深度较大的情况),即便如此,隧道浅埋和超浅埋的情况屡见不鲜。城市地铁或其他市政隧道(如输水管道等)纵向一般较长,考虑到纵坡设计要求,其沿线较大一部分不可避免地落于深度6-15米较浅地层范围,而该范围往往分布第四系沉积物或堆积物,多为砂性或粉土地层,地震时容易产生液化,对隧道抗震十分不利。
如果对隧道沿线的液化地层全部进行处理,就面临处理范围太大、费用太高的难题。因此,一般隧道抗震设计中仅考虑结构体的抗震安全,而对地层的抗震稳定性及其破坏对隧道结构的影响不够重视。一般认为:地下结构处于地层包裹之中,地震效应小,比地面建筑物要安全。但应注意,隧道结构与地面建筑不同之处在于地层对结构的有效支承作用,如果地层一旦液化,其与地层的共同作用前提将不复存在,结构破坏将难以幸免。地层液化可导致的隧道抗震安全性问题包括:液化时抗浮稳定性不足,由于地层的支承作用瞬时丧失导致结构的强度破坏、变形过大漏水等。其中地层液化对于水底隧道更会造成水体倒灌等灾难性的后果。
因此,鉴于城市隧道尤其是地铁隧道、水底隧道以及输水隧道等生命线工程的重要性,建议我国软土隧道设计(1)尽量加大埋深(2)或尽量避开易液化等不稳定地层(3)或对液化地段隧道结构予以整体性加强(4)或对地层进行全部消除液化处理。考虑到液化处理的高成本问题,可结合软土隧道长期沉降控制和抗浮措施一并实施,包括隧道下卧地基加固、设置抗浮锚杆等。
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