高地震烈度区隧道衬砌结构优化设计研究分析

摘要： 西南地区高山峡谷地形居多，衬砌结构在高地震烈度区开挖山岭隧道时具有广泛的应用前景。西南山岭地区普遍存在软弱围岩且围岩性质差，面临着断裂构造、滑坡、泥石流等地质灾害的威胁，给隧道安全运营带来极大的隐患。本文对高地震烈度地区的隧道衬砌结构进行优化设计，应用Midas/GTS进行数值模拟分析，为实际工程提供参考建议。

Abstract： There are many high mountain and canyon terrains in the southwest area， and lining structure has a wide application prospect in mountain tunnel excavation in high earthquake intensity area. In the southwest mountain area， due to the surrounding soft rock with poor properties， it is facing geological hazards such as fault structure， landslide， debris flow， bringing great risks to the safe operation of the tunnel. This paper optimizes the design of tunnel lining structure in high seismic intensity area， uses the Midas/GTS to take a numerical simulation analysis， in order to provide reference for practical engineering.

P键词： 高地震烈度；隧道开挖；Midas/GTS；衬砌优化

Key words： high seismic intensity；tunnel excavation；Midas/GTS；lining optimization

中图分类号：P539.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0089-03

0 引言

随着我国西南地区交通运输网的快速发展，隧道建设已进入高地震烈度地区[1-3]。殷允腾[4]等研究分析了地震作用下轨道结构在土岩软硬结合部位的破坏机理及相关安全措施，张金柱[5]等以极限平衡理论为基础采用条分法对隧道洞口仰坡进行稳定性验算，并进行了优化设计，杨修[6]总结和归纳了位移判别法、强度准则法、极限应变法、塑性区尺寸判别法四种层状岩体中适用的失稳判别依据；Wang.Y，Yin.J.M[7]等对层状岩体的各向异性特性运用FLAC3D软件用于分析的变形，得出当岩层的倾向保持不变，随岩层倾角的增大，隧道周边位移是有减少的趋势的结论。所以对高地震烈度地区隧道衬砌结构优化设计进行研究具有十分重要的理论与工程意义。

1 工程概况

国家高速公路网G5613保山至泸水高速公路，主线为南北走向。路线起于K52+860（石头寨互通终点），向北沿怒江西岸布线，接已建的六库至跃进桥二级公路。主线桩号范围K52+860～K77+148.833，路线全长24.289公里。根据《建筑抗震设计规范》（GB5001 1―2001），本标段主线及六库连接线地震动峰值加速度系数为0.15g，相应地震基本烈度为Ⅶ度；芒宽连接线地震动峰值加速度系数为0.20g，相应地震基本烈度为Ⅷ度。项目区位于东经98°50′～99°15′，北纬25°00′～25°50′之间，属亚热带高原季风型气候区，气候温和湿润，无明显四季之分，年降雨量500～1400毫米，年平均气温12～20摄氏度，干、雨季分明，雨季5～10月份，降雨量占全年的70%。由于地形高差悬殊，气温垂直分带明显，3000m以上高山冬季有积雪，其余地区有霜冻。

2 工程地质及水文条件

2.1 工程地质条件

工程地处滇西横断山脉中段，澜沧江与怒江之间，地势基本呈北高南低，多属中山构造侵蚀剥蚀地貌。线路穿越区出露从古生界至新生界诸多地层，地质时代跨度大，岩石种类多，岩相复杂，沉积岩、变质岩、岩浆岩三大岩均有不同程度的出露，工程区地貌与典型地层如图1。位于青、藏、滇、缅、印度尼西亚巨型“歹”字犁构造体系的东支中段与经向构造体系复合部位，其中北西向崇山构造带占主导，同时受经向构造体系的控制。工程区内断裂构造走向以北西向为主，伴生小型断裂的产生，使测区的岩层被切割，呈方格状、菱形状，导致岩体破碎。项目区域距怒江大断裂较近，受构造影响强烈，地层破碎比较严重，导致边坡松散，存在不稳定性边坡。

2.2 水文地质条件

工程区内地形地貌除受构造影响强烈外，河流也对地形地貌的改造有着较大影响。区内水系极为发育，东西两侧分属澜沧江和怒江水系，主要河流有怒江、澜沧江等，山间尚有漕涧河、孙足河等河流发育，河流切割作用显著，河谷较为狭窄陡峭，除怒江河谷较为开阔外，其余河流下切作用均明显强于侧蚀作用。河流或沿构造形迹切割，或溯源侵蚀横切山脉，形成了区内现在较为复杂的地形地貌。工程区位于东经98°50′～99°15′，北纬25°00′～25°50′之间，属亚热带高原季风型气候区，气候温和湿润，无明显四季之分，年降雨量500～1400mm，干、雨季分明，雨季5～10月份，降雨量占全年的70%。由于地形高差悬殊，气温垂直分带明显，3000m以上高山冬季有积雪，其余地区有霜冻。

3 隧道衬砌优化设计与数值模拟分析