强震作用下工法对接变刚度隧道振动台试验研究

摘要

隧道穿越岩石和软土变化地层时通常采用钻爆法与盾构法进行分段掘进,并通过工法对接段实现不同隧道结构形式的转换,而隧道工法对接段不同的断面形状和结构形式导致结构刚度发生突变,成为隧道结构抗震设计的薄弱环节。针对强震频发区穿越土–岩过渡区域的隧道结构抗震问题,开展工法对接变刚度隧道受强地震动作用下的振动台模型试验研究,分析工法对接段结构加速度、围岩–衬砌压力、盾构隧道环缝张开变形等动力响应,并进一步揭示对接段刚度变化对隧道结构动力响应的影响规律。结果表明:隧道结构加速度放大系数随输入地震动强度的增大而减小,且隧道结构刚度越大,加速度放大效应影响更为明显;随着输入地震动强度的不断增大,围岩与衬砌间的接触压力逐渐增加,但输入峰值加速度达到0.5 g时接触压力增速趋缓,此时衬砌与围岩可能已进入局部塑性损伤状态;盾构衬砌管片间的接缝变形随着输入地震动强度的提高而增大,且靠近内衬加强段的盾构隧道管片因受到结构刚度突变的影响,其环缝张开量明显偏大,最大张开量约为盾构常规区段的5倍以上。研究成果可为实际工程工法对接段变刚度隧道结构的抗震设计提供指导。