考虑空洞影响的盾构隧道地震易损性分析

摘要

管片背后存在空洞是盾构隧道一种常见的病害现象,它不仅影响土层和管片的静力学行为,还会影响隧道的动力响应,加剧隧道地震破坏。现有的相关研究均采用确定性分析方法,缺少从概率角度的定量评价。以某轨道交通区间盾构隧道为例,考虑空洞位置和尺寸、场地条件以及地震波入射方向等因素,采用动力增量法,开展了基于土层-隧道-空洞相互作用的大量非线性动力时程分析。结合隧道地震易损性理论,研究存在空洞病害的盾构隧道地震易损性。结果表明:空洞尺寸、场地条件和地震动入射方向对隧道地震易损性有重要影响。随着空洞尺寸的增加,空洞及临近区域土体塑性变形成倍增大,管片截面偏心程度增加,承载性能减弱,受影响范围为空洞尺寸的3~5倍。管片背后空洞增大了隧道结构的易损性,空洞越大,易损性增幅越明显。空洞对结构易损性的影响因空洞部位不同而异,在较大尺寸空洞时,影响程度由大到小依次为:边墙、拱肩和拱顶空洞。场地条件越差,会增大隧道的易损性,空洞对易损性的影响也越大。横向和垂向地震动入射方向下,隧道易损性均随空洞尺寸的增加呈非线性增大,虽然垂向地震动下的损伤概率小于横向地震动,但增幅明显更大,受空洞尺寸的影响更为敏感。值得注意的是,针对3种空洞部位和两种地震动入射方向,较大的空洞尺寸都将显著影响结构的抗震性能。