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1、隧道与地下空间抗震防灾的若干思考隧道与地下空间抗震防灾的若干思考 Some opinions on seismic design of tunnel and underground space同济大学同济大学 杨林德杨林德2015.7.25安全运营与节能环保地下空间会议隧道与地下空间结构的震害及其启示隧道与地下空间结构的震害及其启示地下建筑的抗震设防目标地下建筑的抗震设防目标地下建筑抗震设计的计算地下建筑抗震设计的计算地下建筑的抗震结构体系与构造地下建筑的抗震结构体系与构造地下空间的规则性及连体结构的抗震能力地下空间的规则性及连体结构的抗震能力 结 语 结 语 1.1 隧道与地下空间结构的震害
2、隧道与地下空间结构的震害1.1.1 阪神地震以前的震害 1.1.1 阪神地震以前的震害 before Kobe Earthquake 1995年日本发生阪神地震之前，地下管道震害报导较多，地下空间结构、地铁震害的报导非常少见，且损坏程度较轻。1995年日本发生阪神地震之前，地下管道震害报导较多，地下空间结构、地铁震害的报导非常少见，且损坏程度较轻。1906年美国的旧金山地震 1906年美国的旧金山地震 (San Francisco)、 1923年日本(JAPAN)关东地震、1933年长滩地震、 1923年日本(JAPAN)关东地震、1933年长滩地震都曾有都曾有输水管、煤气管或煤气装置破坏的报
3、导。输水管、煤气管或煤气装置破坏的报导。1. 隧道与地下空间结构的震害及其启示隧道与地下空间结构的震害及其启示 Earthquake damage of tunnel and underground space1975年海城地震 1975年海城地震 (Haicheng Earthquake ，China)（ML7.3 ）（ML7.3 ）中，中，营口市（营口市（8度区）度区）150多公里管道破坏多公里管道破坏372处，处，平均震害率为2.4处/km，平均震害率为2.4处/km，配水管网大量漏水，配水管网大量漏水，不能保证正常的供水量和水压，有的地方甚至 供水中断，不能保证正常的供水量和水压，有的
4、地方甚至 供水中断，经一个多月抢经一个多月抢 修才恢复正常供水；修才恢复正常供水；盘锦地区（盘锦地区（7度区）度区）直埋大口径钢管直埋大口径钢管66.5km，焊口断裂21处，破坏率达0.31处/km；66.5km，焊口断裂21处，破坏率达0.31处/km；丝扣联结的小口径管道丝扣联结的小口径管道破坏率为16处/km；破坏率为16处/km；铸铁管道铸铁管道为0.8处/km。为0.8处/km。1976年唐山地震 1976年唐山地震(Tangshan Earthquake ，China) （ML7.8）（ML7.8）中，中，唐山市唐山市给水系统全部瘫痪，给水系统全部瘫痪，经一个月抢修才基本恢复供水；
5、经一个月抢修才基本恢复供水；秦京输油管道发生5处破坏秦京输油管道发生5处破坏。天津地铁 天津地铁刚建成（地震烈度刚建成（地震烈度78度），但仅沉降缝部位施工面层局部脱落或裂缝，未明显损坏。度），但仅沉降缝部位施工面层局部脱落或裂缝，未明显损坏。开滦煤矿开滦煤矿井巷工程总长17.7万m，主体结构震害轻微；喷锚、璇砌工艺支护比梯形支架震害轻；井巷工程总长17.7万m，主体结构震害轻微；喷锚、璇砌工艺支护比梯形支架震害轻；断面形状和尺寸或坡度变化、拐弯、不同支护材料交接处等断面形状和尺寸或坡度变化、拐弯、不同支护材料交接处等刚度变化的薄弱部位震害较重；地质条件复杂地段震害较重；采空区附近震害较重；停
6、电水淹加重震害。刚度变化的薄弱部位震害较重；地质条件复杂地段震害较重；采空区附近震害较重；停电水淹加重震害。 人防工程中，人防工程中，宁河、汉沽区烈度宁河、汉沽区烈度9度，塘沽烈度度，塘沽烈度 8度，度，人防工程大多位于滨海相沉积层，除表层土强 度稍强外均为淤泥质土或粉土，其人防工程大多位于滨海相沉积层，除表层土强 度稍强外均为淤泥质土或粉土，其人防地道人防地道裂缝较大，裂缝较大， 普遍每隔12m左右出现宽13cm的环向裂缝，少数工 事出现纵向裂缝普遍每隔12m左右出现宽13cm的环向裂缝，少数工 事出现纵向裂缝，并在接头转角处多处发生断裂和错 动，并在接头转角处多处发生断裂和错 动 。因地下
7、水位很高又没有排水设施，因地下水位很高又没有排水设施，结构开裂和部 分防水砂浆抹面脱落造成漏水，以致工事内积水严重， 影响正常使用。个别地段的工事底部有喷砂冒水现象，未覆土的 人防通道有的局部坍塌。结构开裂和部 分防水砂浆抹面脱落造成漏水，以致工事内积水严重， 影响正常使用。个别地段的工事底部有喷砂冒水现象，未覆土的 人防通道有的局部坍塌。1985年墨西哥地震 1985年墨西哥地震( Mexico Earthquake) (ML8.1)中，(ML8.1)中，地震引起不同质材的各种管道均有破坏（其中包括钢管道），地震引起不同质材的各种管道均有破坏（其中包括钢管道），其中煤气干管断裂引起煤气爆炸，
8、市政管网煤气管道断裂引起火灾，且因供水管网损坏，救火很困难。其中煤气干管断裂引起煤气爆炸，市政管网煤气管道断裂引起火灾，且因供水管网损坏，救火很困难。建在软弱地基上的地铁侧墙与地表面相交处部位发生分离的破坏现象。建在软弱地基上的地铁侧墙与地表面相交处部位发生分离的破坏现象。1.1.2 阪神地震中的震害 1.1.2 阪神地震中的震害 Kobe Earthquake 1995年1月17日发生在日本兵库县南部的里氏7.2级的“阪神地震”1995年1月17日发生在日本兵库县南部的里氏7.2级的“阪神地震”引起的震害最具有代表性。引起的震害最具有代表性。在阪神地震中在阪神地震中，除地下管道外，神户市内采
9、用明挖法建造、上覆土层较浅的除地下管道外，神户市内采用明挖法建造、上覆土层较浅的地下铁道、地下停车场、地下商业街地下铁道、地下停车场、地下商业街等大量地下结构也发生了破坏，等大量地下结构也发生了破坏，有的甚至是有的甚至是严重的破坏。严重的破坏。1 ) 地下街的震害地下街的震害 underground street 2 )地下停车场的震害地下停车场的震害 parking lot 三宫第三宫第2地下停车场地下停车场破坏集中于破坏集中于停车场主体与吸排气塔、楼梯间的接合部位附近，出现裂纹、断裂，装配件件变形，门开关受阻，发生混凝土剥落。停车场主体与吸排气塔、楼梯间的接合部位附近，出现裂纹、断裂，装配
10、件件变形，门开关受阻，发生混凝土剥落。而在 其他地下停车场，仅结构墙面、楼板部位而在 其他地下停车场，仅结构墙面、楼板部位 有裂纹。有裂纹。神户市内有三宫地下街等神户市内有三宫地下街等四条地下街，四条地下街，震后电气、空调、给排水等设备系统发生某些破坏，但结 构主体基本没有受损，震后电气、空调、给排水等设备系统发生某些破坏，但结 构主体基本没有受损，仅发生地板面砖裂纹，柱、 墙大理石脱落，玻璃破损，及顶棚面板脱落仅发生地板面砖裂纹，柱、 墙大理石脱落，玻璃破损，及顶棚面板脱落.3) 铁路、公路隧道的震害铁路、公路隧道的震害 railway and highway tunnel如如铁路山阳新干线
11、铁路山阳新干线 六甲隧道、六甲隧道、 神户电铁神户电铁东山隧道，东山隧道，北神特快北神特快的北神隧道的北神隧道只产生小规模裂缝，一部分剥落，只产生小规模裂缝，一部分剥落，其佘几乎没有受地震影响。其佘几乎没有受地震影响。又如又如六甲公路六甲公路盘龙隧道、盘龙隧道、山麓弯通公路山麓弯通公路布引隧道布引隧道可见有很多裂缝，可见有很多裂缝，但基本上没有被破坏。但基本上没有被破坏。95年阪神地震中，神户市仅部分隧道出现裂纹和剥落等程度较轻的破坏现象年阪神地震中，神户市仅部分隧道出现裂纹和剥落等程度较轻的破坏现象。4)地下铁道的震害地下铁道的震害Subway station damage(1) 概况综述概
12、况综述 穿越神户市区的地下铁道有阪神、山阳、神户电铁、神户高速和市营地下铁道五条线路。地下部分线路总长度约为穿越神户市区的地下铁道有阪神、山阳、神户电铁、神户高速和市营地下铁道五条线路。地下部分线路总长度约为21.4km，总站数为，总站数为21站。站。 神户高速铁道神户高速铁道六个车站中，六个车站中，大开站和高速长田站受灾严重，尤其是大开站大开站和高速长田站受灾严重，尤其是大开站。其他车站受灾较轻，仅是混凝土出现裂缝破坏。其他车站受灾较轻，仅是混凝土出现裂缝破坏。市营地下铁道市营地下铁道上泽站、新长田站和三宫站上泽站、新长田站和三宫站的站台及中央大厅由于采用的站台及中央大厅由于采用钢构柱钢构柱
13、而而未遭破坏，未遭破坏，其它部位的其它部位的混凝土中柱损坏严重。混凝土中柱损坏严重。上泽车站混凝土中柱发生破坏的数量最多，三宫站次之、新长田站受灾最轻。上泽车站混凝土中柱发生破坏的数量最多，三宫站次之、新长田站受灾最轻。阪神电气铁路阪神电气铁路和和神户电气铁道神户电气铁道的车站则的车站则基本没有被破坏。基本没有被破坏。 (2) 大 开 站 (2) 大 开 站 (大大 開開 駅駅)神户高速地铁大开站 神户高速地铁大开站，用明挖法构建。长120m， 侧式站台。有两种断面类型。，用明挖法构建。长120m， 侧式站台。有两种断面类型。标准段断面1-1为标准段断面1-1为站 台部分，是宽17m高7.2m
14、的站 台部分，是宽17m高7.2m的1层2跨结构1层2跨结构；中央大 厅段断面2-2为中央大 厅段断面2-2为宽26m高10m的宽26m高10m的2层4跨结构2层4跨结构，地下 一层是检票大厅，地下二层为站台。底板、侧墙和 中柱为现浇钢筋混凝土结构。，地下 一层是检票大厅，地下二层为站台。底板、侧墙和 中柱为现浇钢筋混凝土结构。大开站覆土2m，约有30根截面0.4m1.0m间距 3.5m的中柱折断，且钢筋屈曲， 35个支承平台倒 塌，上层候车厅的柱根破坏，使大片地面陷落，最 大沉陷约3m。大开站覆土2m，约有30根截面0.4m1.0m间距 3.5m的中柱折断，且钢筋屈曲， 35个支承平台倒 塌
15、，上层候车厅的柱根破坏，使大片地面陷落，最 大沉陷约3m。1700408055285857454070807607458576070402400551805085745752653510124026004074540085501-1断面：站台部分断面：站台部分2-2断面：中央大厅断面：中央大厅断面布置图断面布置图破坏后断面变形示意图破坏后断面变形示意图神户地铁大开站 的破坏神户地铁大开站 的破坏市营地铁上泽站市营地铁上泽站全长400m，月台长125m。横截面在线路方向上分全长400m，月台长125m。横截面在线路方向上分3层2跨和2层2跨两种形式3层2跨和2层2跨两种形式。 下柱下柱采用钢构柱
16、者未遭破坏，其它部位的混凝土采用钢构柱者未遭破坏，其它部位的混凝土中柱中柱损坏严重，出现了典型的剪切破坏和斜向的龟裂。损坏严重，出现了典型的剪切破坏和斜向的龟裂。上泽站 上泽站 (上沢駅上沢駅)上泽车站上泽车站 C 断面破 坏状况图断面破 坏状况图 (西侧面西侧面视图视图)上泽站中柱毁坏情况上泽站中柱毁坏情况上泽车站上泽车站G2断面破坏状况图断面破坏状况图(西侧面视图西侧面视图)市营地铁三宫 车站市营地铁三宫 车站破坏状况 图破坏状况 图(西侧面视图西侧面视图)(4) 三宫车站三宫车站 ( 三宮駅三宮駅)采用钢构柱者 未遭破坏，其 它部位混凝土 中柱损坏严重采用钢构柱者 未遭破坏，其 它部位混凝土 中柱损坏严重1.1.3 汶川地震中公路汶川地震中公路、地铁隧道的震害地铁隧道的震害 Wenchuan Earthquake 1) 公路隧道的震害公路隧道的震害 Highway t
