上海某隧道抗震风险评估.pdf

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1、上海某越江隧道抗震风险评估 苏燕周健(同济大学地下建筑与工程系，上海一 2 0 0 0 9 2)摘 要本文采用J c 拟静力法以及累积损伤破坏机制研究 地震作用下隧道及其周围土层的动力可靠性，引入风险概念，针对上海某越江隧道，介绍了 隧道抗震风险评估的墓本思路，提出了隧道抗展控制风险的措施。关挂词隧道;动力可靠性;风险评估1 工程概况 上海某越江隧道是我国沿海跨越长江口的 越江通道之一。工程横跨整个长江口 水域，规模之大、涉及面之多、难度之高属世界级超级大型 工程。在其建设过程中 存在着大量的不确定性、不可预见的因素，不可避免地面临 着各种风险，包括来自 于自 然的 原因和人为的原因，贯穿于工

2、程的规划、设计、施工、运营的全过程。只 要采取措施消除或减少相应的风险源，其中有不少风险是可以控制的，而有些则是无法避免、无法消除的，但可以 根据其特点，采取相应的措施，使其降低至最低水平。2 风险评估主要技术路线 风险是指未来事件会产生与预期偏离甚至相反结果的可能性。风险分析是研究风险发生规律和风险控制的一门技术，它通过对项目中 存在的各种风险进行识别，分析风险发生的概率，风险水平及其影响，最后提出规避风险的对策和措施;对风险实施有效的 控制和妥善处理风险所致损失的后果，期望达到以最小的成本获得最大的安全保障。(1)风险源分析:针对设计方案在建造、运营期影响其施工进度、工程安全、服务功能、人

3、员安全、环境影响、使用年限等方面的风险因素，收集有关资料、分析、统计。即 所谓“客观概率”分析。(2)风险辨识:识别影响的主要风险因素，即考虑决策者、专家层对风险的态度的“主观概率”分析。(3)安全 标准:可接受准则的确定，据此分析哪些风险是已辨识的，哪些是可控制的，以 及风险可能造成的 危害或影响程度C和 研究风险因素产生的 概率尸。(4)对风险结果进行解释或定级R=f(P,C)式中:尸潜在风险;C风险后果;R风险水平，为尸、C的函数。(5)风险处理:根据风险管理的目 标和宗旨，在科学的 风险分析和风险评价的基础上，当面临风险时从可以 采取的监测、接受、回避、转移、抵抗、减轻和 控制风险等各

4、种行动方案中 选择最优方案的过程，它是整个风险管理的核心。,1 1上海市重点学科建设资助项目 1 1 3 9 中 国 土 木 工 程 学 会第 九 届 土 力 学 及 岩 土 工 程 学 术 会 议 论文 皂北京2 0 0 3 一1 0 一 2 5-2 83 隧道抗展风险评估 隧道抗震一般需要考虑:地基土的抗液化;横向抗震;纵向抗震。本文采用J c拟静力法分析7 度地震作用下隧道横向抗震和纵向抗震失效概率及利用累积损伤模型对周围土层进行了液化概率分析，进而对隧道进行抗震风险评估，提出隧道抗震风险控制措施。3.1 地震时隧道的可能破坏形式(1)地震液化引起隧道上浮;(2)变形振幅过大造成隧道破坏

5、(3)刚度变化所造成的隧道破坏3.2 J c 拟静力法求解地震作用下隧道结构失效概率 本文根据夏明 耀 提出的 隧道拟 静力法1 1 和R a c k w itz 与F ie s s le r 提出的J e 法3 1，建立隧道的 横向抗震和纵向抗震两种极限 状态对应的 功能函 数，横向 抗震稳定功能函 数和纵向 抗震稳定功能函数。根据两个极限方程，编写J c 拟静力法程序计算隧道的两种极限状态的动力可靠指标，得到结构横向 抗震和纵向 抗震隧道结构的失效概率，见表t o表 1 7 度地，作用下胜道失效概率横向抗震纵向抗展失 效 概 率P 71 0-11 0-13.3 地基 土液化累 积损伤概率

6、结合有效动 应力计算原理和 累积损 伤模型a-6 1 对隧 道周围 土 层进行液 化概率分析。为了 简化计算，分别采用R a y l e ig h 分布、G a u s s 分布 和极 值分布 代替土层动剪应力响应的 峰值分布计算累积损伤量，结果见表2 0衰2 7 度地，作用下艘道周圈土层.积摄伤概率上海地震苏南地展唐山地展均值累积损伤R s y e i g h 分布0.0 3 80.0 2 60.0 2 00.0 2 8G e 二 分布0.0 5 70.0 6 70.0 5 30.0 5 9极值分布0.0 4 50.0 2 10.0 5 60.0 4 0均值0.0 4 70.0 3 80.0

7、 4 30.0 4 2 1 1 4 0.苏燕，等.上海某越江隧道抗震风险评估3.4隧道抗震风险评估衰3 随道抗瓜风险评估表横向杭震纵向抗展地基土液化风险发生概率 1 0-s1 0-10.0 4 2潜在风险轻微轻微轻徽潜在风险值111风险后果低低轻微风险后果值221风险水平值221风险水平轻度风险轻度风险可接受风险权重5 0%3 0%2 0%综合风险水平1.8综合风险定级二级:轻度风险.后果较轻.可适当采取措施 结论:经综合分析后认为该越江隧道的地震风险为二级，即 属于轻度风险，后果较轻，可适当采取措施。1 1 41中国 土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集北京2 0 0 3 一 1

8、 0 一 2 5-2 83.5 风险控制 风险控制可从两个方面着手，一是地基的 抗震问题，二是隧道结构本身抗震问题。3.5.1 地基液化的控制 建议采取的措施主要有:(1)加固液化土层:对于局部地基液化部分可以采取地基加固措施，防治液化的发生。由于液化土层位于地面下较深处，建议用挤密砂桩、振冲桩等法处理。(2)加大隧道的重量:使用铁矿石骨料以 增加管片混凝土的自 重或在隧道下拱设置配重以 增加隧道的重量，处理轻微液化地基问题。3.5.2 隧道结构本身的风险控制 管段结合部分是水下管道的 薄弱部位，也是抗震加固的重点。另外，在隧道或周围土体的刚度发生变化的部位，也需加固。管段纵向 接缝可采用柔性

9、抗震缝，除了 设置有抵抗压力的橡胶垫片外，加用抵抗拉力的0型钢板。管段和竖井连接段的柔性接缝可采用不连续可动式抗震接头装置，除采用橡胶垫圈接缝外，沿纵向加用预应力钢拉索作为地震时的限位装置，设置垂直和水平剪 切键。此 外，隧 道与 竖井间的 抗震接头，可以 配置多 个油减震 器:。4 结语 本文针对上海某越江隧道可行性研究方案进行了隧道抗震风险 评估，提出了隧道抗震风险评估的基本思路，可以帮助设计、建设单位充分了 解地震时越江隧道所面临的风险，用经济有效的方法制定相应的防震控制风险措施。参 考 文 献 l 魏一鸣，金菊良，杨存建等编著.洪水灾害风险管理理论.北京:科学出 版社，2 0 0 2 2 夏明耀.软土隧 道的 抗展设计计算 隧道工程.1 9 8 4,1-7 3 l吴世伟编著.结构可靠度分析.北京:人民交通出 版社.1 9 9 0 4 l陈 达钦，周健，黄 鹅.利用累计损伤模型分析场地地震响应的动力可非度.结构工程师，2 0 0 0,(4):2 9-3 2,4 2 5 l董聪，何庆芝.随机疲劳累积损伤可靠性分析模型.北京航空航天大学学报，1 9 9 5,2 1(2):3 3-3 9 6 l黄鹏，软土地层中 地下建筑物抗震稳定性分析.同济大学博士 论文.2 0 0 2 7 l孙钧编著.地下工程设计理论与实践发展.上海:上海科学技术出 版社，1 9 9 6 1 1 4 2