近日,交通運輸部發(fā)布了《公路隧道抗震設計規(guī)范》(TJG 2232—2019,簡稱《規(guī)范》),作為公路工程行業(yè)標準,自2020年3月1日起施行。
一、工作背景
早期土木工程界長期認為,隧道和地下工程結構的抗震性能較好,故將抗震重點更多放在橋梁、高層建筑等地表構造物上,其相關標準規(guī)范也比較完善。但是,日本阪神大地震(1995)、“9.21”臺灣集集地震(1999)、“5.12”汶川大地震(2008)等地震災害發(fā)生后,出現(xiàn)隧道與地下結構嚴重破壞甚至完全坍塌等問題,國內(nèi)外開展了針對隧道與地下結構,尤其是地下車站抗震理論的研究,其研究成果推動了長期滯后的隧道與地下結構抗震設計標準的發(fā)展。1999年,日本制定了《鐵道構造物等設計標準同解說——耐震設計》;2009年,上海制定了《地下鐵道建筑結構抗震設計規(guī)范》;2014年,住建部頒布了《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》,這些規(guī)范普遍采用基于性能的隧道與地下結構抗震設計方法。
為規(guī)范我國公路隧道抗震設計,提升技術水平,保障隧道工程質量,交通運輸部組織了公路隧道抗震設計的研究和《規(guī)范》的編寫,將公路隧道 “一水平設防、一階段設計”上升到“多水平設防,兩階段設計”的抗震設計理念,即在原先一階段彈性抗震設計基礎上,增加了第二階段彈塑性抗震設計,對于沉管隧道、盾構隧道及明挖隧道十分重要。同時,明確了隧道“小震不壞、中震不壞、大震不倒”的性能設計要求。《規(guī)范》在抗震設防分類、抗震設防目標(性能要求)、結構抗震設計方法等方面進行了改進,以保證隧道震后使用功能,確保隧道運營安全。
二、總體特點
隨著工程技術的持續(xù)發(fā)展,隧道抗震性能要求不斷提高,需要對現(xiàn)行《公路工程抗震規(guī)范》進一步完善和細化,以滿足目前公路隧道抗震設計要求?!兑?guī)范》補充完善了現(xiàn)行《公路工程抗震規(guī)范》(JTG B02-2013)的隧道部分相應內(nèi)容,擴大了適用范圍,補充細化了鉆爆法隧道、盾構法隧道、沉管隧道和明挖法隧道抗震設計內(nèi)容?!兑?guī)范》采用基于性能的抗震設計理念,建立了抗震設防性能目標及評價方法。提出了基于整體安全系數(shù)的性能評價方法和基于分項系數(shù)的性能評價方法,前者與我國現(xiàn)行公路隧道設計規(guī)范保持一致,后者與國外相關行業(yè)做法保持一致。《規(guī)范》推動了我國公路隧道抗震設計理念和方法的重大進步,達到與發(fā)達國家隧道抗震設計的同類水平。
三、主要技術內(nèi)容
(一)基本要求:在現(xiàn)行《公路工程抗震規(guī)范》基礎上,規(guī)定了隧道抗震設防分類及設防標準、抗震性能要求及設防目標,建立了公路隧道性能化抗震設計方法框架。按照“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震總體設防目標,考慮與現(xiàn)行《公路工程抗震規(guī)范》抗震性能目標的延續(xù)性和一致性,參考國內(nèi)外隧道抗震設計目標要求,重新擬定了定性與定量相結合的公路隧道3級抗震性能要求,并規(guī)定了在兩級設防地震作用(E1和E2)下四類隧道的抗震設防目標。
(二)地震作用:規(guī)定了各類場地條件下的水平向設計基本地震動峰值加速度、場地地表設計地震動峰值位移的取值方法,以及設計地震動時程的設計方法、豎向地震動峰值加速度與水平向峰值加速度的比值關系等。
(三)計算方法:規(guī)定了地震反應計算的建模原則,以及靜力法、反應位移法、時程分析法的適用范圍等。重點補充了現(xiàn)在廣泛采用的隧道抗震計算方法—反應位移法。補充了適用于重要工程和重點部位抗震設計的時程分析法。
(四)抗震驗算:規(guī)定了鉆爆法隧道、盾構法隧道、沉管法隧道和明挖法隧道的抗震性能驗算、地震作用組合與強度驗算、變形驗算等要求。規(guī)定了基于“三級抗震性能水平”的強度驗算方法和變形驗算方法。
(五)隧道抗震設計:規(guī)定了鉆爆法隧道、盾構法隧道、沉管法隧道和明挖法隧道的地震反應計算方法、抗震驗算范圍以及抗震措施。
四、實施注意事項
(一)《規(guī)范》使用過程中應與有關土建整體設計規(guī)范,如《公路隧道設計規(guī)范》、《公路隧道設計細則》等配套使用。
(二)近年來,工程抗震設計方法研究進展較快,性能化抗震設計、可恢復抗震設計和韌性設計等還在不斷發(fā)展。今后,應繼續(xù)加強對隧道與地下工程抗震設計方法的研究。
(三)鑒于《規(guī)范》內(nèi)容專業(yè)性強、技術要求高,《規(guī)范》制定發(fā)布后,各地應加強宣貫培訓,尤其是對一線隧道設計人員,以期正確理解并利用好《規(guī)范》;同時各地各項目對《規(guī)范》的使用情況進行跟蹤研究,進一步收集相關意見,為《規(guī)范》的優(yōu)化和完善提供支撐。