地震作用下隧道上方土体高度计算方法的确定

1.由数值计算结果确定地震作用下隧道上方土体的计算高度

由前面的数值计算结果和相关图线可以看出：地震作用下隧道上方土体计算高度与隧道跨度近似为线性关系，并且受到隧道埋深、隧道结构形式和围岩级别等因素的影响，根据地震作用下隧道上方土体计算高度（Hp）与隧道跨度近似的线性关系，在前述大量的计算数据的基础上，考虑到隧道埋深、隧道结构形式和围岩级别等众多影响因素，可以用公式来近似计算，即

式中　Bt——隧道跨度；

　　　a——隧道跨度影响系数，根据表3-2选取；

　　　c——综合影响系数，根据表3-3选取。

使用式（3-7）计算出的Hp的单位为米（m）。

表3-2　隧道跨度影响系数a的取值表

表3-3　隧道跨度影响系数c的取值表

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一般来说隧道上方形成压力拱需要两个条件：①隧道埋深大于成拱高度；②隧道两侧（压力拱拱角处）的围岩要有足够的强度。鉴于这两个成拱条件，这里主要研究深埋隧道（埋深为50～200m）和围岩条件较好（围岩级别为Ⅱ级～Ⅳ级）的情况，其他条件下的隧道在地震作用下的上方土体计算高度可以参考。

2.数值与解析方法

前面由数值计算结果得到了地震作用下隧道上方土体计算高度Hp的计算公式，下面将其与3.1节给出的解析计算结果进行对比分析。

由3.1节分析可知，对于Ⅳ级、Ⅴ级和Ⅵ级围岩，地震作用下，隧道上方土体计算高度可以计算为式（3-9）表示隧道两侧围岩不稳定情况下的计算公式，对于隧道两侧围岩稳定的情况，直接取B=b，b为隧道跨度的一半，h为隧道高度，γ为隧道上方围岩的容重。

该计算结果作为解析解与3.3.1由数值方法得到的式（3-7）的计算结果进行对比分析，如图3-51所示。

图3-51　Hp的数值与解析计算结果对比图

由图3-51可以得出：①由数值方法确定的Hp和解析方法确定出的数值在相同的数值范围内基本一致，但仍有区别，数值计算结果反映出Hp随隧道埋深有一定的变化，解析计算结果不随隧道埋深变化；②隧道埋深较浅时，由数值方法确定的Hp比解析方法确定出的值小，埋深较深时，由数值方法确定的Hp比解析方法确定出的值大；③随着隧道跨度的增大，相对数值计算结果而言，解析计算结果逐渐变大。

由以上数值计算结果和解析计算结果的对比可知：①本书提出的数值计算方法和解析计算方法相互验证，是实际可行的；②和解析计算方法［式（3-8）］相比，数值计算方法与实际情况更加接近，使用起来更加方便，推荐使用。