地震多发区活动断层带韧性隧道关键技术

中铁第一勘察设计院集团有限公司

穿越活动断层带隧道分区减隔震可变结构方案 

    一、主要科技创新

本项目围绕兰新高铁大梁隧道段震害治理修复研究，采用理论分析、数值模拟、模型试验等研究方法，形成地震多发区和活动断层带韧性隧道工程关键技术，实现了隧道抗减震增韧技术的创新，服务地震多发区与活动断裂带隧道灾变的防控。取得的主要科技创新成果如下：

创新了地震多发区活动断裂带隧道的增韧技术。提出了穿越活动断裂带隧道分区减隔震可变结构方案，研发了速度相关高阻尼橡胶增韧隔震结构、变刚度节段衬砌结构、工字钢橡胶柔性接头等韧性提升关键技术，形成了“分区设防、节段设计、预留空间、增韧减震”设防体系，提出了地震多发区活动断层带隧道增韧技术的施工工艺工法。

大梁隧道震害现场及活动断层带隧道震后快速修复技术

 

明确了断层黏滑-蠕滑作用下隧道工程的灾变机制。提出了断层蠕滑错动的隧道-围岩-断层互耦动力响应非线性数理理论，发展了断层作用下隧道结构弹塑性损伤模型，揭示了断层黏滑-蠕滑地质尺度作用诱发隧道工程灾变和结构损伤的机理，明确了跨断层隧道的断层分级影响区段评判方法和划分指标。

揭示了活动断裂带黏滑-蠕滑的微宏观动力机制。修正速率状态依赖摩擦准则（RSF）的数学表达，捕捉了断层的宏观黏滑-蠕滑动力特征，建立了地质-工程跨尺度大规模跨断层隧道数值模型，解除了地震波输入的数值动力分析依赖，剖析了断层黏滑引发地震动和地震波传播机制，还原了道沟断裂带黏滑错动引发门源地震和大梁隧道震害的地质灾源本征。

二、项目评价

该项目引入“韧性”概念进行跨断层隧道工程设计，提高隧道工程抵御外部冲击、自我恢复、自适应的能力，研发韧性隧道工程减震层技术，以应对在地震多发区活动断层带修建隧道工程技术难题，对国家西部高原铁路建设意义重大。项目成果总体达到国际先进水平，其中活动断裂带黏滑-滑动力机制、变刚度增韧隔震结构达到国际领先水平，对在地震多发区活动断层带隧道建设具有引领作用。

三、经济和社会效益

成果获授权发明专利30项、公开发明专利8项，实用新型专利5项，授权软件著作权1项，发表学术论文50篇，学术专著1项。研究成果有力支撑了兰新高铁门源6.9级地震大梁隧道震后抢险修复工程，使之在7个月内完成了复旧工作，实现了西北客运大动脉兰新高铁快速恢复通车，产生的经济和社会效益十分显著。隧道韧性结构抗减震设防体系为青藏高原、西南高原等地震多发区在建或新建长大隧道工程面临穿越活动断裂带难题提供强有力的技术支持，具有广阔的应用前景。