甘長(zhǎng)江，趙 杰

（大連大學(xué) 建筑工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

0 引言

自1910 年美國(guó)開始興建沉管隧道以來，日本、荷蘭和中國(guó)等也開始對(duì)沉管隧道進(jìn)行了大量的研究并取得了不錯(cuò)的成果，根據(jù)已有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前世界上已建成的大型沉管隧道已有130 多座，我國(guó)也相繼建成了港珠澳大橋（東部橋梁，西部沉管隧道）、上海外環(huán)越江隧道、大連灣海底隧道等超大型沉管隧道[1]。截至目前，沉管隧道已經(jīng)有了一百多年的發(fā)展歷史，與橋梁比起來，它的優(yōu)勢(shì)在于不影響海面及江面的通航，受氣候、溫度影響較小，同時(shí)占海面積小，環(huán)保經(jīng)濟(jì)，建造速度快等。在我國(guó)沉管隧道已廣泛地運(yùn)用于核電廠取排水、交通、油氣管道輸送等各個(gè)領(lǐng)域。沉管隧道技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)也帶來了一些問題，地震災(zāi)害的防治是我們不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題，如何進(jìn)行合理的抗震分析、進(jìn)行怎樣的抗震措施才能保證隧道足夠的安全。本文簡(jiǎn)要的介紹了一些隧道震害特點(diǎn)，對(duì)沉管隧道震害特點(diǎn)、地震響應(yīng)計(jì)算方法、沉管隧道縱向抗震計(jì)算簡(jiǎn)化方法做了系統(tǒng)地總結(jié)，對(duì)提高沉管隧道抗震技術(shù)有益，并通過總結(jié)對(duì)比下一步研究展望。

1971 年，在美國(guó)的圣菲爾南6.4 級(jí)的大地震中，一些排水管道、煤氣輸送管道出現(xiàn)了裂縫，防水能力下降，VanNor-mannorth 隧道、Balboa 隧道等襯砌出現(xiàn)了裂縫，部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錯(cuò)位，消防設(shè)施被破壞[2]。2008 年，中國(guó)汶川發(fā)生了8.0 級(jí)的特大地震，在對(duì)震后的51 座隧道進(jìn)行的檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)有29 座發(fā)生了不同程度的損壞，其中有18 座出現(xiàn)了拱頂塌落、襯砌開裂，其中破壞比較嚴(yán)重的有龍溪隧道、龍洞子隧道等[3]。地震災(zāi)害對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生命安全、重要設(shè)施安全等，也是潛在的危險(xiǎn)。因此隧道的抗震減震問題，關(guān)系到我國(guó)人民財(cái)產(chǎn)安全、國(guó)家重要設(shè)施安全、國(guó)計(jì)民生等。隧道的抗震減震也是隧道設(shè)計(jì)者和地震工作者所面臨的巨大挑戰(zhàn)，盡管在這方面已經(jīng)取得了一些成果，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但未能系統(tǒng)地運(yùn)用到實(shí)際工程中。

1 沉管隧道抗震研究方法

1.1 原型觀測(cè)

原型觀測(cè)是通過進(jìn)行實(shí)地測(cè)量隧道地震后的位移變形等情況，總結(jié)規(guī)律、震害機(jī)理。原型觀測(cè)在沉管隧道抗震研究中也發(fā)揮著重要的作用，地震前在隧道中安裝測(cè)量?jī)x器，遇到地震時(shí)，可以得到地震記錄，獲得真實(shí)的地震反應(yīng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證抗震方法的可行性以及地震響應(yīng)計(jì)算方法的合理性[4]。人類對(duì)于地震的認(rèn)識(shí)都是源自于對(duì)地震災(zāi)害長(zhǎng)期的觀察和經(jīng)驗(yàn)的積累，一些抗震方法，都是經(jīng)過長(zhǎng)期對(duì)地震的觀測(cè)總結(jié)出的規(guī)律，再根據(jù)規(guī)律提煉出來的。雖然原型觀測(cè)方法受觀測(cè)手段、時(shí)間和其他條件的限制，但是所測(cè)得的數(shù)據(jù)及特點(diǎn)卻能夠真實(shí)的反映出隧道的地震響應(yīng)特點(diǎn)[5]。在1970 年的時(shí)候，日本學(xué)者對(duì)松化群發(fā)地震中的沉管隧道做了動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明管線與地基是同時(shí)震動(dòng)的，自身沒有發(fā)生震動(dòng)。在此之后，經(jīng)過對(duì)一些隧道的地震觀測(cè)，認(rèn)識(shí)到地基變形會(huì)影響隧道地震響應(yīng)而不是慣性力[6]。1975 年，美國(guó)學(xué)者對(duì)Humboldt 核電廠進(jìn)行了地震觀測(cè)，并將觀測(cè)的結(jié)果和計(jì)算的結(jié)果做了比較[7]。自此以后，有關(guān)地震觀測(cè)的資料開始不斷的積累，尤其是在1995 年，日本發(fā)生了阪神大地震，學(xué)者專家進(jìn)行了廣泛的地震災(zāi)害調(diào)研，并收集了大量的震害資料。

目前的地震觀測(cè)是對(duì)震后的結(jié)果進(jìn)行的觀測(cè)記錄，難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震時(shí)隧道的變形、應(yīng)力變化、破壞情況，因此更無(wú)法知道地震波的輸入機(jī)制、承受荷載大小以及地基變形等情況，也無(wú)法通過控制其他因素，來觀察單一因素對(duì)地震響應(yīng)的影響，但是模型試驗(yàn)卻可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，同時(shí)模型試驗(yàn)可以模擬地震波的輸入機(jī)制以及地震時(shí)間等，因此模型實(shí)驗(yàn)的研究也越來越多。

1.2 模型試驗(yàn)

為了驗(yàn)證一些理論和計(jì)算模型的合理性以及地震作用下沉管隧道的破壞機(jī)制，模型實(shí)驗(yàn)也逐漸成為一種不可或缺的研究方法。模型試驗(yàn)主要通過激震試驗(yàn)來研究隧道的地震響應(yīng)規(guī)律，有兩種方式，一種是振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，另一種是人工震源試驗(yàn)，由于人工震源試驗(yàn)比較難以控制影響因素且操作比較麻煩，所以目前用的很少，而振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)軌蛱幚磉@些方面的問題，可以直觀的反映地震破壞過程以及破壞機(jī)理，因此被廣泛的使用，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋玫恼莆粘凉芩淼赖卣鸱磻?yīng)特性，進(jìn)而為沉管隧道的抗震設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

閆維明等[8]在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中加入了新型阻尼器，并通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)來測(cè)試阻尼器的減震效果。程新俊等[9]根據(jù)港珠澳大橋沉管隧道的尺寸，按1∶30 比例的沉管隧道模型進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，同時(shí)考慮了接頭、不同砂土地基基礎(chǔ)的影響等。張學(xué)明等[10]根據(jù)廣州洲頭咀沉管隧道的尺寸建造了1/60 比例的沉管隧道模型，同時(shí)考慮了接頭對(duì)沉管隧道剛度的影響，通過控制相鄰振動(dòng)臺(tái)的啟動(dòng)時(shí)間來模擬行波效應(yīng)，進(jìn)行了大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了隧道的整體以及接頭的地震響應(yīng)規(guī)律。袁勇等[11]以港珠澳大橋的沉管隧道為工程背景，進(jìn)行了模型試驗(yàn)，研究了非一致激勵(lì)下沉管隧道的地震響應(yīng)規(guī)律，并測(cè)得了地震作用下接頭的最大張開量。OKAMOTO 等[12]將沉管隧道模型簡(jiǎn)化成了多質(zhì)點(diǎn)體系模型，并在水下進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)隧道進(jìn)行了地震響應(yīng)分析，這是第一次對(duì)沉管隧道做的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。蕭文浩等[13]為了研究壓彎荷載對(duì)隧道接頭剛度度的影響，采用1∶10 比例的沉管接頭模型進(jìn)行了試驗(yàn)。胡指南等[14]利用大型的堆載試驗(yàn)系統(tǒng)研究地基的不均勻沉降對(duì)沉管隧道接頭受力的影響，并將受力模式分為三個(gè)階段：初步壓縮、充分受力、屈服破壞。陳紅娟等[15]利用北京工業(yè)大學(xué)的振動(dòng)臺(tái)，進(jìn)行了沉管隧道地震響應(yīng)的研究，并且試驗(yàn)中模擬非飽和土地基對(duì)沉管隧道地震響應(yīng)的影響。YANG 等[16]把喬治馬西亞沉管隧道作為實(shí)際工程背景，研究了沉管隧道在受地震荷載過程中的位移規(guī)律，為抗震設(shè)計(jì)提供了有力的依據(jù)。

1.3 理論分析

沉管隧道抗震的理論分析方法主要有解析法和有限元法，使用最多的是有限元法，包括反應(yīng)位移法、時(shí)程分析法、動(dòng)力有限元法等[17]。魏綱等[18]把港珠澳大橋工程作為工程背景，通過有限元軟件ABAQUS 建立了三維有限元沉管隧道模型進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)考慮地基無(wú)限域輻射阻尼效應(yīng)以及初始應(yīng)力平衡，得出了沉管接頭附近容易發(fā)生應(yīng)力集中的結(jié)論。嚴(yán)松宏[19]改進(jìn)了日本學(xué)者提出的數(shù)學(xué)模型，提出了一種新的沉管隧道整體在地震響應(yīng)中離散化的分析方法，對(duì)沉管隧道接頭部位的力學(xué)性能進(jìn)行了研究分析。高峰等[20]以南京長(zhǎng)江沉管隧道為實(shí)際工程背景，模擬沉管管節(jié)及接頭部位并建立了三維精細(xì)的有限元模型，人工邊界采用了粘彈性邊界，運(yùn)用Newmark 積分方法分析計(jì)算不同工況下的地震響應(yīng)。劉晶波等[21]對(duì)反應(yīng)位移法中的計(jì)算模型進(jìn)行了改進(jìn)，加入了樁-土相互作用的模型，以日本大開地鐵車站為實(shí)例，分析了地震響應(yīng)規(guī)律，與傳統(tǒng)反應(yīng)位移法、時(shí)程分析法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了其合理性。劉正根等[22]通過建立三維有限元沉管隧道模型，考慮了止水帶與管節(jié)混凝土的非線性接觸，通過分析計(jì)算得出了接頭處的應(yīng)力分布規(guī)律。陳貴紅等[23]以上海的某個(gè)越江隧道為工程背景，建立了沉管隧道-柔性接頭-地基土的三維有限元分析模型，考慮了地基土與隧道的相互作用、接頭非線性接觸等因素，計(jì)算分析了隧道整體在地震作用下的變形。

2 沉管隧道縱向地震響應(yīng)的簡(jiǎn)化分析方法

目前國(guó)內(nèi)外在沉管隧道抗震設(shè)計(jì)方面已經(jīng)提出了很多簡(jiǎn)化計(jì)算方法，但是這些方法一般都是建立在一些假設(shè)或者簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)之上，因此它的計(jì)算精度沒有有限元分析方法的高。但是由于實(shí)際工程案例比較復(fù)雜，做到精確準(zhǔn)確難度比較大，且經(jīng)濟(jì)成本比較高，所以采用簡(jiǎn)化的方法進(jìn)行抗震計(jì)算驗(yàn)證又是非常有必要的，簡(jiǎn)化模型的分析方法具備了涉及的參數(shù)少、工作計(jì)算量低、分析計(jì)算時(shí)間少等優(yōu)勢(shì)，也逐漸備受設(shè)計(jì)人員青睞。本文介紹了質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型、梁-彈簧模型、多體動(dòng)力學(xué)模型三種常見的簡(jiǎn)化分析方法。

2.1 質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型

長(zhǎng)大海域沉管隧道縱向抗震分析中運(yùn)用比較多的簡(jiǎn)化模型是質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型，該模型也可以運(yùn)用于其它地下結(jié)構(gòu)抗震分析[24]。一般沉管隧道的縱向長(zhǎng)度比較大，縱向地基土層的分布也是不均勻的，導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)假設(shè)計(jì)算得出的位移和地震荷載作用下地基土層的實(shí)際位移差別比較大，而質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型假設(shè)了隧道和地基土層一起振動(dòng)，基巖的表層土的自震不受隧道的影響，且只考慮一階剪切振動(dòng)。該模型是將沉管隧道縱向的地基土層根據(jù)地質(zhì)情況剖分成一系列的切片，每個(gè)切片簡(jiǎn)化成土質(zhì)點(diǎn)，土質(zhì)點(diǎn)之間用土彈簧連接，土質(zhì)點(diǎn)與基巖也用土彈簧連接，因此這些質(zhì)點(diǎn)和彈簧系統(tǒng)構(gòu)成了質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型。而將沉管隧道簡(jiǎn)化成一條無(wú)限長(zhǎng)、有彈性的地基梁，與質(zhì)點(diǎn)之間用彈簧連接，如圖1 所示[25]。質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型的最大優(yōu)勢(shì)就是計(jì)算簡(jiǎn)單，但實(shí)際工程情況比較復(fù)雜，比如沉管隧道自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，接頭部位的止水帶、剪力鍵、預(yù)應(yīng)力剛束，構(gòu)件之間的相互作用，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果誤差增大，若遇到地基不是基巖的情況，則不再適用于質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型。

圖1 質(zhì)點(diǎn)- 彈簧模型Fig.1 Mass spring model

圖1 中，me為對(duì)應(yīng)的土層切片質(zhì)量；k1為土質(zhì)點(diǎn)與隧道間的彈簧剛度；k2為相鄰?fù)临|(zhì)點(diǎn)之間的彈簧剛度；k3為土質(zhì)點(diǎn)與基巖之間的彈簧剛度。

韓大建等[26]以珠江沉管隧道工程為背景，在質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步改進(jìn)，由于珠江隧道的地基多是強(qiáng)風(fēng)化巖，土層部分比較少，把沉管隧道看作是支撐在彈性地基梁上的梁，再將彈性地基梁簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型，地震波作用于基巖表面。該簡(jiǎn)化方式還能研究隧道接頭剛度對(duì)隧道地震響應(yīng)的影響，接頭采用剛性接頭時(shí)，沉管隧道的內(nèi)力最大部位為管段自身，當(dāng)接頭為柔性接頭時(shí)，沉管隧道接頭部位的位移比較大，因此在計(jì)算實(shí)際地震響應(yīng)要根據(jù)接頭的情況，合理的確定接頭的彈性系數(shù)。Li 等[27]在模態(tài)等效方法的基礎(chǔ)上提出了一種適用于一維粘彈性場(chǎng)地的等效自由度模型，即進(jìn)一步把土切片等效成更多質(zhì)點(diǎn)，然后進(jìn)行一維模態(tài)的疊加，再分析計(jì)算一維粘彈性場(chǎng)地下的地震動(dòng)力響應(yīng)。研究證明，這種自由度體系可以精確地體現(xiàn)地基土的固有頻率、滯回阻尼，通過更少自由度計(jì)算取得更加精確的地震響應(yīng)數(shù)據(jù)。在這基礎(chǔ)上將這種方法從一維推廣到二維，提出了一種適用于一維粘彈性場(chǎng)地的等效自由度模型，很大程度上改善了質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型的缺點(diǎn)，最后可以用二維的波動(dòng)理論對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證[28]。

2.2 梁-彈簧模型

梁-彈簧模型是將實(shí)際工程中長(zhǎng)隧道簡(jiǎn)化成了均質(zhì)且無(wú)限長(zhǎng)的彈性梁，地基與隧道之間添加地基彈簧和阻尼來模擬兩者之間的相互作用力，然后合理地確定彈簧系數(shù)和阻尼系數(shù)（圖2）。目前縱向反應(yīng)位移法等擬靜力法和動(dòng)力時(shí)程分析法較多的運(yùn)用梁-彈簧模型來簡(jiǎn)化實(shí)體隧道模型[29]。兩種方法目前可以通過解析法和數(shù)值法來計(jì)算分析該彈性地基梁的地震響應(yīng)，有限元數(shù)值方法使用的比較多，尤其比較適合分析更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，但在分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的同時(shí)，計(jì)算量和模型處理的難度增大，因此解析法更適合于隧道抗震[30]。

禹海濤等[31]推導(dǎo)了在動(dòng)荷載作用下隧道縱向動(dòng)力響應(yīng)的解析式，從解析式可以看出動(dòng)荷載作用下隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)響應(yīng)的理論關(guān)系，這種分析理論也可以運(yùn)用其它長(zhǎng)大隧道的分析中。該計(jì)算中可以將地基簡(jiǎn)化成Winkler雙參數(shù)地基模型[32]，即只有阻尼系數(shù)和地基彈簧系數(shù)兩種系數(shù)，也可以將其簡(jiǎn)化成Pasternak 三參數(shù)地基模型[33]，即包括阻尼系數(shù)、地基彈簧系數(shù)、地層剪切剛度三種系數(shù)。根據(jù)積分變換的原理，將粘彈性地基梁的動(dòng)力方程進(jìn)行時(shí)間上的拉普拉斯變換和空間上的傅里葉變換，由此高階偏微分控制方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程，利用卷積定理推導(dǎo)出隧道在地震動(dòng)力的響應(yīng)下剪力、位移、彎矩、速度、加速度的表達(dá)式。再將解析表達(dá)式統(tǒng)一起來，可以獲得動(dòng)荷載作用下隧道縱向地震響應(yīng)的退化解，總結(jié)出型波波速、波長(zhǎng)、頻率以及地基剛度等參數(shù)的取值對(duì)于沉管隧道地震動(dòng)力響應(yīng)的影響[34]。

2.3 多體動(dòng)力學(xué)模型

多體動(dòng)力學(xué)模型是將建筑物簡(jiǎn)化成了由基本元件組成的多體模型，元件有質(zhì)點(diǎn)、彈性體、剛體等，元件之間的相互作用用阻尼鉸或者彈性阻尼鉸模擬[35]。沉管隧道可以看成是由沉管管節(jié)、GINA 柔性接頭、地基組成的多體系統(tǒng)，由于管節(jié)的剛度要比接頭部位的大，同時(shí)考慮地基土與沉管結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行簡(jiǎn)化，管節(jié)簡(jiǎn)化成剛體，接頭部位的受力作用用彈性阻尼鉸來模擬，地基簡(jiǎn)化成剛體，地基-沉管隧道相互作用用阻尼鉸模擬如圖3 所示[36]。根據(jù)沉管隧道在地震作用下的受力特點(diǎn)，分別對(duì)多體系統(tǒng)接頭鉸及地基阻尼鉸賦予相應(yīng)的力學(xué)特性，由于多數(shù)沉管隧道接頭采用柔性接頭或者半柔性接頭，剛體間接頭鉸的剛度變化是非線性的，根據(jù)接頭的剪切動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，將剪切鉸的剛度主要分為兩個(gè)階段[11]。

圖3 沉管隧道多體動(dòng)力學(xué)模型Fig.3 Multi body dynamics model of immersed tunnel

袁勇等[37]將沉管隧道簡(jiǎn)化成了多剛體—彈性阻尼鉸—阻尼鉸模型，依據(jù)多體動(dòng)力學(xué)理論中的MS-DT-TMM 原理（離散時(shí)間傳遞矩陣法） 推導(dǎo)出與之相對(duì)應(yīng)的表達(dá)式，通過工程實(shí)例驗(yàn)證了縱向地震響應(yīng)時(shí)程分析計(jì)算的有效性，結(jié)果與傳統(tǒng)有限元數(shù)值模擬分析結(jié)果相吻合，證明MS-DT-TMM 法的合理性、有效性，為沉管隧道縱向地震響應(yīng)分析提供了一種新的研究手段。

3 沉管隧道抗震措施

地下結(jié)構(gòu)的震害主要是由于周圍地質(zhì)巖土介質(zhì)的相對(duì)變形而引起建筑物的相對(duì)破壞。對(duì)于隧道及地下結(jié)構(gòu)抗震研究的起步還是比較晚，在二十世紀(jì)六七十年代，地下建筑物的抗震方法大多數(shù)都是采用了地上建筑物抗震減隔震的設(shè)計(jì)方法，直到20 世紀(jì)70 年代以后，地下建筑物的抗震方法逐漸才開始進(jìn)行了深入的研究，在日本開始有了廣泛的運(yùn)用，涉及油氣輸送管道、重要廠取水隧道等[38-39]。近年來，隨著我國(guó)地震災(zāi)害的頻發(fā)和沉管隧道的數(shù)量增多，抗震減震問題已經(jīng)迫在眉睫。

目前國(guó)內(nèi)有關(guān)沉管隧道抗震的規(guī)范比較少，尚未有系統(tǒng)的抗震措施，但近些年已有很多專家做了研究，并提出了一些抗震、減震措施。采用比較合理的隧道簡(jiǎn)化模型和計(jì)算方法來計(jì)算隧道在地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，根據(jù)內(nèi)力分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出具有柔性的結(jié)構(gòu)以及能夠吸收地震能量的裝置，同時(shí)又不損壞其自身承載力。Yu 等[40]從能量消散以及地震損傷積累的角度考慮，提出了沉管隧道在強(qiáng)震作用下耗散能量的措施，由于沉管接頭是減震的關(guān)鍵部位，在地震作用下接頭部位通常不能進(jìn)入塑性工作，地震作用的能量不能得到消耗或者吸收。可以在接頭部位加入減震耗能裝置來消耗吸收能量，應(yīng)對(duì)塑性變形等，減少接頭的變形量，達(dá)到減震的效果，從而降低地震作用對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。禹海濤等[35]也開發(fā)出了一種新的減震裝置，這些裝置包含了剪力連接鍵、可以更換的屈曲構(gòu)件等，安裝在接頭部位以達(dá)到減震效果，并且通過試驗(yàn)結(jié)果證明，該裝置具有很好的減震效果。地震時(shí)由斷層活動(dòng)造成的隧道錯(cuò)動(dòng)破壞，不能從力學(xué)角度考慮，而應(yīng)對(duì)實(shí)際工程的地質(zhì)進(jìn)行專門的研究，主要通過研究預(yù)測(cè)斷層的活動(dòng)方式、活動(dòng)量以及工程運(yùn)行期間的活動(dòng)情況，在隧道設(shè)計(jì)時(shí)盡量繞開該斷層，如若不能繞開，需要采取特殊措施，比如適當(dāng)加大隧道的斷面并布置相應(yīng)的隧道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在地震時(shí)對(duì)隧道的管理采取一定的措施來減少損失。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在總結(jié)了隧道震害特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地闡述了原型觀測(cè)、模型試驗(yàn)、理論分析三種沉管隧道地震響應(yīng)計(jì)算方法及最新研究進(jìn)展，基于這些方法，介紹了三種沉管隧道縱向抗震簡(jiǎn)化分析方法，分別為質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型、梁-彈簧模型、多體動(dòng)力學(xué)模型，并簡(jiǎn)要總結(jié)了沉管隧道的一些減震措施，一定程度上可以反映出國(guó)內(nèi)外沉管隧道地震響應(yīng)分析以及減震控制研究目前的發(fā)展階段。雖然長(zhǎng)大沉管隧道地震響應(yīng)計(jì)算分析的研究取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，但是要做好沉管隧道的抗震性能以及減震措施的研究工作，以及能夠達(dá)到實(shí)際工程的抗震要求，以下幾個(gè)方面需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)：

（1） 對(duì)于模型試驗(yàn)方法，運(yùn)用最多的是振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，在接頭、地基基巖、隧道環(huán)境等方面的模擬時(shí)，需要進(jìn)一步提高模擬精度以降低試驗(yàn)誤差；對(duì)于理論分析方法，運(yùn)用最多是有限元數(shù)值模擬，盡管已經(jīng)有很多人做了大量的研究，但在建模分析時(shí)，考慮的因素不夠全面，比如一些研究模型無(wú)法體現(xiàn)出接頭部位的相互作用，需要進(jìn)一步優(yōu)化有限元模型才能更加貼近實(shí)際工程；很少有人將數(shù)值模擬的結(jié)果將與地震后檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證數(shù)值模擬分析結(jié)果的合理性。

（2） 水下長(zhǎng)大沉管隧道縱向抗震分析運(yùn)用最多的簡(jiǎn)化模型就是質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型、梁-彈簧模型以及多體動(dòng)力學(xué)模型，這些簡(jiǎn)化模型雖然減少了工作量，降低了經(jīng)濟(jì)成本，但在簡(jiǎn)化的同時(shí)也增大了地震響應(yīng)分析計(jì)算的誤差，簡(jiǎn)化模型都是基于相對(duì)應(yīng)的假設(shè)，但是由于實(shí)際工程中沉管隧道構(gòu)造以及周圍的環(huán)境都比較復(fù)雜，比如沉管隧道接頭部位有止水帶、剪力鍵、預(yù)應(yīng)力鋼索等，都會(huì)影響隧道整體的剛度，導(dǎo)致簡(jiǎn)化模型誤差增大甚至失效。

（3） 對(duì)于沉管隧道抗震及減震方面，目前還未有系統(tǒng)全面的方法，需要加強(qiáng)對(duì)沉管抗震技術(shù)及減震方面的深入研究；對(duì)已有的一些減震構(gòu)件，需要進(jìn)一步優(yōu)化，以便適應(yīng)更復(fù)雜的地基環(huán)境，在實(shí)際工程運(yùn)用中達(dá)到更好的減震效果。