《隧道抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)文本附編制說明

ICS91.120.25

P15

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/SSCXXX-20XX

隧道抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)

Evaluationcriteriaforseismictoughnessoftunnels

征求意見稿

20XX-XX-XX發(fā)布20XX-XX-XX實施

中國地震學(xué)會發(fā)布

目次

前言...................................................................III

1范圍...............................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................1

3術(shù)語和符號.........................................................1

3.1術(shù)語和定義.......................................................1

3.2符號.............................................................2

4要求...............................................................4

4.1評價的主要內(nèi)容...................................................4

4.2評價的原則和方法.................................................5

4.3評價的結(jié)論.......................................................5

5隧道結(jié)構(gòu)易損性數(shù)據(jù)庫...............................................6

5.1選取易損性指標(biāo)...................................................6

5.2隧道結(jié)構(gòu)易損性指標(biāo)...............................................8

6隧道損傷狀態(tài)判定..................................................11

6.1一般要求........................................................11

6.2隧道結(jié)構(gòu)時程分析................................................11

6.3工程需求參數(shù)矩陣建立............................................11

6.4隧道損傷狀態(tài)分析................................................12

6.5隧道損傷狀態(tài)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析....................................13

7修復(fù)費用計算......................................................14

7.1一般要求........................................................14

7.2修復(fù)費用定義....................................................14

7.3修復(fù)費用計算方法................................................15

7.4隧道修復(fù)費用評價指標(biāo)............................................16

8修復(fù)時間計算.....................................................17

I

8.1一般要求........................................................17

8.2修復(fù)時間定義....................................................17

8.3修復(fù)時間計算方法................................................17

9隧道抗震韌性等級評價..............................................19

9.1基于韌性三角概念結(jié)構(gòu)韌性評價方法................................19

9.2修復(fù)費用評級....................................................23

9.3修復(fù)時間評級....................................................24

9.4隧道抗震韌性等級................................................24

附錄A隧道抗震韌性評級流程.........................................25

附錄B彈塑性時程分析的方法及模型...................................27

附錄C隧道結(jié)構(gòu)易損性數(shù)據(jù)庫.........................................30

附錄D隧道損傷狀態(tài)判定方法.........................................31

附錄E隧道抗震韌性等級評價流程.....................................33

II

隧道抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)

1范圍

隧道抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)是對新建和既有隧道進行抗震韌性評級的依據(jù)，對于提高隧道工

程的科學(xué)設(shè)計、安全運營、防災(zāi)減災(zāi)和安全建養(yǎng)水平具有重要意義。

2規(guī)范性引用文件

GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

GB/T51336-2018地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GB/T38591-2020建筑抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)

GB/T17742-2020中國地震烈度表

GB50909-2014城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范

JTG3370.1-2018公路隧道設(shè)計規(guī)范第一冊土建工程

JTGT2232-2019公路隧道抗震設(shè)計規(guī)范

CJJT289-2018城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)養(yǎng)護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3術(shù)語和符號

3.1術(shù)語和定義

地震動參數(shù)seismicgroundmotionparamenters

表征地震動的參數(shù)，包括地震動峰值加速度、峰值速度、反應(yīng)譜及持續(xù)時間等。

地震動參數(shù)區(qū)劃seismicgroundmotionparamenterzonation

1

以地震動參數(shù)為指標(biāo)，將國土劃分為不同抗震設(shè)防要求的區(qū)。

隧道抗震韌性seismicresilienceoftunnels

隧道在設(shè)定水準(zhǔn)地震作用后，維持與恢復(fù)原有隧道功能的能力。

工程需求參數(shù)engineeringdemandparameter

隧道抗震韌性評價所需的表征隧道抗震性能的參數(shù)，包括變形、應(yīng)力和裂縫等參數(shù)。

隧道修復(fù)費用restorationcostoftunnel

隧道恢復(fù)其綜合功能所需要的直接費用。

隧道修復(fù)時間repairtimeoftunnel

在修復(fù)工作所需材料、人員、設(shè)備齊全的條件下，隧道恢復(fù)其基本功能所需要的時間。

收斂變形convergentdeformation

隧道開挖完或初支后，由于隧道的開挖，使巖體應(yīng)力改變，隧道周邊會發(fā)生收斂，收斂

指兩側(cè)向中間位移，有正值和負值。

塑性損傷plasticdamage

完整的描述材料的非線性破壞過程，表征整個變形過程中塑性應(yīng)變的累積結(jié)果。

開裂cracks

開裂指的是在隧道襯砌的接縫或裂縫處，兩板體產(chǎn)生相對豎向位移的現(xiàn)象。

3.2符號

Ra——混凝土抗壓極限強度；

RW——混凝土彎曲極限抗壓強度；

Rl——混凝土抗拉極限強度；

c——開裂；

SDEG——混凝土剛度下降率；

2

K——隧道修復(fù)費用指標(biāo)；

T——隧道修復(fù)費用指標(biāo)；

3

4要求

4.1評價的主要內(nèi)容

隧道抗震韌性評價應(yīng)包括下列內(nèi)容:

（1）集成評價對象的有效隧道信息，應(yīng)包括隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)、支護參數(shù)等；

（2）建立評價對象的結(jié)構(gòu)模型，對于既有隧道，宜進行振動測試，依據(jù)測試結(jié)果進行

模型修正，并應(yīng)進行在設(shè)定水準(zhǔn)地震作用下的彈塑性時程分析；

（3）應(yīng)由彈塑性時程分析結(jié)果中提取工程需求參數(shù)；

（4）應(yīng)根據(jù)工程需求參數(shù)，結(jié)合易損性數(shù)據(jù)庫，確定評價對象隧道結(jié)構(gòu)二次襯砌的損

傷狀態(tài)；

（5）應(yīng)根據(jù)評價對象隧道結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)，計算其在設(shè)定水準(zhǔn)地震作用下的修復(fù)費用、

修復(fù)時間和修復(fù)程度；

（6）應(yīng)根據(jù)評價對象在設(shè)定水準(zhǔn)地震作用下的修復(fù)費用、修復(fù)時間和修復(fù)程度指標(biāo)，

綜合評價其抗震韌性等級。

隧道抗震韌性評價流程圖如圖4.1所示

隧道信息模型

結(jié)構(gòu)模型建立及彈

塑性時程分析

工程需求參數(shù)提取

易損性數(shù)據(jù)庫

隧道損傷狀態(tài)判定

修復(fù)費用計算修復(fù)時間計算

隧道抗震韌性評級

圖4.1隧道抗震韌性評價流程圖

4

4.2評價的原則和方法

隧道抗震韌性評價應(yīng)以結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析和隧道易損性數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)。建立隧道結(jié)構(gòu)

模型時，應(yīng)符合工程的實際情況，材料強度應(yīng)取極限強度值。隧道抗震韌性評價應(yīng)采用設(shè)定

水準(zhǔn)地震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析所得出的工程需求參數(shù)作為依據(jù)。承擔(dān)隧道抗震韌性評

價工作的單位，應(yīng)具備進行隧道結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析和概率分析的能力。

4.3評價的結(jié)論

隧道抗震韌性評價的結(jié)論應(yīng)采用級數(shù)進行表達，由一至三表示，抗震韌性等級逐級提高。

隧道抗震韌性評價的結(jié)論應(yīng)采用專用標(biāo)牌在隧道物顯要位置標(biāo)示，標(biāo)牌內(nèi)容除應(yīng)含有隧道工

程抗震性能的基本信息外，尚應(yīng)包括韌性等級、采用標(biāo)準(zhǔn)、評價單位、評價時間。

5

5隧道結(jié)構(gòu)易損性數(shù)據(jù)庫

5.1選取易損性指標(biāo)

地震易損性是指不同震級地震作用下隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生不同級別破壞狀態(tài)的概率，通過概率

指標(biāo)定量反映了隧道結(jié)構(gòu)的抗震性能，宏觀描述了地震強度與隧道結(jié)構(gòu)破壞程度之間的關(guān)

系。選取易損性指標(biāo)會涉及到諸多不確定性問題，需要考慮多方面的不確定性來源，為此，

引入可拓云模型。

5.1.1可拓云

可拓云模型是一種即能反映客觀事物的隨機性和模糊性，又能實現(xiàn)評價指標(biāo)與評價等級

間的確定和不確定關(guān)系的統(tǒng)一定量描述的模型。其定義如下：假設(shè)某研究對象評價指標(biāo)有n

個(i=1,2,…,n)，評價等級有m個(j=1,2,…,m)，評價指標(biāo)i對應(yīng)第j等級的云模型可由云

滴數(shù)N和數(shù)字特征(Ex,En,He)來產(chǎn)生，Ex代表各等級期望值，表示隸屬云的分布中心，是

最能代表對應(yīng)等級界限概念的樣本點；熵En是對概念的不確定性描述，不但能描述安全等

級評價過程中采集樣本數(shù)據(jù)的隨機性，而且還能描述等級界限的模糊性；超熵He是對熵的

不確定性的量度，一方面反映了安全等級樣本數(shù)據(jù)的離散度，另一方面體現(xiàn)了安全等級評價

中各指標(biāo)的隨機性和模糊性之間的聯(lián)系度。

可拓理論是一種解決矛盾問題的形式化理論方法，其基本物元模型為R＝(N，C，V)。將

要評價的海底隧道安全性能記作N，其各指標(biāo)記為C，各指標(biāo)量值記為V，結(jié)合云理論處理

不確定性問題的隨機性和模性，用正態(tài)云(Ex,En,He)代替特征值V，假設(shè)N有n個評價指標(biāo)，

R為n維物元，將各項指標(biāo)分為m個安全等級(j=1,2,…，m)，則可拓云模型表達形式如下：

NcvNc1j1,j1Nc1Exj1,Enj1,He

11j

cvcc,Ex,En,He

22j2j2j22j2j2

RjN,,CiVj

cv

njncc,Ex,En,He

njnjnnjnjn

其中，Rj為在j等級內(nèi)，與評估對象N相對應(yīng)的評估指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)量值范圍形成的經(jīng)典

6

域，α、β分別為各等級的區(qū)間值，(EExnjiji,,He)表示區(qū)間vji對應(yīng)的云參數(shù)，令He=0.1，

且有

E()/2xjijiji

E()/6xjijiji

5.1.2權(quán)重確定

（1）層次分析法

層次分析法是常用的主觀分析法，將與目標(biāo)有關(guān)的元素按級分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案

層的方式構(gòu)建指標(biāo)體系，然后逐層計算權(quán)重的方法。首先構(gòu)建成對比較矩陣：

?1/?1?1/?2??1/??

?/??/???/?

A=[21222?]

????

??/?1??/?2???/??

aij=wi/wj表示兩個變量相時目標(biāo)重要性的比，再求出矩陣A的特征值和特征向量，特征

值為權(quán)重，并對判斷矩陣進行一致性檢驗，來檢驗權(quán)重的有效性，最后通過加權(quán)和的方法，

由下至上逐層計算各方案對總目標(biāo)的最終權(quán)重，如下式所示。

???1

??=(1+∑?=2∏?=???)

wk-1=akwk

權(quán)重越大對目標(biāo)的作用也越大，一般適合于具有分層描述指標(biāo)體系，且難于定量描述的

目標(biāo)決策問題。

（2）熵權(quán)法

熵權(quán)法是一種非常實用的客觀的權(quán)重計算方法。用每列數(shù)據(jù)所提供的信息量的大小來測

算權(quán)重，熵值越小，所提供的信息量越大，相應(yīng)的權(quán)重也就越高。反之熵值越大，則說明信

息量小，相應(yīng)的權(quán)重越小。計算過程如下：

對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理

′max?(??)????

正指標(biāo)：???=

max?(??)?min?(??)

′????min?(??)

逆指標(biāo)：???=

max?(??)?min?(??)

計算各指標(biāo)的熵值

n

（i=1,2,…m,j=1,2…n）

Hipijlnpij

j1

7

計算各個指標(biāo)的熵值

??=1???

計算權(quán)重

??

??=?i=1,2…m

∑?=1??

5.1.3模型建立

i)確定指標(biāo)及分級。

ii)確定權(quán)重W

選用主客觀結(jié)合的方法確定各指標(biāo)的權(quán)重，依次計算各指標(biāo)權(quán)重，經(jīng)集成、歸一化處理，

得到以上各指標(biāo)的權(quán)重。

iii)建立關(guān)聯(lián)度

建立指標(biāo)取值x與各等級之間的關(guān)聯(lián)度，將各項評價指標(biāo)作為云滴，生成服從正態(tài)分布

N(En,He2)的方差En'，用下式計算出指標(biāo)值x與該正態(tài)可拓云之間的關(guān)聯(lián)度k。

(????)2

?=exp[?]

2(??′)2

iv)評價矩陣

利用程序多次重復(fù)上述過程，然后取其中位數(shù)，即可得到各項結(jié)構(gòu)安全評價指標(biāo)的最終

隸屬度K，K表示為

?11?12…?1?

????

K=[12222?]

?[???]

??1??2????

其中，kij為評估等級j中i指標(biāo)的隸屬度，m為等級數(shù)量。

計算評價結(jié)果隸屬度B=W*K，其中，W為指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)最大隸屬度規(guī)則，評價對象等

級i最終取B中bi的最大值所屬等級。由此得到隧道結(jié)構(gòu)易損性指標(biāo)。

5.2隧道結(jié)構(gòu)易損性指標(biāo)

5.2.1隧道收斂變形

地震作用組合下的變形驗算應(yīng)符合規(guī)定：地震作用組合的效應(yīng)（如變形、位移等）設(shè)計

值要小于等于設(shè)計對變形、位移等規(guī)定的相應(yīng)限值；抗震性能要求較高時，宜進行結(jié)構(gòu)整體

變形性能驗算，其相應(yīng)參數(shù)和計算模型要適應(yīng)彈塑性階段計算要求，鉆爆法隧道（或類圓形

8

隧道）二襯結(jié)構(gòu)的最大收斂值作為指標(biāo)，界限值如表5.1所示。

表5.1隧道收斂變形評定標(biāo)準(zhǔn)

收斂變形3.0‰<3.0‰<≤5.0‰5.0‰<≤10.0‰10.0‰<≤15.0‰>15.0‰

描述完好輕微中等嚴(yán)重危險

級別12345

5.2.2隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力

混凝土抗拉能力差、脆性強，在荷載作用下容易出現(xiàn)混凝土開裂、剝落，甚至坍塌現(xiàn)象。

在試驗中常用混凝土極限強度值判定混凝土是否發(fā)生損壞，如表5.2所示；在數(shù)值模擬中常

用混凝土剛度下降率（SDEG）表征混凝土開裂造成的剛度下降，如表5.3所示。

表5.2混凝土極限強度值（MPa）

強度種類混凝土強度等級

C15C20C25C30C35C40C45C50

抗壓強度Ra12.015.519.022.526.329.533.636.5

彎曲抗壓強度Rw15.019.423.628.132.936.94245.6

抗拉強度Rl1.41.72.02.22.52.72.93.1

表5.3混凝土剛度下降率（SDEG）

SDEG(剛度下降率)

00<≤0.30.3<≤0.740.74<<11

描述完好輕微中等嚴(yán)重危險

級別12345

5.2.3開裂

襯砌開裂是指襯砌表面出現(xiàn)裂紋、裂縫或貫通襯砌全部厚度的裂紋的總稱，是襯砌變形

的結(jié)果。襯砌開裂包括張裂、壓潰和錯臺3種：（1）張裂是彎曲受拉和偏心受拉引起的裂

損；（2）壓潰是彎曲或偏心受壓引起的襯砌裂損；（3）錯臺是由剪切力引起的裂縫，裂縫

寬度在表面至深處大致相同。隧道開裂評定標(biāo)準(zhǔn)如表5.4所示。

9

表5.4隧道開裂評定標(biāo)準(zhǔn)

開裂錯臺(mm)

c≤55<c≤1010<c≤1515<c≤20c>20

描述完好輕微中等嚴(yán)重危險

級別12345

10

6隧道損傷狀態(tài)判定

6.1一般要求

隧道損傷狀態(tài)判定應(yīng)根據(jù)隧道易損性數(shù)據(jù)庫和工程需求參數(shù)確定隧道的損傷狀態(tài)。隧道

易損性數(shù)據(jù)采用隨工程需求參數(shù)變化的概率分布表征，工程需求參數(shù)矩陣應(yīng)根據(jù)彈塑性時程

分析結(jié)果，采用聯(lián)合對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)。

6.2隧道結(jié)構(gòu)時程分析

6.2.1有限元模型建立

根據(jù)隧道設(shè)計資料和勘察地質(zhì)資料，選取圍巖物理力學(xué)參數(shù)、襯砌支護參數(shù)，建立三維

有限元模型。

6.2.2地震參數(shù)獲取

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-

2010）(2016年修訂版)，對工程場地地震動參數(shù)進行選取。所選取地震波的數(shù)量,以及持時

﹑幅值和頻譜等參數(shù)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

6.2.3有限元模型計算

采用彈塑性時程分析法進行地震響應(yīng)分析，詳見附錄B彈塑性時程分析的模型及方法。

6.3工程需求參數(shù)矩陣建立

6.3.1原始工程需求參數(shù)矩陣

提取工程需求參數(shù)并統(tǒng)計分布特征，集成工程需求參數(shù)矩陣，詳見附錄D隧道損傷狀

態(tài)判定方法。

6.3.2工程需求參數(shù)矩陣擴充

11

統(tǒng)計工程需求參數(shù)分布特征，隨機生成具有相同聯(lián)合分布的工程需求參數(shù)矩陣，詳見附

錄D隧道損傷狀態(tài)判定方法。

6.4隧道損傷狀態(tài)分析

6.4.1蒙特卡洛算法

蒙特卡羅法也稱統(tǒng)計模擬法、統(tǒng)計試驗法，是把概率現(xiàn)象作為研究對象的數(shù)值模擬方法。

是按抽樣調(diào)查法求取統(tǒng)計值來推定未知特性量的計算方法。蒙特卡羅是摩納哥的著名賭城，

該法為表明其隨機抽樣的本質(zhì)而命名。故適用于對離散系統(tǒng)進行計算仿真試驗。在計算仿真

中，通過構(gòu)造一個和系統(tǒng)性能相近似的概率模型，并在數(shù)字計算機上進行隨機試驗，可以模

擬系統(tǒng)的隨機特性。

通過中心極限定理，可以了解到伴隨著隨機變量數(shù)量的逐漸增加，這些變量的和逐漸

呈現(xiàn)出正態(tài)分布特征，不管單個隨機變量Xk,（k=1,2,3,...n,...)服從什么分布，

當(dāng)Xk很大時，它們的和服從正態(tài)分布。

圖6.1蒙特卡洛算法流程

12

借助中心極限定理、大數(shù)定律，描述蒙特卡羅模擬方法的計算方法為：

假定函數(shù)Y=F(Xl，X2，X3，…，Xn)

運用這種方法的條件是，在己經(jīng)確定了變量Xl，X2，X3，…，Xn的分布函數(shù)，以隨機抽

樣的方式為每一組自變量Xl，X2，X3，…，Xn，賦值為(Xli，X2i，X3i，…，Xni)。

根據(jù)因變量Y與己知的隨機變量Xl，X2，X3，…，Xn之間的函關(guān)系，計算出函數(shù)Y的值

Yi

Yi=F(Xli,X2i,X3i,…，Xni)

按照同樣的方法，對上述隨機抽樣過程重復(fù)多次(i=1,2,3,...n)，能獲得因變量

Y函數(shù)值Y1，Y2，Y3....Yn，這些數(shù)值符合正態(tài)分布的特征。

6.4.2隧道損傷狀態(tài)計算

基于蒙特卡洛方法結(jié)合易損性數(shù)據(jù)庫進行多次隧道損傷狀態(tài)判定，采用對數(shù)正態(tài)分布模

型擬合各項可修復(fù)性指標(biāo)，并采用具有84%保證率的擬合值作為抗震韌性評價的依據(jù)，確定

隧道抗震韌性等級，最終形成隧道抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)。

6.5隧道損傷狀態(tài)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)隧道施工或運營中布設(shè)的收斂監(jiān)測設(shè)備、軸力監(jiān)測設(shè)備和裂縫位移監(jiān)測設(shè)備等監(jiān)測

系統(tǒng)獲得歷史或者某一時間段的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)和隧道結(jié)構(gòu)的易損性指標(biāo)進行對比分析，用隧

道現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對隧道的損傷狀態(tài)進行分析。

13

7修復(fù)費用計算

7.1一般要求

介紹說明隧道修復(fù)成本計算總體要求，例如修復(fù)成本主要組成、是否采用現(xiàn)行定額、該

計入及不該計入修復(fù)費用的特殊支出款額情況。材料類成本用料依照工程項目具體要求或參

考公路工程預(yù)算定額規(guī)定計算。

7.1.1材料成本

（1）圍巖加固成本計算：針對圍巖變形的常見修復(fù)材料及修復(fù)工藝費用說明，例如注

漿加固法中常見各類高聚物注漿材料的市場價成本、錨固法中錨桿市場價成本。

（2）襯砌修復(fù)成本計算：針對襯砌破壞的常見修復(fù)材料及修復(fù)工藝費用說明，例如注

漿加固中各類高聚物材料成本、粘貼碳纖維布、鋼片等材料成本、常規(guī)修復(fù)中的混凝土、砂

漿、石料成本、更換套拱、鋼筋支護成本等。常規(guī)修復(fù)使用的工程材料單位成本按照現(xiàn)行公

路工程預(yù)算定額規(guī)定計算。

（3）防滲堵水成本計算：針對隧道防滲堵水的常見修復(fù)材料及修復(fù)工藝費用說明，例

如例如注漿加固中各類高聚物材料成本。

7.1.2非材料成本

主要包括場地清理、受損部位拆除、置換及修復(fù)過程中產(chǎn)生的機械費、電費、運輸費、

人工費（工時費）等。隧道修復(fù)成本合計方法將隧道修復(fù)全程產(chǎn)生的材料類費用及非材料類

費用求和。

7.2修復(fù)費用定義

修復(fù)費用的計算內(nèi)容是震后隧道在修復(fù)過程中所產(chǎn)生的所有直接相關(guān)費用，由材料費和

非材料費兩大部分組成。其中材料費包括：常規(guī)修復(fù)中的混凝土、砂漿、石料成本、更換套

14

拱、鋼筋支護成本等，注漿加固中各類高聚物材料成本、粘貼碳纖維布、鋼片等材料成本。

非材料費包括：受損部位拆除、清理、置換及修復(fù)過程中產(chǎn)生的電費、運輸費、機械費、人

工費（工時費）。

7.3修復(fù)費用計算方法

修復(fù)費用的計算思路是根據(jù)各部件單元的損傷情況計算該部件單元的修復(fù)費用，并將隧

道內(nèi)部的所有部件單元修復(fù)費用進行統(tǒng)合，得到隧道整體修復(fù)費用，采用修復(fù)費用與建造成

本的比值修復(fù)費用比作為修復(fù)費用的評價指標(biāo)。其計算流程如圖7.1所示：

圖7.1修復(fù)費用計算流程

將各相關(guān)系數(shù)定義如下:

(1)損失系數(shù)1(k)：修復(fù)過程中的臨時支護、部件的修復(fù)或更換造成的材料費與非兩

項費用之和與該連續(xù)受損段建造成本的比值。損失系數(shù)由造價C()k,i、經(jīng)濟損失

L(k,r,n)反推得。

(2)修復(fù)系數(shù)2(,)kr：考慮場地清理、部位拆除更換、用電及機械設(shè)備等非材料費后，

修復(fù)費用與經(jīng)濟損失的比值。

15

(3)人工折減系數(shù)R(k)：由于專門修復(fù)某一類型部件損傷會導(dǎo)致工人的熟練程度增

加，應(yīng)考慮修復(fù)工作量增加后對人力成本的折減效應(yīng)，因此定義小于等于1的折減系數(shù)

對修復(fù)費用進行修正。

(4)里程影響系數(shù)R(k)：待修復(fù)部件所處的隧道里程位置會影響運輸成本、通風(fēng)照

明設(shè)施成本和人力成本。因此，定義大于等于1的樓層位置影響系數(shù)對不同里程深

度的修復(fù)費用進行修正。

隧道整體修復(fù)費用采用下式進行計算:

Rt=Σ[ξR(k)Σ(C(k，i)η1(k)η2(k，r)ξR(k)λR(k))]

隧道所有受損段建造費用采用下式進行計算:

Ct=ΣC(k，i)

7.4隧道修復(fù)費用評價指標(biāo)

擬設(shè)計采用修復(fù)成本與隧道建造成本的比值K作為修復(fù)成本評價指標(biāo)，K=Rt/Ct。其中

建造成本Ct金額，須依據(jù)自隧道建成投用年以來歷史通貨膨脹率換算成現(xiàn)今價值。劃分不

同的k值區(qū)即可將隧道修復(fù)韌性評級。

16

8修復(fù)時間計算

8.1一般要求

隧道修復(fù)時間應(yīng)計人所有震損部件完成建筑功能性恢復(fù)所需的修復(fù)時間。隧道修復(fù)時間

不宜計人建筑震損評估、修復(fù)方案制定、修復(fù)材料采購、施工設(shè)備租賃等各項開工前準(zhǔn)備工

作所耗費的時間。

8.2修復(fù)時間定義

計算隧道修復(fù)時間時應(yīng)考慮隧道及其附屬設(shè)施的主要修復(fù)工作在里程和進出口的先后

次序，并應(yīng)符合下列要求：

（1）隧道的主要修復(fù)工作應(yīng)包括結(jié)構(gòu)部件修復(fù)﹑圍護部件修復(fù)、隔斷部件修復(fù)及附屬

部件修復(fù)﹑管線修復(fù)、通風(fēng)照明（電力）、通信設(shè)備修復(fù)。

（2）不同的修復(fù)工作可同時展開。

（3）隧道震損的修復(fù)時間應(yīng)按照主要修復(fù)工作的先后次序，取主要修復(fù)工作的最長時

間組合作為隧道修復(fù)時間的評價指標(biāo)。

8.3修復(fù)時間計算方法

各主要修復(fù)工作的修復(fù)時間應(yīng)按下列原則和方法進行計算:

（1）不同損傷狀態(tài)下的部件，實現(xiàn)功能性恢復(fù)目標(biāo)所需時間應(yīng)以單個工人完成此項工

作的修復(fù)工時表達。

（2）同里程內(nèi)同類型震損部件的修復(fù)工時應(yīng)根據(jù)其數(shù)量，考慮規(guī)模效應(yīng)和效率提升所

產(chǎn)生的積極影響，并應(yīng)考慮里程距離對修復(fù)時間的影響，按下式計算:

T（i，k）=ΣT(i，j，k)xn(i，j，k)xξT(i)λT(k)

17

式中:

T（i，k）——第k公里第i類部件的修復(fù)工時總和,單位為人天(人.d);

T(i，j，k)——第k公里處于損傷狀態(tài)j的第i類部件的修復(fù)工時,單位為人天

(人.d);

n(i，j，k)——第k公里處于損傷狀態(tài)j的第i類部件數(shù)量;

ξT(i)——考慮第i類震損部件修復(fù)工程量的修復(fù)工時折減系數(shù);

18

9隧道抗震韌性等級評價

9.1基于韌性三角概念結(jié)構(gòu)韌性評價方法

基于易損性數(shù)據(jù)庫進行多次隧道損傷狀態(tài)判定，確定地震災(zāi)害作用下的結(jié)構(gòu)損傷，構(gòu)建

不同損傷狀態(tài)的恢復(fù)函數(shù)，結(jié)合修復(fù)指標(biāo)（修復(fù)時間、修復(fù)費用等），得到隧道結(jié)構(gòu)性能函

數(shù)曲線，基于韌性三角形理論，確定隧道抗震韌性等級。

圖9.1分析流程

9.1.1隧道結(jié)構(gòu)易損性分析

隧道地震易損性可通過地震易損性曲線描述，即在某一給定地震動強度（Intensity

Measures，IM）下，結(jié)構(gòu)損傷指標(biāo)（DamageStates，DM）超過某一損傷狀態(tài)的超越概率。

P(???|??=?)=P(??>???|??=?)=1-P(??<???|??=?)

損傷狀態(tài)???由DM量化并表示為???，上述公式為計算當(dāng)IM=x時DM超過???的概率。

以代表IM的地震動參數(shù)（PGA，PGV或PGD等）為X軸，超越概率P為Y軸，擬合后得到易

損性曲線，進行易損性分析。

19

圖9.2易損性曲線示例（PGD）

基于建立的隧道地震易損性曲線，可以獲得隧道在不同地震強度下超越不同破壞狀態(tài)的

概率：

P1j(=無破壞)=1?Pj(ds≥輕微破壞)

P1j(ds≥輕微破壞)=Pj(ds≥輕微破壞)?Pj(ds≥中等破壞)

P2j(ds≥中等破壞)=Pj(ds≥中等破壞)?Pj(ds≥嚴(yán)重破壞)

P3j(ds≥嚴(yán)重破壞)=Pj(ds≥嚴(yán)重破壞)?Pj(ds≥重大破壞)

P4j(ds=重大破壞)=Pj(ds≥重大破壞)

LS0、LS1、LS2、LS3、LS4分別為正常使用、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞和重大破

壞損傷狀態(tài)。

9.1.2隧道韌性修復(fù)函數(shù)

抗震韌性評估需建立合理的韌性恢復(fù)模型，性能恢復(fù)函數(shù)形式一旦確定，即可對隧道抗

震韌性進行定量評價。性能恢復(fù)函數(shù)需考慮多種因素的影響，與損傷情況、修復(fù)費用、修復(fù)

時間等因素密切相關(guān)。目前，經(jīng)典的性能恢復(fù)模型曲線包括線性函數(shù)（Bruneau，2007）、

三角函數(shù)（Bocchini，2012）和指數(shù)函數(shù)（Cimellaro等，2010；Dong等，2015）形式。

20

??(???)

1)三角函數(shù)：?(?)=?/2{1+cos[0?]

???

???

2)線性函數(shù)：?(?)=?(0?)+?

???

?(???)

3)指數(shù)函數(shù)：Q(?)=????[?0?]

???

其中，Q（t）為隨時間變化的功能函數(shù)（100%表示功能完好，0%表示功能完全喪失），

a和b為使用曲線擬合到可用數(shù)據(jù)源計算的常量值，t0E為地震發(fā)生時刻，t0E+tRE為修復(fù)

完成時刻，t0E至t0E+tRE時刻之間功能函數(shù)的變化即為性能恢復(fù)函數(shù)曲線。

圖9.3隧道韌性修復(fù)曲線示例

9.1.3隧道結(jié)構(gòu)整體韌性曲線

基于隧道結(jié)構(gòu)易損性分析及不同狀態(tài)修復(fù)函數(shù)，可推導(dǎo)出給定地震動強度指標(biāo)下隧道

結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Q（t）計算公式：

4

?(?)=∑??(???|?)??(??≥???|??)

?=1

??(???|?)：在地震后修復(fù)工作開始的時間點t時隧道在破壞狀態(tài)???下的性能百分比，

21

由對應(yīng)的隧道性能修復(fù)曲線獲得；

??(??≥???|??)：在給定地震動強度IM下超過某破壞狀態(tài)???的概率。

基于隧道結(jié)構(gòu)功能/性能函數(shù)Q(t)，得到隧道結(jié)構(gòu)韌性曲線，其示例如下。

圖9.4隧道結(jié)構(gòu)韌性曲線示例

9.1.4隧道結(jié)構(gòu)韌性評價

基于三角韌性理論，隧道結(jié)構(gòu)韌性評價指標(biāo)可分為：R（快速修復(fù)性），Rd（性能損失），

FR（性能恢復(fù)），Re（結(jié)構(gòu)韌性指標(biāo)），Rf（可修復(fù)性指標(biāo)）；隧道結(jié)構(gòu)韌性評價指標(biāo)可以

從不同破壞狀態(tài)對應(yīng)的隧道抗震性能功能函數(shù)Q(t)計算得到。

??()

?=?

??

?0?+???

??=∫[100??(?)]??

?0?

?0?+???

??=∫(?(?)???)??

?0?

?+?

0????(?)??

∫?

??=0?

???

22

?+?

0????(?)??(?)??

∫?

??=0?

（1?Q(f)）???

其中，F(xiàn)R越大，韌性越好；Rd越小，韌性越好。同時，根據(jù)地震災(zāi)后可恢復(fù)性指標(biāo)Re

的大小，初步定性地將隧道可恢復(fù)性性能等級劃分成以下五類，分別是I至V個等級。可恢

復(fù)性等級為I級代表隧道結(jié)構(gòu)可恢復(fù)性能良好，可恢復(fù)性等級為V代表隧道結(jié)構(gòu)可恢復(fù)性

能一般。

表9.1隧道可恢復(fù)性性能等級

結(jié)構(gòu)總體等級劃分Re=FR/FRd/RF（多方法比較可用）

IRe=1a

II0.875<Re<1.00b

III0.585<Re≤0.875c

IV0.500<Re≤0.585d

VRe≤0.500e

9.2修復(fù)費用評級

表9.2修復(fù)費用指標(biāo)的等級

等級地震水準(zhǔn)隧道修復(fù)費用指標(biāo)K

三級罕遇地震K≤5%

二級罕遇地震5%＜K≤10%

一級設(shè)防地震K≤10%

23

9.3修復(fù)時間評級

表9.3修復(fù)時間指標(biāo)的等級

等級地震水準(zhǔn)隧道修復(fù)時間指標(biāo)T

三級罕遇地震T≤7d

二級罕遇地震7d＜T≤30d

一級設(shè)防地震T≤30d

9.4隧道抗震韌性等級

基于蒙特卡洛方法結(jié)合易損性數(shù)據(jù)庫進行多次隧道損傷狀態(tài)判定，采用對數(shù)正態(tài)分布模

型擬合各項可修復(fù)性指標(biāo)，并采用具有84%保證率的擬合值作為抗震韌性評價的依據(jù)，確定

隧道抗震韌性等級，最終形成隧道抗震韌性評價標(biāo)準(zhǔn)。

隧道的抗震韌性等級應(yīng)綜合考慮隧道修復(fù)費用和隧道修復(fù)時間二項指標(biāo)的等級進行評

價,取二項評價指標(biāo)的最低等級作為該隧道的抗震韌性等級。

24

附錄A隧道抗震韌性評級流程

A.1評級流程

隧道抗震韌性評級應(yīng)按圖A.1所示隧道抗震韌性評級流程確定。其中，蒙特卡洛模擬的

次數(shù)不應(yīng)少于1000次。

隧道信息模型收集

隧道模型建立

彈塑性時程分析

原始工程需求參數(shù)矩陣生成

變形判斷否韌性評價終止

工程需求參數(shù)矩陣擴充

i=0

i=i+1

取第i組工程需求參數(shù)

隧道損傷狀態(tài)判定否

修復(fù)費用評估修復(fù)時間評估

i>1000

對數(shù)正態(tài)分布模型擬合

修復(fù)費用指標(biāo)修復(fù)時間指標(biāo)

隧道韌性評級

圖A.1隧道抗震韌性評級流程

25

A.2原始工程需求參數(shù)矩陣

隧道結(jié)構(gòu)的原始工程需求參數(shù)矩陣，應(yīng)按附錄B彈塑性時程分析方法確定。

A.3收斂變形判斷

宜采用罕遇地震水準(zhǔn)作用下彈塑性時程分析的平均值,并取最大變形平均值與收斂變形

限值比較，當(dāng)大于限值時，則判斷隧道不可修,終止隧道抗震韌性評級；當(dāng)小于或等于限值

時，可進行隧道抗震韌性評級。

A.4工程需求參數(shù)矩陣擴充

原始工程需求參數(shù)矩陣應(yīng)采用附錄D隧道損傷狀態(tài)判定方法的方法進行工程需求參數(shù)

矩陣的擴充，形成擴充后工程需求參數(shù)矩陣。

A.5抗震韌性指標(biāo)計算方法

抗震韌性指標(biāo)的計算應(yīng)采用蒙特卡洛方法?？拐痦g性指標(biāo)的計算應(yīng)進行多次模擬，分別

獲取各項指標(biāo)的集合。采用對數(shù)正態(tài)分布模型擬合各項抗震韌性指標(biāo)集合，并采用具有84%

保證率的擬合值作為建筑韌性評價的依據(jù)。

26

附錄B彈塑性時程分析的方法及模型

B.1彈塑性時程分析法

彈塑性時程分析法可適用于各種地形地質(zhì)條件、不同結(jié)構(gòu)形式及不同施工方法的隧道抗

震計算。

一般情況下，隧道具有縱向長度較大，橫向結(jié)構(gòu)形式及構(gòu)造基本不變的特征，根據(jù)其構(gòu)

造特點和平面應(yīng)變原理，橫向抗震計算時是沿隧道縱向選取一個或多個橫斷面作為計算斷

面，一般選取隧道覆土較淺、偏壓受荷、水位變化較大或巖土力學(xué)特性較差等具有代表性的

橫斷面。

當(dāng)隧道縱向穿越復(fù)雜地形、工程地質(zhì)條件變化大的區(qū)域時，如洞口段或穿越大型斷層破

碎帶、軟硬巖層交界地帶等，以及盾構(gòu)、沉管隧道等在縱向采用接頭連接的隧道結(jié)構(gòu)，在地

震作用下，結(jié)構(gòu)縱向可能產(chǎn)生較為復(fù)雜的內(nèi)力響應(yīng)，致使結(jié)構(gòu)破壞或影響其正常使用，該類

隧道的縱向抗震性能需要重點考慮。

時程分析法能較好地處理介質(zhì)的非均勻性、各向異性、非線性及復(fù)雜幾何邊界條件，可

以全面考慮地震動的峰值、頻譜特性和持續(xù)時間，并可以同時揭示隧道結(jié)構(gòu)及周圍巖土體在

地震全時段的動力響應(yīng)特征，因此特別適用大跨、重要、復(fù)雜及特殊隧道結(jié)構(gòu)或地形、地質(zhì)

條件變化較大的局部區(qū)段或縱向結(jié)構(gòu)形式變化較大、空間效應(yīng)顯著的隧道結(jié)構(gòu)。

B.2分析模型

進行隧道抗震響應(yīng)分析時，計算模型應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，應(yīng)按空間問題進行三維建

模求解。

地層模型的選取范圍應(yīng)遵循以下原則：

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（1）水平方向結(jié)構(gòu)側(cè)壁至邊界的距離至少為3倍結(jié)構(gòu)寬度。

（2）豎直方向頂面邊界宜取至地表面；隧道埋深特別大時，結(jié)構(gòu)頂部至地表面的距離

3-5倍結(jié)構(gòu)豎向有效高度，并宜考慮初始地應(yīng)力場的影響。

（3）當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)理深較深，結(jié)構(gòu)與基巖的距離小于3倍地下結(jié)構(gòu)整向有效高度時，計

算模型底面邊界宣取至基巖面。

（4）當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)埋深嵌入基巖，此時計算模型底而邊界需取至基巖面以下。

有限元模型的材料本構(gòu)及參數(shù)取值應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）材料強度應(yīng)按GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行取值。

（2）混凝土本構(gòu)模型應(yīng)考慮受壓剛度退化和軟化行為、以及受拉開裂行為，如圖B.1

所示。

B.1混凝土損傷曲線

B.3地震動輸入

（1）采用時程分析法計算時，輸入地震動宜取加速度時程。

（2）已作工程場地地震安全性評價的隧址，采用時程分析法進行結(jié)構(gòu)動力分析時，設(shè)