1. 研究目的与意义

近数十年来,随着人类社会经济文化的发展，人们对城市空间的需求越来越大，同时伴随着各区域人们的大流动，对我们的交通又做出了新要求。面对如此严峻的生存空间和快速交通的问题，世界各国都十分重视地下空间的应用,其中包括穿越海(江)底的隧道的建造。如连接英法两国本土的英吉利海峡海底隧道、日本青函隧道和穿越珠江的沉管隧道等。我国在许多大城市已建有地下和江底隧道，沿海城市亦会建造位于海湾底部的海底隧道，如穿越琼洲海峡的海底隧道、长江越江隧道、港珠澳跨海大桥隧道段等等。然而近几年世界范围内发生了一系列大地震，造成了巨大的灾难，不少地下结构遭受破坏。我国许多地区处于地震频发地带,地下结构的抗震设计是一个不可忽视的问题。沉管隧道作为一种特殊的地下建筑物，埋深较浅，故对其在地震作用下的力学性能的研究是非常重要的。目前，地下结构的抗震计算多通过ABAQUS软件基于有限元的二维、三维动力分析为主，由于影响地下结构动力特性的因素较多，分析比较复杂，到目前为止，关于隧道整体动力分析特别是沉管隧道在地震作用下的动力性能分析较为少见。本文通过动力有限元理论来对沉管隧道的抗震进行研究。

2. 国内外研究现状分析

沉管隧道中沉管之间以及沉管与通风塔之间的接头是整个结构的薄弱环节，应具有足够的强度，满足在地震、不均匀沉降、温度应力等条件下的使用要求。采用水力压接法施工的接头，按其连接方式和刚柔情况可分为刚性接头、柔性接头和先柔后刚式接头。刚性接头是把钢筋连接起来再浇注混凝土的方式，接头处的强度和刚度应确保与管体本身相同。柔性接头是由吉那垫圈和奥密加止水带组成，他们均系橡胶材料，柔性好，能较好地吸收由于温差和混凝土收缩及地基沉降所产生的变形。先柔后刚式接头是在柔性接头的基础上，待管段基础处理和地基沉降基本稳定之后，沿接头管壁内环现浇钢筋混凝土或按接头受力要求附加一些钢构件，形成具有一定刚度的连接结构。理论上就抗震设计或适应不均匀沉降的要求而言，采用后两中接头是有利的，但是在隧道轴向连接的情况下，它能否承受得住地震时拉力和剪力，且保证水密性，是需要研究的问题。管段接头类型的选择与接头所在隧道中的位置、地震设防要求和地基情况有关。通常在沉管隧道的两个端头宜采用柔性接头或具有一定柔性的接头。而在地震区宜采用先柔后刚式接头，使其具有一定的抗拉、抗压、抗剪、抗弯以及变形吸收能量的能力。

研究表明沉管隧道管段采用刚性联结、铰接、弹性联结三种联结方式对沉管隧道最大地震响应的影响各有优缺点。管段联结方式对沉管隧道最大响应轴力的影响比较大，而对最大响应弯矩的影响不是很明。弹性联结对减小隧道轴力是有效的，对隧道接头附近弯矩的影响较大，在距离接头较远处弯矩接近于刚性联结情况，亦即弹性联结使得管段接头的动力性能得以改善。因此，隧道抗震缝的设置是非常必要的。

（1）沉管隧道最大地震响应值随体系阻尼比增大而减小，体系阻尼比对隧道最大地震响应的影响较明显，尤其当其小于0.1时，在分析中不容忽视。

3. 研究的基本内容与计划

通过ABAQUS对沉管隧道的抗震进行有限元法的分析，首先要建立隧道的有限元模型，然后主要对模型在地震荷载下的应力、位移和速度三大特征进行分析。

4. 研究创新点

运用动力有限元的思想进行沉管隧道的抗震研究，不是传统的二维、三维的简单分析。