图5-59所示为地震对一般地下建筑的影响。可以认为地下建筑与周边地基的反应有关，地震时或者地震后，地下建筑周边的地基是否稳定对地下建筑的影响有着很大的区别。围岩稳定情况下，应着重分析地基振动对隧道的影响；当围岩不稳定时，则应重点分析伴随地基破坏所产生的影响。地震对地下建筑的影响，应该从不同的角度进行考虑。对盾构法隧道的抗震性能进行研究的时候，需要考虑地震烈度以及所建隧道地区的地基条件，根据地基、隧道模型、地震作用大小选择适当的地震影响进行研究。同时，工程技术人员应关注根据过去的地震灾害实例，研究地震时地基和隧道的力学机理的既往研究成果，并能根据地震烈度将地震反应具体化。

图5-59　地震作用影响分析

图5-59中所示的不只局限于盾构隧道，是地震对地下建筑所造成的普遍影响，需根据实际情况具体分析。比如，当盾构隧道建在冲积平原城区内且水平成层很厚的软弱地基中时，就没必要考虑滑坡对隧道的影响；当需要考虑活动断层产生地层错位的情况时，隧道选线时就应该尽量避开该断层。但是如果推测在隧道下数十公里处有活动断层，也可以不考虑冲积地层中的断层对隧道的影响。如果不得不考虑活动断层对隧道的影响，鉴于实际上提高隧道的抗震性能很困难，一般都会考虑预备系统和重建体制。

迄今为止，隧道一般都建设在冲积平原的城市地区，所以，一般盾构隧道设计中的实际问题，很多都涉及地基振动对隧道的影响以及可能产生的地基液化对隧道的影响等。另外，如果预想地基可能会液化的话，一般都会选择避开该地基的隧道路线。

（1）隧道自身惯性力的影响

一般对于覆土层较厚的地下建筑，只要该建筑没有重大问题，地震时作用于其结构的惯性力影响很小。对于盾构隧道，比如外径10m、施加二次衬砌的隧道，假设初次衬砌和二次衬砌的厚度各为0.4m，从分析结果来看，惯性力的影响约为0.3%～0.6%。因此，有较厚覆土层的盾构隧道，一般基本可不考虑惯性力的影响。如果从抗震性研究精度的角度出发，需要考虑惯性力影响的话，也只适用于隧道内各附带设施的单位体积质量（隧道轴向1m 长的质量／隧道断面面积）比周边地层的单位体积质量大的情况。然而，对于输水隧道，除了自身衬砌以外，还需考虑内水的质量，总质量相较于所置换的土层并未显著减小，在抗震设计时应适当考虑衬砌和内水整体质量之和产生的惯性力作用。

（2）弹性地基位移对隧道的影响

隧道周边的地层在地震时的活动实际上属于弹性振动，即隧道周边地层稳定的情况，可以认为是地层的位移，相对位移产生的力作用于隧道。这是盾构隧道中应该考虑的地震影响。地基位移的全部或者一部分作用于隧道的纵断面，而隧道的横断面则在此基础之上，还要加上由于地基相对位移所产生的面剪切力作用，这就是所谓的位移响应法。是否要考虑环向剪切力，与评价地震时地基反应用的模型有着密切的关系。小泉淳等人的研究发现，盾构隧道的横断面产生的内力一半都是由于地基的相对位移引起的；而由环向剪切力产生的部分占另一半。

（3）地震时的动水压

对于受内水压直接作用的盾构法输水隧道，应考虑地震发生时的动水压。如果隧道内是满水状态，需注意地震将造成特别大的影响。

（4）液化和土层流动对隧道的影响(www.daowen.com)

隧道周边地基在地震中的反应不能认为是弹性振动时，也就是说，由地震引起的隧道周边地基不稳定时，需要考虑地基液化对隧道的影响。

隧道液化的均匀系数很小，地震动作用在松散堆积的饱和砂质地基时，孔隙水压上升会引起有效应力的减少，造成地基强度降低。如果出现液化，首先，液化之前地基的振动响应特性会发生改变，地基的固有周期变长。液化之后的地基与水相比，密度更大，相当于结构受到更大的浮力作用。其次，因为地基强度的减弱，地基的变形和位移也随之增加。液化结束时，随着孔隙水压的消散，将产生地基沉降现象，尤其是水位线附近和倾斜的地基，随着液化将会产生侧移。液化及伴随其产生的侧移，不管是地上还是地下，都会给结构物造成很大破坏，盾构隧道也不例外。但是一般情况下，盾构隧道与管道和明挖隧道相比，液化和侧移都发生在一定埋深以内，盾构隧道的埋深只要达到不受影响的深度，就不用考虑地基液化和流动对隧道造成的影响。所以，盾构隧道选位时应尽量避开液化土层。

日本在20世纪末基于东京湾跨海隧道工程做了大量模型实验研究。通过分析隧道中衬砌管片、内衬结构、接头等构件在地震作用下的动力响应，得到一些结论。

①在横向地震作用下：

a.盾构隧道横向的地震反应可根据地基横向反应位移进行分析；

b.错缝拼装和通缝拼装的隧道衬砌结构均可采用梁—弹簧模型的反应位移法进行分析；

c.通缝拼装的隧道可采用二维有限元法建模分析，错缝拼装的隧道宜采用三维有限元进行建模分析；

d.作用到隧道本身的惯性力影响很小，可以忽略不计；

e.由于地基位移而产生的断面内力和环向剪切力产生的断面内力几乎相当，所以进行盾构隧道横断面的抗震研究时，环向剪切力不可忽略。

②在纵向地震作用下：

a.地震动作用在隧道轴向时，只有管环的隧道模型会随着冲积地基一级洪积地基各周边地基振动，土层变化处隧道随冲积土层反应。

b.地震动作用在隧道轴向时，不管有没有二次衬砌，即无论隧道轴向弯曲刚度多大，隧道都会随着周边地基的反应而振动。