中國地震學會團體標準

《隧道抗震韌性評價標準》編制說明

一、編制的必要性

目前，隧道結構的抗震設計遵循“多水平設防，兩階段設計”的

抗震設計理念，并按照“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震總

體設防目標，但并沒有將隧道的抗震韌性納入其抗震設計要求。為了

規范我國隧道抗震設計，提升技術水平，保障隧道工程質量，同時滿

足隧道抗震韌性評價要求，亟需建立一套科學的隧道抗震韌性評價標

準，以推動隧道的抗震韌性評價在隧道設計中的運用，提升隧道抗震

韌性水平。

隧道抗震韌性評價標準是對新建和既有隧道進行抗震韌性評級

的依據，對于提高隧道工程的科學設計、安全運營、防災減災和安全

建養水平具有重要意義。

二、國內外概況

目前，國內外韌性評價理論與設計方法方面取得一定進展，相繼

提出了抗震韌性的概念并進行了深入研究。要求也由“地震安全”提升

到了“地震韌性”的層面。

國外韌性抗震評價多集中于建筑抗震評價領域，美國聯邦應急管

理署、美國韌性委員會分別提出了FEMA-P58、USRCBuildingRating

System評價標準，國際奧雅納工程咨詢公司提出了REDiRating

System評價標準；美國聯邦應急署頒布的FEMA-P58中給出了包括

人員傷亡、修復費用和修復時間等性能指標的概率分布，實現對單體

建筑的評價；奧雅納工程咨詢公司牽頭建立一套3個等級（白金級、

金級、銀級）、4個維度（組織韌性、建筑韌性、環境韌性、損失評

估）和65個指標的建筑抗震韌性指數評估體系；美國韌性委員會從

人員傷亡、修復費用和修復時間3個指標評價建筑韌性，并根據評價

結果認證相應等級。

國內現有抗震規范與標準也多針對建筑物及構筑物，對于隧道的

抗震韌性評價缺乏相應規范和標準。相關規范和標準有：《公路隧道

抗震設計規范（TJG2232-2019）》、《建筑抗震韌性評價標準

（GB/T38591-2020）》、《建（構）筑物與應急設施地震安全韌性建設

指南（DB11/T1891-2021）》、《城市軌道交通地下工程建設風險管理

規范（GB50652-2011）》、《地下結構抗震設計標準（GB/T51336-2018）》

等。中國建筑抗震韌性評價標準建立了包括人員傷亡、修復費用和修

復時間3個評價指標及三星、二星和一星3個評價等級的評價體系。

目前國內外隧道韌性評價理論與設計方法方面缺乏系統研究，國

內外抗震韌性評價多集中于建筑及構筑物抗震韌性評價領域，而對于

隧道的抗震韌性評價卻缺乏相應規范和標準。

三、編制主要過程（包括但不限于以下內容）

1.任務來源

國家重點研發計劃交通基礎設施重點專項項目

“2021YFB2600800海底隧道建造與韌性增強關鍵技術”

2.起草單位和主要起草人

序號姓名單位職稱聯系方式編制角色

1郭成超中山大學教責人

2高陽石家莊鐵道大學教/p>

3隋傳毅石家莊鐵道大學講/p>

4王劍宏山東大學教/p>

5許紅彬深圳大學副研究/p>

6孫文昊中鐵第四勘察設計正高級/p>

院集團有限公司程師

7倪健青島國信發展(集高級工/p>

團)有限責任公司師

3.主要工作過程

（1）調研階段

文獻資料調研：收集和研究與隧道抗震韌性相關的文獻資料，了

解國內外相關標準、規范和研究成果。

實地調查：對已建成的隧道進行實地調查，了解其抗震設計、施

工和運營情況。

專家訪談：與相關領域的專家進行訪談，獲取他們對隧道抗震韌

性標準的看法和建議。

調研方法論：確定調研的方法論，包括采用的技術手段、數據收

集方式和分析方法。

數據收集：收集隧道結構、地質條件、地震活動等方面的數據，

為后續分析和評估提供支持。

（2）立項階段

確定立項目的：為了規范我國隧道抗震設計，提升技術水平，保

障隧道工程質量，同時滿足隧道抗震韌性評價要求，亟需建立一套科

學的隧道抗震韌性評價標準，以推動隧道的抗震韌性評價在隧道設計

中的運用，提升隧道抗震韌性水平。

立項申請：向中國地震學會辦公室提交《隧道抗震韌性評價標準》

立項申請書。隧道抗震韌性評價標準是對新建和既有隧道進行抗震韌

性評級的依據，對于提高隧道工程的科學設計、安全運營、防災減災

和安全建養水平具有重要意義。

組建標準項目組：組建隧道抗震韌性標準制定的項目組，包括項

目負責人、專家顧問、技術人員等，詳見起草單位和主要起草人章節。

制定標準項目計劃：制定詳細的項目計劃，包括項目的時間安排

節點、各單位工作任務內容分配和定期視頻會議。

確定調研范圍：明確隧道抗震韌性標準制定的范圍，包括適用對

象、內容要求、標準制定的層次等。

預調研：進行初步的文獻調研和實地調查，了解相關領域的最新

進展和現狀，為后續調研工作做準備。

立項會議：召開立項會議，對項目的立項背景、目的、計劃等進

行詳細討論，明確各方責任和工作重點。

項目啟動：正式啟動隧道抗震韌性標準制定項目，開始實施調研

和研究工作。

立項組織會議：

（3）起草階段

制定起草計劃：確定起草階段的時間安排、工作任務分配和起草

流程，確保標準的順利制定。

召開起草組會議：組建起草組，召開會議討論標準的起草方向、

結構和內容，明確起草工作的目標和重點。

制定標準結構：確定隧道抗震韌性標準的結構框架，包括標準的

章節設置、內容要求和各章節之間的邏輯關系。

撰寫標準內容：根據起草計劃和標準結構，起草組成員分別負責

撰寫各個章節的內容，確保標準的全面性和準確性。

起草組織會議：

（4）內部討論與修改階段

召開內部討論會議：組織起草組成員和相關專家參加內部討論會

議，就標準的各個方面展開討論。

審閱標準內容：起草組成員和專家對標準的各個章節內容進行仔

細審閱，確保內容準確、完整、符合規范。

技術討論與研討：就標準中涉及的技術問題展開深入討論和研究，

確保標準的科學性和實用性。

提出修改建議：起草組成員和專家根據審閱過程中發現的問題和

改進建議，提出相應的修改意見。

討論修改意見：就各方提出的修改意見進行討論，分析其合理性

和可行性，確定是否需要進行修改。

修改標準內容：根據討論和意見反饋，對標準的內容進行修改和

調整，確保標準的準確性和完整性。

協調意見分歧：如在討論過程中出現意見分歧，需要進行協調和

溝通，尋求達成共識的方式和方法。

整合修改意見：匯總各方提出的修改意見，對標準內容進行整合，

形成統一的修改版本。

內部審查與確認：完成修改后的標準內容進行內部審查，確保修

改符合要求，最終確認修改版本。

文本定稿：根據內部討論和修改的結果，最終確定標準文本的定

稿版本，為后續審查和批準做準備。

內部討論會議：

（5）公開征求意見與修改

公開征求意見：向中國地震學會提出申請備案，備案后由中山大

學向相關單位及專家發征求意見函，學會辦公室同期在學會官網和團

體標準信息平臺發布征求意見公告。

（6）專家會議評審與標準完善階段

四、條文說明

1范圍

隧道抗震韌性評價標準是對新建和既有隧道進行抗震韌性評級

的依據。標準以數值模擬仿真或者現場實測數據為依據，開展韌性評

價工作。

2規范性引用文件

3術語和符號

4要求

隧道抗震韌性評價應以結構彈塑性時程分析和隧道易損性數據

庫為基礎。建立隧道結構模型時，應符合工程的實際情況，材料強度

應取極限強度值。具體參照GB50010-2010《混凝土結構設計規范》

確定。隧道抗震韌性評價應采用設定水準地震作用下結構彈塑性時程

分析所得出的工程需求參數作為依據。我國不同地區的設防地震烈度

和設計基本加速度應按GB/T17742-2020《中國地震烈度表》確定。

5隧道結構易損性數據庫

地震易損性是指不同震級地震作用下隧道結構發生不同級別破

壞狀態的概率，通過概率指標定量反映了隧道結構的抗震性能，宏觀

描述了地震強度與隧道結構破壞程度之間的關系。選取易損性指標會

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。可拓云模型是一種即能反映客觀事物的隨機性和模

糊性，又能實現評價指標與評價等級間的確定和不確定關系的統一定

量描述的模型。

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

記為C，各指標量值記為V，結合云理論處理不確定性問題的隨機性

和模性，用正態云(Ex,En,He)代替特征值V，假設N有n個評價指標，

R為n維物元，將各項指標分為m個安全等級(j=1,2,…，m)，則可

拓云模型表達形式如下：

NcvNc1(j1,j1)Nc1(Exj1,Enj1,He)

11j

cvcc,Ex,En,He

22j2(j2j2)2(j2j2)

Rj=(N,,CiVj)===

cv

njncc,Ex,En,He

n(jnjn)n(jnjn)

其中，Rj為在j等級內，與評估對象N相對應的評估指標及其

標準量值范圍形成的經典域，α、β分別為各等級的區間值，

EExn,,He

(jiji)表示區間vji對應的云參數，令He=0.1，且有

E()/2xjijiji=+

Exji=?(jiji)/6

參考JTGT2232-2019《公路隧道抗震設計規范》地震作用組合

下的變形驗算應符合規定：地震作用組合的效應（如變形、位移等）

設計值要小于等于設計對變形、位移等規定的相應限值；抗震性能要

求較高時，宜進行結構整體變形性能驗算，其相應參數和計算模型要

適應彈塑性階段計算要求，鉆爆法隧道（或類圓形隧道）二襯結構的

最大收斂值作為指標。

隧道收斂變形評定標準

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重危險

級別12345

參考JTG3370.1-2018《公路隧道設計規范第一冊土建工程》。

混凝土抗拉能力差、脆性強，在荷載作用下容易出現混凝土開裂、剝

落，甚至坍塌現象。在試驗中常用混凝土極限強度值判定混凝土是否

發生損壞；在數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。

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

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重危險

級別12345

參考CJJT289-2018《城市軌道交通隧道結構養護技術標準》。

襯砌開裂是指襯砌表面出現裂紋、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。

隧道開裂評定標準

開裂錯臺(mm)c≤55<c≤1010<c≤1515<c≤20c>20

描述完好輕微中等嚴重危險

級別12345

6隧道損傷狀態判定

隧道損傷狀態判定應根據隧道易損性數據庫和工程需求參數確

定隧道的損傷狀態。隧道易損性數據采用隨工程需求參數變化的概率

分布表征，工程需求參數矩陣應根據彈塑性時程分析結果，采用聯合

對數正態分布函數。

根據隧道設計資料和勘察地質資料，選取圍巖物理力學參數、襯

砌支護參數，建立三維有限元模型。

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001）和《建筑抗震

設計規范》（GB50011-2010）(2016年修訂版)，對工程場地地震動

參數進行選取。所選取地震波的數量,以及持時﹑幅值和頻譜等參數

應符合相關規范要求。

提取工程需求參數并統計分布特征，集成工程需求參數矩陣，詳

見附錄D隧道損傷狀態判定方法。

蒙特卡羅法也稱統計模擬法、統計試驗法，是把概率現象作為研

究對象的數值模擬方法。是按抽樣調查法求取統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

樣的本質而命名。故適用于對離散系統進行計算仿真試驗。在計算仿

真中，通過構造一個和系統性能相近似的概率模型，并在數字計算機

上進行隨機試驗，可以模擬系統的隨機特性。

蒙特卡洛算法流程

基于蒙特卡洛方法結合易損性數據庫進行多次隧道損傷狀態判

定，采用對數正態分布模型擬合各項可修復性指標，并采用具有84%

保證率的擬合值作為抗震韌性評價的依據，確定隧道抗震韌性等級，

最終形成隧道抗震韌性評價標準。

7修復費用計算

介紹說明隧道修復成本計算總體要求，例如修復成本主要組成、

是否采用現行定額、該計入及不該計入修復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算定額規

定計算。

修復費用的計算內容是震后隧道在修復過程中所產生的所有直

接相關費用，由材料費和非材料費兩大部分組成。其中材料費包括：

常規修復中的混凝土、砂漿、石料成本、更換套拱、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、置換及修復過程中產生的電費、

運輸費、機械費、人工費（工時費）。

修復費用計算流程

8修復時間計算

隧道修復時間應計人所有震損部件完成建筑功能性恢復所需的

修復時間。隧道修復時間不宜計人建筑震損評估、修復方案制定、修

復材料采購、施工設備租賃等各項開工前準備工作所耗費的時間。

計算隧道修復時間時應考慮隧道及其附屬設施的主要修復工作

在里程和進出口的先后次序，并應符合下列要求：

（1）隧道的主要修復工作應包括結構部件修復﹑圍護部件修復、

隔斷部件修復及附屬部件修復﹑管線修復、通風照明（電力）、通信

設備修復。

（2）不同的修復工作可同時展開。

（3）隧道震損的修復時間應按照主要修復工作的先后次序，取

主要修復工作的最長時間組合作為建筑修復時間的評價指標。

9隧道抗震韌性等級

基于易損性數據庫進行多次隧道損傷狀態判定，確定地震災害作

用下的結構損傷，構建不同損傷狀態的恢復函數，結合修復指標（修

復時間、修復費用等），得到隧道結構性能函數曲線，基于韌性三角

形理論，確定隧道抗震韌性等級。

分析流程

基于隧道結構易損性分析及不同狀態修復函數，可推導出給定地

震動強度指標下隧道結構功能函數Q（t）計算公式：

4

?(?)=∑??(???|?)??(??≥???|??)

?=1

??(???|?)：在地震后修復工作開始的時間點t時隧道在破壞狀態???

下的性能百分比，由對應的隧道性能修復曲線獲得；

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

基于隧道結構功能/性能函數Q(t)，得到隧道結構韌性曲線，其

示例如下。

隧道結構韌性曲線示例

基于三角韌性理論，隧道結構韌性評價指標可分為：R（快速修

復性），Rd（性能損失），FR（性能恢復），Re（結構韌性指標），Rf

（可修復性指標）；隧道結構韌性評價指標可以從不同破壞狀態對應

的隧道抗震性能功能函數Q(t)計算得到。

??(?)

?=

??

?0?+???

??=∫[100??(?)]??

?0?

?0?+???

??=∫(?(?)???)??

?0?

?0?+???()

∫?????