在强地震动作用下浅埋山岭隧道容易出现震害,随着我国轨道交通事业大发展,越来越多的隧道将被修建在高烈度地震区,开展高烈度地震区浅埋山岭隧道抗减震技术研究具有重要的科研和工程意义。本文基于Fourier-Bessel函数展开法,探索建立半无限空间中浅埋隧道“围岩-减震层-衬砌”及“围岩-初衬-减震层-二次衬砌”两种减震结构力学模型,分析了隧道埋深、地震波入射角以及入射频率对隧道动应力响应的影响,并研究了减震层弹性模量及厚度对减震层减震效果的影响,最后依托某海外高铁浅埋隧道工程,开展了有限元动力时程分析,对比理论解析法和有限元时程分析法结果,结合振动台模型试验结果,深入研究了浅埋隧道两种减震结构的动力响应特性,并开展了隧道设减震层后高速列车行车稳定性研究,得到以下主要结论:(1)平面P波、SV波及Rayleigh波引起浅埋隧道衬砌动应力响应区别很大,对于低频垂直入射波,平面P波引起隧道衬砌最大动应力集中系数为17.7,出现在隧道拱腰位置;平面SV波引起隧道衬砌最大动应力集中系数为33.1,出现在隧道共轭45°位置;Rayleigh波引起隧道衬砌最大动应力集中系数为8.4,出现在隧道左拱脚处。(2)隧道埋深h和地震波波长λ之比显著影响隧道动应力集中系数,对于入射体波,当隧道埋深h为0.25λ的偶数倍时,隧道动应力较小,而当隧道埋深h为0.25 λ的奇数倍时,隧道动应力较大,而对于斜入射的地震波,由于在地表发生了复杂的波形转换,其规律较复杂。对于Rayleigh波入射,随着隧道埋深增大,Rayleigh波引起的隧道动应力则显著降低,当隧道埋深大于0.5倍的剪切波波长时,面波对浅埋隧道影响较小。(3)地震波入射角显著影响隧道动应力集中系数,当地震波入射角接近于围岩临界角度时,隧道动应力响应较大,而当地震波接近于水平入射时,隧道动应力集中系数较小;随着地震波入射频率增大,隧道动应力响应越来越复杂,低频入射波对隧道动应力响应影响较大。(4)在衬砌和围岩之间设置一层刚度较低的减震层后,隧道初衬和二次衬砌最大动应力集中系数减小,当在初衬和二次衬砌间设置减震层后,隧道二次衬砌最大动应力集中系数减小,而初衬相应值增大,对比两种减震结构动应力集中系数,可以发现在衬砌间设置减震层时的减震效果较好;并且注意到当减震层弹性模量过低或减震层厚度过大时,反而对隧道受力不利,建议减震层厚度与隧道洞径之比取值为1/40～1/20,减震层与围岩的弹性模量之比取值为1/50～1/100。(5)基于波场分离理论,采用粘弹性人工边界,在有限元软件中实现了地震波斜入射地震动输入,开展了某海外高铁浅埋隧道地震波斜入射动力时程分析,数值分析结果表明:地震波位移是控制隧道内力的主要因素;地震波入射角对隧道受力和变形影响明显,当地震波入射角增大时,隧道相对位移峰值增大,衬砌剪力和轴力明显增大,但弯矩变化不明显,同时可以发现隧道衬砌最大主应力显著增大,同时隧道围岩动压力峰值增大。(6)开展了某海外高铁浅埋山岭隧道“围岩-减震层-衬砌”和“围岩-初衬-减震层-二次衬砌”两种减震结构有限元动力时程分析,数值结果表明:当设置减震层后,隧道相对位移峰值增大,隧道剪力和轴力峰值减小了 50%,而隧道弯矩增大,隧道二次衬砌最大主应力峰值明显减小,并且在初衬和二次衬砌间设置减震层减震效果较好,而隧道初衬最大主应力增大。(7)有限元时程分析法和理论解析法结果左右,而在初衬和二次衬砌间设置减震层,可以显著建小隧道二次衬砌最大动应力4都表明:当在围岩和衬砌间设置减震层,可以有效减小隧道二次衬砌最大动应力16%0%左右,并结合振动台模型试验结果,可以发现,当在围岩和衬砌间设置减震层后,隧道衬砌裂缝数量减小,而当在初衬和二次衬砌间设置减震层时,二次衬砌基本保持完好,但初衬(外层衬砌)发生明显破坏,结果和理论分析及有限元时程分析法结果基本一致。(8)开展了高速列车荷载激励下某海外高铁浅埋山岭隧道减震层结构动力时程分析,研究了隧道及其减震结构竖向位移幅值、竖向加速度幅值及最大主应力幅值变化规律,研究表明:在高速列车振动荷载作用下,设置减震层对隧道动应力响应影响较小,隧道竖向沉降位移有所增大,竖向沉降位移满足高速列车行车要求,而隧道加速度峰值显著增大。