近年来,各大城市纷纷选择了快速、清洁与高效的地下轨道交通来缓解地上交通的压力。在我国,20多座城市已经基本完成了地下轨道交通的修建,还有40余座城市正要规划修建地铁,我国将长期处于地铁修建的浪潮之中。我国在地铁抗震方面的研究起步较晚,至今没有一套完整的理论体系。在进行结构地震反应分析时,地震波的输入通常采用一致激励法,而对于大跨度结构,地震动变异性对结构影响明显,而应采用行波激励输入法,但行波激励下隧道地震动规律的研究还不够深入。因此,有必要对行波激励下盾构隧道的动力响应进行进一步研究。本文依托盾构隧道工程实例--济南市黄河隧道工程开展研究,研究包括盾构隧道地震灾害机理探讨、反应位移法分析、隧道动力时程反应分析、行波激励与一致激励下的盾构隧道动力响应特征对比分析等内容。具体内容包括:(1)系统查阅并统计了国内外文献资料,收集了地铁盾构隧道的地震破坏事故,统计并分析了地震作用下盾构法隧道的主要震害形式并探讨了震害机理。(2)《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB50909-2014)规定:“隧道结构抗震设计应根据设防要求,进行隧道横向地震反应计算”。基于济南黄河隧道工程,建立一维土层地震反应分析模型,对河中段结构最不利断面进行了设防及罕遇地震作用下的分析,算得地震作用对结构的作用力:结构惯性力、土体变位荷载和结构周面剪力。(3)将一维土层地震反应分析算得的地震作用力与静力荷载进行组合,利用Sap84有限元软件建立平面分析模型。案例结果表明:罕遇地震下内力值略有提高,轴力、剪力、弯矩分别较设防地震提高26%、24%、11%,轴力最大值均出现在拱腰部,弯矩最大值出现在拱顶与拱底,剪力最大值出现在拱底;地震工况下隧道结构最大直径变形率为1.68‰,在《城市轨道交通结构抗震设计规范》GB50909-2014规定的4‰~6‰限值之内。(4)隧道结构纵向地震反应计算,利用Midas GTS/NX有限元分析软件建立三维隧道动力时程反应分析模型,采用时域分析方法,进行设防与罕遇(E2、E3)地震作用下的隧道地震动力响应计算,求得隧道的地震动反应,并对比分析了一致与行波地震动输入条件下的响应特征与差异。(5)研究三个角度(0°、45°、90°)入射的地震波,对隧道的动力响应特点及差异,找出最不利的入射方向。案例计算结果表明,隧道在行波激励下的位移与内力均大于一致激励下的位移与内力。横向剪切波作用时,隧道位移主要以横向位移为主。拱腰处的位移大于拱顶、拱底处位移。拱腰处相对位移最大值为55.21mm。最大直径变形率为3.63‰;纵向压缩波作用下,主要是沿隧道纵向的变位,横向与竖向则变位较小。拱腰处的位移大于拱顶、拱底处位移。拱腰最大相对位移为36.55mm。最大直径变形率为2.4‰;与隧道纵向成45度压缩波激振工况,隧道主要是沿横向和纵向变位。拱顶、拱底相对位移最大值为30.97mm,最大直径变形率为2.04‰。通过以上研究,深入分析了济南黄河隧道在一致激励与行波激励作用下的动力响应。行波激励下隧道各点在同一时刻的振幅步调不是一致的,体现了地震波行进过程中的变异。所以对于水下大盾构隧道,应采用行波激励法进行分析。