中铁第六勘察设计院集团有限公司隧道设计分公司 天津 300131
摘要：目前我国在地铁工程的结构抗震上还存在一些亟待完善的问题，这些问题的产生来源于人们以及地铁结构设计者们对地下结构抗震方面的忽视。本文分析了地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题。
关键词：地铁地下结构；抗震；设计；
随着城市化的发展，城市交通状况及环境条件日趋恶化，交通的拥挤和效率低下成为各大城市的通病，人们逐渐认识到发展以地下铁道为骨干的大运量快速公共交通系统是解决问题的重要途径。
一、重要性分析
地铁工程作为一个城市交通的重要工程，也是一个城市的生命线工程，引发越来越多的人高度关注。我国的地铁建设还在发展和探索阶段，据研究资料显示，日本和美国等，对地铁地下结构的抗震分析都做过大量的研究分析，但是中国在这领域的研究则就没有国外投入的精力多，也就相对滞后。我国应该在这方面进行完善，对地铁地下结构的抗震问题给予更多的重视。在1995 年的日本大地震中，日本神户市的地铁区间以及部分地铁车站遭遇了严重的破坏，地下结构部分出现相当大的变形，对地上交通也造成了巨大的损失。所以，地铁的地下结构抗震问题应该要因其交通部门的高度重视，很多人都认为地震作用下，地下结构遭受的破坏程度要远远低于地上结构，但是日本的事实摆在眼前，所以我国的相关部门应该以日本的这次地震为前车之鉴，高度重视起我国的地震地下结构抗震设计，做到防范于未然，将地震给地铁的地下结构所带来的破坏程度降到最低，也最大程度上保证城市居民的出行安全。
二、实例分析
某地铁线路总长114km(包括地面轨道线路)，车站为是一个地下三层站车站，深度范围内根据钻孔揭露，场地表层分布人工填土层，主要地层有：①杂填土；②粉质粘土；③粉砂；④粉细砂；⑤砂砾卵石；⑥泥质粉砂岩；⑦泥岩。
1.动土压力及相对位移特性研究。以下通过数值模拟分析方法将对其进行专项研究，列举其中一种工况模拟分析过程，如下：地下结构尺寸为7m×7m，整体模型尺寸：水平方向取60m，竖向取为28m，在模型底部输入正弦剪切波加速度时程，局部放大可见接触面设置情况，选定土压力监侧点位置，计算结果如图1所示。
2.结构动力相互作用分析的快速高效算法。求解土——结构动力相互作用问题的方法可以分为解析法、半解析法和数值法等。由于地下结构的复杂性，解析法和半解析法的使用受到限制，而数值方法的使用最为广泛。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在众多数值方法中，有限元法由于具有灵活方便、适应性强的优点，得到了广泛的应用。当采用有限元法结合人工边界对强地震作用下的土——结构开放系统进行整体分析时，由于系统非线性的影响，必需采用时域逐步积分算法完成计算，当所研究问题的尺度大、力学模型的自由度多时，其分析计算工作量巨大。地铁地下结构构造复杂，往往又处在一个复杂的地震动场中，虽然目前由于分析手段的限制或出于简单满足工程设计目的考虑，常常采用切片的二维计算模型进行抗震分析，但为更深入研究和了解地铁地下结构的地震反应规律、分析不同地震动场的综合影响，采用地铁地下结构三维整体模型进行研究还是必需的。
3.内力计算。在根据《建筑抗震设计规范》和《城市轨道交通结构抗震设计规范》的相关规定，地铁地下车站的框架抗震等级均为三级。因此，需对此车站计算结果按二级框架进行内力设计值调整。另外，从日本阪神地震的经验来看，浅埋式地下结构在竖向地震作用下震害较为明显，而计算结果仅考虑横向地震作用，因此应对计算结果进行适当调整，以考虑竖向地震作用。表1中，中柱内力为单根中柱内力，其它截面内力为每延米构件内力，没有考虑维护结构作用。为方便比较，表中也列出了静力荷载准永久组合下按裂缝0.2mm 计算配筋率。
4.地铁地下结构地震破坏模式和抗震性能的评估方法。动力时程分析方法作为一种可靠的分析手段适用于深入研究地铁等地下结构抗震理论，而对于评估地下结构承载力极限状态和进行常规的地铁地下工程抗震设计，还需要发展简便和实用的分析方法。借鉴目前建筑结构的抗震设计方法，发展新的评估地铁地下结构地震破坏模式及抗震性能的方法是很有意义的。我国《建筑抗震设计规范》规定建筑抗震设计需要进行大震作用下结构的弹塑性变形验算，对于地铁地下结构尤其是地铁车站结构来说，大震作用下的弹塑性变形验算无疑也是必要的。目前我国对地铁车站及区间隧道等地下结构抗震设计中结构构件应采用的抗震构造措施还缺乏统一认识。一种观点认为单建的地下结构由于受到地层的约束，地震时构件不大可能出现交变内力，无须特别考虑抗震构造措施;当地下结构与地面建、构筑物合建时，才需按地面结构的抗震要求考虑构造措施。另一种观点认为基本可以照搬地面民用建筑结构的要求，例如，抗震设防烈度7 度的城市，即按8度采取相应构造措施，并将抗震等级提高一级。比较看来，这两种观点都有一定的片面性，前者完全忽视了地震对单建地下结构可能造成的破坏，后者又完全把地下结构等同于地上结构。
地铁地下结构是重要的生命线工程，造价高，使用周期长，一旦发生破坏，修复困难，直接和间接经济损失巨大。目前我国地铁建设已经进入高潮，其中很多地铁工程建设在高烈度地区，同时我国缺少完善的地铁地下结构抗震分析方法和有效的抗震构造措施，因而开展深入系统的理论分析、试验研究及数值模拟，发展合理而可靠的地下结构抗震设计理论和方法，完善地下结构抗震构造措施，确定优良的地下结构抗震体系，均具有重要的科学意义同时具有重要的工程应用价值。
参考文献：
[1]刘晶波,李彬,谷音.地铁盾构隧道地震反应分析[J].清华大学学报(自然科学版).2017(06):12-14.
[2]付鹏程,王刚,张建民.地铁地下结构在轴向传播剪切波作用下反应的简化计算方法[J].地震工程与工程振动.2016(03):17-19.
[3]林志,朱合华,杨超,杨林德.盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算[J].同济大学学报(自然科学版).2017(05):23-26.
[4]周健,董鹏,池永.软土地下结构的地震土压力分析研究[J].岩土力学.2016(04)
论文作者:吴琼
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/23
标签：结构论文; 地下论文; 地铁论文; 方法论文; 日本论文; 内力论文; 车站论文; 《防护工程》2018年第17期论文;