隧道與地下空間抗震防災(zāi)的若干思考

楊林德

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系，上海 200092)

0 引言

很長時(shí)間以來，同地面建(構(gòu))筑物相比，地下空間結(jié)構(gòu)的震害并未引起人們足夠的重視。究其原因，一方面是地下空間結(jié)構(gòu)振動幅度相對較小，同時(shí)，受到周圍地層的約束，較難發(fā)生地震破壞;另一方面是地下結(jié)構(gòu)工程的大規(guī)模建設(shè)歷史尚淺，且多建于大中型城市，而這期間在大都市沒有發(fā)生大的地震。因此，大多數(shù)地下結(jié)構(gòu)并未受到強(qiáng)震的考驗(yàn)，也常使人誤以為地下空間結(jié)構(gòu)的抗震能力都很好。

這一觀念在1995年的阪神地震之后發(fā)生了改變。在阪神地震中，除了地下管道外，地下鐵道、地下停車場、地下商業(yè)街等大量地下結(jié)構(gòu)也發(fā)生了破壞，有的甚至是嚴(yán)重破壞。在2008年汶川地震中，四川災(zāi)區(qū)有多座公路隧道和地鐵隧道出現(xiàn)了不同程度的破損，進(jìn)一步使人們認(rèn)識到，地震對隧道與地下空間結(jié)構(gòu)造成損害是客觀存在的，潛在地震災(zāi)害對地下結(jié)構(gòu)的安全使用有可能構(gòu)成嚴(yán)重威脅。近年來，全球各地強(qiáng)震頻發(fā)，在這一背景下，地下結(jié)構(gòu)的抗震研究工作也就顯得日益重要。

1 地下空間結(jié)構(gòu)的震害形式

1.1 阪神地震前的震害形式

在阪神地震之前的歷次地震中，地下鐵道等建筑物的嚴(yán)重震害記錄較少，地下構(gòu)筑物的嚴(yán)重震害多見于地下管道。例如，1906年美國舊金山地震、1923年日本關(guān)東地震和1933年長灘地震均曾有輸水管、煤氣管或煤氣裝置破壞的記錄［1］;1975年海城地震中，營口市(8度區(qū))150多km管道破壞372處，配水管網(wǎng)大量漏水［2］;1976年唐山地震中，唐山市給水系統(tǒng)全部癱瘓，秦京輸油管道發(fā)生5處破壞［3］;1985年墨西哥城地震導(dǎo)致不同材質(zhì)的各種管道均發(fā)生破壞，其中煤氣干管斷裂導(dǎo)致了煤氣爆炸、火災(zāi)等次生災(zāi)害，加重了生命財(cái)產(chǎn)損失［4］。從管道系統(tǒng)的破壞情況來看，接頭部位是遭受地震影響的薄弱環(huán)節(jié)。

同管道系統(tǒng)相比，其他類型地下結(jié)構(gòu)的震害程度則明顯輕微得多。同樣是在唐山地震中，剛建成的天津地鐵(地震烈度7～8度)并未出現(xiàn)明顯損壞，僅沉降縫部位施工面層局部出現(xiàn)脫落或裂縫［5］?？傞L17.7萬m的開灤煤礦井巷工程主體結(jié)構(gòu)震害輕微，其中，斷面形狀尺寸或坡度發(fā)生變化部位、不同支護(hù)材料交界處、地質(zhì)條件復(fù)雜段和采空區(qū)附近震害相對較重［6－7］。天津市部分人防工程位于8度或9度區(qū)的濱海相沉積層中，除表層土強(qiáng)度稍大外，均為淤泥質(zhì)土或粉土，地震中人防地道出現(xiàn)環(huán)向裂縫，局部出現(xiàn)縱向裂縫，接頭轉(zhuǎn)角處發(fā)生了多處斷裂和錯(cuò)動并導(dǎo)致漏水，個(gè)別未覆土的人防通道出現(xiàn)局部坍塌［8］。

1.2 阪神地震震害形式

1995年阪神地震中，除地下管道外，神戶市內(nèi)采用明挖法建造、上覆土層較淺的地下鐵道、地下停車場和地下商業(yè)街等大量地下結(jié)構(gòu)受到了不同程度的影響。其中，神戶高速鐵道的大開站破壞情況極為典型，受災(zāi)程度也最為嚴(yán)重。除地鐵車站外，部分地下商業(yè)街出現(xiàn)水暖電系統(tǒng)的破壞和裝飾面層脫落破損(如神戶市內(nèi)三宮地下街等)，部分地下停車場出現(xiàn)裂紋、斷裂、裝配件變形、混凝土剝落等問題(如三宮第2地下停車場)，部分公路、鐵路隧道出現(xiàn)裂紋和混凝土剝落等程度較輕的破壞現(xiàn)象(如鐵路山陽新干線六甲隧道、神戶電鐵東山隧道和北神特快隧道等)［9］。

以下敘述地鐵車站的典型震害。

1.2.1 大開車站

大開車站采用明挖法修建，長120 m，側(cè)式站臺。有2種斷面類型:標(biāo)準(zhǔn)段斷面和中央大廳段斷面。標(biāo)準(zhǔn)段斷面多為站臺部分，是1層2跨結(jié)構(gòu);中央大廳段斷面為2層4跨結(jié)構(gòu)，地下一層是檢票大廳，地下2層為站臺。底板、側(cè)墻和中柱均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中柱間距為3.5 m。覆土厚度標(biāo)準(zhǔn)段為4～5 m，中央大廳段為2 m。地震中站臺部分標(biāo)準(zhǔn)段斷面23根中柱幾乎完全倒塌，導(dǎo)致頂板坍塌和上覆土層大量沉降，最大沉降量約2.5 m。大開車站站臺部分?jǐn)嗝孀冃我妶D1，震害情況見圖2。地下2層的6根中柱中，兩側(cè)3根中柱損壞，剩下3根輕微損壞。

除大開車站，另有部分地鐵車站的混凝土中柱損壞嚴(yán)重，典型的破壞形式為剪切破壞和斜向龜裂。

1.2.2 上澤站

市營地鐵上澤站全長400 m，月臺長125 m。橫截面在線路方向上分3層2跨和2層2跨2種形式。下層柱采用鋼構(gòu)柱者未遭破壞，其他混凝土中柱均損壞嚴(yán)重，出現(xiàn)了典型的剪切破壞和斜向龜裂。

上澤車站C斷面破壞情況(西側(cè)面)見圖3，G2斷面破壞情況(西側(cè)面)見圖4，中柱毀壞情況見圖5。

圖1 大開車站斷面變形示意圖Fig.1 Cross-section deformation of Daikai Metro station

圖2 大開車站震害實(shí)景圖Fig.2 Seismic damage of Daikai Metro station

圖3 上澤車站C斷面破壞情況圖Fig.3 Damage of C cross-section of Kamisuwa station

圖4 上澤車站G2斷面破壞情況圖Fig.4 Damage of G2 cross-section of Kamisuwa station

圖5 上澤車站中柱毀壞情況Fig.5 Damage of intermediate column of Kamisuwa station

1.2.3 三宮車站

在市營地鐵三宮車站地震災(zāi)害中，采用鋼構(gòu)柱的結(jié)構(gòu)中柱未遭破壞，而其他混凝土中柱損壞嚴(yán)重，其破壞情況見圖6。

1.3 汶川地震震害形式

2008年汶川地震造成了震區(qū)多座公路、鐵路隧道和地鐵隧道破損。其中僅四川災(zāi)區(qū)就有56座公路隧道出現(xiàn)了不同程度的損壞，震害主要形式包括洞口滑坡、洞門端墻和翼墻開裂、初期支護(hù)變形、二次襯砌開裂、洞周圍巖坍塌、冒頂?shù)魤K、涌水、底鼓或鋪砌開裂、隆起等［10－11］。典型破壞情況見圖7—9。其中洞門端墻和翼墻開裂多因構(gòu)件間未采用鋼筋連接，初期支護(hù)變形、襯砌開裂、洞周圍巖坍塌等多由未對周圍松散地層進(jìn)行有效加固引起，發(fā)生底鼓或鋪砌開裂、隆起等震害主要是未根據(jù)抗震設(shè)防要求并參照工程地質(zhì)條件在底部設(shè)置仰拱。

圖6 市營地鐵三宮車站破壞情況圖Fig.6 Damage of intermediate column of Sannomiya station

圖7 洞門端墻開裂Fig.7 Cracking between lining and head wall

圖8 洞內(nèi)坍塌Fig.8 Surrounding rock collapse

成都地鐵1號線在建盾構(gòu)區(qū)間隧道在地震中出現(xiàn)了管片錯(cuò)臺、個(gè)別接縫裂損等。管片錯(cuò)臺情況見圖10。

圖9 襯砌開裂Fig.9 Multiple transverse cracking

圖10 管片錯(cuò)臺Fig.10 Staggered joint displacement

2 地下綜合體及其抗震能力

進(jìn)入21世紀(jì)后，地下空間作為不可再生的有限資源，其開發(fā)利用開始強(qiáng)調(diào)整體規(guī)劃，以提高利用率。地下空間的建設(shè)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)型式也越來越豐富，其中，結(jié)合地鐵車站進(jìn)行周邊地下空間的綜合開發(fā)已成為地下軌道交通發(fā)展的新趨勢。這種模式的投資風(fēng)險(xiǎn)較小，綜合效益高，可以有效地改善城市交通環(huán)境，對結(jié)構(gòu)物的整體規(guī)劃布置也較有利。但按照這一模式進(jìn)行建設(shè)，為了滿足交通要求，勢必要在車站結(jié)構(gòu)的一側(cè)甚至兩側(cè)邊墻進(jìn)行開孔，從而削弱車站結(jié)構(gòu)側(cè)向抗震構(gòu)件的抗震能力。同時(shí)，車站整體結(jié)構(gòu)型式不規(guī)則，地震作用的傳遞體系比較復(fù)雜，也為這類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)工作增加了難度。

為了研究地下空間綜合開發(fā)形成的連體結(jié)構(gòu)的抗震性能及其影響因素，以上海地鐵江灣體育中心站的原設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，借助對結(jié)構(gòu)作局部調(diào)整以形成計(jì)算方案，通過計(jì)算結(jié)果的對比，分析側(cè)墻開孔率、沉降縫、結(jié)構(gòu)型式、交界面構(gòu)件剛度等因素對地下綜合體抗震性能的影響。車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案見圖11。

2.1 計(jì)算方案

計(jì)算方案的形成原則為:以剖面1－1～剖面3－3為基礎(chǔ)形成計(jì)算方案，包括對剖面1－1的地鐵車站結(jié)構(gòu)的側(cè)墻設(shè)置3種不同的開孔面積，對開發(fā)區(qū)釆用對稱結(jié)構(gòu)或增加挖深至與車站底部齊平，及分析不設(shè)沉降縫及增大與中柱相連的地連墻厚度的影響等。

圖11 車站原設(shè)計(jì)方案Fig.11 Design of a Metro station

計(jì)算方案有12種:

1)方案1。按原設(shè)計(jì)1－1剖面的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算。即車站與開發(fā)部位連接處的側(cè)墻在縱向每4跨保留1跨側(cè)墻，3跨開孔。

2)方案2。將1－1剖面的車站與開發(fā)部位連接處的側(cè)墻結(jié)構(gòu)，改為在縱向每4跨保留2跨側(cè)墻，2跨開孔后進(jìn)行計(jì)算。

3)方案3。將1－1剖面的車站與開發(fā)部位連接處的側(cè)墻結(jié)構(gòu)，改為在縱向每4跨保留3跨側(cè)墻，1跨開孔后進(jìn)行計(jì)算。

4)方案4。將1－1剖面的車站與開發(fā)部位連接處的側(cè)墻結(jié)構(gòu)，改為不開孔后進(jìn)行計(jì)算。

5)方案5。按原設(shè)計(jì)2－2剖面的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算，連接處側(cè)墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為在縱向每3跨保留1跨側(cè)墻，2跨開孔。

6)方案6。對3－3剖面按原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算，開孔形式為在縱向每3跨保留1跨側(cè)墻，2跨開孔。

7)方案7。對原設(shè)計(jì)1－1剖面的結(jié)構(gòu)形式，按在地鐵車站與開發(fā)部位連接處不設(shè)沉降縫進(jìn)行計(jì)算。

8)方案8。去除方案1中的開發(fā)部位，只保留對稱的車站結(jié)構(gòu)，并按側(cè)墻無開孔進(jìn)行計(jì)算。

9)方案9。將方案八中的地鐵車站，變成在車站兩側(cè)上部對稱開發(fā)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，側(cè)墻不開孔。

10)方案10。將方案九中的開發(fā)部位變成地下兩層后進(jìn)行計(jì)算，底層邊墻、底板、立柱的尺寸及材料均與上層相同。

11)方案11。將方案1中的開發(fā)部位變?yōu)榈叵聝蓪舆M(jìn)行計(jì)算，底層邊墻、底板、立柱的尺寸及材料均與上層相同。

12)方案12。將方案1中開發(fā)部位與車站間的地連墻厚度改為120 cm后進(jìn)行計(jì)算，其余結(jié)構(gòu)均與方案1相同。

在上述計(jì)算方案中，方案1，5，6用于評價(jià)原設(shè)計(jì)方案的抗震性能;方案1—4用于分析側(cè)墻開孔的影響;方案7用于研究不設(shè)沉降縫對原設(shè)計(jì)方案抗震性能的影響;方案8—11用于研究地鐵車站及開發(fā)部位的結(jié)構(gòu)形式對其抗震性能的影響;方案12用于研究交界面構(gòu)件剛度對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

采用土層－結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法對上述12種計(jì)算方案分別進(jìn)行了計(jì)算。地震動輸入按DG/T J08－2064—2009《地下鐵道建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，采用未來50年超越概率為10%時(shí)，上海地區(qū)地表以下70 m深度處的人工水平地震加速度時(shí)程;結(jié)構(gòu)尺寸及建筑材料特性參數(shù)按原設(shè)計(jì)方案確定或參照選用;土層材料的靜動力特性參數(shù)根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料按上述規(guī)范取值。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，針對地下連體結(jié)構(gòu)的抗震性能與設(shè)計(jì)，可以得出如下結(jié)論:

1)應(yīng)適當(dāng)控制側(cè)墻開孔面積。本工程側(cè)墻開孔面積小于其總面積的50%時(shí)，地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力響應(yīng)與未開孔相比沒有出現(xiàn)明顯增加。因此，可將50%作為側(cè)墻開孔率的初步控制指標(biāo)，當(dāng)側(cè)墻開孔率超過50%，應(yīng)對結(jié)構(gòu)作抗震補(bǔ)強(qiáng)處理。

2)側(cè)墻開孔方式宜規(guī)則均勻。應(yīng)采用等間距開孔的方式，如每隔1跨開1孔。

3)宜加強(qiáng)交界面構(gòu)件的剛度。加強(qiáng)開發(fā)區(qū)與地鐵車站結(jié)構(gòu)的交界面構(gòu)件的剛度，如采取增厚隔墻或地下連續(xù)墻、增大立柱剛度或加固相鄰地基等措施，對于提高連體結(jié)構(gòu)的抗震性能都具有積極意義，尤其是開孔面積較大時(shí)，可首先考慮采取這些措施。

4)交界面鄰側(cè)宜設(shè)置誘導(dǎo)縫或沉降縫。這一措施可大大改善結(jié)構(gòu)抗震性能，但設(shè)縫容易發(fā)生滲漏水等問題;因此，應(yīng)對抗震性能和功能要求作綜合考慮，進(jìn)行專題研究。

5)體型簡單的結(jié)構(gòu)抗震性能強(qiáng)。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)力求簡單、規(guī)則、對稱、平順，并具有良好的整體性，結(jié)構(gòu)形狀和構(gòu)造不宜沿建筑縱向經(jīng)常變化。

3 地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算方法

20世紀(jì)五六十年代以后，隨著地下建筑建設(shè)的增多，地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)開始進(jìn)入人們的視野。起初對地震影響的考慮處于較為初級的階段，主要思路可分為2種:一種是從安全性角度進(jìn)行考慮，即在設(shè)計(jì)中增大安全系數(shù);另一種是借鑒采用地面結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算方法，即等效側(cè)力法［13］。

隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，一些新概念和更加符合地下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)實(shí)際的設(shè)計(jì)計(jì)算理論及方法被提了出來，部分方法已得到模型試驗(yàn)的驗(yàn)證。下面介紹幾種設(shè)計(jì)中常用的計(jì)算方法，其中土層－結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法對平面應(yīng)變和空間結(jié)構(gòu)的分析都適用，其余均為多適用于平面應(yīng)變問題的簡化算法。

3.1 等效側(cè)力法

等效側(cè)力法又稱慣性力法、擬靜力法，其計(jì)算原理是將地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)簡化成作用在節(jié)點(diǎn)上的等效水平地震慣性力的作用效應(yīng)，從而采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的動內(nèi)力［14］。同地面結(jié)構(gòu)不同的是，地下結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算還需要考慮周圍地層的等效動土壓力。上海市DG/T J08－2064—2009《地下鐵道建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)推薦的軟土地鐵車站結(jié)構(gòu)等效側(cè)力法的計(jì)算簡圖見圖12。

圖12 雙層三跨軟土地鐵車站結(jié)構(gòu)等效側(cè)力法計(jì)算簡圖Fig.12 Calculation diagram of two-storey three-span Metro station by equivalent pseudo-static method

3.2 等效水平地震加速度法

等效水平地震加速度法的計(jì)算原理是采用靜力計(jì)算模型，將地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)簡化為沿垂直向線性分布的等效水平地震加速度的作用效應(yīng)，從而將地下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)計(jì)算轉(zhuǎn)化成靜力問題［15］?！兑?guī)范》推薦的雙層三跨軟土地鐵車站結(jié)構(gòu)等效水平地震加速度分布見圖13。

圖13 雙層三跨軟土地鐵車站結(jié)構(gòu)等效水平地震加速度分布圖Fig.13 Acceleration distribution of two-storey three-span Metro station calculated by equivalent horizontal earthquake acceleration method

3.3 反應(yīng)位移法

反應(yīng)位移法認(rèn)為地震中地下結(jié)構(gòu)跟隨周圍地層一起運(yùn)動，當(dāng)?shù)貙又械叵陆Y(jié)構(gòu)存在的范圍內(nèi)不同位置處產(chǎn)生相對位移時(shí)，地下結(jié)構(gòu)會隨之產(chǎn)生變形，變形達(dá)到一定程度時(shí)即會造成地下結(jié)構(gòu)物破壞。因此，地層中結(jié)構(gòu)物的相對位移可用于體現(xiàn)主要的地震效應(yīng)。根據(jù)這一原理，反應(yīng)位移法首先計(jì)算出周圍地層的位移，然后將土層動力反應(yīng)位移的最大值作為強(qiáng)制位移施加于結(jié)構(gòu)上，并按靜力原理計(jì)算內(nèi)力［12，16］。其中，土層動力反應(yīng)位移最大值可通過輸入地震波的動力有限元法來計(jì)算確定。反應(yīng)位移法等效荷載見圖14。

圖14 反應(yīng)位移法等效荷載Fig.14 Equivalent load of displacement response method

3.4 土層－結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法

土層－結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法的原理是將結(jié)構(gòu)和周圍地層視為共同受力的整體，通過直接輸入地震加速度記錄，分別計(jì)算結(jié)構(gòu)物和巖土體在各時(shí)刻的位移、速度、加速度、應(yīng)變和內(nèi)力，進(jìn)而驗(yàn)算場地穩(wěn)定性及進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)［12，17］。其計(jì)算結(jié)果通常是建立等效側(cè)力法、等效水平地震加速度法和反應(yīng)位移法等近似計(jì)算方法的基礎(chǔ)［14，18］。從振動臺試驗(yàn)的檢驗(yàn)結(jié)果看，本方法能夠合理地模擬地下建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際地震響應(yīng)，但巖土材料的動力特性宜通過試驗(yàn)測定。

4 地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防目標(biāo)

地下空間通常是不可再生的資源，損壞后一般需要原地修復(fù)，技術(shù)難度和成本高，耗費(fèi)工期較長，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程使用性能要求，充分考慮潛在地震災(zāi)害影響，并制定合理的抗震設(shè)防目標(biāo)，避免或減輕地震對重要地下建筑造成的破壞。

按照傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)理念，很多設(shè)計(jì)師認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防要求應(yīng)比地面結(jié)構(gòu)低，因?yàn)楦鶕?jù)GB 50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，附建式大樓地下室的抗震設(shè)防目標(biāo)低于相應(yīng)的地面建筑。然而地下建筑種類較多，有的服務(wù)于人流、車流，有的服務(wù)于物資儲藏，有的用于其他目的，使用功能和重要性均有很大差異，對抗震安全性的要求不應(yīng)相同，故對各類地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防也應(yīng)有不同的要求。這一點(diǎn)在現(xiàn)行GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》總則1.0.1條中已有體現(xiàn)。隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，單體地下建筑的規(guī)模日益增大，類型增多，有必要在工程設(shè)計(jì)中對其抗震設(shè)防目標(biāo)逐一進(jìn)行研究。

在各類地下結(jié)構(gòu)中，對城市地鐵工程應(yīng)提出較高的抗震設(shè)防要求。這是因?yàn)榈罔F工程在維持城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的地位十分重要，而此類工程的局部嚴(yán)重破壞會導(dǎo)致整體系統(tǒng)運(yùn)行中斷或失效，同時(shí)，持續(xù)滲水將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力降低和設(shè)備受損，在地下水位較高的區(qū)域地鐵隧道不宜帶縫工作，且原地修復(fù)成本高、工期長、對城市居民日常生活影響大。基于以上考慮，上海市《規(guī)范》規(guī)定:當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需進(jìn)行修理可繼續(xù)使用;當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，結(jié)構(gòu)的損壞經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用。參照地面結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防“三個(gè)水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”的表述方法，可將之歸納為“中震不壞，大震可修”，比一般地面結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防要求提高了一擋級，體現(xiàn)了地下建筑應(yīng)根據(jù)其重要性確定抗震設(shè)防目標(biāo)的理念?，F(xiàn)階段各行業(yè)正在陸續(xù)制訂各類地下建筑的抗震規(guī)范，這一理念很有必要得到充分體現(xiàn)，尤其是各類交通運(yùn)輸隧道。

5 地下結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

在提高地下建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的措施中，加強(qiáng)抗震構(gòu)造的作用往往大于抗震計(jì)算。滿足抗震構(gòu)造要求的地下空間結(jié)構(gòu)，一般容易滿足抗震設(shè)防要求。

由阪神地震中地鐵車站的震害形式看，中柱常是地下結(jié)構(gòu)抗震能力的薄弱環(huán)節(jié)。大量中柱兩端發(fā)生了嚴(yán)重的剪切破壞，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)頂板大面積坍塌，說明地下工程抗震設(shè)計(jì)中不能忽視柱的剪切強(qiáng)度和延性設(shè)計(jì)，應(yīng)仿照地面房屋建筑設(shè)計(jì)的要求，構(gòu)建強(qiáng)柱弱梁的結(jié)構(gòu)體系，并加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件。

地下結(jié)構(gòu)剛度突變的部位，如接頭轉(zhuǎn)角或形狀、尺寸不同的斷面的交界處，地震作用時(shí)容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，因而更容易產(chǎn)生破壞。這一點(diǎn)在歷次地震中已多次得到驗(yàn)證。為避免這一現(xiàn)象，地下結(jié)構(gòu)應(yīng)力求體型簡單、外形平順，側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。

現(xiàn)行 GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［19］對地下結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施提出了一系列的指導(dǎo)意見，其中指出，鋼筋混凝土地下建筑結(jié)構(gòu)宜采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。需要設(shè)置部分裝配式構(gòu)件時(shí)，應(yīng)使其與周圍構(gòu)件可靠連結(jié)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最小尺寸，應(yīng)至少符合同類地面建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的規(guī)定，其中尤應(yīng)注意構(gòu)件跨度宜參照一般規(guī)律確定。地下建筑結(jié)構(gòu)的樓板需要開孔時(shí)，孔洞寬度應(yīng)不大于該層樓板寬度的30%。鋼筋混凝土框架柱箍筋宜根據(jù)抗震要求加密，中柱縱向鋼筋最小總配筋率、鋼筋錨固長度等，均宜采取與其抗震等級相同的地面結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施予以加強(qiáng)。

地下結(jié)構(gòu)周圍地基存在液化土層時(shí)，應(yīng)對地基采取注漿加固或換土等措施，消除或減小地下結(jié)構(gòu)上浮的可能性。當(dāng)未采取消除液化的措施時(shí)，則應(yīng)考慮增設(shè)抗拔樁使其保持抗浮穩(wěn)定。當(dāng)?shù)叵陆ㄖY(jié)構(gòu)與薄層液化土層相交時(shí)，可不做地基抗液化處理，但應(yīng)通過計(jì)算適當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并在結(jié)構(gòu)承載力及其抗浮穩(wěn)定性的驗(yàn)算中考慮土層液化的影響。當(dāng)施工中采用深度大于20 m的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下建筑結(jié)構(gòu)遇到液化土層時(shí)，可不做地基抗液化處理，但其承載力及抗浮穩(wěn)定性的驗(yàn)算應(yīng)考慮外圍土層液化的影響。

6 結(jié)論與討論

歷史上地震對隧道與地下空間結(jié)構(gòu)已造成震害是客觀存在的事實(shí)，潛在地震災(zāi)害對城市地區(qū)的生命、財(cái)產(chǎn)安全以及地下結(jié)構(gòu)的安全使用可能構(gòu)成嚴(yán)重影響，必須予以重視。

在地下空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視抗震設(shè)計(jì)研究，避免或減輕震害，包括注意積累抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，尤應(yīng)注意結(jié)構(gòu)型式與抗震構(gòu)造的優(yōu)化。地下結(jié)構(gòu)應(yīng)力求體型簡單，并具有良好的整體性，縱向、橫向外形應(yīng)平順，剖面形狀、構(gòu)件組成和尺寸不沿縱向經(jīng)常變化，使其抗震能力提高。

實(shí)踐證明，滿足抗震構(gòu)造要求的地下空間結(jié)構(gòu)，一般容易滿足抗震設(shè)防要求。因此，提高地下建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力應(yīng)以加強(qiáng)抗震構(gòu)造為主，重視抗震計(jì)算為輔。結(jié)構(gòu)應(yīng)采用強(qiáng)柱弱梁的構(gòu)件體系，抗側(cè)力構(gòu)件宜均勻布置，剛度宜均勻變化。

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