關(guān)于城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計分析

摘 要：地鐵具有運量大、準點、節(jié)省地面空間、節(jié)能等優(yōu)勢，因此近年來發(fā)展迅速，全國各地地鐵工程項目逐漸增多。我國地鐵工程大部分是修建在地下，地震發(fā)生時對地鐵地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，可能導致結(jié)構(gòu)變形、位移嚴重威脅到地鐵運行的安全性，因此必須做好城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。本文主要分析了抗震概念設(shè)計，城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要點，對地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計能一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；地下結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計

中圖分類號：TU352.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）15-0114-02

引 言

我國位于環(huán)太平洋地震帶，地震活動頻繁。隨著城市地鐵的建設(shè)和發(fā)展，我國很多城市位于高烈度地震區(qū)域，地鐵結(jié)構(gòu)抗震問題逐漸受到社會的關(guān)注。地鐵作為近年來興起的一種交通設(shè)施，對地下結(jié)構(gòu)的抗震性能研究比較少，相關(guān)理論不是很完善，一定程度上影響到城市軌道交通運行的安全性，因此，加強城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的抗震研究，對提高我國地鐵結(jié)構(gòu)抗震水平具有重要意義。

1 抗震概念設(shè)計

概念設(shè)計是目前建筑行業(yè)比較先進的設(shè)計理念，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計一般針對建筑結(jié)構(gòu)的某一個環(huán)節(jié)計算，從而得出該部分結(jié)構(gòu)的抗震相關(guān)強度、剛度、位移等要求。這種設(shè)計方法針對是局部而不是整體。概念設(shè)計不需要建筑結(jié)構(gòu)進行精準的計算，而是建筑設(shè)計師根據(jù)過去的建筑設(shè)計的經(jīng)驗作為設(shè)計的參考目錄，從建筑工程的整體結(jié)構(gòu)、力學關(guān)系、地震活動對建筑工程的破壞力進行考量?？拐鸶拍畹脑O(shè)計內(nèi)容比較廣泛，施工現(xiàn)場場地參數(shù)、結(jié)構(gòu)高寬比和長寬比、彈性模量、建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、承載力等各個方面的內(nèi)容。通過抗震概念設(shè)計，并經(jīng)過科學的計算，找到建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，對薄弱環(huán)節(jié)采取相應的措施，避免地震活動發(fā)生時，第一時間對薄弱環(huán)節(jié)造成沖擊，引起整個建筑結(jié)構(gòu)的連鎖反應。

2 城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計內(nèi)容

城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計包括確定結(jié)構(gòu)、確定地基參數(shù)、選擇設(shè)計地震動、計算地震反應力和結(jié)構(gòu)物反應等內(nèi)容。

2.1 確定地下結(jié)構(gòu)施工環(huán)境

城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，地質(zhì)勘查人員必須對現(xiàn)場的施工環(huán)境進行勘查，詳細了解地下結(jié)構(gòu)周圍的地基基礎(chǔ)條件、結(jié)構(gòu)空間分布、水文條件，并對現(xiàn)場施工土層結(jié)構(gòu)進行勘查，了解土層的動力特性，確定地震作用的基準面等內(nèi)容，在詳細了解這部分內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進行設(shè)計，以免設(shè)計方案不符合施工現(xiàn)場環(huán)境，造成設(shè)計變更，增加地鐵建設(shè)成本。建筑場地抗震地段類別如表1。

在設(shè)計的時候，盡量避開不利于抗震設(shè)計和危險地段，無法規(guī)避的時候，必須采取合適的安全措施。

2.2 確定地震設(shè)防烈度

根據(jù)勘查的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)信息輸入到設(shè)計模型中，按照設(shè)計規(guī)范要求確定不同設(shè)防標準的地震動。按照2014年頒布的《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》中的要求，分為特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類、標準設(shè)防類三個抗震設(shè)防類別。其中特殊設(shè)防類在城市軌道交通結(jié)構(gòu)中占據(jù)關(guān)鍵位置，承擔軌道交通量大的大跨度橋梁和車站主體結(jié)構(gòu)；重點設(shè)防類別除了特殊設(shè)防類以外的高架區(qū)間結(jié)構(gòu)、高架車站主體結(jié)構(gòu)、區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)和地下車站主體結(jié)構(gòu)；標準設(shè)防類是除了特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類以外的其他軌道交通結(jié)構(gòu)。地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要遵循重點設(shè)防類的相關(guān)標準，抗震措施在本地區(qū)抗震設(shè)防雷度的基礎(chǔ)上提高一度。地震作用按照《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》中相關(guān)規(guī)定確定，工程現(xiàn)場的場地地震安全性能必須經(jīng)過國務院地震工作主管部門審批抗震設(shè)防要求。城市軌道交通構(gòu)建、基礎(chǔ)和制作抗震性能按照表2～4標準設(shè)計。

2.3 選取地震動

地震動是根據(jù)地震作用下基準面處的地震動。地震動輸入基準面，也就是彈性均勻基巖空間和非均勻空間土層的交界面，在實際地下結(jié)構(gòu)空間并不存在這個的界面，所以它是一個假象輸入界面。輸入的基準面數(shù)值企業(yè)就是場地覆蓋層的厚度，根據(jù)實際測量值確定，覆蓋層的厚度對輸入地震動強度產(chǎn)生一定的影響。所以輸入基準面數(shù)值是否合理直接關(guān)系到場地地震反應后結(jié)果的準確性。城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)的地震基準面一般選取為隧道和地下車站結(jié)構(gòu)以下剪切波速大于等于500m/s巖土層覆蓋位置，如果覆蓋土層厚度小于70m，設(shè)計的地震作用基準面到結(jié)構(gòu)的距離大于結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有效高度的2倍；如果覆蓋土層的厚度大于70m，那么覆蓋場地土層的厚度70m的土層位置。

2.4 計算地基地震反應力

通過計算基地地震反應力，了解地震發(fā)生時，地下結(jié)構(gòu)周圍地基的非線性程度、剪切力、位移、加速度等反應值。常用的方法為彈性分析方法，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，發(fā)展為等效性的方法和非線性有效應力分析法。計算地震反應力從最初的一維發(fā)展到二維、三維。表5為《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》中地震反應力計算方法。

計算結(jié)構(gòu)抗震方法比較多，所以在計算的時候要綜合實際情況，選擇合適的分析方法。

2.5 驗算抗震計算結(jié)構(gòu)

根據(jù)前面計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形，對建筑結(jié)構(gòu)的襯砌、接頭等抗震性能進行驗算，如果驗算結(jié)果符合地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，則表明計算結(jié)果準確。如果驗算結(jié)果不準確，則需要重新修改結(jié)構(gòu)設(shè)計或者通過其他方法提高結(jié)構(gòu)的抗震性能?？拐鹦阅茯炈愕臅r候根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同位置進行驗算，高架區(qū)間結(jié)構(gòu)、高架車站結(jié)構(gòu)、區(qū)間隧道、地下車站結(jié)構(gòu)等不同結(jié)構(gòu)形式單獨驗算。比如鋼筋和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度按照以下公式進行判斷：

Vmll≤Vyd 彎曲破壞形式

Vmll>Vyd 剪切破壞形式

Vyd=Vcd+Vwd+Vsd

上述公式中的Vmll表示結(jié)構(gòu)達到彎曲抗力的剪力，結(jié)構(gòu)彎曲抗力應該根據(jù)強度強度標準值進行計算Vyd表示剪切抗力必須按照《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》F.1的方法進行計算，Vcd表示混凝土設(shè)計的剪切抗力，Vwd表示鋼筋設(shè)計的抗剪切力，Vsd表示鋼筋混凝土設(shè)計剪切力。

3 結(jié)束語

通過分析城市軌道軌道交通地下結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，從而確定了地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計內(nèi)容和流程，對提高地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平具有重要意義。

參考文獻

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收稿日期：2018-4-24

作者簡介：夏國志（1980-），男，碩士，主要從事軌道交通設(shè)計及管理相關(guān)工作。