摘 要：目前我國還沒有系統(tǒng)完善的地鐵等地下結構抗震分析方法和專業(yè)的地鐵等地下工程結構抗震設計規(guī)范，本文首先總結了我國地鐵等地下工程結構抗震分析和設計的現(xiàn)狀，圍繞地鐵設計當中的幾個關鍵問題展開討論，問題包括：合理的地鐵工程結構的動力分析模型；有效的結構和土動力相互作用分析方法；地鐵等地下工程結構破壞模式和地鐵抗震性能的評估；地鐵工程結構的抗震構造措施和地鐵穿過地震斷層時的設計和施工方法。這些問題的分析和討論有助于我國地鐵工程結構設計的發(fā)展進步。

關鍵詞：地鐵 抗震設計 地下結構

中圖分類號：P315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0059-01

伴隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市建設日新月異，城市交通的壓力也越來越大，地鐵以其高效、快速和清潔的優(yōu)點成為各大城市的選擇。到目前為止，我國已進入了地鐵建設的黃金期。與此同時，必須認識到地鐵工程也是城市生命線工程，地鐵工程的抗震問題是城市防災減災和抗震的關鍵環(huán)節(jié)。然而，國內還沒有獨立的地鐵等地下工程結構抗震設計規(guī)范，現(xiàn)行《地鐵設計規(guī)范》在地鐵的抗震問題上只是做了簡單的規(guī)定，沒有對地下結構的抗震設計方法進行系統(tǒng)的總結和歸納。出現(xiàn)這些問題的原因是由于人們對地下結構的地震危害認識不夠，對地下結構的抗震設計不夠重視，客觀地說，地鐵等地下結構的地震危害小于地上結構，但是國外的地震災害（如1995年日本阪神大地震）證明在地下底層發(fā)生較大位移或變形時，地鐵等地下工程結構同樣會發(fā)生很嚴重的災害，地鐵等地下結構的抗震設計問題應該重視。

目前對地鐵等地下結構抗震性能的研究主要是通過原型觀測、模型試驗及數(shù)值模擬進行，由于抗震問題的復雜性，沒有哪一種方法能夠全面且真實的解釋和模擬地鐵等地下工程結構的動力性能，而需要結合三種方法的結論進行綜合比較分析。本文主要分析總結地鐵抗震分析設計中的幾個關鍵問題。

1 結構和土相互作用的分析模型

在地震作用時，地鐵等地下工程結構和土會出現(xiàn)彈塑性和非線性的特點，相互之間的接觸有可能出現(xiàn)局部的滑移和脫離。因此，在建立結構和土相互作用結構模型時要考慮結構材料的非線性、結構和地基接觸的非線性、近場地基和遠場地基的非線性等因素。目前對這幾種非線性的單個研究已經(jīng)很成熟，但是在實際工程中如何綜合利用這些非線性的研究成果來建立合理的地鐵等地下工程結構的分析模型還要進一步的討論。

地鐵車站等地下結構受到場地周圍地基地震反應的影響十分顯著，在地震作用時，地鐵周圍的土特別是上層覆土的重力作用對地鐵結構的影響不容忽視，因此，如何在分析模型中體現(xiàn)地鐵地基的靜力作用和地基的半無限性也是一個很重要的問題。解決這一問題主要靠合理的設定靜力人工邊界和動力人工邊界，但是目前的邊界模型一般來說不適合應用與地下結構，很有必要發(fā)展一種對靜力分析及動力分析都可以適用的靜力—動力人工邊界，直接在邊界上輸入地震波，計算結構的地震反應。

2 結構的地震破壞模式及抗震能力的評估

現(xiàn)在常用的動力時程分析方法適合分析地鐵等地下工程結構，但是應用這種方法進行地鐵等地下工程結構的承載力極限狀態(tài)評估和抗震設計時就有一些不足。地面建筑結構主要通過驗算結構在地震作用下的彈塑性變形來進行抗震能力的評估，對于地鐵等地下工程結構來說，計算結構在地震作用下的彈塑性變形也是十分必要的。相對地面結構來說，在應用地震時程分析方法對地下結構的地震反應進行計算時計算量很大，且計算的結果手地震波的影響也很大，計算結果應用與rnVgiB19xN3I0TF76ai20b2DS+lRSNN2jUZsZJT8PQQ=地鐵等地下工程結構的抗震設計時有困難。此外廣泛應用于地上結構抗震計算的靜力增量分析法和prnVgiB19xN3I0TF76ai20b2DS+lRSNN2jUZsZJT8PQQ=ush-over方法，受到地上結構和地下結構地震反應規(guī)律不同的影響，也無法適用于地鐵等地下工程結構的抗震計算。此外，和地上結構不同，地鐵等地下工程結構受到周圍地基的約束很大，地下結構整體在發(fā)生很小的變形時，在局部會產(chǎn)生很大的內力，不能把地上結構的極限狀態(tài)標準應用于地下結構?？偨Y地鐵等地下工程結構受到地震作用時的內力-變形規(guī)律和破壞模式，有必要進行進一步的試驗研究和理論分析，考慮地下結構受到地基約束的特點，提出地鐵等地下工程結構基于位移的抗震設計和分析方法，建立地鐵等地下工程結構抗震性能的量化指標體系，使地鐵等地下工程結構的抗震設計更加合理。

3 地鐵結構的抗震構造措施

目前，國內對地鐵等地下工程結構構件的抗震構造措施沒有統(tǒng)一認識和標準。有人認為在地下結構和地上結構一同建造時，才需要按照地面結構的抗震構造措施進行設置，當只有地下結構時，地下結構受到地基的約束較強，地震作用時不會有交變內力出現(xiàn)，不需要對單建的地下結構進行抗震構造的設計。另一種觀點認為地鐵等地下工程結構需要按照地面民用建筑的抗震構造措施進行設計。總的來看，這兩種觀點都不全面，地下結構不同于地上結構，但是也不能忽視地震對地下結構的破壞，而是應該根據(jù)不同的施工方法和圍巖條件，計算分析地下結構在地震作用時的破壞特點進行有針對性的抗震構造設計。抗震構造是提高結構在地震作用時整體抗震能力，增加結構延性的重要手段，在一定的條件下，設置抗震構造措施會比單一的提高結構抗震設防標準更加經(jīng)濟合理。地鐵等地下工程結構的抗震構造應該重在改善結構的薄弱部位，提高結構的耗能能力，增加結構的整體延性。

4 地鐵等地下結構穿越地震斷層時的設計和施工

我國的《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001要求建筑物的選址應該避開地震斷層，防止地震作用時對結構造成破壞。這一要求對地面建筑來說是合適可行的，但是對于地鐵等地下工程結構來說，穿越地震斷層有時候無法避免。目前我國有對地埋管線和地下管道等小斷面結構穿越地震斷層的抗震設計研究，對地鐵等地下工程結構的研究還不多。伴隨著在我國北京上海等大城市進行的地震活動斷層的勘探，對地震斷層區(qū)域的掌握，有必要根據(jù)地震活動斷層的特點，對地鐵等地下工程結構進行必要的抗震設計，保證結構的安全可靠。

5 結論

地鐵等地下工程結構的造價高、設計使用周期長，是生命線工程，發(fā)生破壞時，造成的損失巨大，修復十分困難，造成的經(jīng)濟損失大。伴隨著我國地鐵建設高潮的來臨，有必要完善地鐵等地下工程結構的抗震分析設計方法和抗震結構構造，開展地鐵等地下工程結構的抗震試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬都具有重要的工程應用價值。

參考文獻

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