地鐵車站的抗震性能設(shè)計

王雷

摘 要：城市軌道交通已成為一個城市先進水平的標志。文章以某地下車站為例，通過時程分析法對其進行抗震性能分析。結(jié)論：（1）結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震作用下，整體處于彈性階段，層間位移和位移角均滿足抗震設(shè)計要求；（2）土層的最大相對位移和地鐵車站結(jié)構(gòu)的最大位移是數(shù)值相差很近，在設(shè)計地震作用下，土層和結(jié)構(gòu)保持整體運動，不發(fā)生分離現(xiàn)象。（3）結(jié)構(gòu)彎矩最大值出現(xiàn)在側(cè)墻底部與底板連接處，設(shè)計時應(yīng)考慮采取加強措施。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；時程分析法；抗震性能分析

近年來，隨著城鎮(zhèn)化推進，交通擁堵問題越來越嚴重，地鐵以其快速、便捷的優(yōu)勢，迅速受到大型城市的青睞，也成為一個城市現(xiàn)代化的標志，地鐵建設(shè)因此在國內(nèi)外大型城市如火如荼的進行著。地鐵建設(shè)作為百年工程，地鐵的抗震性能設(shè)計是地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，針對地鐵抗震性能的分析受到廣大學(xué)者的重點關(guān)注。

1 地下結(jié)構(gòu)的抗震研究

考慮到地層的約束，相比地上結(jié)構(gòu)而言，地下結(jié)構(gòu)被認為具有良好的抗震性能。但是，通過對近些年來國內(nèi)外地下結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害現(xiàn)象的調(diào)查研究，在地震作用下，地下結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象也相當普遍，對地下結(jié)構(gòu)抗震性能的研究也在實際的設(shè)計工作中不斷推進。

采用MIDAS/GTS軟件對地下結(jié)構(gòu)進行時程法計算分析，動力有限元數(shù)值仿真分析中，所關(guān)心振波的高頻（短波）成分決定網(wǎng)格單元長度，低頻（長波）成分決定模型邊界范圍的大小。通常，當計算模型的水平范圍取為8～10倍隧道直徑時，即可獲得較高的計算精度[1]。

為了解決有限截取模型邊界上波的反射問題，邊界條件采用由Decks等[2～4]人提出的粘-彈性吸收邊界。粘-彈性邊界不僅可以較好地模擬地基的輻射阻尼，而且也能模擬遠場地球介質(zhì)的彈性恢復(fù)性能，具有良好的低頻穩(wěn)定性。

本次分析采用地震輸入為地質(zhì)安全評估部門專門提供的地震時程函數(shù)。根據(jù)抗震設(shè)計條件，采用安評報告中三組50年超越概率為10%和2%地震的基巖加速度時程函數(shù)進行時程法分析，根據(jù)軌道交通抗震規(guī)范，本工程僅計算水平地震作用，根據(jù)三個樣本的加速度時程，分別沿X方向、Y方向進行時程分析，取其中最不利影響結(jié)果作為本工程抗震依據(jù)。

2 工程概況

車站主體為地下四層島式車站，標準段寬度為27.7m，頂板覆土3.0m，標準段深度為29.00m。車站與既有兩條地鐵線換乘，與規(guī)劃公交樞紐一體化建設(shè)。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工。斷面1為車站標準斷面，斷面2為與樞紐結(jié)建斷面。

3 工程地質(zhì)情況

本車站范圍內(nèi)地層分為11個亞層，按地層巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)自上而下見表1。

4 車站抗震性分析

4.1 計算模型

計算時應(yīng)考慮地下車站結(jié)構(gòu)的空間動力效應(yīng)，應(yīng)對車站采用三維計算分析，車站結(jié)構(gòu)計算模型如圖2所示：

4.2 計算結(jié)果分析

（1）位移反應(yīng)分析。從層間位移時程曲線可知，結(jié)構(gòu)頂板與底板層間位移差及層間位移角最大值分別為4.61mm和1/1453，層間位移角均小于1/600。在設(shè)計地震作用下，能滿足抗震中“地震后結(jié)構(gòu)不破壞，整體處于彈性階段”的要求。

（2）應(yīng)變反應(yīng)分析。從圖5中可以看出，土層的最大相對位移是9.8cm，地鐵車站結(jié)構(gòu)的最大位移是9.3cm，二者數(shù)值相差很近，因而，在設(shè)計地震作用下，土層和結(jié)構(gòu)保持整體運動，不發(fā)生分離現(xiàn)象。

（3）應(yīng)力反應(yīng)分析。從圖6可知，斷面（一）結(jié)構(gòu)彎矩最大值為2373kN.m/m，出現(xiàn)在側(cè)墻底部與底板連接處，設(shè)計時應(yīng)考慮對側(cè)墻底部與底板連接采取抗震加強措施。

5 結(jié)束語

本站是三線換乘和與公交樞紐結(jié)建的復(fù)雜車站，利用時程分析法對車站進行了抗震性能分析，希望為廣大地鐵工作者提供參考。

參考文獻

[1]施仲衡.地下鐵道設(shè)計與施工[M].陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

[2]劉晶波，李彬，谷音.地鐵盾構(gòu)隧道地震反應(yīng)分析[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（6）.