地鐵地下結構抗震分析及設計中的幾個關鍵問題

梁慶慶

摘要：地鐵車站地下產品結構設計的重中之重是滿足抗震要求。但在設計其抗震性能時，應充分考慮土-結構驅動力相互作用的分析方法等關鍵問題。此類問題以及相應的高效優化算法等，只有對以上問題進行重點考慮，才能保證地鐵站地下結構的安全穩定。即使發生地震也不會造成明顯的不良影響。

關鍵詞：地鐵地下結構;抗震;問題

引言

地鐵作為重要的基礎設施建設工程，其建設周期長，耗費資金量大，而且一旦完成，不宜進行大規模長時間的維修，因此，在設計時要做好質量管理工作，尤其是對其抗震等級特性的操作。由于高鐵的建設，地下結構基本上受到了非常大的破壞。不僅地鐵施工現場危害很大，對地鐵站周邊的建筑地基也是一個巨大的危害。一旦發生地震，地鐵站周邊的核心工程建筑很可能遭受更嚴重的破壞。因此，在設計方案時必須充分考慮這個問題。

1.結構和土相互作用的分析模型

在大地震的影響下，地鐵車站等地下防水工程結構與土體將具有彈塑性和線性特性，相互接觸時可能會發生局部移動和脫離。因此，在建立結構與土體相互作用的結構模型時，應考慮建筑原材料離散系統、結構與路基接觸離散系統、近場路基與遠場路基離散系統等。現階段，對這類離散系統的單一科學研究早已完善，但如何在具體工程中開發和利用這一離散系統的科研成果，為地下防水工程結構等建立科學合理的分析方法。至于地鐵站需要進一步商議。地鐵站等地下結構受周圍路基地震的影響。地震反射的破壞是非常明顯的。當地震有效時，地鐵站周圍土體尤其是頂填土的受力效應對地鐵站結構的影響不可忽視。分析方法反映了地鐵車站路基基樁的作用，路基的半不合理因素也是一個很重要的問題。解決這一問題的關鍵是有效設定基樁人力限制的驅動力。但是，限流實體模型一般不太適合用于地下結構。有必要發展基樁分析和驅動力的趨勢。分析可用的基礎打樁力人力邊界，立即輸入邊界上的地震數據，計算結構的地震災害響應。

2.設計地鐵結構中的問題

2.1 計算結構

地鐵站的結構比較獨特，通常都是大跨度的長條形，結構呈箱形。由于地鐵車站一般都建在地下，如果不考慮涉及的區域和深基坑，那么在基本建設的情況下，地下排水管道就會受到傷害。一般地鐵站不可能有高于3m的覆蓋面，深基坑深度在15-20m中間。由于高鐵的獨特位置，地鐵站的下部將承擔壓力的承載力，上部也將承擔轎廂的承載力。地鐵站的側墻也有一定的承載能力。因此，在制定情況時，應考慮墻體、梁、板的厚度，以保證其能夠承載較大的承載力。地鐵車站的結構計算必須應用結構力學，因為地鐵車站要承受很大的力，所以結構的制定必須有效。

2.1.1 計算橫斷面

這種方法是測量最多的方法，也是使用最多的方法。廣泛應用的另一個原因是這種方法簡單。雖然承載力成分不同，但這種方法也可以測量結構的內部強度。但是，這種計算方法有一個缺點，就是沒有考慮板的彎曲剛度。按照要求，板厚與體積的相對高度的商應該在0.2到0.5之間，但很多地鐵站的參考值不在這些區域。如果仍采用橫截面法進行測量，則忽略豎向彎曲距離，在估計情況下增加彎曲距離，該位置未來的箍筋不足。

2.1.2 室內空間梁系計算方法。使用梁模塊代替樓板和墻，并與特定的梁柱組合形成梁模塊管理系統。將梁模塊管理系統的承重功能放在連接點上，將有限元原理放在連接點上，對整個車架管理系統進行內部功率計算和分析。

2.2結構耐久性

地鐵站應保持長期應用才能滿足要求。因此，在設計地鐵車站結構時，必須考慮耐久性。地鐵站位于地表以下。淺的可達數米，深的可達數十米。而且越重越深，周圍的二氧化碳和電對地鐵站結構的危害就越大。要保證地鐵站的結構經久耐用。有四個要素需要注意。首先是自然環境。地下的自然環境與地面不同。溫度低，環境濕度高，二氧化碳高，地表水也很多。二是原料。地鐵車站建設的原材料很多，但最基本的就是水泥混凝土、石材和混凝土。再次，結構，在地鐵車站結構設計方案的情況下，應考慮縫隙及其基礎的沉降。歸根結底是工程建設。在地鐵建設的時候，要保證其質量，在漸進式工程建設的情況下，需要進行相應的管理環節。在地鐵車站建設的設計方案中，要特別注意結構中的變形，尤其是軟基處理部分。此外，還對水泥混凝土的性能和建筑物鋼筋的破壞程度進行了科學研究，以確保地鐵站結構的耐久性。

3.地鐵結構的抗震構造措施

現階段，我國對地鐵車站等地下防水工程結構構件的抗震結構對策尚無統一的認識和規范。有人認為，地下結構與地面結構一起建造時，需要按照道路結構的抗震結構方法進行設置。內部電源發生交替變化，地下單體結構無需制定抗震等級結構設計方案。另一種思想觀點是，地鐵車站等地下防水工程結構必須按照道路工業建筑的抗震結構方法進行設計。總的來說，這兩種想法都不是全能的。地下結構不同于地上結構。然而，大地震對地下室結構的破壞也不容忽視。相反，應根據不同的作業方法和圍巖標準進行計算。分析大地震作用下地下結構的破壞特征，制定有針對性的抗震結構設計方案。抗震等級結構是在發生大地震時提高結構整體抗震等級工作能力，提高結構延性的主要途徑。在一定前提下，設置抗震等級的結構抗震措施比單獨改進結構抗震規范更經濟有效。地鐵車站等地下防水工程結構的抗震結構應重點改善結構的不足，提高結構的能耗能力，提高結構的整體延性。

4.結束語

總的來說，需要對地鐵車站地下結構抗震等級設計的關鍵問題進行分析。作為重大生命線工程，由于必要性，一旦被大地震摧毀，不僅會危及大家的日常生活，我國的財產損失對于交通運輸也將特別大。現階段，我國各大城市都在建設地鐵站。這也是城市發展的主要表現。但是，我國缺乏相關信息的地鐵地下結構抗震設計研究，這對未來地鐵的使用比較不利，而正是如此，筆者才對其進行了研究。

參考文獻

[1]劉晶波，王振宇，杜修力，杜義欣.波動問題中的三維時域粘彈性人工邊界[J].工程力學，2005（6）.

[2]劉晶波，李彬，谷音.地鐵盾構隧道地震反應分析[J].清華大學學報（自然科學版），2005（6）.

課題名稱：2020-KJA04軟土場地地鐵車站結構地震反應分析。