地铁车站及区间隧道结构抗震分析

地铁车站及区间隧道结构抗震分析

【摘要】：随着地震对地下结构破坏的实例越来越多，打破了以往认为地震对地下结构影响甚微的观念，故对其进行研究具有非常重要的意义，本文以下内容将对地铁车站及区间隧道结构抗震进行分析和探讨，仅供参考。

【关键词】：地铁车站；区间；隧道结构；抗震分析 1、前言

改革开放以来，随着经济的不断发展，我国的城市化进程不断加快，城市路面交通状况日益恶化，路面交通的拥挤和效率低下成为各大城市面临的问题，而且城市用地的紧张，使得拓宽路面交通的措施变得更加不切实际，在这种情况下，发展地下交通成为一种必然。但是对于地铁车站及区间隧道结构的抗震研究却相对比较滞后，这主要是以前的地震作用下，地下结构并没有出现太大的震害，比如1976年发生的唐山大地震，刚建成的天津地铁经受住了地震的考验，仅在沉降部位发生外涂面层局部脱落或者出现裂缝等情况，而未发现其他的破坏形式，又如1985年的墨西哥地震，建设在软弱地基上的地铁结构仅车站在侧墙与边表相交处发生结构分离的现象，这些地震实例，使得人们坚信了地震对地下结构的影响不是很大，可以忽略。然而1995年日本阪神地震，却颠覆了人们认识，发现并不是所有的情况下，地震对地下结构的影响都可以忽略。所以对地下结构进行抗震分析具有非常重要的意义。本文以下内容将对地铁车站及区间隧道结构抗震进行分析和探讨，仅供参考。

2、地铁车站及区间隧道震害特征分析

2.1、地铁车站震害特征分析

根据作者多年的实践经验，认为地铁车站震害主要有如下几个方面的特征：第一，箱型结构刚度突变的地方震害现象比较集中，比如贯穿顶板的垂直裂缝，混凝土保护层开裂脱落，钢筋外漏。第二，对于多层箱型结构的地铁车站，顶层构件发生的震害形式多于底层构件，并且损坏程度也比较严重。第三，车站里的混凝土中柱损坏最为严重，中柱一般沿纵向长度缩短，混凝土保护层开裂，纵向钢筋压弯外凸，箍筋接头脱离，甚至 有些混凝土中柱完全丧失承载能力。第四，车站的侧墙部位混凝土表面出现龟裂裂缝，严重的地方表层混凝土脱落，可以看见内部钢筋。

2.2、区间隧道结构震害特征分析

根据作者的经验，认为区间隧道结构震害的特征主要有：第一，结构断面形状及刚度发生明显变化的部位，如隧洞进出口，隧洞转弯部位及两洞相交部位均为抗震的薄弱环节。第二，区间隧道的破坏形式主要表现为竖向裂缝、弯曲裂缝以及混凝土脱落、钢筋外露等。第三，在地质水文条件有较大变化的区域，区间隧道比较容易发生灾害，如土质由软质到硬质的过渡区域。相反，如果地质水文

条件虽差但很均匀的话，在同等级的地震情况下，结构发生灾害的损坏程度会比较轻。

3、地铁车站及区间隧道结构的抗震分析

3.1、地铁车站抗震分析

作者认为地铁车站的抗震主要表现在如下几个方面：第一，在地震作用下，地铁车站结构的最大内力如剪力和弯矩都有不同程度的提高，这种情况充分说明水平地震作用对地铁地下车站的影响不容忽视。第二，顶板的最大动剪力发生在顶板与中柱连接处，顶板与侧墙连接处的动剪力稍小于顶板与中柱连接处的动剪力；中板的最大动剪力发生在中板与中柱连接处；侧墙的最大动剪力规律和最大动轴力规律一样，在墙与中顶板连接处和墙与底板连接处的动剪力大于墙与顶板连接处的动剪力，在墙与底板连接处的动剪力达到最大；中柱的动剪力分布规律是从柱与顶板连接处到柱与中板连接处不断增大，柱与底板连接处的动剪力则较小。这充分说明了相对于静力荷载下的车站结构内力，水平地震作用下地铁车站的最不利受力位置为顶板和上侧墙等车站上部结构，从而表明了在水平地震力的作用下拱形顶板不利于结构的抗震。第三，在整个车站结构中，侧墙和底板连接处的动剪力和动弯矩都达到最大，中柱与底板处的动剪力最大。第四，车站结构底板的最大动轴力发生在中柱与底板连接处；顶板的最大动轴力发生在顶板与中柱连接处；中板的最大动轴力发生在中板与中柱连接处；侧墙的动轴力在墙与中板连接处和墙与底板连接处，动轴力均比墙与顶板连接处的动轴力大，其中侧墙与底板连接处的动轴力最大；中柱的最大动轴力发生在下柱与底板连接处。

基于地震对地铁车站结构产生的影响，对结构的薄弱部位应重点进行抗震设计，采取相应的对策，如增加侧墙与底板、顶板与侧墙连接处的刚度，加大截面的尺寸和混凝土构件的配筋，配置一定数量的抗剪钢筋为加密墙底部水平钢筋，增加底板端部的钢筋。另外，应注意的是在实际抗震设计中，应适当加大中柱和底板的刚度，以使车站结构构件的抗震能力相互协调，由此提高车站结构的整体抗震能力作为具体措施，对底板应适当增加配筋数量或在转角处加肋，对中柱则宜适当加大截面尺寸，同时适当增加配筋量，板柱的接头结构适当增加构造钢筋，以进一步提高车站结构的整体抗震能力。

3.2、区间隧道结构抗震分析

作者认为区间隧道结构的抗震分析应注意以下几个方面：第一，常时荷载作用产生最大负弯矩的位置与地震荷载作用产生最大负弯矩的位置基本相同，但是两者产生最大正弯矩的位置有所不同，前者在隧道的顶部，后者在与隧道顶部大约呈45°的位置。第二，在地震烈度为7度的地震力作用下，衬砌产生的最大弯矩相当于常时荷载作用下的2倍，地震烈度提高一度，正弯矩最大值增大一倍。第三，常时荷载作用与地震荷载作用下，两者产生最大剪力与最大轴力产生的位置基本相同。第四，正弯矩的增幅比负弯矩的增幅要大得多，在抗震设计时，要加强隧道内侧的抗拉强度。第五，随着隧道埋深的增加，发生最大内力的位置基本没变，地震作用的最大弯矩的位置只与地震波的方向有关。

通过以上分析，可以得出如下结论：在地震力作用下，结构主要受水平地震力的影响。在埋深较浅的情况下，竖向荷载作用没有水平力作用明显；地震荷载使得盾构隧道顶部最大弯矩向地震波输入方向偏移，常时荷载与地震荷载共同作用下，隧道的最不利荷载出现在45°位置；在盾构隧道中，地震荷载对结构的影响很明显，破坏性很大；盾构隧道的圆形断面，与地震产生的弯矩有局部抵消的效应，因此，盾构隧道的圆形断面有利于抗震。

4、结尾

以上内容首先对地铁车站及区间隧道结构的震害特征进行了论述，随后对地铁车站及区间隧道结构抗震进行了分析和探讨，表达了自己的观点，提出了自己的见解。但是作者深知，国内在这方面的研究比较滞后，作为一名设计人员，必须要多实践，多借鉴国外相关研究成果，以提高地铁车站及区间隧道结构抗震性能，不断优化地铁结构设计。

【参考文献】

[1] 《防震减灾工程理论与实践新进展》房贞政等；中国建筑工业出版社

[2] 《结构抗震设计》苏原等；北京大学出版社

[3] 《地铁设计实践与探索》刘志义等；中国铁道出版社