地鐵地下結(jié)構(gòu)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)驅(qū)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(yōu)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(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。即使發(fā)生地震也不會造成明顯的不良影響。

關鍵詞：地鐵地下結(jié)構(gòu);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(guī)模長時間的維修，因此，在設計時要做好質(zhì)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(jié)構(gòu)基本上受到了非常大的破壞。不僅地鐵施工現(xiàn)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(fā)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與土體將具有彈塑性和線性特性，相互接觸時可能會發(fā)生局部移動和脫離。因此，在建立結(jié)構(gòu)與土體相互作用的結(jié)構(gòu)模型時，應考慮建筑原材料離散系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)與路基接觸離散系統(tǒng)、近場路基與遠場路基離散系統(tǒng)等?，F(xiàn)階段，對這類離散系統(tǒng)的單一科學研究早已完善，但如何在具體工程中開發(fā)和利用這一離散系統(tǒng)的科研成果，為地下防水工程結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)受周圍路基地震的影響。地震反射的破壞是非常明顯的。當?shù)卣鹩行r，地鐵站周圍土體尤其是頂填土的受力效應對地鐵站結(jié)構(gòu)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(qū)動力。但是，限流實體模型一般不太適合用于地下結(jié)構(gòu)。有必要發(fā)展基樁分析和驅(qū)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(shù)據(jù)，計算結(jié)構(gòu)的地震災害響應。

2.設計地鐵結(jié)構(gòu)中的問題

2.1 計算結(jié)構(gòu)

地鐵站的結(jié)構(gòu)比較獨特，通常都是大跨度的長條形，結(jié)構(gòu)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(qū)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(cè)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(jié)構(gòu)計算必須應用結(jié)構(gòu)力學，因為地鐵車站要承受很大的力，所以結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的內(nèi)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(qū)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(nèi)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(tǒng)。將梁模塊管理系統(tǒng)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(tǒng)進行內(nèi)部功率計算和分析。

2.2結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)時，必須考慮耐久性。地鐵站位于地表以下。淺的可達數(shù)米，深的可達數(shù)十米。而且越重越深，周圍的二氧化碳和電對地鐵站結(jié)構(gòu)的危害就越大。要保證地鐵站的結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用。有四個要素需要注意。首先是自然環(huán)境。地下的自然環(huán)境與地面不同。溫度低，環(huán)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(jié)構(gòu)，在地鐵車站結(jié)構(gòu)設計方案的情況下，應考慮縫隙及其基礎的沉降。歸根結(jié)底是工程建設。在地鐵建設的時候，要保證其質(zhì)量，在漸進式工程建設的情況下，需要進行相應的管理環(huán)節(jié)。在地鐵車站建設的設計方案中，要特別注意結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的耐久性。

3.地鐵結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

現(xiàn)階段，我國對地鐵車站等地下防水工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震結(jié)構(gòu)對策尚無統(tǒng)一的認識和規(guī)范。有人認為，地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)一起建造時，需要按照道路結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)方法進行設置。內(nèi)部電源發(fā)生交替變化，地下單體結(jié)構(gòu)無需制定抗震等級結(jié)構(gòu)設計方案。另一種思想觀點是，地鐵車站等地下防水工程結(jié)構(gòu)必須按照道路工業(yè)建筑的抗震結(jié)構(gòu)方法進行設計?？偟膩碚f，這兩種想法都不是全能的。地下結(jié)構(gòu)不同于地上結(jié)構(gòu)。然而，大地震對地下室結(jié)構(gòu)的破壞也不容忽視。相反，應根據(jù)不同的作業(yè)方法和圍巖標準進行計算。分析大地震作用下地下結(jié)構(gòu)的破壞特征，制定有針對性的抗震結(jié)構(gòu)設計方案?？拐鸬燃壗Y(jié)構(gòu)是在發(fā)生大地震時提高結(jié)構(gòu)整體抗震等級工作能力，提高結(jié)構(gòu)延性的主要途徑。在一定前提下，設置抗震等級的結(jié)構(gòu)抗震措施比單獨改進結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范更經(jīng)濟有效。地鐵車站等地下防水工程結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)應重點改善結(jié)構(gòu)的不足，提高結(jié)構(gòu)的能耗能力，提高結(jié)構(gòu)的整體延性。

4.結(jié)束語

總的來說，需要對地鐵車站地下結(jié)構(gòu)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(chǎn)損失對于交通運輸也將特別大?，F(xiàn)階段，我國各大城市都在建設地鐵站。這也是城市發(fā)展的主要表現(xiàn)。但是，我國缺乏相關信息的地鐵地下結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)地震反應分析。