地鐵車站的抗震性能設計

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。結論：（1）結構在設計地震作用下，整體處于彈性階段，層間位移和位移角均滿足抗震設計要求；（2）土層的最大相對位移和地鐵車站結構的最大位移是數值相差很近，在設計地震作用下，土層和結構保持整體運動，不發生分離現象。（3）結構彎矩最大值出現在側墻底部與底板連接處，設計時應考慮采取加強措施。

關鍵詞：地鐵車站；時程分析法；抗震性能分析

近年來，隨著城鎮化推進，交通擁堵問題越來越嚴重，地鐵以其快速、便捷的優勢，迅速受到大型城市的青睞，也成為一個城市現代化的標志，地鐵建設因此在國內外大型城市如火如荼的進行著。地鐵建設作為百年工程，地鐵的抗震性能設計是地鐵結構設計的重要組成部分，針對地鐵抗震性能的分析受到廣大學者的重點關注。

1 地下結構的抗震研究

考慮到地層的約束，相比地上結構而言，地下結構被認為具有良好的抗震性能。但是，通過對近些年來國內外地下結構地震災害現象的調查研究，在地震作用下，地下結構的破壞現象也相當普遍，對地下結構抗震性能的研究也在實際的設計工作中不斷推進。

采用MIDAS/GTS軟件對地下結構進行時程法計算分析，動力有限元數值仿真分析中，所關心振波的高頻（短波）成分決定網格單元長度，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的彈性恢復性能，具有良好的低頻穩定性。

本次分析采用地震輸入為地質安全評估部門專門提供的地震時程函數。根據抗震設計條件，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進行時程法分析，根據軌道交通抗震規范，本工程僅計算水平地震作用，根據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果作為本工程抗震依據。

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，與規劃公交樞紐一體化建設。車站主體結構采用明挖法施工。斷面1為車站標準斷面，斷面2為與樞紐結建斷面。

3 工程地質情況

本車站范圍內地層分為11個亞層，按地層巖性及其物理力學性質自上而下見表1。

4 車站抗震性分析

4.1 計算模型

計算時應考慮地下車站結構的空間動力效應，應對車站采用三維計算分析，車站結構計算模型如圖2所示：

4.2 計算結果分析

（1）位移反應分析。從層間位移時程曲線可知，結構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。在設計地震作用下，能滿足抗震中“地震后結構不破壞，整體處于彈性階段”的要求。

（2）應變反應分析。從圖5中可以看出，土層的最大相對位移是9.8cm，地鐵車站結構的最大位移是9.3cm，二者數值相差很近，因而，在設計地震作用下，土層和結構保持整體運動，不發生分離現象。

（3）應力反應分析。從圖6可知，斷面（一）結構彎矩最大值為2373kN.m/m，出現在側墻底部與底板連接處，設計時應考慮對側墻底部與底板連接采取抗震加強措施。

5 結束語

本站是三線換乘和與公交樞紐結建的復雜車站，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.地下鐵道設計與施工[M].陜西科學技術出版社，1997.

[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）.