城市轨道交通地下结构抗震设计流程

城市轨道交通地下结构抗震设计流程

焦仲华

中交铁道设计研究总院100097

摘要近年来，我国较多的城市轨道交通工程得到了建设。在其地下结构施工中，需要做好抗震方面设计。在本文中，将就城市轨道交通地下结构抗震设计流程进行一定的研究。

关键词：城市轨道交通；地下结构；抗震设计流程；

1引言

在城市空间愈发紧张的今天，城市轨道交通的建设有效缓解了城市的交通。在城市轨道交通建设当中，其地下结构占据的比重较大，包括有地下车站以及区间隧道，且在部分城市中，其轨道交通结构处于抗震设防区，并因此对抗震设计具有了较高的要求。为了获得更好的抗震设计效果，就需要能够做好其设计流程的把握。

2抗震设计流程

2.1流程关键内容

在抗震设计当中，首先需要做好地下结构周围结构空间分布、材料以及地基条件的确定。对于地基条件，需要做好地层地质条件以及物理参数的了解，尤其是做好土体动力特性的把握，做好设计地震作用基准面的确定。结构条件方面，需要对结构的衬砌构造、接头构造、空间分布以及接缝构造进行了解，并做好各类材料参数的了解与掌握。

输入地振动是设计当中的重点参数，需要根据设计规范实际需求做好不同设防标准地震动的确定。在现阶段，其主要规范有二级以及三级设防。地下结构方面，因其在地层相对位移方面较为敏感，对此，在选用地震动时程时，即需要能够做好基线漂移处理，保证其位移时程不具有发散特征。地震动选取方面，即需要为地震作用基准面设计位置的地震动，其输入基准面，即是对非均匀空间土层同弹性均匀基岩空间交界面的确定，但在实际情况下，介质当中并不会存在该种理想化的界面，对此，则可以将其是作为一种假想输入界面。输入基准面确定，即代表场地覆盖层厚度的确定，根据理论分析可以发现，输入面上覆盖层的存在，将会对地震动频谱与强度产生影响，输入界面剪切波速大小也将影响到地震反应结果，对可以说，输入基准面选择的是否正确，则将对场地地震反应的精度以及结果具有直接的关联。

地震反应分析方面，需要以自由场反应为基础进行计算，其目的，即对地震活动发生时地下结构附近地基的非线性程度以及加速度、剪应力以及位移等计算。在结构物抗震计算工作当中，即将地震荷载在包括结构的分析模型上产生作用，在此基础上计算出变形以及内力等反应值。具体有两种结构分析方式，即结构反应分开计算以及地基反应方式，如反应加速度以及反应位移法，也有将地基同结构视作为一体的方式，如动力时程法。横向抗震分析方面，即将结构的横向接头以及衬砌作为对象，对横向界面面内的变形以及内力进行计算。纵向方面，则将结构衬砌作为对象，计算纵向变形与内力。在结构分析过程中，其中的一项重点即是来自地基的影响进行恰当的考虑，并做好结构模型化科学处理。目前，具有较多中结构抗震计算方式，在实际工作当中，需要联系分析以及研究的精度要求、方式等综合开展评价，在此基础上做好合理方式的选择。

在完成上述工作后，则需要对接头以及衬砌进行抗震性能验算，这也是实际抗震设计工作当中的最终环节，验算获得的结果，则可以直接对结构设计是否能够满足设计要求进行评价，如经过验算不能够满足设计要求，则需要对结构设计进行重新修改，或通过其余措施的应用进一步提升抗震性能。

2.2需注意的问题

根据上述流程内容，需要做好以下问题的注意：第一，是否按空间问题计算。在几种情况下，地下结构具有着明显的空间效应，需要按照空间问题做好对应的反应计算。首先，即当结构上部存在构筑物以及建筑物。其次，结构纵向土层方向在分布方面存在差异。且纵向结构型式具有较大的变化。且包括在竖向、平面结构较为复杂、数量较多；第二，是否进行动力时间程分析。当地下结构纵向断面具有较大变化、在横向存在结构连接，线路具有小半径曲线，沿地下结构具有较大的纵向变化、存在软硬不均情况时，地下将具有较为复杂的反应情况，需要进行动力时程分析；第三，是否开展纵向地震分析。如地基各向同性、匀质，那么当地震情况发生时，地基则将向同一个方向振动，隧道纵向位置将在此过程中进行刚体运行，不会发生变形。而如土质不同、土层存在变化或具有液化层，则地震情况下地基则将形成相对位移，需要对纵向抗震设计做好考虑；第四，结构构件校核。在具体抗震验算工作当中，其分为变形、位移以及强度验算这几方面，在强度验算当中，可以将其归结为构件损伤程度验算，通过位移验算，能够更好的保障结构完整性，变形盐酸则能够保证构件在变形能力方面能够满足要求。根据具体差异，可以将地下结构分为I、II两种级别。其中，I级性能即要求在地震发生后，结构发生轻微的破坏或者不存在破坏，即能够对正常使用功能进行保持。不会因结构发生变形对行车安全产生影响。II级性能即要求在地震后结构虽然存在一定的破坏，但在经过修补处理后，在短期内能够恢复正常的使用功能。局部进入到弹塑性阶段。

地下结构中柱以及简化为平面问题的中间板、侧板以及顶底板，都可以将其进行简化处理，使其形成同中柱类似的柱式构件，并按照柱式构建验算处理。其同样可以分为两个级别，其中，性能1即不需要维修处理，不会产生对行车安全产生影响的位移，性能2即为能够修复的损伤。地下结构整体的变形验算指标，其中矩形截面使用层间位移角，性能II的限值为1/250;圆形截面使用直径变形率，性能II的限值一般可定为千分之五。

3结束语

城市轨道交通的建设，大大提升了城市交通和效率，为人们的日常出行提供了便利。而作为其运行安全的保障，结构抗震设计则成为了非常重要的一项工作内容。在上文中，我们对城市轨道交通地下结构抗震设计流程进行了一定的研究，在实际设计当中，需要做好设计流程重点的把握，通过结构、地基参数的确定以及性能验算保障其抗震水平。

参考文献：

[1]董正方,王君杰,王文彪,姚毅超.基于土层位移差的地下结构抗震反应位移法分析[J].振动与冲击.2013(07)

[2]姚毅超,董正方,王君杰.盾构隧道的反应位移法与抗震性能指标[J].中国科技论文.2012(05)

[3]韩鹏,王君杰,董正方.城市轨道交通高架桥梁抗震设计中的关键问题[J].震灾防御技术.2010(01)