11,8、地下结构抗震设计 1,地下结构的震害,地下结构由于受到地层的约束,地震时与地层共同运动,地层的变形大小直接决定了地下结构的变形，根据日本有关资料 地下结构地震时的加速度反应谱的量值仅相当于地面结构的1 4以下.埋深较大的隧道影响更小、地铁地下结构多采用抗震性能较好的整体现浇钢筋混凝土结构及能够适应地层变形的装配式圆形结构，震害明显低于地上结构、实际发生地震后地下结构的破坏情况也证明了这一点、但对埋置于软弱地层或上软下硬地层中的城市地铁隧道的抗震问题必须高度重视。尤其对以下情况.应充分研究地震的影响.1.断面复杂的地下结构 2，结构局部外露时.3、隧道直接作为地面建筑或城市桥梁的基础时。4 隧道处于性质显著不同的地层中时 5。隧道下方的基岩沿深度变化很大时,6，隧道处于可能液化或软黏土地层以及处于易产生位移的地形条件时.7、隧道断面急剧变化的部位.如区间隧道与车站主体的连接部,通风竖井与水平通道的连接部。正线的分岔处及换乘节点等、2、地铁结构的抗震设计.必须根据地铁工程的特点和地震发生后对地铁的使用要求.针对不同的地形 地质条件和结构类型.采用不同的设计方法和构造措施.3 确定地铁地下结构的抗震设防目标水平的考虑,本次规范修订明确了地铁地下结构的设防目标水平。考虑到地铁工程的重要性和地铁地下结构破坏后的不易修复等因素、适当提高了不同阶段地下结构的抗震性能要求,尤其对于承受高于设防烈度一度的地震时.要求主要支撑体系不发生严重损坏。并便于修复、修复后可恢复正常运营，4.抗震计算方法。当前我国地铁隧道横断面的抗震分析多按地震系数法进行 这一方法的基本出发点是。认为地震对地下结构的作用主要包括两部分,一是结构及其覆盖层重量产生的与地表地震加速度成比例的惯性力，二是地震引起的主动侧压力增量 一般认为、地震系数法用于下面两种情况较为适宜。一是地下结构与地面建,构筑物合建、即作为上部结构的基础时,二是当与围岩的重量相比,结构自身的重量较大时，例如防护等级特别高的抗爆结构。但是对于单建的以民用为主要目的的地铁隧道 由于其包括净空在内的单位体积的重量一般都比围岩重量轻.地震时几乎与围岩一同变形,这时,作为地震对结构的作用 随围岩一同产生的变形的影响是主要的.惯性力的影响则可忽略不计,以这一概念建立起来的抗震分析方法称为、反应位移法,或，地震变形法，其特点是以地下结构所在位置的地层位移作为地震对结构作用的输入，因此.不加区别地把地震系数法作为地下结构抗震分析的唯一选择难以反映大多数地下结构地震时的真实工作状况，无论是地震系数法还是反应位移法 都是将随时间变化的地震作用用等代的静力荷载或静位移代替，然后再用静力计算模型求解结构的反应,对于大型地下结构或沉管隧道等。用动力分析方法与静力法的计算结果进行对照也是必要的 此外,对于地铁区间隧道等小断面长条形结构，地震时沿隧道纵向产生的拉压应力和挠曲应力可能会成为结构受力的控制因素.因此 还需对隧道纵向的抗震进行分析,尤其是用盾构法施工的装配式管片结构。其纵向连接螺栓应能承受地震产生的全部拉力、5 地下结构抗震等级和构造措施，1、关于地下结构抗震等级 对于同等规模的同类结构而言.地下结构的抗震性能和地震时受到的破坏总体上优于地面建筑结构 但考虑到地铁工程的重要性和修复的困难性、以及与,建筑抗震设计规范 GB，50011的规定保持一致等因素，本规范推荐了各不同抗震设防烈度下较为安全的结构抗震等级标准。2 构造措施、应区别不同的围岩条件和施工方法，根据地下结构地震条件下的受力和破坏特点.有针对性地采取抗震措施 地下整体现浇钢筋混凝土框架结构的变形和破坏有以下特点 1.梁板构件具有良好的延性,能承受较大的超载，尤其是瞬时作用的动力荷载，2，立柱基本是一种脆性破坏、是框架结构中受力最薄弱的部位和首先遭受破坏的构件.3、结构的最终毁坏是由于立柱丧失承载能力而导致顶板被压塌,因此。提高地下框架结构抗震能力的最有效方法应是改善立柱的受力条件和受力特征、尽可能用中墙代替立柱，当建筑要求必须设置立柱时、尽量采用塑性性能良好的钢管混凝土柱 当采用钢筋混凝土柱时、可以借鉴。建筑抗震设计规范、GB.50011的思路,如限定其轴压比并对箍筋的配置提出相应的要求等,对梁板构件的配筋构造要求则应把重点放在确保其不出现剪切破坏和充分发挥构件的变形能力上 例如对受拉区和受压区钢筋合理配筋率的控制等，由于结构纵向侧墙的整体刚度较大、抗震能力较强.故原则上中间纵向框架的节点构造可不按抗震要求设计.与地面建，构筑物合建的明挖地下结构的抗震等级与上部结构相同,采用装配式结构时 应加强接缝的连接措施，以增强其整体性和连续性。在不同结构的连接部位.宜采用柔性接头 在装配式衬砌的环向和纵向接头处设弹性密封垫.以适应地震中地层施加的一定变形,除上述要求外，地铁地下结构的抗震构造措施可参照。建筑抗震设计规范，GB.50011的有关规定执行,6 可液化地层及软黏土震陷地层的判别与处理。1、砂土液化 判别土层液化的方法很多，如我国的。建筑抗震设计规范.GB.50011和日本的港口设计规范基于标准贯入试验和颗粒粒径累加的方法，我国，岩土工程勘察规范、GB 50021推荐的用静力触探判别的方法 以及国外依据土层的剪切波速或剪应力比较的判别方法等，目前国内地铁的勘察部门对液化土层的判别多采用单一方法 这是不妥当的 地铁一旦破坏则后果严重。加之工程规模特别巨大，液化处理费用高昂 所以对其周边土层的液化判别必须谨慎从事、应采用多种方法相互印证 并结合室内动三轴试验和地区工程经验进行专门的分析、而对于所采用措施的可靠性、也宜通过室内试验加以确认，设计时应根据不同情况分析液化土层对结构受力和稳定可能产生的影响、并采取相应对策、作为一条基本原则 不应将未经处理的可液化土层作为地铁车站天然地基的持力层、具体对策应根据地震烈度和地基土的液化程度、结合液化土层与车站结构的相对位置关系和结构的施工方法等.通过技术经济比较后确定.一般可分为两大类、1。防止支承隧道的地基土液化的措施.基底土换填,应挖除全部的液化土层、采用注浆,旋喷或深层搅拌等方法对基底土进行加固.处理深度应达到可液化土层的下界。对基底土换填或加固宽度的控制范围。应根据地基土的处理深度来确定,例如、我国.构筑物抗震设计规范，GB、50191规定。从基础外缘伸出的地基处理宽度、不应小于基础底面以下处理深度的1，3、且不小于2m,2。在地层液化后仍使隧道保持稳定的措施 在隧道底部设置摩擦桩.桩插入非液化土层的深度通过计算确定、将围护结构嵌入非液化土层,2。软黏土的震陷.软土地基在地震或其他反复荷载作用下可能会因其强度降低和基底土的侧向流动产生显著的沉降，即所谓,震陷、鉴于工程的重要性和使用要求的特殊性，在软土地层中修建地铁时、必须结合具体的场地条件对震陷问题进行专门分析