[摘要]隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，地鐵的規(guī)模及數(shù)量也日趨增加。地下結構一直被認為具有良好的抗震性能，然而5.12汶川大地震后，地下結構出現(xiàn)了或多或少的破壞，使人們對地下結構的抗震安全性及必要性得到重視。研究表明，地下結構具有不同于地面結構的抗震性能和破壞特征，在某些情形下，同樣會發(fā)生嚴重甚至強于地面結構的破壞。

[關鍵詞]地鐵 地震 破壞

中圖分類號：TB1文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310072－01

一、概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市人口的激增，地面交通愈來愈不堪重負。為了減少地面交通量，人們開始尋找新的交通模式，地鐵應運而生。我國地處于環(huán)太平洋地震帶上，地震活動性非常頻繁。地震對地面結構所造成的破壞是人所共知的，而對地下結構的地震破壞卻知之不多。隨著地下空間開發(fā)和地下結構建設規(guī)模的不斷加大，地下結構的抗震設計及其安全性評價的重要性、迫切性愈來愈明顯。

二、汶川地震中對地鐵結構的破壞分析

在5.12汶川大地震中成都和重慶地區(qū)在此次地震中的地震烈度在6-7度左右，總體來說沒有明顯震害發(fā)生，經(jīng)受住了考驗。從成都地鐵情況看對于地下車站和礦山法區(qū)間由于其整體性較好剛度較大，震害較小，但對于盾構隧道由于采用預制管片拼裝，螺栓柔性連接，整體剛度較弱，盾構隧道與地層基本產(chǎn)生相同的震動變形，分別產(chǎn)生橫向與縱向正弦撓曲變形和剪切變形，因此盾構隧道產(chǎn)生較多的管片錯臺、局部破損、螺栓拉壞和滲水等明顯震害現(xiàn)象。而且現(xiàn)場表明盾構管片間及各環(huán)間滲水面積有加大跡象，為此有必要對管片的防水作進一步的研究。通過查閱資料分析國內(nèi)外地震對地下結構破壞的情況表明：地鐵區(qū)間隧道相對地下站臺較為安全，特別是盾構隧道本身無結點且為柔性連接所至。所以地鐵區(qū)間隧道的單線、單洞防震效果要優(yōu)于單洞雙線，特別是對過江隧道的地鐵區(qū)間隧道從抗震角度看應采用小洞方案；地鐵區(qū)間隧道不論是礦山施工還是盾構法施工，其二襯結構應以一次澆筑成型為優(yōu)，應盡量避免在斷面上采用分段或分層澆筑；強震時地鐵車輛是優(yōu)先進站還是就地停車，待確認車站結構安全性后再處置；當軌道線附近存在高邊坡時，應分析高邊坡包括在地震力作用下的穩(wěn)定性及對隧道或高架線的影響；在強震區(qū)地震活躍地帶，要研究有利于抗震的隧洞合理埋深或采用高架跨越的合理性；對于高架車站，當采用車站與線路合一結構時，應采用規(guī)則布置，盡量使幾何形心與荷載重心重合；當采用車站與線路分離結構時，車站與線軌連接應符合抗震設計要求。

三、地鐵建設中避免地震破壞采取的措施

基于目前我國尚缺乏研究和評價強烈地震環(huán)境下地鐵地下結構系統(tǒng)動力學行為與致災機理的有效途徑及手段。目前可用于地鐵地下結構系統(tǒng)震災動力學行為研究與評價的主要途徑及手段有：原型觀測、構件試驗、模型試驗（主要是動力離心模型振動臺試驗）和數(shù)值模擬。由于地鐵地下結構-土體系統(tǒng)的震災動力學行為是極其復雜的。在高烈度地震環(huán)境下結構與土材料均可能呈現(xiàn)出明顯的非線性、彈塑性或者塑性性態(tài)；結構和土體之間的接觸處還可能出現(xiàn)局部脫開、滑動、錯位、張閉等非連續(xù)變形現(xiàn)象；地下結構-土體系統(tǒng)的動力相互作用的過程多是強非線性的、三維的、速率效應和循環(huán)效應影響均很突出的，并伴隨有結構材料、特別是土材料本身的物理力學性質的弱化；地下結構-土體系統(tǒng)的破壞通常是漸進性的、局部化的，相互關聯(lián)的。加之，由于地震載荷具有隨機性、難以預測性以及結構物和周圍土體及其所構成系統(tǒng)本身的極其復雜性，目前還沒有哪一種手段能夠對地鐵地下結構震動響應及其抗震安全性進行全面而合理的分析評價。目前研究地下結構抗震性能的主要途徑有：原型觀測、模型試驗和數(shù)值模擬。由于問題的極其復雜性，目前還沒有哪一種手段能夠完全實現(xiàn)對地下結構動力反應進行全面而真實的解釋和模擬。一般是通過原型觀測和模型試驗結果來部分的或定性的再現(xiàn)實際現(xiàn)象、解釋物理機制、推斷變化過程、總結特性規(guī)律和分析災變后果，在此基礎上建立合理的能夠反映實際動力相互作用規(guī)律的數(shù)理分析模型，發(fā)展相應的數(shù)值分析方法；再通過模型試驗和原型觀測結果加以驗證。然后對不同抗震設計方案進行計算分析，盡可能地再現(xiàn)和模擬其實際動力反應，研究其抗震性能，提出相應的抗震對策。這是研究和評價地下結構抗震性能的較為合理的有效途徑。為改變目前我國在這一研究領域中的落后局面，需要在理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗等方面開展更為深入的工作，系統(tǒng)地研究地鐵車站及區(qū)間隧道等的地震反應，以在抗震分析及設計方法與理論基礎、設計規(guī)范等方面有實質性的突破。對抗震減災建議開展兩方面的工作：一方面工作為震害發(fā)生時城市軌道交通指揮、通訊及應急應對機制研究；另一方面開展震后軌道交通安全檢測評估機制與手段及恢復交通功能所需的條件和措施。所以首先應加大對城市軌道交通抗震研究的投入。每個設防城市的地鐵系統(tǒng)都應有地震動監(jiān)測的設施，并能與當?shù)氐牡卣鸨O(jiān)測部門聯(lián)網(wǎng)，當有地震發(fā)生時能夠準確地記錄地下交通設施的受震情形和動態(tài)。其次城市軌道建設單位和管理部門應配備適量的建筑結構完好狀態(tài)檢測設備和建立可靠的建筑結構完好狀態(tài)評判標準和辦法，以便在震害發(fā)生后快速、準確地對線路設施狀況做出判斷，保證運用安全，避免憑目測就做出結論的盲目行為。

四、結束語

針對我國尚缺少完善的地鐵地下結構抗震分析方法和專門的地鐵結構抗震設計規(guī)范的現(xiàn)狀，在分析目前我國地鐵等地下結構抗震研究及設計方法的基礎上，建議迫切解決的五個關鍵問題：（1）合理的地下結構動力分析模型；（2）成熟的地下結構-地基系統(tǒng)動力相互作用問題分析方法；（3）合理而實用的地鐵地下結構地震破壞模式和抗震性能評估方法；（4）地鐵地下結構抗震構造措施；（5）地鐵區(qū)間隧道穿越地震斷層的設計方案及工程措施?？拐鹪O計中應該考慮未來可能發(fā)生的城市淺層直下型地震動的特點，重點解決：（1）合理的地震動輸入機制及設置標準；（2）區(qū)間隧道抗震設計要考慮沿隧道的縱向與橫向兩個方向的行波效應；（3）大型車站系統(tǒng)應該進行動力分析評價。（4）重大災害發(fā)生時城市軌道交通的應對機制。（5）重大災害發(fā)生后城軌交通安全檢測評估與功能恢復機制。（6）編制“地下工程抗震設計規(guī)范或指南”。（7）應該對我國運營及在建的軌道交通系統(tǒng)開展地震安全性評估工作。

參考文獻：

[1]林皋，地下結構抗震問題，見：第四屆全國地震工程會議論文集，1994.

[2]馬險峰等，神戶市地鐵車站的震害及修復，鐵道工程學報，1998（增刊）.

[3]雷謙榮譯，地震對地下洞室的破壞，地下空間，1992（4）.

作者簡介：

李積鴻，男，漢族，青海樂都人，助理工程師，主要從事地鐵建設。