包明浩 鄭紹辰

摘 要：伴隨著我國城市交通的不斷發(fā)展，各地開始紛紛大力興建地鐵工程，用以有效方便人們的日常出行。而為了有效保障工程以及人員的生命財產安全，在對地鐵地下結構進行設計的過程中，需要著重注意其抗震設計。但考慮到不同的抗震設計方法之間也存在相應的差異性。因此本文將通過重點探討地鐵地下結構抗震設計方法差異性規(guī)律，希望能夠為優(yōu)化地鐵地下結構抗震設計提供相關思路。

關鍵詞：地鐵；地下結構；抗震設計；差異性規(guī)律

現階段在地鐵地下結構抗震設計當中擁有眾多不同的設計方法，其自身均具有相應的優(yōu)勢特點和不足，但由于抗震設計方法的多樣性，也為設計人員確定最終使用的地鐵地下結構抗震設計方法增加了一定難度。如果在無法掌握各抗震設計方法差異性規(guī)律下，盲目使用參數復雜或是機械套用相關公式，不僅無法有效保障結構設計的合理性，反而還會大大增加結構設計成本。因此對地鐵地下結構抗震設計方法差異性規(guī)律進行簡要分析，具有極為重要的現實意義。

一、地鐵地下結構抗震設計常用方法

在當前地鐵地下結構抗震設計當中，主要擁有包括動力時程分析、反應位移法、地震土壓力法以及反應加速度法等在內的一系列設計方法。其中動力時程分析法主要是通過離散處理整個地震動在時間域，在逐一計算各離散化時間點下獲得整個數值模型的動力時程反應。在計算過程中通過模擬土和地鐵地下結構之間的動力相互作用，以此有效保障結果的精準性[1]。

反應位移法則是通過將相對位移施加在距離結構位置相對較遠的地基彈簧處，從而形成一種類似于在結構上施加等效靜力荷載形式的地震生成的變形，在與地震剪應力以及結構慣性力進行充分考量下完成相關計算，從而為地鐵地下結構抗震設計提供必要參考數據。

出于方便計算以及擴大抗震設計方法應用范圍的目的，我國學者王文沛等人通過對地震土壓力法進行簡化處理，在將極限平衡理論和物部-岡部公式進行充分結合下，計算地下結構動土壓力值，以此有效幫助設計人員準確了解在不同埋深下，地下結構地震土壓力的具體變化情況。

在反應加速度法當中，首先需要設計人員通過利用自由場一維土層反應分析法，獲取水平有效反應加速度，而后直接將其施加在土-結構模型當中，從而通過計算包括地下結構頂以及底板位置、基巖位置發(fā)生相對變形時刻最大下，土層剪應力分布。將水平有效慣性體積力施加在模型當中，從而幫助設計人員準確掌握土-結構體系動力相互作用，為地下結構抗震設計奠定堅實基礎。

二、地鐵地下結構抗震設計方法的差異性規(guī)律分析

（一）確定工況

為了有效分析和了解地鐵地下結構抗震設計方法的差異性規(guī)律，本文通過參考相關研究文獻，選用兩種不同工況進行計算說明。在第一種工況當中，地鐵地下結構抗震設計中使用了質地均勻的粉質黏土層，通過分別使用上述抗震設計方法，在埋深為1米、3米、5米以及10米和20米時，對某城市地下直徑線單層框架結構側墻形變進行計算。在第二種工況當中，通過將埋深統(tǒng)一設定為3m，在土層條件設定上則分別運用粉質粘土、粉細砂以及粉土和圓礫卵石，同樣分別使用上述抗震設計方法對某城市地下直徑線單層框架結構側墻形變進行計算。

（二）埋深分析

根據王文暉（2013）的相關研究可知，在第一種工況下，在結構埋深達到3m時，運用反應位移法和反應加速度法進行計算后，其結果達到了最大。此后隨著埋深的不斷增加，計算結果反而越來越小。而包括地震土壓力法、動力時程分析法等在內的其他地鐵地下結構抗震設計方法，計算得到的地下直徑線單層框架結構側墻形變，均呈現出隨著埋深不斷增加而越來越大的變化規(guī)律。根據其在研究當中給出的內力計算結果可知，一般在埋深較深也就是與基巖面距離更近的地方，內力也相對較大。但在使用反應加速度法時所獲得的內力值，在初始階段表現出隨埋深的不斷增大而越來越大的變化規(guī)律，但當埋深達到10m，其內力達到最大時，在埋深繼續(xù)增加下，計算的內力反而愈來愈小[2]。

（三）土層條件

通過結合劉晶波、李彬（2006）的相關研究可知，其在將埋深固定為3m后，運用包括反應加速度法、地震土壓力法、反映為依法等對地下直徑線單層框架結構側墻形變計算后，得到了具有較高復雜度的結構側墻形變分布規(guī)律。但總體來看，在使用反應加速度法、簡化地震土壓力法和動力時程分析法下，獲得的計算結果變化規(guī)律基本相同。比如說在使用動力時程分析法下，在粉質黏土層的土層條件下，結構側墻變形計算結果為1.16，在粉細砂以及粉土和圓礫卵石的土層條件下，結構側墻變形值則逐漸增加至1.62、2.12和3.39。使用反應加速度法下，在粉質黏土層這一土層條件中，結構側墻變形為2.5，在粉細砂以及粉土和圓礫卵石的土層條件下，結構側墻變形值則逐漸增加至2.6、2.8和4.3。即隨著土層條件的變化，側墻變形也在不斷增大，但其差值則始終控制在0.9到1mm的范圍內。雖然在使用不同抗震設計方法下，產生地下結構內力最大值的土層條件也不盡相同[3]，但基本上，在土層條件為圓礫卵石中，運用各抗震設計方法時會產生地下結構內力最大值。

結束語：本文在對幾種常見的地鐵地下結構抗震設計方法進行簡單介紹的基礎上，通過結合相關學者的研究成果，選取了兩種不同的工況，并對各抗震設計方法所獲得的計算結果差異性規(guī)律進行總結和分析。了解到在土層條件不同時，反應加速度法與動力時程分析法獲得的計算結果基本一致，而在埋深不同時，地震土壓力法與動力時程分析法、反應位移法的計算結果基本一致。因而在實際進行地鐵地下結構抗震設計時，更加建議使用上述抗震設計方法，從而有效保障設計結果的精準性與合理性。

參考文獻

[1]陳韌韌，張建民.地鐵地下結構橫斷面簡化抗震設計方法對比[J].巖土工程學報，2015，37（S1）：134-141.

[2]王文暉.地下結構實用抗震分析方法及性能指標研究[D].清華大學，2013.

[3]劉晶波，李彬.地鐵地下結構抗震分析及設計中的幾個關鍵問題[J].土木工程學報，2006（06）：106-110.

作者簡介

包明浩（1991.09--）；性別：男，籍貫：山東省煙臺人，學歷：碩士研究生，畢業(yè)于山東科技大學；現有職稱：無；研究方向：隧道及地下工程。

（作者單位：山東省青島市黃島區(qū)山東科技大學）