許平（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)械動(dòng)力工程設(shè)計(jì)研究院 四川成都610000）

0 引言

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，從震源釋放的部分能量以波的形式向四周傳播而形成地震波，它可以分為縱波、橫波和面波[1]。20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，有關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)布了許多關(guān)于大地震后城市地下結(jié)構(gòu)的破壞的研究報(bào)告[2]。通常情況下，人們會(huì)覺得地下空間的抗震性能高于地面建筑的抗震性能，地下結(jié)構(gòu)的地震安全性并沒有引起人們的重視，以往學(xué)者們普遍認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)完全被土體所包圍，地震時(shí)地下結(jié)構(gòu)比地面結(jié)構(gòu)安全[3]。但在近些年的大地震當(dāng)中，許多城市地下空間結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了嚴(yán)重的破壞甚至完全倒塌的現(xiàn)象，這些地震災(zāi)害帶來(lái)的慘痛教訓(xùn)再一次警示人們，必須科學(xué)地加強(qiáng)中國(guó)城市防震減災(zāi)體系的建設(shè)，保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展穩(wěn)定的需求[4]，所以做好地下空間的抗震設(shè)計(jì)就尤為重要。

1 中國(guó)城市地下空間開發(fā)利用特點(diǎn)

中國(guó)城市地下空間起步及開發(fā)于20 世紀(jì)60~70 年代，當(dāng)時(shí)地下空間的建設(shè)主要以地下鐵路、地下工廠以及人防工程建設(shè)為主，但經(jīng)過(guò)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的幾十年發(fā)展，現(xiàn)階段我國(guó)城市地下空間使用主要體現(xiàn)在以下方面：

1.1 大型地下水下隧道工程

中國(guó)已經(jīng)建設(shè)完成多條過(guò)江隧道以及外灘觀光隧道，其中寧波以及南京等城市已經(jīng)建設(shè)完成過(guò)江隧道。

1.2 以防御戰(zhàn)爭(zhēng)為主要目的的地下建筑

中國(guó)建國(guó)初期階段，我國(guó)國(guó)防建設(shè)處于相對(duì)較為緊張的狀態(tài)，因此國(guó)家有計(jì)劃的進(jìn)行了大批量的地下軍事防護(hù)工程建設(shè)。20 世紀(jì)80 年代中期以后我國(guó)進(jìn)入了和平建設(shè)階段，將已經(jīng)完成的老舊地下工程建筑再次開發(fā)進(jìn)行利用。

1.3 與人防工程想結(jié)合所建設(shè)的地下建筑

這種方式在中國(guó)許多城市的地下空間中都有所體現(xiàn)，比如西安的鼓樓廣場(chǎng)以及其地下工程，將古代與現(xiàn)代、地下與地上相互結(jié)合，為市民提供一個(gè)游玩放松的文化廣場(chǎng)。

1.4 以緩解當(dāng)?shù)亟煌▔毫λㄔO(shè)的地下隧道工程

中國(guó)城市地下軌道交通發(fā)展最明顯的例子就是北京地鐵的開發(fā)與建設(shè)，北京地鐵是我國(guó)城市地下空間的城市交通建設(shè)的先河，北京地鐵的建設(shè)為城市交通運(yùn)輸提供服務(wù)。

1.5 城市共同溝建設(shè)

中國(guó)多個(gè)城市已經(jīng)使用了城市共同溝建設(shè)，并已經(jīng)取得一定的成效，比如上海所建的防洪排澇地下雨水調(diào)節(jié)池、各類地下能源存儲(chǔ)與供給設(shè)施以及雨污水地下收集處理設(shè)施等。21 世紀(jì)后，中國(guó)城市地下空間的使用數(shù)量增長(zhǎng)速度直線上升，并且空間體系也不斷的得到完善，中國(guó)也已經(jīng)成為了世界上城市地下空間使用大國(guó)。

2 減輕和防御地下結(jié)構(gòu)震害的工程措施

地震對(duì)于地下空間的影響共有兩類，一種是振動(dòng)作用，一種是地基失效，兩種都能在很大程度上影響地下空間的安全性。

影響地震破壞的主要原因分為：地下空間結(jié)構(gòu)的形狀、地下空間結(jié)構(gòu)的大小和地下空間結(jié)構(gòu)的深度，地下空間結(jié)構(gòu)周圍巖土的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)自身的功能以及地震幅度的大小。提高地下空間的抗震能力引起破壞的策略取決于地下結(jié)構(gòu)的失效模型，假使地下空間結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性出現(xiàn)問題，應(yīng)加強(qiáng)其自身結(jié)構(gòu)以及毗鄰的地層結(jié)構(gòu)。例如隧道口在入口以及車站部分都會(huì)發(fā)生剛度突變，導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)受差異位移，并造成產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。解決這種接頭問題最簡(jiǎn)單的辦法就是使用柔性接頭，通常情況下隧道抗震分析認(rèn)為隧道襯砌是連續(xù)的，但實(shí)際情況下隧道通常是由切片所拼裝而成的，切面接頭的鏈接設(shè)計(jì)應(yīng)滿足未來(lái)所發(fā)生的地基變形情況。

對(duì)于圓形隧道來(lái)講，最常見的震害情況是隧道與周圍地基土接觸面受損，并且導(dǎo)致隧道襯砌的強(qiáng)度下降。針對(duì)第一種震害現(xiàn)象，可以通過(guò)改良地基的施工技術(shù)，并且加強(qiáng)隧道與地基之間的接觸，保證隧道的安全性。針對(duì)第二種震害現(xiàn)象，可以通過(guò)施工時(shí)利用鋼筋混凝土以及鋼構(gòu)件加強(qiáng)隧道襯砌的強(qiáng)度。如在設(shè)計(jì)蘇州太湖新城地下空間時(shí)，地下結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，頂板3m，負(fù)一層以及負(fù)二層板厚1.4 m，底板厚12m，側(cè)墻負(fù)三層厚8m，負(fù)二層厚7m，負(fù)一層厚6m，頂板框架梁6.5 m×12m，負(fù)一層以及負(fù)二層框架梁5 m×6m，柱9 m×9m，其施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1 所示。

圓形隧道的使用期限受襯砌與周圍巖土介質(zhì)的接觸特性所影響，圓形隧道的加強(qiáng)手段包括增加襯砌厚度、附加鋼襯砌、設(shè)置隔震層以及增加配筋等。由于增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度能夠增加地震造成的不良影響，因此，增加襯砌厚度不一定是良好的措施。假使計(jì)算的軸力或者彎矩較大，改進(jìn)隧道抗震性能的有效措施可能是通過(guò)提高襯砌延性并不是增大強(qiáng)度。通常情況下增強(qiáng)襯砌能夠提供適當(dāng)?shù)难有?，由于設(shè)置環(huán)向焊縫接頭部位可能會(huì)造成橫向剪切發(fā)生變形，該部位不應(yīng)成為簿弱部位。除此之外環(huán)向焊縫接頭還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)目紤]抵御滲漏的能力。如在修建地鐵時(shí)，地鐵的地下結(jié)構(gòu)抗震通過(guò)附加鋼襯砌等措施，地基的加固方式與場(chǎng)地的地質(zhì)條件有關(guān)，與民用建筑地基部分基本相同。

圖1 蘇州太湖新城地下空間施工現(xiàn)場(chǎng)

3 結(jié)語(yǔ)

城市地下空間發(fā)展是全世界城市發(fā)展的必然方向，并且已經(jīng)成為衡量城市現(xiàn)代化的重要手段。中國(guó)城市的地下空間開發(fā)以及應(yīng)用程度以及范圍正在逐漸增加，地下空間建設(shè)逐漸從點(diǎn)狀想網(wǎng)絡(luò)狀進(jìn)行擴(kuò)展，但現(xiàn)階段我國(guó)城市地下空間的開發(fā)以及利用水平上與其他發(fā)達(dá)國(guó)家中的城市相比還存在些許差距，并且缺少科學(xué)的發(fā)展方向以及規(guī)劃。

中國(guó)的地下空間開發(fā)及利用已經(jīng)進(jìn)入飛速發(fā)展階段，其中很多地下工程建設(shè)在高烈度地區(qū)，并且現(xiàn)階段我國(guó)缺少完善的地下空間結(jié)構(gòu)抗震的方案設(shè)計(jì)以及有效的抗震結(jié)構(gòu)研究，通過(guò)對(duì)發(fā)展合理并且可靠的地下空間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，完善地下空間結(jié)構(gòu)的抗震措施手段，確定良好的地下結(jié)構(gòu)抗震體系。