地铁车站的抗震性能设计

摘 要：城市轨道交通已成为一个城市先进水平的标志。文章以某地下车站为例，通过时程分析法对其进行抗震性能分析。结论：（1）结构在设计地震作用下，整体处于弹性阶段，层间位移和位移角均满足抗震设计要求；（2）土层的最大相对位移和地铁车站结构的最大位移是数值相差很近，在设计地震作用下，土层和结构保持整体运动，不发生分离现象。（3）结构弯矩最大值出现在侧墙底部与底板连接处，设计时应考虑采取加强措施。

关键词：地铁车站；时程分析法；抗震性能分析

近年来，随着城镇化推进，交通拥堵问题越来越严重，地铁以其快速、便捷的优势，迅速受到大型城市的青睐，也成为一个城市现代化的标志，地铁建设因此在国内外大型城市如火如荼的进行着。地铁建设作为百年工程，地铁的抗震性能设计是地铁结构设计的重要组成部分，针对地铁抗震性能的分析受到广大学者的重点关注。

1 地下结构的抗震研究

考虑到地层的约束，相比地上结构而言，地下结构被认为具有良好的抗震性能。但是，通过对近些年来国内外地下结构地震灾害现象的调查研究，在地震作用下，地下结构的破坏现象也相当普遍，对地下结构抗震性能的研究也在实际的设计工作中不断推进。

采用MIDAS/GTS软件对地下结构进行时程法计算分析，动力有限元数值仿真分析中，所关心振波的高频（短波）成分决定网格单元长度，低频（长波）成分决定模型边界范围的大小。通常，当计算模型的水平范围取为8～10倍隧道直径时，即可获得较高的计算精度[1]。

为了解决有限截取模型界上波的反射问题，边界条件采用由Decks等[2～4]人提出的粘-弹性吸收边界。粘-弹性边界不仅可以较好地模拟地基的辐射阻尼，而且也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能，具有良好的低频稳定性。

本次分析采用地震输入为地质安全评估部门专门提供的地震时程函数。根据抗震设计条件，采用安评报告中三组50年超越概率为10%和2%地震的基岩加速度时程函数进行时程法分析，根据轨道交通抗震规范，本工程仅计算水平地震作用，根据三个样本的加速度时程，分别沿X方向、Y方向进行时程分析，取其中最不利影响结果作为本工程抗震依据。

2 工程概况

车站主体为地下四层岛式车站，标准段宽度为27.7m，顶板覆土3.0m，标准段深度为29.00m。车站与既有两条地铁线换乘，与规划公交枢纽一体化建设。车站主体结构采用明挖法施工。断面1为车站标准断面，断面2为与枢纽结建断面。

3 工程地质情况

本车站范围内地层分为11个亚层，按地层岩性及其物理力学性质自上而下见表1。

4 车站抗震性分析

4.1 计算模型

计算时应考虑地下车站结构的空间动力效应，应对车站采用三维计算分析，车站结构计算模型如图2所示：

4.2 计算结果分析

（1）位移反应分析。从层间位移时程曲线可知，结构顶板与底板层间位移差及层间位移角最大值分别为4.61mm和1/1453，层间位移角均小于1/600。在设计地震作用下，能满足抗震中“地震后结构不破坏，整体处于弹性阶段”的要求。

（2）应变反应分析。从图5中可以看出，土层的最大相对位移是9.8cm，地铁车站结构的最大位移是9.3cm，二者数值相差很近，因而，在设计地震作用下，土层和结构保持整体运动，不发生分离现象。

（3）应力反应分析。从图6可知，断面（一）结构弯矩最大值为2373kN.m/m，出现在侧墙底部与底板连接处，设计时应考虑对侧墙底部与底板连接采取抗震加强措施。

5 结束语

本站是三线换乘和与公交枢纽结建的复杂车站，利用时程分析法对车站进行了抗震性能分析，希望为广大地铁工作者提供参考。

参考文献

[1]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].陕西科学技术出版社，1997.

[2]刘晶波，李彬，谷音.地铁盾构隧道地震反应分析[J].清华大学学报（自然科学版），2005（6）.