11,8、地下結(jié)構(gòu)抗震設計,1,地下結(jié)構(gòu)的震害.地下結(jié)構(gòu)由于受到地層的約束。地震時與地層共同運動,地層的變形大小直接決定了地下結(jié)構(gòu)的變形,根據(jù)日本有關資料,地下結(jié)構(gòu)地震時的加速度反應譜的量值僅相當于地面結(jié)構(gòu)的1,4以下、埋深較大的隧道影響更小.地鐵地下結(jié)構(gòu)多采用抗震性能較好的整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及能夠適應地層變形的裝配式圓形結(jié)構(gòu).震害明顯低于地上結(jié)構(gòu) 實際發(fā)生地震后地下結(jié)構(gòu)的破壞情況也證明了這一點.但對埋置于軟弱地層或上軟下硬地層中的城市地鐵隧道的抗震問題必須高度重視。尤其對以下情況 應充分研究地震的影響。1.斷面復雜的地下結(jié)構(gòu),2.結(jié)構(gòu)局部外露時,3、隧道直接作為地面建筑或城市橋梁的基礎時,4.隧道處于性質(zhì)顯著不同的地層中時 5,隧道下方的基巖沿深度變化很大時,6,隧道處于可能液化或軟黏土地層以及處于易產(chǎn)生位移的地形條件時,7 隧道斷面急劇變化的部位。如區(qū)間隧道與車站主體的連接部 通風豎井與水平通道的連接部。正線的分岔處及換乘節(jié)點等、2、地鐵結(jié)構(gòu)的抗震設計。必須根據(jù)地鐵工程的特點和地震發(fā)生后對地鐵的使用要求。針對不同的地形、地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)類型,采用不同的設計方法和構(gòu)造措施.3,確定地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震設防目標水平的考慮,本次規(guī)范修訂明確了地鐵地下結(jié)構(gòu)的設防目標水平??紤]到地鐵工程的重要性和地鐵地下結(jié)構(gòu)破壞后的不易修復等因素。適當提高了不同階段地下結(jié)構(gòu)的抗震性能要求,尤其對于承受高于設防烈度一度的地震時,要求主要支撐體系不發(fā)生嚴重損壞、并便于修復.修復后可恢復正常運營。4??拐鹩嬎惴椒?當前我國地鐵隧道橫斷面的抗震分析多按地震系數(shù)法進行 這一方法的基本出發(fā)點是,認為地震對地下結(jié)構(gòu)的作用主要包括兩部分.一是結(jié)構(gòu)及其覆蓋層重量產(chǎn)生的與地表地震加速度成比例的慣性力 二是地震引起的主動側(cè)壓力增量,一般認為 地震系數(shù)法用于下面兩種情況較為適宜、一是地下結(jié)構(gòu)與地面建、構(gòu)筑物合建。即作為上部結(jié)構(gòu)的基礎時,二是當與圍巖的重量相比。結(jié)構(gòu)自身的重量較大時。例如防護等級特別高的抗爆結(jié)構(gòu)。但是對于單建的以民用為主要目的的地鐵隧道,由于其包括凈空在內(nèi)的單位體積的重量一般都比圍巖重量輕.地震時幾乎與圍巖一同變形,這時。作為地震對結(jié)構(gòu)的作用 隨圍巖一同產(chǎn)生的變形的影響是主要的 慣性力的影響則可忽略不計、以這一概念建立起來的抗震分析方法稱為,反應位移法,或 地震變形法。其特點是以地下結(jié)構(gòu)所在位置的地層位移作為地震對結(jié)構(gòu)作用的輸入、因此.不加區(qū)別地把地震系數(shù)法作為地下結(jié)構(gòu)抗震分析的唯一選擇難以反映大多數(shù)地下結(jié)構(gòu)地震時的真實工作狀況。無論是地震系數(shù)法還是反應位移法,都是將隨時間變化的地震作用用等代的靜力荷載或靜位移代替.然后再用靜力計算模型求解結(jié)構(gòu)的反應。對于大型地下結(jié)構(gòu)或沉管隧道等.用動力分析方法與靜力法的計算結(jié)果進行對照也是必要的 此外、對于地鐵區(qū)間隧道等小斷面長條形結(jié)構(gòu),地震時沿隧道縱向產(chǎn)生的拉壓應力和撓曲應力可能會成為結(jié)構(gòu)受力的控制因素,因此.還需對隧道縱向的抗震進行分析.尤其是用盾構(gòu)法施工的裝配式管片結(jié)構(gòu)、其縱向連接螺栓應能承受地震產(chǎn)生的全部拉力.5。地下結(jié)構(gòu)抗震等級和構(gòu)造措施.1,關于地下結(jié)構(gòu)抗震等級,對于同等規(guī)模的同類結(jié)構(gòu)而言。地下結(jié)構(gòu)的抗震性能和地震時受到的破壞總體上優(yōu)于地面建筑結(jié)構(gòu),但考慮到地鐵工程的重要性和修復的困難性,以及與 建筑抗震設計規(guī)范、GB.50011的規(guī)定保持一致等因素 本規(guī)范推薦了各不同抗震設防烈度下較為安全的結(jié)構(gòu)抗震等級標準.2、構(gòu)造措施。應區(qū)別不同的圍巖條件和施工方法.根據(jù)地下結(jié)構(gòu)地震條件下的受力和破壞特點,有針對性地采取抗震措施、地下整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的變形和破壞有以下特點.1,梁板構(gòu)件具有良好的延性。能承受較大的超載.尤其是瞬時作用的動力荷載、2。立柱基本是一種脆性破壞,是框架結(jié)構(gòu)中受力最薄弱的部位和首先遭受破壞的構(gòu)件,3、結(jié)構(gòu)的最終毀壞是由于立柱喪失承載能力而導致頂板被壓塌,因此,提高地下框架結(jié)構(gòu)抗震能力的最有效方法應是改善立柱的受力條件和受力特征 盡可能用中墻代替立柱,當建筑要求必須設置立柱時,盡量采用塑性性能良好的鋼管混凝土柱、當采用鋼筋混凝土柱時,可以借鑒。建筑抗震設計規(guī)范.GB。50011的思路,如限定其軸壓比并對箍筋的配置提出相應的要求等 對梁板構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求則應把重點放在確保其不出現(xiàn)剪切破壞和充分發(fā)揮構(gòu)件的變形能力上.例如對受拉區(qū)和受壓區(qū)鋼筋合理配筋率的控制等,由于結(jié)構(gòu)縱向側(cè)墻的整體剛度較大.抗震能力較強、故原則上中間縱向框架的節(jié)點構(gòu)造可不按抗震要求設計,與地面建 構(gòu)筑物合建的明挖地下結(jié)構(gòu)的抗震等級與上部結(jié)構(gòu)相同.采用裝配式結(jié)構(gòu)時、應加強接縫的連接措施、以增強其整體性和連續(xù)性.在不同結(jié)構(gòu)的連接部位。宜采用柔性接頭。在裝配式襯砌的環(huán)向和縱向接頭處設彈性密封墊.以適應地震中地層施加的一定變形 除上述要求外。地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施可參照.建筑抗震設計規(guī)范,GB.50011的有關規(guī)定執(zhí)行。6,可液化地層及軟黏土震陷地層的判別與處理,1,砂土液化、判別土層液化的方法很多.如我國的 建筑抗震設計規(guī)范、GB,50011和日本的港口設計規(guī)范基于標準貫入試驗和顆粒粒徑累加的方法。我國,巖土工程勘察規(guī)范,GB.50021推薦的用靜力觸探判別的方法,以及國外依據(jù)土層的剪切波速或剪應力比較的判別方法等、目前國內(nèi)地鐵的勘察部門對液化土層的判別多采用單一方法、這是不妥當?shù)?地鐵一旦破壞則后果嚴重。加之工程規(guī)模特別巨大、液化處理費用高昂 所以對其周邊土層的液化判別必須謹慎從事,應采用多種方法相互印證,并結(jié)合室內(nèi)動三軸試驗和地區(qū)工程經(jīng)驗進行專門的分析,而對于所采用措施的可靠性。也宜通過室內(nèi)試驗加以確認,設計時應根據(jù)不同情況分析液化土層對結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定可能產(chǎn)生的影響、并采取相應對策。作為一條基本原則.不應將未經(jīng)處理的可液化土層作為地鐵車站天然地基的持力層,具體對策應根據(jù)地震烈度和地基土的液化程度。結(jié)合液化土層與車站結(jié)構(gòu)的相對位置關系和結(jié)構(gòu)的施工方法等,通過技術經(jīng)濟比較后確定 一般可分為兩大類,1,防止支承隧道的地基土液化的措施,基底土換填。應挖除全部的液化土層、采用注漿。旋噴或深層攪拌等方法對基底土進行加固,處理深度應達到可液化土層的下界 對基底土換填或加固寬度的控制范圍、應根據(jù)地基土的處理深度來確定.例如.我國。構(gòu)筑物抗震設計規(guī)范.GB。50191規(guī)定 從基礎外緣伸出的地基處理寬度、不應小于基礎底面以下處理深度的1.3、且不小于2m 2 在地層液化后仍使隧道保持穩(wěn)定的措施 在隧道底部設置摩擦樁。樁插入非液化土層的深度通過計算確定,將圍護結(jié)構(gòu)嵌入非液化土層 2.軟黏土的震陷 軟土地基在地震或其他反復荷載作用下可能會因其強度降低和基底土的側(cè)向流動產(chǎn)生顯著的沉降,即所謂 震陷。鑒于工程的重要性和使用要求的特殊性。在軟土地層中修建地鐵時。必須結(jié)合具體的場地條件對震陷問題進行專門分析,