地铁与轻轨设计第节地下铁道地震灾害防护

第三节 地下铁道地震灾害防护一、地下铁道震害调查二、抗震设计方法三、抗震构造措施

一﹑地下铁道震害调查⑴1976唐山大地震（M17.8)，刚建成的天津地铁经受住地震考验（天津地震烈度7～8度），仅在沉降缝部位发生外涂面层局部的脱落现象，而未发现其他形式的损害；⑵1985年墨西哥地震（M18.1）中，建在软弱地基上的地铁结构仅车站侧墙与地表相交处发生结构分离现象；⑶1995年l月17日凌晨在日本阪神地区兵库县南部发生7.2级（JMA单位）地震。该地震共有5个地铁站和约3km的隧道发生破坏，最大沉降量达2.5m,不计高架破坏损失达300亿日元，修复大开站需100亿日元，修复隧道需180亿日元。神户内地下铁路部分的线路长度及站数如表7－6地下铁道部分的线路长度和站数表7-6名称建设时间线路大概长度(km)站数阪神电铁1937~19363.43神户电铁1962~19670.410神户高速1967~19726.66市营地下铁道1972~19859.59山阳地铁1982~19971.52合计21.421⒈大开站的破坏形式⑴始建于1962年，明挖法构建。长120m，采用侧式站台。其断面如图7－1所示；⑵底板中柱和侧墙为现浇钢筋混凝土结构。中柱间距为3.5m；⑶标准断覆土45m,中央大厅为2m；⑷表层为填土，下面为淤泥质粘土，N值小于10，其次为砂砾层及海相粘土。图7-1大开车站的典型断面根据破坏情况可将车站分成三个区域：A﹑B﹑C。图7-2大开站破坏的纵向示意图图7-2为大开站破坏的纵向示意图。⑴A区是一层标准结构部分，此区域破坏严重，大部分中柱几乎全部被压坏。破坏断面情况如图7－3所示。地表发生沉陷，最大值达2.5m,顶板中心线两侧内的纵向裂缝宽度达150～250mm。图7-3破坏断面情况(尺寸单位：m)a)柱10；b)柱24；c)柱31不管柱的上端或下端发生破坏，还是两端都破坏，其破坏后形状都像被压碎的灯笼一样，轴向钢筋呈左右大致对称压曲，其破坏形式如图7-4、图7-5所示。图7-4大开车站20号中柱破坏情况图7-5大开车站23号中柱破坏情况⑵B区为地下两层结构，破坏较轻，靠A区2根，靠C区1根中柱破坏，剩下的3根只受到轻微的损坏。⑶C区的结构形式虽然与A区相似，但破坏的程度轻于A区。C区域的中柱在下部发生剪切破坏和轴向钢筋压曲，使顶板下沉5cm左右。⒉地铁区间隧道的地震破坏神户市盾构法地铁隧道地基为洪积砂砾层，多处有厚1～2m叶状粘土层，覆土厚9～14m。隧道为单线并列式，外径φ=6800mm，内径φ=5700mm。顶进的初始50m采用扇形铸铁管片，剩余部分为扇形钢筋混凝土管片，厚300mm，宽900mm，钢筋混凝土管片6块一环。二次衬砌只在管片内喷厚250mm的混凝土。地震后盾构隧道很快投入了营运，只能从行驶的电车内部用眼睛检查其破损状况，隧道基本上无大的损坏。⑴神户市地铁区间隧道大部分为浅埋单层双跨钢筋混凝土结构，隧道断面为9～12m×6.5m，覆土厚度2～6m；⑵底板、侧墙、中柱为现浇钢筋混凝土结构。中柱断面尺寸500mm×400mm，中柱间隔为2～3m；中柱一般为劲性钢筋混凝土结构；⑶破坏常见形式为：侧壁和上楼板交汇部位剥落，露出钢筋；中柱上、下部混凝土脱落，钢筋扭曲，甚至剪断，隧道侧壁纵向开裂渗漏水，向内侧鼓出；⑷市营地铁区间隧道受震害的情况如表7－7，地震引起浅埋矩形隧道中柱受损最常见。

场所中柱受灾级别统计受灾程度简述IIIIIIIV合计板宿－新长田44中柱混凝土破坏，部分分离，钢筋露出长田－上泽站6551374中柱混凝土破坏，部分分离，钢筋露出。另外，一部分沿轴线的钢筋脱离。车站的上部楼板、侧壁等处裂缝产生上泽站－凑川公园15859中柱混凝土破坏凑川公园－大仓山11大仓山－县厅站２２中柱混凝土破坏，部分分离，钢筋露出。部分沿轴线的钢筋弯曲与混凝土分离。车站的上部楼板、侧壁等处裂缝产生(310m)三宫－新神户2424中柱损坏合计712077175共1961根(无钢管柱)市营地铁受灾情况表7-7⒊轻轨高架线的地震破坏⑴1971年圣费南多地震（M6.6),1976年唐山地震（M7.8),1989年美国的洛马·普里埃地震（M7.2)，均为中等强度的地震，桥梁破坏却十分严重；⑵地铁轻轨线高架桥受地震破坏的特征与一般桥梁地震破坏相同；⑶地震中桥梁支座的震害极为普遍，破坏的形式主要表现为支座锚固螺栓拔出剪断、活动支座脱落或者支座本身构造上的破坏等。

二﹑抗震设计方法⑴结构的抗震设计分为两大部分：抗震计算设计和抗震概念设计；⑵抗震计算设计是对地震作用效应进行定量的设计；⑶抗震概念设计则包括正确的场地选择，合理的结构造型和布置，正确的构造措施等。这种思想方法同样适合于地下结构设计；⑷由于地震活动的复杂性和不确定性，目前要使地下结构物具有尽可能好的抗震性能，首先应从大的方面人手，做好抗震概念设计。⒈拟静力设计方法⑴假定地下或地面结构为绝对刚体，地震时它与围岩介质一起运动，而无相对位移；⑵结构物每一部分都有一个与围岩介质相同的加速度，取其最大值用于结构抗震设计；⑶把时刻变化着的振动应力状态假定为静止的，将地震对结构作用假设为作用子构件重心处的等效静载。式中：kh、ks——水平和垂直地震作用系数，kv≈2kh/3；

mi——第i个物体质量。水平力垂直力

η——依结构力学性质和质量分布而定； β——地震作用下结构物震动特征系数； δ——与地层坚硬程度有关的参数。式中：a——地震烈度因素，依所处地层的地震动加速度a及地震危害系数Ｒ决定，例如：成设n＝50年，T＝0.5票5s，B＝0.呀6，假定下η=负1，δ=0怖.3，R＝0.右52，纵只波波敌速vp＞4.忙0k弹m/漠s，可能寻的地震煮烈度10度，闷，，水平虎地震系籍数，垂直卫地震力件系数为式中：Ｂ——参数配，按陷经验固估计尺为0.6～0.防8；Ｔ——地震苦周期痒。目前上轮海盾构哲隧道抗荷震设计务接等效梦静荷载侄方法，幻玉其垂直锡等效静堤载系数式中纱：k0—标准咳地震戚系数皂，按恶地区赌基本届烈度志定，7度时映取为0.并1；γ1—重要膏度修肾正系喉数，搁取1.0；γ2—地层家性质枣修正景系数学，软抗地层放取1.2；γ3—埋置榜深度丝式影响饼修正沟系数托，小矛于50著m，取1.晒0。则式中：d——为圆形佣隧道内苦径；D—肃—圆形隧石道的外圾径。地震酷时横腔波与卷隧道盛纵向晕正交类或斜忆交，啦纵波关与隧叨道平该行或嚷斜交物，均趟使隧盘道产爸生轴摧向的休技压瞒变形伯，以植横波味产生帜的变金形为破主。饶在软植地层捎时横宗波长弓可近叠似取160煮m，取半毛个波长愉的隧道殿质量参降加作用脂，则隧叠道的轴铁向拉力T（kN）为：式中驻：W—续—隧道爱每延扇米重液力（kN／m）平均拉使应力一般当铁横波与郑隧道成32o角入射割时，隧卸道将产拆生最大煎的弯曲鼻变形，碗其最大锻应变ξ为：式中：L—句—能产县生最框危险土影响哀的波惭长（m），可窃取结构衣物横向标宽度的6倍；A—足—上面相朽应波长L的振剃幅。⑴通械过计辨算可卖知，7度地菠震作薪用对胁地下愤结构寻设计之不起滩控制距作用爱，故刃抗震优计算覆的重溉点应关是加婶强构涂造措涛施；⑵对于朵隧道工暴程，当烟地震烈胳度小于7度时蒸，横季断面呀受载刺（地记震荷衣载的瓣等效辩静载锯）；渴地震孝波（值主要爹是横紫波）兽与隧开道轴脚线正声交时歼，隧盈道纵拔轴向废拉压颈变形超；⑶与贵隧道程纵轴促线成32o角人射侄时要进躁行隧道践弯曲变禽形计算指；⑷计捧算表亮明当宴地震倍烈度少大于叉或等嫂于7度，地浴层破碎挣，或隧阔道穿越番几个断妖层时，遣必须采区取一定计的抗震独措施；⑸必烛须对葬隧道逢强度劳、稳认定性蔽，接副缝的熟张开速度进安行地厅震力叮的核盐算。真隧道傻结构刃必须僚进行输加固仗的地饱震烈垮度等膏级应再依地米质、睛埋深笋等因根素加列以调箩整；⑹在韵烈度约大于秤等于8度地抛区，睡不管搞隧道棒经过袜的地璃层情宴况如颂何，线隧道起衬砌咸必须何进行茧构造侍加强椒和加林固；⑺为防缴止滑坡患，进出驶口处的独正面斜旷坡及边鼻坡上弧悄面，必薪须加以充清理。环进出洞映洞口必症须用钢锹筋混凝龄土修建烛。⒉反责应普理业论式中：Fij——第j振型i质点水但平地震本作用标哄准值；aij——相应撞于第j型的地翻震影响储系数，突按近震罪、远震水、场地符类型和滥结构自晨振周期数，依图7－6采用层，其绣下限欺不应奔小于拣最大限值的20％；截吵面抗钻震验怨算时故，水品平地魂震影勿响系嫌数按辣表7－8，表7－9采用滴；xij——j振型i质点水颂平相对带位移；yj——第j振型的栽参与系登数。（7-8）按照反老映谱的涂理论，跃单自由觉度弹性男体系结牙构的地谋震作用睁可以表李示为：a:地震影礼响系数贩；ama洋x:地震影悬响系数去最大值舌；T:结构自溪振周期部；Ts:特征鹅周期碗，根瞎据场丈地类竖别和尘近震捧、远廊震，院按表7－9采用。图7-瘦6地震甩影响伟系数闹曲线烈度6789amax0.010.080.160.32近、远震场地类别IIIIIIIV近震0.200.300.400.65远震0.250.400.550.85截面抗卫震验算糠的水平辈地震影等响系数彻最大值模表7-8特征闲周期(s掠)表7-岁9⒊时程桨分析方致法⑴对劫于重胶要的缩慧地下央结构牌，采跃用地窝震记锣录时认间历挽程输抹人，川直接堪求解砌结构析体系庆运动塔微分弄方程段的时席程分夜析法收，又买称逐召步积肾分法安；⑵采用闹时程分修析方法链时，宜铜按设防饰烈度、债近震、征远震和孙场地类犁别选用炕适当数聋量实际昏强震记钻录或人就工模拟齿的加速刘度曲线左作为结饲构的输掩人地震域，并对浑计算结遍构进行桑统计分杂析；⑶进行衰结构的掀强度和喷变形验鄙算，把液“小震影不坏，阀大震不砖倒”的贩设计原妈则具体仍化，规肃范化；⑷以结构念在地震梳作用下帖的破坏窝机理的之研究成呀果为基继础，在郑结构抗罢震中充筹分考虑睁振动幅货值、频隶谱和地府震动持滚续时间监对结构挥的破坏窗作用，闪来判断颗结构的樱安全度养。三﹑地震炸构造促措施⑴震塞害主要扒分为两贺类，一温类是由坝振动破加坏造成肿的，地抹震作用最使结构消物产生灿惯性力蝇，附加抖于静荷劲载之上孔，最终颗导致总烧应力超遍过材料匀强度而董达到破著坏状态仙。减轻大这一类奔震害的判措施是腹加强结借构的抗份震能力针，在改败善结构剥几何形雷状、强锡度。刚喷度、延瞒性和整双体性上动想办法分。⑵荐另一乒类震豪害是订由地迈基失蠢效引福起的竿。也放就是球说结铸构本茫身具忌有足楚够的丘抗震歇能力披，振盐动作宽用下卵本来请不致包破坏滋，但妇是由顽于地树基沉滩陷、例失稳江等原问因导蛙致结售构开舅裂，杯倾斜测（倾伸倒）永、下季沉，批或者籍使结煤构损议坏、衔结构阳不能谱正常得使用忆。为社了减惯轻这怎类震筑害，地有效裤的措溜施是绍通过肯各种押方法痒加固钩地基理（或乐避免活采用纲容易扮失效蛾的地叫基）艳。⒈选线⑴尽可牌能避开贝软弱易林液化的棒土层，慢避开不刷均匀土亮层（古寺河道、汇断