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摘 要：地铁具有运量大、准点、节省地面空间、节能等优势，因此近年来发展迅速，全国各地地铁工程项目逐渐增多。我国地铁工程大部分是修建在地下，地震发生时对地铁地下结构产生一定的影响，可能导致结构变形、位移严重威胁到地铁运行的安全性，因此必须做好城市轨道交通地下结构的抗震设计。本文主要分析了抗震概念设计，城市轨道交通地下结构抗震设计的要点，对地下结构抗震设计能一定的参考价值。
关键词：城市轨道交通；地下结构；抗震设计
中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0114-02
引 言
我国位于环太平洋地震带，地震活动频繁。随着城市地铁的建设和发展，我国很多城市位于高烈度地震区域，地铁结构抗震问题逐渐受到社会的关注。地铁作为近年来兴起的一种交通设施，对地下结构的抗震性能研究比较少，相关理论不是很完善，一定程度上影响到城市轨道交通运行的安全性，因此，加强城市轨道交通地下结构的抗震研究，对提高我国地铁结构抗震水平具有重要意义。
1 抗震概念设计
概念设计是目前建筑行业比较先进的设计理念，传统的建筑设计一般针对建筑结构的某一个环节计算，从而得出该部分结构的抗震相关强度、刚度、位移等要求。这种设计方法针对是局部而不是整体。概念设计不需要建筑结构进行精准的计算，而是建筑设计师根据过去的建筑设计的经验作为设计的参考目录，从建筑工程的整体结构、力学关系、地震活动对建筑工程的破坏力进行考量。抗震概念的设计内容比较广泛，施工现场场地参数、结构高宽比和长宽比、弹性模量、建筑结构扭转、承载力等各个方面的内容。通过抗震概念设计，并经过科学的计算，找到建筑结构的薄弱环节，对薄弱环节采取相应的措施，避免地震活动发生时，第一时间对薄弱环节造成冲击，引起整个建筑结构的连锁反应。
2 城市轨道交通地下结构的抗震设计内容
城市轨道交通地下结构的抗震设计包括确定结构、确定地基参数、选择设计地震动、计算地震反应力和结构物反应等内容。
2.1 确定地下结构施工环境
城市轨道交通地下结构设计之前，地质勘查人员必须对现场的施工环境进行勘查，详细了解地下结构周围的地基基础条件、结构空间分布、水文条件，并对现场施工土层结构进行勘查，了解土层的动力特性，确定地震作用的基准面等内容，在详细了解这部分内容的基础上，进行设计，以免设计方案不符合施工现场环境，造成设计变更，增加地铁建设成本。建筑场地抗震地段类别如表1。
在设计的时候，尽量避开不利于抗震设计和危险地段，无法规避的时候，必须采取合适的安全措施。
2.2 确定地震设防烈度
根据勘查的数据信息，将数据信息输入到设计模型中，按照设计规范要求确定不同设防标准的地震动。按照2014年颁布的《城市轨道交通结构抗震设计规范》中的要求，分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类三个抗震设防类别。其中特殊设防类在城市轨道交通结构中占据关键位置，承担轨道交通量大的大跨度桥梁和车站主体结构；重点设防类别除了特殊设防类以外的高架区间结构、高架车站主体结构、区间隧道结构和地下车站主体结构；标准设防类是除了特殊设防类、重点设防类以外的其他轨道交通结构。地下结构的设计主要遵循重点设防类的相关标准，抗震措施在本地区抗震设防雷度的基础上提高一度。地震作用按照《中国地震动参数区划图》中相关规定确定，工程现场的场地地震安全性能必须经过国务院地震工作主管部门审批抗震设防要求。城市轨道交通构建、基础和制作抗震性能按照表2～4标准设计。
2.3 选取地震动
地震动是根据地震作用下基准面处的地震动。地震动输入基准面，也就是弹性均匀基岩空间和非均匀空间土层的交界面，在实际地下结构空间并不存在这个的界面，所以它是一个假象输入界面。输入的基准面数值企业就是场地覆盖层的厚度，根据实际测量值确定，覆盖层的厚度对输入地震动强度产生一定的影响。所以输入基准面数值是否合理直接关系到场地地震反应后结果的准确性。城市轨道交通地下结构的地震基准面一般选取为隧道和地下车站结构以下剪切波速大于等于500m/s岩土层覆盖位置，如果覆盖土层厚度小于70m，设计的地震作用基准面到结构的距离大于结构结构有效高度的2倍；如果覆盖土层的厚度大于70m，那么覆盖场地土层的厚度70m的土层位置。
2.4 计算地基地震反应力
通过计算基地地震反应力，了解地震发生时，地下结构周围地基的非线性程度、剪切力、位移、加速度等反应值。常用的方法为弹性分析方法，随着建筑行业的发展，发展为等效性的方法和非线性有效应力分析法。计算地震反应力从最初的一维发展到二维、三维。表5为《城市轨道交通结构抗震设计规范》中地震反应力计算方法。
计算结构抗震方法比较多，所以在计算的时候要综合实际情况，选择合适的分析方法。
2.5 验算抗震计算结构
根据前面计算结构内力、变形，对建筑结构的衬砌、接头等抗震性能进行验算，如果验算结果符合地下结构设计的要求，则表明计算结果准确。如果验算结果不准确，则需要重新修改结构设计或者通过其他方法提高结构的抗震性能。抗震性能验算的时候根据结构的不同位置进行验算，高架区间结构、高架车站结构、区间隧道、地下车站结构等不同结构形式单独验算。比如钢筋和钢筋混凝土结构破坏程度按照以下公式进行判断：
Vmll≤Vyd 弯曲破坏形式
Vmll>Vyd 剪切破坏形式
Vyd=Vcd+Vwd+Vsd
上述公式中的Vmll表示结构达到弯曲抗力的剪力，结构弯曲抗力应该根据强度强度标准值进行计算Vyd表示剪切抗力必须按照《城市轨道交通结构抗震设计规范》F.1的方法进行计算，Vcd表示混凝土设计的剪切抗力，Vwd表示钢筋设计的抗剪切力，Vsd表示钢筋混凝土设计剪切力。
3 结束语
通过分析城市轨道轨道交通地下结构的概念设计，从而确定了地下结构抗震设计内容和流程，对提高地下结构抗震设计水平具有重要意义。
参考文献
[1]董正方，王君杰，苏俊省，等.城市轨道交通地下结构抗震设计流程[J].城市轨道交通研究，2015，18（5）：65～68.
[2]李 强.城市轨道交通地下结构抗震分析与设计[J].建筑工程技术与設计，2017（15）：916.
[3]邹 炎.地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究[D].中国地震局工程力学研究所，2015.
收稿日期：2018-4-24
作者简介：夏国志（1980-），男，硕士，主要从事轨道交通设计及管理相关工作。
关键词：城市轨道交通；地下结构；抗震设计
中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）15-0114-02
引 言
我国位于环太平洋地震带，地震活动频繁。随着城市地铁的建设和发展，我国很多城市位于高烈度地震区域，地铁结构抗震问题逐渐受到社会的关注。地铁作为近年来兴起的一种交通设施，对地下结构的抗震性能研究比较少，相关理论不是很完善，一定程度上影响到城市轨道交通运行的安全性，因此，加强城市轨道交通地下结构的抗震研究，对提高我国地铁结构抗震水平具有重要意义。
1 抗震概念设计
概念设计是目前建筑行业比较先进的设计理念，传统的建筑设计一般针对建筑结构的某一个环节计算，从而得出该部分结构的抗震相关强度、刚度、位移等要求。这种设计方法针对是局部而不是整体。概念设计不需要建筑结构进行精准的计算，而是建筑设计师根据过去的建筑设计的经验作为设计的参考目录，从建筑工程的整体结构、力学关系、地震活动对建筑工程的破坏力进行考量。抗震概念的设计内容比较广泛，施工现场场地参数、结构高宽比和长宽比、弹性模量、建筑结构扭转、承载力等各个方面的内容。通过抗震概念设计，并经过科学的计算，找到建筑结构的薄弱环节，对薄弱环节采取相应的措施，避免地震活动发生时，第一时间对薄弱环节造成冲击，引起整个建筑结构的连锁反应。
2 城市轨道交通地下结构的抗震设计内容
城市轨道交通地下结构的抗震设计包括确定结构、确定地基参数、选择设计地震动、计算地震反应力和结构物反应等内容。
2.1 确定地下结构施工环境
城市轨道交通地下结构设计之前，地质勘查人员必须对现场的施工环境进行勘查，详细了解地下结构周围的地基基础条件、结构空间分布、水文条件，并对现场施工土层结构进行勘查，了解土层的动力特性，确定地震作用的基准面等内容，在详细了解这部分内容的基础上，进行设计，以免设计方案不符合施工现场环境，造成设计变更，增加地铁建设成本。建筑场地抗震地段类别如表1。
在设计的时候，尽量避开不利于抗震设计和危险地段，无法规避的时候，必须采取合适的安全措施。
2.2 确定地震设防烈度
根据勘查的数据信息，将数据信息输入到设计模型中，按照设计规范要求确定不同设防标准的地震动。按照2014年颁布的《城市轨道交通结构抗震设计规范》中的要求，分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类三个抗震设防类别。其中特殊设防类在城市轨道交通结构中占据关键位置，承担轨道交通量大的大跨度桥梁和车站主体结构；重点设防类别除了特殊设防类以外的高架区间结构、高架车站主体结构、区间隧道结构和地下车站主体结构；标准设防类是除了特殊设防类、重点设防类以外的其他轨道交通结构。地下结构的设计主要遵循重点设防类的相关标准，抗震措施在本地区抗震设防雷度的基础上提高一度。地震作用按照《中国地震动参数区划图》中相关规定确定，工程现场的场地地震安全性能必须经过国务院地震工作主管部门审批抗震设防要求。城市轨道交通构建、基础和制作抗震性能按照表2～4标准设计。
2.3 选取地震动
地震动是根据地震作用下基准面处的地震动。地震动输入基准面，也就是弹性均匀基岩空间和非均匀空间土层的交界面，在实际地下结构空间并不存在这个的界面，所以它是一个假象输入界面。输入的基准面数值企业就是场地覆盖层的厚度，根据实际测量值确定，覆盖层的厚度对输入地震动强度产生一定的影响。所以输入基准面数值是否合理直接关系到场地地震反应后结果的准确性。城市轨道交通地下结构的地震基准面一般选取为隧道和地下车站结构以下剪切波速大于等于500m/s岩土层覆盖位置，如果覆盖土层厚度小于70m，设计的地震作用基准面到结构的距离大于结构结构有效高度的2倍；如果覆盖土层的厚度大于70m，那么覆盖场地土层的厚度70m的土层位置。
2.4 计算地基地震反应力
通过计算基地地震反应力，了解地震发生时，地下结构周围地基的非线性程度、剪切力、位移、加速度等反应值。常用的方法为弹性分析方法，随着建筑行业的发展，发展为等效性的方法和非线性有效应力分析法。计算地震反应力从最初的一维发展到二维、三维。表5为《城市轨道交通结构抗震设计规范》中地震反应力计算方法。
计算结构抗震方法比较多，所以在计算的时候要综合实际情况，选择合适的分析方法。
2.5 验算抗震计算结构
根据前面计算结构内力、变形，对建筑结构的衬砌、接头等抗震性能进行验算，如果验算结果符合地下结构设计的要求，则表明计算结果准确。如果验算结果不准确，则需要重新修改结构设计或者通过其他方法提高结构的抗震性能。抗震性能验算的时候根据结构的不同位置进行验算，高架区间结构、高架车站结构、区间隧道、地下车站结构等不同结构形式单独验算。比如钢筋和钢筋混凝土结构破坏程度按照以下公式进行判断：
Vmll≤Vyd 弯曲破坏形式
Vmll>Vyd 剪切破坏形式
Vyd=Vcd+Vwd+Vsd
上述公式中的Vmll表示结构达到弯曲抗力的剪力，结构弯曲抗力应该根据强度强度标准值进行计算Vyd表示剪切抗力必须按照《城市轨道交通结构抗震设计规范》F.1的方法进行计算，Vcd表示混凝土设计的剪切抗力，Vwd表示钢筋设计的抗剪切力，Vsd表示钢筋混凝土设计剪切力。
3 结束语
通过分析城市轨道轨道交通地下结构的概念设计，从而确定了地下结构抗震设计内容和流程，对提高地下结构抗震设计水平具有重要意义。
参考文献
[1]董正方，王君杰，苏俊省，等.城市轨道交通地下结构抗震设计流程[J].城市轨道交通研究，2015，18（5）：65～68.
[2]李 强.城市轨道交通地下结构抗震分析与设计[J].建筑工程技术与設计，2017（15）：916.
[3]邹 炎.地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究[D].中国地震局工程力学研究所，2015.
收稿日期：2018-4-24
作者简介：夏国志（1980-），男，硕士，主要从事轨道交通设计及管理相关工作。