地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究

包明浩 郑绍辰

摘 要：伴随着我国城市交通的不断发展，各地开始纷纷大力兴建地铁工程，用以有效方便人们的日常出行。而为了有效保障工程以及人员的生命财产安全，在对地铁地下结构进行设计的过程中，需要着重注意其抗震设计。但考虑到不同的抗震设计方法之间也存在相应的差异性。因此本文将通过重点探讨地铁地下结构抗震设计方法差异性规律，希望能够为优化地铁地下结构抗震设计提供相关思路。

关键词：地铁；地下结构；抗震设计；差异性规律

现阶段在地铁地下结构抗震设计当中拥有众多不同的设计方法，其自身均具有相应的优势特点和不足，但由于抗震设计方法的多样性，也为设计人员确定最终使用的地铁地下结构抗震设计方法增加了一定难度。如果在无法掌握各抗震设计方法差异性规律下，盲目使用参数复杂或是机械套用相关公式，不仅无法有效保障结构设计的合理性，反而还会大大增加结构设计成本。因此对地铁地下结构抗震设计方法差异性规律进行简要分析，具有极为重要的现实意义。

一、地铁地下结构抗震设计常用方法

在当前地铁地下结构抗震设计当中，主要拥有包括动力时程分析、反应位移法、地震土压力法以及反应加速度法等在内的一系列设计方法。其中动力时程分析法主要是通过离散处理整个地震动在时间域，在逐一计算各离散化时间点下获得整个数值模型的动力时程反应。在计算过程中通过模拟土和地铁地下结构之间的动力相互作用，以此有效保障结果的精准性[1]。

反应位移法则是通过将相对位移施加在距离结构位置相对较远的地基弹簧处，从而形成一种类似于在结构上施加等效静力荷载形式的地震生成的变形，在与地震剪应力以及结构惯性力进行充分考量下完成相关计算，从而为地铁地下结构抗震设计提供必要参考数据。

出于方便计算以及扩大抗震设计方法应用范围的目的，我国学者王文沛等人通过对地震土压力法进行简化处理，在将极限平衡理论和物部-冈部公式进行充分结合下，计算地下结构动土压力值，以此有效帮助设计人员准确了解在不同埋深下，地下结构地震土压力的具体变化情况。

在反应加速度法当中，首先需要设计人员通过利用自由场一维土层反应分析法，获取水平有效反应加速度，而后直接将其施加在土-结构模型当中，从而通过计算包括地下结构顶以及底板位置、基岩位置发生相对变形时刻最大下，土层剪应力分布。将水平有效惯性体积力施加在模型当中，从而帮助设计人员准确掌握土-结构体系动力相互作用，为地下结构抗震设计奠定坚实基础。

二、地铁地下结构抗震设计方法的差异性规律分析

（一）确定工况

为了有效分析和了解地铁地下结构抗震设计方法的差异性规律，本文通过参考相关研究文献，选用两种不同工况进行计算说明。在第一种工况当中，地铁地下结构抗震设计中使用了质地均匀的粉质黏土层，通过分别使用上述抗震设计方法，在埋深为1米、3米、5米以及10米和20米时，对某城市地下直径线单层框架结构侧墙形变进行计算。在第二种工况当中，通过将埋深统一设定为3m，在土层条件设定上则分别运用粉质粘土、粉细砂以及粉土和圆砾卵石，同样分别使用上述抗震设计方法对某城市地下直径线单层框架结构侧墙形变进行计算。

（二）埋深分析

根据王文晖（2013）的相关研究可知，在第一种工况下，在结构埋深达到3m时，运用反应位移法和反应加速度法进行计算后，其结果达到了最大。此后随着埋深的不断增加，计算结果反而越来越小。而包括地震土压力法、动力时程分析法等在内的其他地铁地下结构抗震设计方法，计算得到的地下直径线单层框架结构侧墙形变，均呈现出随着埋深不断增加而越来越大的变化规律。根据其在研究当中给出的内力计算结果可知，一般在埋深较深也就是与基岩面距离更近的地方，内力也相对较大。但在使用反应加速度法时所获得的内力值，在初始阶段表现出随埋深的不断增大而越来越大的变化规律，但当埋深达到10m，其内力达到最大时，在埋深继续增加下，计算的内力反而愈来愈小[2]。

（三）土层条件

通过结合刘晶波、李彬（2006）的相关研究可知，其在将埋深固定为3m后，运用包括反应加速度法、地震土压力法、反映为依法等对地下直径线单层框架结构侧墙形变计算后，得到了具有较高复杂度的结构侧墙形变分布规律。但总体来看，在使用反应加速度法、简化地震土压力法和动力时程分析法下，获得的计算结果变化规律基本相同。比如说在使用动力时程分析法下，在粉质黏土层的土层条件下，结构侧墙变形计算结果为1.16，在粉细砂以及粉土和圆砾卵石的土层条件下，结构侧墙变形值则逐渐增加至1.62、2.12和3.39。使用反应加速度法下，在粉质黏土层这一土层条件中，结构侧墙变形为2.5，在粉细砂以及粉土和圆砾卵石的土层条件下，结构侧墙变形值则逐渐增加至2.6、2.8和4.3。即随着土层条件的变化，侧墙变形也在不断增大，但其差值则始终控制在0.9到1mm的范围内。虽然在使用不同抗震设计方法下，产生地下结构内力最大值的土層条件也不尽相同[3]，但基本上，在土层条件为圆砾卵石中，运用各抗震设计方法时会产生地下结构内力最大值。

结束语：本文在对几种常见的地铁地下结构抗震设计方法进行简单介绍的基础上，通过结合相关学者的研究成果，选取了两种不同的工况，并对各抗震设计方法所获得的计算结果差异性规律进行总结和分析。了解到在土层条件不同时，反应加速度法与动力时程分析法获得的计算结果基本一致，而在埋深不同时，地震土压力法与动力时程分析法、反应位移法的计算结果基本一致。因而在实际进行地铁地下结构抗震设计时，更加建议使用上述抗震设计方法，从而有效保障设计结果的精准性与合理性。

参考文献

[1]陈韧韧，张建民.地铁地下结构横断面简化抗震设计方法对比[J].岩土工程学报，2015，37（S1）：134-141.

[2]王文晖.地下结构实用抗震分析方法及性能指标研究[D].清华大学，2013.

[3]刘晶波，李彬.地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题[J].土木工程学报，2006（06）：106-110.

作者简介

包明浩（1991.09--）；性别：男，籍贯：山东省烟台人，学历：硕士研究生，毕业于山东科技大学；现有职称：无；研究方向：隧道及地下工程。

（作者单位：山东省青岛市黄岛区山东科技大学）