地铁隧道震害分析及减震措施研究

吴桐 彭庆晓

【摘要】

在20年代初期是我国经济社会发展的高峰期，同时也是我国轨道交通从稀少和制约的社会状况到实现全面发展的转折期，人们的出行方式是一个能侧面凸显社会现状和经济状况的一种隐藏文化。我国虽然地大物博但在我国大部分地区的地下地质复杂平原少，山地较多，但由于我国的经济发展迅速，地铁的建设是势在必行的，由于我国地铁建设的突飞猛进那么了解地铁隧道的震害是有必要的。本文将论述地铁隧道的地震灾害的特点分析以及减震的措施，提出存在的问题，以及为更安全的地铁设计及抗震设防提供依据。

【关键词】地铁;地震;地震灾害分析;减震措施

1 引 言

地下空间是指在地面以下由于多种原因自然形成的或者人为开凿的空间。城市地下空间是一种新的资源。随着城市的发展城市地下轨道交通进入人们的视线，地下轨道交通对比与通常的轨道交通具有快捷、运量大、污染小的优点。我国地形是西高东低，平原较少，山地较多。此外还有一些高原、盆地等地形丰富多彩，各式各样也因此拥有复杂的地质构造所以对于地下轨道交通的高速发展也有一定的阻碍。虽然从基建规模还有投资力度来说，世界上最大的地铁隧道国家已经是我们了，但是在工程技术水平上我们与世界上的先进国家仍然存在着不小的差距。地下空间有诸多优良的特性近年来得到大力推广但大多是交通运输一方面那么在城市中地下隧道开挖有诸多阻碍。

1.1 隧道开发利用发展概况

1.1.1 隧道发展历史和现状

人类对于地下空间的利用是一个漫长的过程，对这一过程起到推动作用的一是人类自身的发展，二是人类社会生产力的发展和社会科学技术创新的发展。因此，从某种意义上来讲地下空间的利用历史可以分为四个时期。

（1）远古时期

从人类出现之前到公元前3000年的这一时期，人们从大自然中学会了如何利用天然的洞穴作为人们居住的场所。北京龙骨山遗迹的出现表明，人类曾经生活在天然洞穴中，天然的岩洞就成为了早期人类避风雨躲野兽的居住地。

（2）古代时期

从公元3000年到5世纪中叶，由于人类的不断进步，社会进入了铁器时代。世界上第一条水下隧道建于公元前18世纪80-21世纪60年代，在幼发拉底河下修建了一条行人通道，连接寺庙和宫殿。

（3）中世纪时期

中世纪时期是从5世纪到14世纪，而此时的欧洲进入到封建社会统治的巅峰时期。

（4）近现代时期

从15世纪开始世界进入近现代时期，此时的欧洲进行了工业革命随着诺贝尔发明的黄色炸药，人们对于地下空间的开发利用更加的便利减少了大部分的人力物力。此时地下空间的开发进入到了新时代时期。

1.1.2 国内地下空间开发现状

从历史上来看，起初人们对于地下空间的利用是用来躲避风雨和野兽的地方，而现代人们对于地下空间的利用大多数开发修建各种公共空间。但在幅员辽阔的中国地铁建设起步比较晚但总体看来分为四个阶段。

(1)初始阶段。该阶段的工程还以人防功能为主。

(2)进步阶段。该阶段的地铁建设开始以城市交通为目的。

(3)监管阶段。1990年之后，一些省会城市开始修建地铁。

(4)建设巅峰。1999年之后，国家政策鼓励大中型城市发展地铁交通。

1.1.3 地下工程的防护

首先对于人为灾害更多的是规范人们行为和出台相关政策对于人们的改造自然行为加以约束创建平衡的人与自然之间的平衡。而对于自然灾害只能预防尤其是地震这是不可抗力的灾害只能预测要遵循以下几点原则：

1）建立健全的管理机制。

2）加强对自然灾害的规律性总结。

3）培训施工人员对于风险的防范意识。

4）施工装备及先进的防灾救灾技术。

2 地下隧道震害的特点及原因

2.1 地下工程破坏的特点

地下轨道交通往往处于城市地下隧道之中地铁的隧道结构属于线性结构，由于周围土体等介质的存在，地震作用下的隧道结构反应会与地面建筑有不同的地方，其主要表现为：

1. 隧道衬砌结构破坏。主要表现在衬砌结构开裂和结构的剪切破坏

（2）框架结构破坏。破坏方式有弯曲破坏、剪切破坏和弯剪复合破坏三种。

（3）次生灾害。

2.2 引起破坏的原因

除了隧道本身的性质以外，地震造成地下管破坏的原因可以分为：

（1）地震烈度。大量的地震灾害资料表明，相同介质情况下，构筑物的损失率与地震烈度成正比。

2. 地震波动效应。地震波对地下管道发生破坏是地下建筑相邻的两点不能保持一致性即两点间的相位运动不同而造成的。

（3）埋深。多数情况下的破坏随着埋藏深度的增加而减小。

（4）场地地貌。地貌特征包括构造地裂，断层滑移，土地液化等。

3 地铁抗震减震对策

3.1 隧道减震措施及内容

通过对地下管线地震灾害成因的分析，发现地下管线地震灾害随着管线直径和深度的增大而减小。如果将地铁和隧道视为管道，一般来说，其直径和深度均大于地下管道，地震损失较小，这也符合这一规律。

防震减震的措施或主要内容主要包括以下：

1. 避开断层、易液化土等不良地带。

（2）选择合理的抗震结构等级，一般依据历年来数据及当地设防烈度。

（3）地下工程的出入口设计。对于出入口要适当加固以及选用合理的设计。

（4）隧道进出口、隧道转弯处、两隧道交叉处等结构的截面形状和刚度是抗震薄弱环节。

（5）对于次生灾害的防护措施。

结 论

本文对于各种实验数据进行搜集和分析了解到地铁和隧道地震响应特点及破坏特点，结果表明：

1. 由于地震的作用，地铁隧道结构应力分布明显不均匀，隧道结构对角位置应力大于其他部件的应力，因此地铁隧道结构容易遭到破坏。

2. 在地震作用下，地质情况越好(弹性模量越高)，其土结构的响应周期越小。

3. 在地铁车站与隧道结构的接口处，地铁隧道结构受应力影响明显增大。且随着与交界处距离的减小，应力响应的增大程度增大。因此，节点部位也是结构抗震的关键部位，可以采取适当的结构加固措施。

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