复杂地质条件下地铁车站抗震特性数值分析与工程防护

2017-06-19王庆瀚

科技创新导报 2017年6期

王庆瀚

摘要：地铁车站抗震分析是地铁设计的重要环节，土岩交界面位置与车站结构形式都是影响车站抗震性能的重要因素，该文通过Midas GTS/NX软件对济南地铁R3线龙洞庄站进行三维非线性抗震时程分析，结合车站工程地质特点，分析岩层纵向变化与车站结构形式变化对车站抗震性能的影响，并结合工程实际提出针对性的抗震构造措施，保证车站抗震性能满足工程需要，确保车站结构安全。

关键词：抗震分析数值模拟岩层纵向变化抗震防护措施

中图分类号：TU435 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（c）-0059-02

地铁车站抗震设计是保证地铁安全施工与运营的重要环节，由于济南地质条件的特殊性，对地铁车站的抗震性能要求也更为严格。研究表明，车站周边土体与车站结构的动力相互作用将明显改变场地周围土体的动力反应特性，进而影响地铁车站乃至周边地表建构筑物的稳定，若不采取有效的防护措施，将给车站的施工乃至后期运营带来安全隐患。车站地质纵继面如图1所示。

1 工程概况

龙洞庄站位于济南南部，属山间沟谷地貌单元。地形总体南高北低，岩层南高北低，局部地势起伏较大，自南向北逐步递减，地面标高184.26～194.73 m。地層自上而下依次为素填土、粉质粘土、碎石土、中风化石灰岩（破碎）与中风化石灰岩。车站埋深18.4～21.8 m，覆土2.4～5.3 m，车站为两层地下岛式车站，车站小里程段为局部三层站，顶板高度纵向存在3次变化，结构形式较复杂。

2 车站三维抗震数值分析

该工程属于重点设防类，车站抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g，设计地震分组第三组，按高于该地区抗震设防烈度一度的要求加强抗震措施。地震波如图2所示。

选取龙洞庄站两处顶板高度变化处进行建模分析。模型的尺寸为194 m×140 m×55 m，车站结构采用板单元模拟，车站柱和梁采用梁单元模拟，单元数88 252个，采用粘弹性人工边界进行处理。模型地质参数详见表1，数值模型见图3。

将地震波在模型X、Y、Z3个方向以1∶0.85∶0.7的比例施加于模型基岩底面进行抗震模拟，计算步长为0.02 s，并进行位移、内力统计分析，位移云图见图4～图5，位移统计见表2。

由计算云图可知，在地震过程中模型整体沿X正方向位移最大值为187.7 mm；相对位移最大值出现在位于两层段顶板高度变化处，土岩交界面较低。通过分析地震荷载作用下结构内力分析可知，地震作用下，车站弯矩最大值集中于车站脚部与柱端部，最大值出现在两层段顶板高度变化处，弯矩最大值为1320 kN·m，车站三层与两层段交界处与两层段中部出现应力集中现象。

由位移统计分析表可知，水平X方向地震作用下结构横断面层间位移差均较小，最大位移差发生在三层段地下一层，最大层间位移角为1/815，小于1/250，符合地铁抗震设计规范要求。

3 车站抗震防护措施

根据数值计算结果与工程实际情况综合确定车站主要抗震防护措施如下。

（1）遵循“强柱弱梁”原则，严格控制车站框架柱的轴压比小于0.85，采用柱全高箍筋加密措施，并控制柱箍筋间距与肢距满足抗震规范要求。

（2）梁中线应与柱中线重合，节点区梁腰筋应贯通，并配置附加腰筋和双向拉筋，梁端1.5倍梁高范围内采用箍筋加密处理。

4 结论

（1）岩层纵向变化对车站抗震特性有明显影响，土岩交界面较低时，车站层间位移较大。

（2）由Midas时程分析可知，车站纵向结构形式变化处位移变化较大，受震时易产生应力集中。

（3）结合数值分析与工程实际，对车站梁柱结构采取有针对性的抗震防护措施可有效地提高车站抗震特性，保证工程安全。

参考文献

[1] 李猛.基于时程分析的某地铁车站抗震分析研究[D].石家庄铁道大学，2015.

[2] 张鹏，刘春阳，张继清.北京地铁车站结构抗震分析[J].铁道标准设计，2014（1）：97-101.