10.5 抗震构造措施

10.5.1 隧道与地下车站结构的抗震构造措施应按现行国家标准《铁路抗震设计规范》GB 50111、《地铁设计规范》GB 50157、《混凝土结构设计规范》GB 50010和《建筑抗震设计规范》GB 50011中有关条文及本节规定执行。
10.5.2 当按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011进行抗震构造设计时，特殊设防类、重点设防类结构的抗震等级宜取二级，标准设防类结构的抗震等级宜取三级。
10.5.3 隧道与地下车站结构中柱式构件的设计轴压比宜符合下列规定：
    1 轴压比不宜超过表10.5.3的规定；对深度超过20m的地下结构，其轴压比限制宜适当放宽。

表10.5.3 柱式构件设计轴压比限制值

    注：1 轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。
        2 表中限值适用于剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱；剪跨比不大于2的柱，轴压比限值应降低0.05；剪跨比小于1.5的柱，轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施。

    2 下列情况下轴压比限值可增加0.10，箍筋的最小配箍特征值应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011确定：
        1)沿柱全高采用井字复合箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于100mm、直径不小于12mm；
        2)沿柱全高采用复合螺旋箍、箍筋间距不大于100mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于12mm；
        3)沿柱全高采用连续复合矩形螺旋箍、螺旋净距不大于80mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于10mm。
    3 在柱的截面中部附加芯柱，其中另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8％，轴压比限值可增加0.05；当此项措施与第2款的措施共同采用时，轴压比限值可增加0.15，但箍筋的体积配箍率仍可按轴压比增加0.10的要求确定；
    4 柱轴压比不应大于1.05。
10.5.4 埋置于软弱土层或明显上软下硬土层中的隧道与地下车站结构的抗震构造措施，当遇到下列情况之一时，应进行加强处理：
    1 大断面的明挖地下结构；
    2 埋置于Ⅳ～Ⅵ级围岩中的矿山法地下结构；
    3 多线隧道重叠段或交叉部位；
    4 结构局部外露时；
    5 隧道处于性质显著不同的土层中时；
    6 隧道下方的基岩变化很大时；
    7 隧道处于可能液化或软黏土层以及处于易发生位移的地形条件时；
    8 隧道断面急剧变化的部位。
10.5.5 明挖隧道和浅埋矩形框架结构的隧道与地下车站，宜采用现浇整体钢筋混凝土结构，避免采用装配式和部分装配式结构。
10.5.6 盾构隧道应符合下列规定：
    1 隧道与车站结构连接处、联络通道两侧、土层性质急剧变化处等，应设置变形缝；
    2 衬砌管片环间宜采用螺栓等抗拉构造进行连接。
10.5.7 对埋入式隧道结构，应及时向其衬砌背后压注硬化性浆液，并应保证周围介质与隧道结构的共同作用。
    1 用盾构法施工的隧道，在软土层或需严格控制地面沉降的地段应进行同步注浆；
    2 用矿山法施工的不良地质地段或偏压地段的隧道，及处于Ⅲ～Ⅵ级围岩中的隧道拱部应及时注浆。
10.5.8 对隧道跨断层的情况，宜采用柔性接头设计。
10.5.9 地下车站的抗震构造措施，应符合下列规定：
    1 地下框架结构的中柱宜采用延性性能良好的钢管混凝土柱；当采用钢筋混凝土柱时，其轴压比和箍筋的配置应符合本节规定及现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的相关规定。
    2 当地下车站采用装配式结构时，接缝的连接措施应具有整体性和连续性。

 

条文说明
 

10.5.1 由于受到周围介质的约束，地下结构的抗震特性与地面结构有所不同。地下结构抗震措施应考虑不同的围岩条件和施工方法，根据其自身特点有针对性地采取抗震构造措施。然而，现阶段我国在地下车站和区间隧道等地下结构抗震设计理论方法和抗震构造措施方面尚缺乏深入系统的理论和试验研究。因此，在没有充足的科学数据支撑情况下，隧道及地铁车站结构的抗震构造措施参照相关规范中有关条文规定执行是合理可行的。这也与现阶段设计院进行地下结构设计主要参照铁路系统和地面民用建筑结构抗震要求的现状相符。
10.5.2 本条文与现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011精神基本一致，该规范将无上部结构的部分，抗震构造措施的抗震等级可采用三级，特殊设防类、重点设防类结构按规定提高一档确定其抗震等级。因此，本规范将特殊设防类、重点设防类结构的抗震等级取为二级。
10.5.3 现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011规定：地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级。同时，地震震害表明，结构在地震时的破坏程度与其在土中的埋置深度有关，结构在土中的埋置深度越深，其破坏程度越小，反之，则越大。
10.5.4 以往历史震害经验表明，在地质条件和结构刚度变化之处，地下结构极易遭受地震破坏。如1923年日本关东大地震和1978年宫城县冲地震中，遭到地震破坏的地下结构大多位于城市冲积平原与较硬的山区边界位置，即处于上软下硬土层中。1985年在墨西哥发生的米却肯地震中，工作井与隧道接合处2～3环范围内以起拱线为中心，竖井结合处环向接头5处损坏，并且管片端部也有局部缺损。对于城市轨道交通隧道结构，隧道与车站主体的连接部，通风竖井与水平通道的连接部，双线隧道的联络通道，正线的分岔处等断面急剧变化部位也是薄弱环节。因此，在以上部位应高度重视隧道与地下车站结构的抗震问题，充分研究地震的影响。
10.5.5 现浇整体钢筋混凝土框架结构中的梁板构件具有良好的延性，能承受较大的动力荷载。而对于装配式和部分装配式结构的节点是薄弱环节，应当有更高的要求。对大构件的节点应该通过钢筋的焊接，使之锚固牢靠，并作整浇处理，使得节点具有足够的强度和刚度，防止拉断和剪坏，以保证轴力、剪力的传递。但是要求节点做到与构件本身相同的强度来传递弯矩，可能有实际困难。鉴于此，在条件许可时应尽可能采用现浇整体钢筋混凝土框架结构。
10.5.6 与明挖隧道相比，盾构隧道具有大量柔性接头，在地震作用下可通过自身弯曲变形吸收地震动带来的隧道周边地基位移，减小管片内力，因此，具有较好的抗震性能。但另一方面，如果盾构隧道结构刚度太小，结构会发生较大的变形，需要充分考虑接头产生的转角和张开量，并做好充足的防水措施。传统型螺栓接头等抗拉构造非常适合抗震，而且它可以通过提高螺栓强度而不会提高接头刚度，因此适用范围较广。
10.5.7 根据以往实践经验，隧道衬砌背后注浆能加固地层并使衬砌与围岩密贴，改善其接触条件及地震时的振动状态，减少自振的影响，提高其抗震性能。
10.5.8 跨越活动断层的区间隧道抗震研究是地下工程抗震的一个难题。迄今为止，隧道抗震设计中尚未能考虑断层剪切位移量对隧道结构的影响；另一方面，1978年日本伊豆大岛近海地震中破坏的稻取隧道和2004年日本新潟中越地震中受灾的国铁隧道、鱼沼隧道和妙见隧道等，在直接受到地震断层活动影响而发生的山岭隧道受灾实例表明，断层错位对于隧道横向和纵向都有产生强烈冲击和挤压的可能。目前有四种设计理念用于减小地震对穿越断层隧道结构的破坏：加固围岩，设置减震层，超挖设计，设置柔性接头；其中设置柔性接头一方面可以适应断层的地震变形，另一方面可以使地震破坏局部化，避免结构发生整体破坏，并且已有工程应用实例。因此，宜采用柔性设计，尽可能降低超额应力对隧道承载力的影响。
10.5.9 1995年日本阪神地震中，大开地铁站和止泽地铁站建筑震害情况表明，对于框架式钢筋混凝土地下建筑，钢筋混凝土中柱是结构的薄弱环节。在此次地震中，很多中柱损坏严重，混凝土保护层开裂脱落，纵向钢筋弯曲外凸，箍筋接头开脱。一半以上中柱甚至完全丧失了承载能力，导致顶板弯折坍塌、上覆土层沉陷，最大沉陷量达2.5m。而钢管混凝土中柱基本上没有出现损害现象。有鉴于此，建议地下结构宜采用现浇结构；需要设置部分装配式构件时，应使其与周围构件有可靠的连接。