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地下结构震害与抗震对策

【摘要】随着经济的高速发展和科学水平的不断提高，地下结掏在输水、油、

气、排水、交通、水利、矿山、国防以及人民防空工程中起到了广泛的应用，地

下结构除了腐蚀和渗漏等问题外．它最大的天敌就是地震。本文从多方面对地下

结构的震害进行探讨，并提出一些相应的措施。

【关键词】地下结构震害抗震对策

一前言

现今，我国已步入了地铁工程建设的黄金时期。可是我国是一个地震频发的

国家，直到目前为止，我国仍然缺少完善的地铁地下结构抗震分析方法和独立的

地铁地下结构抗震设计规范。所以，研究地下结构抗震问题具有极为重要的理论

意义和工程应用价值。

二国内外地下抗震研究发展的概况

地下结构抗震研究是随着地面建筑物抗震研究的发展而发展的。在六、七十

年代以前，地下结构的抗震设计基本上还沿用地面结构的抗震设计方法，只是在

七十年代以后，地下结构的抗震设计才逐步形成了本身独立的体系。而且，从七

十年代后期以来，只有在日本，地下结构的抗震设计方法才在水道、沉埋隧洞以

及核电厂等的抗震设计规范中得到了体现。目前我国还缺乏专门的地下结构抗震

设计规范。50年代以前，国内外地下结构的抗震设计都是以日本学者大森房吉

提出的静力理论为基础来计算地下结构的地震作用力。60年代初，前苏联学者

在抗震研究中将弹性理论用于地下结构(拟静力法)，以此求解均匀介质中关于单

连通和多连通域中的应力应变状态，得出了地下结构地震力的精确解和近似解。

并且前苏联在修建贝一阿干线(BAM)地震高烈度区铁路隧道时十分重视隧道衬

砌的抗震设计，在塔什干、埃里温地下铁道建设中也采用了抗震的车站和区间隧

道结构。60年代末，美国旧金山海湾地区在建设快速地铁运输系统(BART)时，

对地下结构抗震进行了深入研究，他们提出了地下结构并不能抵御惯性力而是具

有吸收强加变形的延性，同时还不散失其承受静载荷力等新的设计思想，并以此

为基础提出了抗震设计标准。美国在80年代洛杉矶地下铁道的设计中对地震荷

载作了充分的考虑。70年代，日本学者从地震观测资料着手，通过现场观测、

模型试验，建立了教学模型，并结合波的多重反射理论，提出了反应位移法、应

变传递法和地基抗力法等实用计算法，使地下软基隧道和成层地基的抗震研究获

得重大进展。80年代末90年代初，JPWolf和C．M．Song又提出了递推衍射

法。

三地下管道震害

地下管道在现代化工业生产和人民生活中占有重要地位，并在输水、油、气、

煤、排水以及通信、供电、交通运输等方面得到广泛应用。地下管道和地上、地

面管道一起成为现代工业和城镇生活的大动脉，因而称为生命线工程。地下管线

除腐蚀问题外，地震也是破坏因素之一。地震不仅直接破坏地下管线的正常功能，

而且可产生次生灾害，如水灾、火灾和爆炸等，给国家带来重大损失和人员

伤亡。1975年海城地震(ML713)中，营口市(8度区)150多km管道

破坏372处，平均震害率为214处/km，经一个多月抢修才恢复正常供水。盘

锦地区(7度区)直埋大口径钢管6615km，焊口断裂21处，破坏率达0131处

/km;丝扣联结的小口径管道破坏率为16处/km;铸铁管道为018处/km。

1976年唐山地震(ML718)中，唐山市给水系统全部瘫痪，经一个月抢修才基本

恢复供水。秦京输油管道发生5处破坏。1985年墨西哥地震(ML811)中，地

震引起不同质材的各种管道均有破坏(其中包括钢管道),其中煤气干管断裂

引起煤气爆炸，市政管网煤气管道断裂引起火灾,且因供水管网损坏,救火很

困难。1995年日本阪神地震(ML712)，神户市及阪神地区几座城市的供水系

统和污水排放系统受到严重破坏，其中神户市供水系统完全破坏并丧失其基本功

能。由此可见，地震对地下管道系统的破坏，不仅在高烈度区可对国计民生造成

灾难性的危害，在低烈度区也可以带来重大经济损失。因此，对处于地震区的新

建地下管道必须进行抗震验算，并采取相应的抗震措施。

四震害分析

1.地震烈度

大量震害资料表明，地震烈度对地下结构的震害有显著影