摘要地下結構一直被認為具有良好的抗震性能。1995年阪神大地震發生之前，很少有大型地下結構在地震中嚴重破壞的報道。然而，阪神大地震中，包括諸如地鐵車站及區間隧道等結構在內的大量大型地下結構出現嚴重的破壞，使人們對地下結構的抗震安全性產生懷疑。初步研究表明，地下結構具有不同于地面結構的抗震性能和破壞特征，在某些情形下，同樣會發生嚴重甚至強于地面結構的破壞。

關鍵詞地震地鐵破壞 1 前言 隨著社會經濟的發展和城市人口的激增，地面交通愈來愈不堪重負。為了減少地面交通量，人們開始尋找新的交通模式，地鐵應運而生。自北京建成地鐵以來，目前我國天津、上海、廣州已相繼建成地鐵1號線，南京、青島、大連、深圳等城市正積極開展修建地鐵的籌備工作。據不完全統計，在全國21個百萬人口以上的城市中將籌建33條總長為649km的地鐵和輕軌。幾條海底隧道和過江隧道也正在積極論證中。 我國地處于環太平洋地震帶上，地震活動性非常頻繁，是世界上最大的一個大陸淺源強震活動區。根據現行地震烈度區劃圖，我國大部分地區為地震設防區，在全國300多個城市中，有一半位于地震基本烈度為7度乃至7度以上的地震區，23個百萬以上人口的特大城市中，有70%屬7度和7度以上的地區，像北京、天津、西安等大城市都位于8度的高烈度地震區，南京也位于7度區內。 地震對地面結構所造成的破壞是人所共知的，地面結構的抗震研究也達到實用階段，各國已制訂了各種地面結構物的抗震設計規范;對地下結構的地震破壞卻知之不多，地下結構的抗震研究才剛剛開始，現在還沒有地下結構抗震設計的規范。國內除了對地下管線的抗震作過一些分析外，對于像地鐵車站及區間隧道等這樣的大型地下結構很少涉及。這是因為:和地面結構相比，面波隨著埋深的增加急劇衰減，對地下結構的影響較小;地下結構周圍的巖土介質把從震源傳來的地震波能量中的高頻成分吸收，使地下結構受到的地震荷載大大減小;同時地下結構的數量不多，并且大部分是小型地下結構如地下管線等，因而地下結構震害數量較少，程度較輕，地下結構嚴重震害事例更是寥寥無幾。工程界只片面強調地下結構受四周地層制約、抗震性能較好的一面，人們簡單認為地下結構在地震時是安全穩固的，致使地下結構抗震研究嚴重滯后于地面結構抗震研究。隨著地下空間開發和地下結構建設規模的不斷加大，地下結構的抗震設計及其安全性評價的重要性、迫切性愈來愈明顯。 2 地下結構在地震中的動態反應特性 地下結構在地震作用下，由于周圍巖土介質的存在，會發生不同于地面結構的響應。地震以地震波的形式傳播能量，當地震波從基巖傳入場地時，土壤介質在地震波的作用下，會產生運動(通常是放大作用)，同時將運動傳遞給地下結構。對于小斷面地下結構，在動力荷載作用下，土結構相互作用可以忽略，此時地下結構隨自由場土介質一起運動，因而動應力較小。而當地下結構存在明顯的慣性或者土-結構間的剛度失配時，地下結構會產生過度變形導致地下結構的破壞。此時，地下結構與周圍巖土介質之間會發生運動相互作用和慣性相互作用?？紤]動力相互作用對結構體系的影響主要有:(1)作用在土結構體系的地震輸入運動會發生變化;(2)由于土的存在，體系變得更加柔性，使結構感覺到的輸入相當小;(3)從結構物向外傳播的波能輻射會增加最終動力體系的阻尼，對于近似彈性半空間的土壤場地，這種阻尼的增加很明顯，導致動力反應急劇降低。 根據大量的地震觀測，發現地下結構與地面結構反應特性的差異主要表現為:(1)地下結構的振動變形受周圍地基土壤的約束作用顯著，結構的動力反應一般不明顯表現出自振特性，特別是低階模態的影響;(2)線形地下結構的振動形態受地震波入射方向的影響較大，入射方向發生不大的變化，地下結構各點的變形和應力可以發生很大的變化;(3)地下結構在振動中各點的相位差別十分明顯;(4)地下結構在振動中的主要應變一般與地震加速度大小的聯系不很明顯，對地下結構動力反應起主要作用的因素是地基的運動變形，而不是地基加速度。 地下結構的破壞有以下主要特征:(1)地下結構的震害多發生在地層條件有較大變化的區域，如地層由硬質到軟質的過渡地帶，或由挖土到填土的過渡地帶。在這些區域內，由于區域、地質條件的變化或地形的變化，地層振動及位移響應也有較大不同，因而在其中產生大的應變，使地下結構遭受破壞。相反，若某一地區地層較為均勻，即使地震中的烈度較大，其中的地下結構也往往會較為安全。這一點不同于地面結構。(2)在結構斷面形狀和剛度發生明顯變化的部位也容易發生破壞。墨西哥地震中發生的盾構法隧道與豎井連接部的環間螺栓被剪斷即是由于結構斷面的急劇變化而使不同斷面處產生了不同的響應的結果。因此，地下結構與豎井、樓房等的結合部，地下結構斷面發生突變處，地下與地面結構的交界處如隧洞的進出口部位，隧洞的轉彎部位及兩洞相交部位，均為抗震的薄弱環節。(3)在地層發生液化處，當地下結構穿越斷層地域或結構與斷層、軟弱帶相交的部位等時，也都易對地下結構造成破壞。 3 阪神地震中地鐵結構的破壞情況 阪神地震對地鐵結構造成的破壞為世界地震史上大型地下結構在地震中遭受嚴重破壞的首例。在神戶市內2條地鐵線路的18座車站中，神戶高速鐵道的大開站、高速鐵道長田站及它們之間的隧道部分，神戶市營鐵道的三宮站、上澤站、新長田站、上澤站西側的隧道部分及新長田站東側的隧道部分均發生嚴重的破壞。在所受到的破壞中，有以下共同的部分:(1)它們都位于烈度為7的地區(JSCE烈度區劃中的7度相當于我國的10度);(2)它們在建造時均采用了明挖法;(3)斷面結構形式為帶有中柱的箱涵形框架結構;(4)它們的原設計中均未考慮地震因素。 歸納起來，神戶地鐵結構的破壞有以下主要特點: (1)不對稱結構發生的破壞比對稱結構嚴重。 (2)上層破壞比下層破壞嚴重。 (3)車站的破壞主要發生在中柱上，出現了大量裂縫，有斜向裂縫，也有豎向裂縫，裂縫的位置有偏于上下端的，也有位于中間的;柱表層混凝土發生不同程度的脫落，鋼筋暴露，有的發生嚴重屈曲，有單向屈曲，也有對稱屈曲的;大開站有一大半中柱因斷裂而倒塌。有橫墻處，中柱破壞較輕。 (4)地下結構上部土層厚度越厚，破壞越輕。 (5)站房上層中柱的中間部位幾乎壓碎，而線路段中柱僅在中間位置出現豎向裂縫。