1總則

1.0.1為貫徹執行《中華人民共和國建筑法》和《中華人民共和國防震減災法》等相關法律法規，實行

以預防為主的方針，使北京市的軌道交通地下結構經抗震設防后，減輕地下結構的地震破壞，避免人員

傷亡，減少經濟損失，同時為適應北京市城市軌道交通建設、運營和網絡化發展需要，體現北京城市發

展目標和北京地方特點，進一步促進城市軌通交通的可持續發展，制訂本指南。

1.0.2本指南適用于軌道交通工程地下結構抗震設計，包括地下車站和區間隧道抗震設計。

1.0.3抗震設防烈度必須按國家規定的強制性標準或開展的強制性評估確定。一般情況下，建筑的抗震

設防烈度應依據《中國地震動參數區劃圖》GB18306確定；已進行地震動小區劃或工程場地地震安全性

評價的，按通過審定的結果取值。甲類地下結構和場地周邊200米范圍內存在活動斷裂時，地震動設計

參數必須通過場地地震安全評價獲得。

1.0.4城市軌道交通工程地下結構抗震設計除應符合本指南外，尚應符合國家及北京市現行有關標準的

規定。

1

2術語

2.0.1抗震設防烈度seismicprecautionintensity

按國家規定的權限批準作為一個地區抗震設防依據的地震烈度。一般情況，取50年內超越概率

10%的地震烈度。

2.0.2抗震設防標準seismicprecautioncriterion

衡量抗震設防要求高低的尺度，由抗震設防烈度或設計地震動參數及建筑抗震設防類別確定。

2.0.3E1地震作用E1earthquakeaction

地震重現期為100年的地震動。

2.0.4E2地震作用E2earthquakeaction

地震重現期為475年的地震動。

2.0.5E3地震作用E3earthquakeaction

地震重現期為2475年的地震動。

2.0.6地下結構抗震概念設計seismicconceptdesign

根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行結構總體布置并確定細部構造

的過程。

2.0.7抗震構造措施detailsofseismicdesign

根據抗震概念設計原則，一般不需要計算而對結構和非結構構件各部分必須采取的各種細部要求。

2.0.8反應位移法responsedisplacementmethod

考慮地震時表層地基剪切變形的影響，以場地土層地震動相對位移為主要因素確定地震作用，對地

下結構物進行抗震計算的方法。

2.0.9反應加速度法responseaccelerationmethod

用場地土層地震動加速度確定地震作用，施加于地下結構及周圍土體，對地下結構物進行抗震計算

的方法。

2.0.10動力時程分析法dynamictimehistoryanalysis

由結構基本運動方程輸入地震加速度記錄，并沿時間歷程進行積分，求解結構振動響應的動力分析

方法。

2.0.11靜力彈塑性分析push-overmethod

將一維分析得到的三角形分布的水平慣性加速度施加到土—結構模型，分步加載直至達到目標位

移，或者地下結構完全破壞，用以驗算地下車站和隧道等結構的抗震性能的方法。

2

3地下結構的地震反應和抗震概念設計

3.1地震及地震作用

3.1.1地震作用分為水平地震作用和豎向地震作用。在地下結構抗震設計中，地震作用應以水平地震作

用為主，在發震斷層附近應考慮豎向地震作用。

地震又稱地動、地振動，是地殼快速釋放能量過程中造成的振動，期間會產生地震波的一種自然現

象。地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞，造成板塊邊沿及板塊內部產生錯動和破裂，是引起地震的主

要原因。據統計，地球上每年約發生500多萬次地震，即每天要發生上萬次的地震。其中絕大多數太小

或太遠，以至于人們感覺不到，真正能對人類造成嚴重危害的地震大約有數十次，能造成特別嚴重災害

的地震大約有一兩次。在抗震設計時，根據其超越概率，可視為可變作用或偶然作用。

地震作用指由地震引起的結構動態作用，分水平地震作用和豎向地震作用。一般情況下，地下結構

地震作用以水平向為主，豎向地震不控制結構設計，這主要是因為豎向地震動的峰值加速度一般均小于

水平地震動峰值加速度，約為水平地震動峰值的1/2～2/3，而且地下結構體系一般均具有較強的豎向

承載力，而水平側向承載力較小。在發震斷層附近，豎向地震加速度很大，豎向地震作用非常明顯。特

別是當淺埋地下結構中存在大跨或長懸臂等構件時，豎向地震作用不可忽視。

3.1.2地下結構地震作用確定應考慮震級、震中距、震源深度、地震持續時間、地形、地質條件、結構

類型等。

地震發生時，震源區的介質發生急速的破裂和運動，這種震動構成一個波源。由于地球介質的連續

性，這種波動就向地球內部及表層各處傳播開去，形成了連續介質中的彈性波，即地震波。由地震波的

傳播產生的地震作用一般受到以下因素的影響：震級、震中距、震源深度、地震持續時間、地形、地質

條件、結構類型等。

震級是指地震釋放能量的大小，用阿拉伯數字表示，一次地震只有一個震級。震源是指地震發源

的位置，即巖石急速破裂和運動的位置。震中是指震源在地面上的垂直投影，是地面上距離震源最近的

點。震中距是指震中到地面上任一點的距離。震中距在100公里以內的稱為地方震，在1000公里以內稱

為近震，大于1000公里稱為遠震。震源深度是指震源至震中的距離。地震可按照震源深度分為淺源地

震、中源地震和深源地震。淺源地震大多發生在地表以下30公里深度以內的范圍內；60～300公里為

中源地震；300公里以上為深源地震。其中，淺源地震的發震頻率高，占地震總數的70%以上，所釋放

的地震能量占總釋放能量的85%，是地震災害的主要制造者，對人類影響最大。

地震持續時間的影響主要發生在結構反應進入非線性化之后，持時的增加可能產生較大永久變形，

持時愈長，則反應愈大，產生震害的積累效應。

有些地形會對地震波產生放大效應，比如盆地，從而導致這些地方的地震破壞比其周圍地區更嚴

重。而且，地質條件和結構類型也會對地震作用產生影響。1985年9月19日墨西哥西南岸外太平洋底

發生8.1級地震，遠離震中400公里的墨西哥城遭受的損失，遠遠嚴重于墨西哥西部距震中較近的沿海

四個州遭受的損失，這是因為墨西哥城建造于湖泊沉積而成的封閉式盆地，盆地周圍是巖石，盆地內是

軟弱沉積土，地震波在盆地內多次反射和折射，并與盆地內的超松軟沉積層發生共振。震害經驗表明：

小震、近震、堅硬場地上的地震動容易使剛性結構產生震害，而大震、遠震軟厚場地上的地震動容易使

高柔結構產生震害，這是因為前一種地震動的高頻成分比較豐富，而后一種低頻成分較強。因此，由于

共振效應，前者易使高頻結構受到破壞，后者易使低頻結構受損。

3

3.1.3地下結構抗震設計中，一般宜假定地震中土體不喪失完整性。

發震時，土層地震反應可分成兩類由：（1）土層震動，并發生一定的變形；（2）土層破壞，喪失完整性。

土層震動與變形是非常復雜的，其地震波與表層土體的相互作用及面波產生。現有的地下結構抗震

設計方法中，一般假定地震中土體不喪失完整性，只考慮地基振動引起土層和結構的變形反應。

土層破壞并喪失完整性包括地層液化、邊坡失穩和斷層位移等，位于土層破壞范圍內的地下結構將會

遭受較大的破壞，需要進行特殊的抗震設計并采取相應的工程措施，具體詳見本指南第10.1和10.2節。

3.1.4地下結構在水平地震作用下產生的變形應分為三種：縱向拉壓、縱向彎曲和橫向剪切變形。

為了工程設計，將地下結構在水平地震作用下產生的變形主要分為三種：（1）縱向拉壓，如圖3.1.4-1

所示；（2）縱向彎曲，如圖3.1.4-2所示；（3）橫向剪切變形，如圓形斷面變為橢圓形，如圖3.1.4-3a)所

示；矩形斷面變為菱形，如圖3.1.4-3b)所示。

圖3.1.4-1縱向拉壓變形圖3.1.4-2縱向彎曲變形

a)橢圓形變形b)橫向菱形變形

圖3.1.4-3橫向剪切變形

3.2地下結構類型及常見地震破壞形式

3.2.1城市軌道交通地下結構分為主體結構與附屬結構；主體結構主要分為地鐵車站和區間隧道。體量

和結構形式不同的地下結構，地震時的破壞程度和破壞形式也不盡相同。

按照其使用功能，城市軌道交通地下結構可分為主體結構與附屬結構；主體結構主要承擔軌道交通

車輛運行功能；附屬結構主要承擔出入主體結構、設備放置等功能。主體結構與附屬結構的體量和結構

形式不同，地震時的破壞程度和破壞形式也不同。

根據地下結構形式，可分為線形地下結構與非線形地下結構。線形地下結構的橫斷面尺寸大大小

于縱向長度，比如軌道交通地下車站和區間隧道等；非線形地下結構的寬度與長度相差較小，比如換乘

大廳、風井等。根據橫斷面結構形式，地下結構可分為圓形結構、矩形結構、拱頂直墻、拱頂曲墻、馬

蹄形等。按照施工方法，可分為明挖法地下結構、蓋挖法地下結構、礦山法地下結構、盾構法地下結構

等。不同結構形式的地下結構地震破壞形式和地震反應也有較大不同。

3.2.2地下車站結構的地震破壞形式為中柱+頂板破壞，中柱開裂和端部橫墻破壞。隧道結構的常見破

壞形式為剪切錯動，襯砌開裂和邊墻變形。

由于地下結構埋置于巖層或土層中，受到周圍巖土體介質的約束，地震動作用以地層變形傳遞給地

下結構為主。因此，地下結構在地震中的破壞形式與受慣性力作用的地面結構明顯不同。

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1.地下車站結構的破壞形式：中柱+頂板破壞，中柱開裂和端部橫墻破壞。

車站結構與隧道結構的區別除斷面尺寸外，主要是車站結構有中柱和端部橫墻。中柱由于承載了較

大的豎向壓力且結構橫截面較小，延性相對較差。端部橫墻由于側向剛度較大，地震發生時會產生較大

的內力。因此，地震時車站結構的破壞形式主要有：（1）中柱+頂板破壞，如圖3.2.2-1所示；（2）中

柱開裂，如圖3.2.2-13；（3）端部橫墻破壞。

圖3.2.2-1地鐵車站中柱+頂板破壞形式

2.隧道結構的常見破壞形式：剪切錯動，襯砌開裂和邊墻變形。

（1）隧道的剪切錯動，如圖3.2.2-2所示。當隧道建在斷層破壞帶時，可能會發生此類破壞。

（2）襯砌開裂。在地震中，襯砌開裂是最常發生的破壞形式。襯砌開裂可分為縱向裂損（圖3.2.2-

3）、橫向裂損（圖3.2.2-4）、斜向裂損（圖3.2.2-5），以及由斜向裂損發展成的環向裂損（圖3.2.2-6）、

底板裂損（圖3.2.2-7）、襯砌開洞處裂損（圖3.2.2-8）等。

圖3.2.2-2隧道的剪切錯動圖3.2.2-3隧道的縱向裂損

圖3.2.2-4襯砌橫向裂損圖3.2.2-5襯砌斜向裂損

圖3.2.2-6襯砌環向裂損圖3.2.2-7襯砌底板裂損

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圖3.2.2-8襯砌開洞處裂損

（3）邊墻或底板變形。邊墻或底板較大的向內變形也可造成隧道結構破壞，如圖3.2.9所示。

圖3.2.2-9邊墻或底板變形

3.日本阪神地震中地下結構的破壞

在過去，地下結構的抗震問題并沒有引起人們足夠的重視。然而，近十數年來，已有多座地下結構

在多次地震中遭到破壞，漸漸引起了人們對地下結構抗震問題的重視。其中，城市地下結構最嚴重的地

震破壞發生在日本阪神地震中。1995年1月17日阪神大地震發生，6.9級的地震襲擊了日本西南部的大

阪和神戶，地鐵地下結構歷史上第一次發生大規模的倒塌，其中大開車站破壞最嚴重，神澤站、三宮站

等也發生了嚴重破壞。

（1）大開車站的地震破壞

大開車站采用明挖法修建于1962—1964年間，距離震中15km。在地震中，超過30根中柱破壞，約

110m長的車站斷面發生倒塌，致使車站頂板發生塌落，如圖3.2.2-10所示。

大開車站有三種斷面形式，各斷面的縱向長度如圖3.2.2-11所示。斷面1如圖3.2.2-11a）所示，

埋深為4.8m，矩形鋼筋混凝土結構；寬為17m，高為7.17m；橫斷面為單根中柱，高約為5m，斷面尺

寸為0.1m×0.4m，縱向間距為3.5m。斷面2如圖3.2.2-11b）所示，矩形鋼筋混凝土結構；寬為9m，

高為6.36m；橫斷面為單根中柱，斷面尺寸為0.4m×0.6m，縱向間距為2.5m。斷面3如圖3.2.2-11

c）所示，兩層鋼筋混凝土結構，高為10.12m，寬為26m，中柱與斷面1相同；在兩側站臺上各有1根

柱子。

根據破壞程度，大開車站可以分成3個部分：1）斷面1發生了嚴重倒塌，圖3.2.2-1即為該斷面的

破壞形式，是車站的主要破壞部分；2）斷面2沒有發生破壞；3）地下兩層的斷面3在與斷面1臨近部

分發生較大變形，但沒有倒塌；與斷面2臨近部分變形很小。而且，由于斷面1的破壞，導致車站之上

的公路路面發生2.5m沉降，如圖3.2.2-12所示。

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圖3.2.2-10大開車站破壞縱斷面圖

a）斷面1（倒塌斷面）b）斷面2

c）斷面3

圖3.2.2-11大開車站橫斷面

a）中柱和頂板破壞b）地面塌陷

圖3.2.2-12大開站地震破壞

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（2）神澤車站的地震破壞

在地震中，神澤站也發生了嚴重破壞，其中西部破壞嚴重，東部較輕。該車站位于大開車站以北

400m，東西向長400m，有兩種橫斷面形式：兩層兩跨和三層兩跨，為非對稱矩形結構。特別是在破壞

嚴重的西部，中柱偏于一側，頂板兩跨的跨度比約為2:1。

在車站西部，有10根中柱發生嚴重破壞；約73%的中柱都有程度不等的破壞，頂底板和側墻也產

生了縱向裂縫。其中，破壞最嚴重的兩個斷面如圖3.2.2-13所示。斷面1如圖3.2.2-13a）所示，共8跨，

頂層中有6根中柱破壞非常嚴重，混凝土開裂剝落，鋼筋屈曲；底層破壞較輕。斷面2如圖3.2.2-13b）

所示，頂層和中間層的鋼筋混凝土柱有4根破壞非常嚴重；底層為鋼管柱，未發生破壞。

a）斷面1

b）斷面2

圖3.2.2-13神澤車站破壞斷面

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（3）地下車站地震破壞特征

通過阪神地震中大開站和神澤站的地震破壞案例，可以發現如下的破壞特征：

1）非對稱結構比對稱結構破壞嚴重；

2）車站結構的中柱破壞嚴重；

3）單柱雙跨結構破壞嚴重；

4）地鐵車站頂層破壞嚴重，底層破壞相對較輕。

4.汶川地震中地下結構的破壞

2008年的“5·12”汶川大地震，震級為8級，震源深度約為14公里，其主要能量來自青藏高原

和華南地塊之間相對運動在斷裂帶上產生的能量積累和釋放。在地震后，地殼深部巖石中形成一條長約

300公里、深達30公里的大斷裂，其中的200余公里出露地表，形成沿映秀—北川斷裂分布的地表破裂

帶，最大垂直錯距和水平錯距分別達到5米和4.8米，沿整個破裂帶的平均錯距可達2米左右。另外，

龍門山與成都平原交界的都江堰—江油斷裂也發生了60多公里的破裂。在此次地震中，成都的地震烈

度在6-7度左右，總體來說沒有明顯震害發生。

（1）地下車站的地震損傷

從成都地鐵的情況看，地下車站僅局部出現輕微裂縫，天府廣場站車站與區間接口情況良好（圖

3.2.2-14），小天竺站與盾構區間接口受損程度較重（圖3.2.2-15）。

圖3.2.2-14天府廣場站與盾構區間接口圖3.2.2-15小天竺車站與盾構接口

（2）盾構隧道的地震損傷

盾構隧道采用預制管片拼裝，厚度較薄，螺栓柔性連接，隧道柔度大，盾構隧道襯砌與地層的震后

變形基本同步，產生橫向剪切變形與縱向撓曲變形，導致盾構隧道產生管片錯臺（圖3.2.2-16）、局部破

損（圖3.2.2-17）、螺栓拉壞（圖3.2.2-18）和滲水（圖3.2.2-19）等地震損傷現象：

1）隧道沿縱向產生正弦曲線振動變形，頂部發現有規律的管片破損和螺栓破壞，產生縱向錯臺和

管片局部破環；

2）隧道產生橫向剪切變形，盾構橫斷面部分部位有管片錯臺或局部破壞現象。

圖3.2.2-16管片錯臺

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圖3.2.2-17管片擠壓破損

圖3.2.2-18連接螺栓松動滑落

圖3.2.2-19管片滲水

（3）淺埋暗挖的區間隧道地震響應

孵化園站～會展中心站區間B標段下穿成都外環高速路段采用雙側壁導洞淺埋暗挖施工，橢圓形斷

面加型鋼格柵。地震時已完成初支，采用大管棚加小導管注漿加固，中隔壁墻基本完成，整體性較好，

如圖3.2.2-20～21所示。

在地震之前，該隧道圍巖變形及地表沉降已基本趨于穩定。在強烈的地震作用下，地表產生了2mm

的沉降，后又趨于穩定，說明地震作用較大；礦山法隧道主體結構和初次支護形成后，剛度大，能夠抵

抗來自地震的作用；隧道結構與地層接觸緊密，基本同步運動，無明顯的震害發生。

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圖3.2.2-20下穿外環高速的淺埋暗挖隧道圖3.2.2-21隧道已完成初支和中隔墻施工

3.3抗震概念設計

3.3.1軌道交通地下結構應進行抗震概念設計。地下結構抗震概念設計，是指根據地震災害和工程經驗

等形成的基本設計原則和設計思想，進行地下結構總體布置并確定細部構造的過程。它是人們對地震災

害的經驗總結，為抗震設計的完成提供正確的概念和思路。

應該認識到，任何結構，如果設計之初，結構方案或者概念不正確的話，無論采取任何計算或措施

均不能夠使其在地震下表現出優良的抗震性能。

由于地震作用的不確定性及復雜性，以及結構計算假定及目前計算手段的局限性，對照規范進行

“簡單”的抗震計算得出的“單一”抗震設計，無法保證其結構在地震力作用下的安全。1985年墨西哥

震害、1988年美國震害、1992年土耳其震害及1994年洛杉磯震害證實，即使是經過抗震計算的結構，

在地震力作用下也會大量破壞及坍塌。震后的結構研究結果表明，抗震破壞很大程度上源于設計人員錯

誤的的抗震方案設計。松散土層上不對應基礎形式的選擇，錯誤的平面及剖面布置放大了地震動作用，

不均勻的剛度布置帶來了應力的集中，與主體結構變形不一致的次要建筑構件布置降低了整體結構的抗

震性能等。

國內外的抗震防護，通常以抗震設計規范為出發點和依據。規范所尋求的抗震保護水平是由公共

權力機構確定的，是防護措施所需的費用和各國綜合國力相互“妥協”的結果。震害結果表明，震中地

區，尤其是在大地震的情況下，建筑承受的地震作用往往比抗震規范確定的荷載大得多。如中國2008

年汶川地震，實際烈度基本在7.5~10度，部分重災區如映秀、北川等烈度甚至達到了11度。按照當時

的《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）的規定：德陽、綿陽、廣元的設防烈度為6度，汶川、青川、

北川等重災區的設防裂度僅為7度。震害調查的經驗證明，建筑物只要經過正確的抗震概念設計且結構

方案合理，是可以承受得住大地震的考驗的。

3.3.2地下結構抗震設計包括三個方面的內容：概念設計、抗震計算和構造措施?！案拍钤O計”應為地

下結構抗震設計的首步工作。強調根據抗震設計的基本原則，在工程建設場地選擇、建筑結構平面及剖

面布置、結構體系選擇、剛度分布、抗震措施等方面的綜合考慮。在此基礎上通過計算分析定量的進行

抗震設計，再輔以相應的抗震構造措施，使得設計出來的地下結構具有良好的抗震性能。

震害研究同樣表明，在項目的前期及實施過程中采用了正確的抗震設計方法的結構，能夠抵抗強地震

動的作用。實際上結構會不同程度的響應土體傳來的震動，這種響應可能是放大、持平或縮小。一道墻、

一個柱子、一定的板厚變化、一個開洞或變形縫位置的調整，都會影響結構在地震動作用下的反應。

3.3.3抗震概念設計應貫穿于整個地下結構抗震設計的全過程。

抗震概念設計應貫穿于整個地下結構抗震設計過程，伴隨各階段的結構形式的調整及抗震計算結果

給予針對性分析，確保結構抗震方案的合理性。

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這里要特別強調，抗震概念設計并不是簡單、機械的套用抗震設計概念或原則，從而使地下建筑設

計缺乏創造性和藝術性。大量富有想象力、具有創造性的地下建筑在進行了抗震概念設計后，在地震作

用中同樣可以有良好的表現。

3.4建筑結構平面及剖面布置

3.4.1為使地下結構在地震中的變形與地層的變形相協調，平面及剖面的剛度控制尤為重要?？梢酝ㄟ^

調整結構構件的剛度及不同剛度構件的平面及剖面布置，使結構的變形與地層的變形相適應?；驹瓌t

如下：

1應通過合理的結構平面及剖面布置，使各構件間的受力及變形相協調，從而使結構構件具備足

夠的延性。

2當通過合理的結構平面及剖面布置，局部構件可以達到與地層及其他構件的變形協調，但延性

難以保證時，應考慮改變局部構件的結構材料，如采用鋼管混凝土柱子代替混凝土柱子。

3應優先通過變形縫對不同的剛度單元進行有效的劃分，從而避免變形不協調產生過大的應力集

中。同時使結構變為便于計算分析的單體，使復雜不宜掌控的地下結構計算更具針對性。

4當平面或剖面形狀差異較大，但又難以設置變形縫將其分割時，應結合建筑功能調整主體結構

及其內部附屬結構的結構構件剛度及不同剛度構件的分布，使形狀差異較大的結構剛度分布趨于均勻且

與地層的變形相協調。

隨著我國軌道交通大規模的建設，城市線網不斷加密，換乘站日益增多，軌道交通地下結構與周邊

工程一體化的案例日益增多，綜合管廊隨軌建設的大力推進，地下結構的布置形態不再是呈單一的“長

條形”，呈現出多元化的趨勢。地下結構的平面及剖面布置，對于其抗震性能有著重要的影響。但因地

下結構抗震設計起步較晚，震害案例也有限，本文的論述在結合地下結構與地面結構抗震特點及不同的

基礎上，較多的借鑒了地面結構的震害案例分析成果及經驗。

地下結構的震動變形受周圍土體的約束作用顯著，結構的動力反應一般不明顯表現出自振動特性的

影響。地面結構的動力反應則明顯的表現出自振動特性。因此，對于地面結構的研究，多圍繞自振動特

性展開，結構的形狀、質量、剛度的變化，對地面結構的振動反應影響很大。而對于地下結構來說，結

構隨地層地震動變形占比較大。因此能否在地層的約束下，發生與地層相協調的變形，避免協調變形中

過大的應力集中，并在此變形下保持結構各構件的延性，是地下結構平面及剖面布置的重點。

3.4.2地震區域的地下結構單體，平面宜以剛度均勻的正方形、矩形、圓形為好，正多邊形、橢圓形也

是相對較好的平面形狀。

圖3.4.2有利于結構單體的平面布置形式

應注意并不是結構采用了上述的平面形狀，地下建筑結構就會具有良好的抗震性能。上述平面形狀

為平面雙軸或多軸結構，可以減小結構水平面內的扭轉。但如果其內部結構剛度分布不均勻的話，依然

會在地震力作用下出現破壞。

3.4.3在實際的地下結構方案設計中，由于城市規劃，建筑用地，使用功能及藝術效果的需求，地下結

構不可避免的將出現L型、T型、H型、十字型等各種復雜的平面結構。在此種情況下可以通過變形縫

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對剛度不同的結構進行有效的分割使地下結構轉化為抗震性能較為優良且便于計算分析的單體結構。也

可通過對形狀進行適當的調整，使其趨于抗震有利的平面布置形式。

圖3.4.3不利平面體形的改進方法

在日本神戶市停車場的震害資料研究中發現，停車場主體結構在地震中的損害較為輕微，但在主體

結構和附屬結構的結合部分仍出現了混凝土脫落和漏筋的現象。說明合理的斷面分割，有利于結構的抗

震性能。

3.4.4地震區域的地下結構單體，剖面宜以剛度均勻的正方形、矩形、圓形為好，馬蹄形、直墻拱形也

是相對較好的平面形狀。

圖3.4.4有利于結構單體的剖面布置形式

3.4.5在實際的地下結構方案設計中，由于城市規劃，建筑用地，使用功能及藝術效果的需求，地下

結構不可避免的將出現各種復雜的剖面結構。在此種情況下可以通過變形縫對剛度不同的結構進行有效

的分割使地下結構轉化為抗震性能較為優良且便于計算分析的單體結構。也可通過對形狀進行適當的調

整，使其趨于抗震有利的平面布置形式。其分割及調整原則同平面。

3.4.6抗震結構體系是抗震設計需要考慮的重要問題，結構方案的選取是否合理，對安全性及經濟性起

到至關重要的作用。結構體系應根據建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑的平剖面布置、場地條

件、地基、結構材料和施工等因素，經技術、經濟和使用條件綜合比選確定。

3.4.7在選擇建筑抗震結構體系時，應符合下列的相關要求：

1應具備明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。

2宜有多道抗震防線，避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力。

13

3應具備必要的抗震承載力、良好的變形能力和消耗地震能量的能力。

4宜具有合理的剛度布置，避免因局部削弱或變形形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變

形集中；對可能出現的薄弱部位應采取措施提高抗震能力。

3.4.8結構構件的設計應符合下列的要求：

1混凝土結構構件應合理的選擇尺寸、配置縱向受力鋼筋和箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞、

混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固黏結破壞先于構件破壞。

2鋼結構構件應合理的選擇尺寸，避免構件整體或局部失穩。

3砌體結構應該按照規定設置混凝土圈梁、構造柱或采用配筋砌體等。

3.4.9結構各構件間應可靠連接，保證結構的整體性，應符合下列要求：

1構件節點的破壞不應先于連接的構件。

2預埋件的錨固破壞不應先于連接的構件。

3裝配式結構的構件連接應能保證結構的整體性。

4各抗震支撐系統應能保證地震時結構的穩定。

3.4.10除了強度及剛度的要求外，在地震區的結構應具備足夠的抵抗塑性變形的能力，即延性要求。

這樣通過結構的塑性變形來吸收和消耗地震輸入的能量，有利于抵抗倒塌破壞，提高抗震潛力。

14

4地下結構抗震基本要求

4.1地下結構抗震設防水準

4.1.1城市軌道交通地下結構工程抗震應按常遇地震、設計地震和罕遇地震三個設防水準進行設防。

表4.1.1設防水準與地震重現期的關系

設防水準常遇地震（E1）設計地震（E2）罕遇地震（E3）

地震重現期(年)1004752475

50年超越概率—10%2%

4.1.2設計地震動參數可按國家標準《中國地震動參數區劃圖》GB18306規定的地震動參數執行。對進

行過專門地震研究的地區，可按批準的抗震設防烈度或設計地震動參數進行設防。

軌道交通地下結構的設計使用年限為100年，應按100年地震超越概率分別為63%、10%和2~3%

來對應確定常遇地震、設計地震和罕遇地震三個設防水準。但由于目前地下結構抗震研究工作尚不夠深

入，且《中國地震動參數區劃圖》GB18306、《建筑抗震設計規范》GB50011等規范中也未明確與100年

地震超越概率相對應的設計地震動參數，為利用目前抗震規范體系規定的抗震設防烈度及設計地震動參

數進行地下結構的抗震設計，并與現行國家標準《城市軌道交通結構抗震設計規范》GB50909-2014保

持一致，本指南暫按與50年地震超越概率相對應的設計地震動參數進行抗震設計。

將來根據進一步的地下結構抗震研究成果再行確定與100年地震超越概率相對應的設計地震動參數，

或借鑒《工程結構可靠性統一標準》GB50153-2008中引入可變荷載設計使用年限調整系數的作法，研

究確定設計使用年限為100年的結構按50年地震超越概率的設計地震動參數進行設計時的地震作用調

整系數。當缺乏當地相關資料且確需對地震作用進行調整時，可參考《建筑工程抗震性態設計通則(試

用)》CECS160:2004的附錄A，調整系數可取1.3~1.4。

4.2地下結構抗震設防分類

4.2.1城市軌道交通地下結構工程應根據其在城市交通和抗震救災中的作用以及重要性分為甲類、乙

類、丙類三個抗震設防類別。

城市軌道交通結構抗震分類參照了現行國家標準《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223，但考慮

到城市軌道交通地下結構的特點，取消了丁類（適度設防類）。城市軌道交通地下結構包括地下車站和

換乘樞紐、地下指揮中心、區間隧道、風道和出入口等建（構）筑物，重要性的劃分應適當考慮規劃交

通量的大小和大型地下空間的利用。

城市軌道交通地下結構作為地下軌道交通空間的圍蔽和承載結構，一旦在地震作用下遭到損壞會

影響地下軌道交通工程的使用功能甚至安全，是城市軌道交通工程抗震設計的關鍵。由于地下結構的

建造難度大、造價高昂、受損后修復難度大，因此對其抗震性能的要求與地面結構應有所區別，并宜

適當提高。

4.2.2抗震設防類別的劃分應符合下列規定：

1特殊設防類（甲類）：指涉及國家公共安全和地震時可能發生嚴重次生災害等特別重大災害后果，

需要進行特殊設防的地下工程，包括在城市地下軌道交通網絡中占關鍵地位、承擔客流量大的大型換乘

車站和樞紐車站，以及與特殊設防類地面結構合建的地下結構工程等。

15

城市軌道交通在我國各大城市迅速發展，其樞紐建筑具有體量大、結構復雜、人員集中的特點，受

損后影響面大且修復困難。大型換乘車站和大型綜合樞紐車站主要指不少于3條線路（包括與鐵路、公

路等其它交通系統）相互換乘、車站主體結構合建且設計預測日平均客流量超過50萬人的地下車站。

這樣規模的地下車站若在地震遭到破壞將導致多線軌道交通線路中斷或交通樞紐癱瘓，社會影響巨大，

需要進行特殊設防。

2重點設防類（乙類）：指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的生命線相關工程，以及地震時

可能導致大量人員傷亡等重大災害后果，需要提高設防標準的地下工程，包括除特殊設防類以外的地下

工程主體結構，如地下車站主體結構、區間隧道、地下主變電站、地下控制中心等工程。

3標準設防類（丙類）：除上述兩類以外按標準要求進行設防的工程，包括地下車站附屬結構（風

道、出入口通道、緊急疏散通道）、區間風道和聯絡通道等工程。當地下工程附屬結構體量與主體結構

體量相當時應按重點設防類設防。

4.3地下結構抗震設防標準

4.3.1城市軌道交通各抗震設防類別工程的抗震設防標準，應符合下列要求：

1特殊設防類（甲類）：應按批準的地震安全性評價的結果且高于本地區抗震設防烈度的要求確定

其地震作用。

2重點設防類（乙類）：應按本地區抗震設防烈度確定其地震作用。地基的抗震措施應符合有關規定。

3標準設防類（丙類）：應按本地區抗震設防烈度確定其地震作用。

4.3.2各抗震設防類別工程的抗震構造措施應符合本指南第9章的規定。

本指南第9章中明確給出了各抗震設防類別工程的抗震等級和相應的抗震構造措施，便于設計時直接應用。

4.4地下結構抗震性能要求

4.4.1根據本指南設計的軌道交通地下結構應滿足以下抗震性能要求：

1性能要求Ⅰ：地震后不損壞或輕微損壞（含輕微滲漏水并且可快速修復），保持正常使用功能；

結構處于線彈性工作階段；

2性能要求Ⅱ：地震后可能損壞，維修后能短期內恢復正常使用功能；結構整體可處于非線性彈

性工作階段；

3性能要求Ⅲ：地震后可能產生較大破壞，無局部或整體倒塌，搶修后可恢復使用；結構處于彈

塑性工作階段。

4.4.2各類結構在不同地震動水準下的抗震性能要求應符合表4.4.2的規定：

表4.4.2城市軌道交通地下結構抗震性能要求

設防水準

抗震設防

分類常遇地震（E1）設計地震（E2）罕遇地震（E3）

甲類III

乙類IIII

丙類IIIIII

中華人民共和國住房和城鄉建設部部令《市政公用設施抗震設防專項論證技術要點（地下工程篇）》

（建質[2011]13號）提出了明確的地下結構設防要求：

（1）當遭受低于本工程抗震設防烈度的多遇地震E1影響時，地下結構不損壞，對周圍環境和軌道

交通運營無影響；

（2）當遭受相當于本工程抗震設防烈度的設計地震E2影響時，地下結構不損壞或僅需對非重要結

16

構部位進行一般修理，對周圍環境影響輕微，不影響正常運營；

（3）當遭受高于本工程抗震設防烈度的罕遇地震E3（高于設防烈度1度）影響時，地下結構主要

結構體系不發生嚴重破壞且便于修復，無重大人員傷亡，對周圍環境不產生嚴重影響，修復后可正常

運營。

本指南對軌道交通地下結構的抗震性能要求與部令的設防目標協調一致。

17

5地下結構抗震分析方法

5.1一般規定

5.1.1城市軌道交通地下結構抗震分析方法選擇時，應充分考慮地下結構的地震反應特點。

地下結構的地震反應不同于地面結構，主要因為：

（1）地下結構完全被土或巖石覆蓋；

（2）某些地下結構的長度很大，比如隧道。

因此，地下結構的抗震分析有些方面與地面結構的抗震分析有很大區別。

地下結構的抗震分析在幾個方面有其自身的特點：

（1）對于大多數地下結構，相對于結構的慣性，周圍土的慣性更大。地下結構抗震分析的重點是

地層的自由場變形及其與結構的相互作用，而地面結構抗震分析關注的重點是結構本身的慣性效應。因

此，地下結構的抗震分析方法都考慮了地層的地震變形。

（2）隧道結構進行縱向抗震分析時，可近似為承受周圍土層變形的彈性地基梁。

在20世紀六七十年代以前，地下結構的抗震分析基本沿用地面結構的抗震分析方法。只是在70年

代后，地下結構的抗震分析才逐步形成自身的體系。

目前，比較常用的地下結構抗震分析方法主要有慣性力法、反應位移法、反應加速度法、整體反應

位移法和時程分析法等。以上方法中，除時程分析法外，其它方法均為擬靜力法。

5.1.2進行地下結構抗震分析時，宜根據地質條件和地下結構復雜程度，選擇分析方法。對于甲類地下

結構，應選擇兩種以上的方法進行計算，對比分析計算結果。

5.1.3地下結構抗震分析方法的計算模型應為連續介質模型。

5.1.4土體和地下結構的動力計算參數應根據試驗或可靠經驗選取。如果有條件，土體的動剪切模量和

動彈性模量、泊松比應通過試驗確定。

土層動剪切模量與其剪應變相關。在E2和E3地震作用下，土層的剪應變較大，致使土層的動剪切

模量大幅度減小。因此，在進行地下結構抗震分析時，應對土體的動剪切模量進行折減，而不應采用土

體的初始動剪切模量。

5.1.5在進行地下結構抗震分析時，應選擇合適的地震動基準面。

在理想的情況下，此基準面應選取基巖頂面。在實際應用時，宜取在地下結構以下剪切波速

vs≥500m/s的巖土層頂面，作為震動基準面。對覆蓋層厚度小于70m的場地，地震動基準面到結構的

距離不宜小于結構有效高度的2倍；對覆蓋層厚度大于70m的場地，宜取在場地覆蓋層70m深度的土

層位置。

5.1.6采用擬靜力法進行地下結構抗震分析時，一般可忽略由于地下結構的存在而對自由場地地震動參

數的影響；本章所述的計算模型和計算荷載（作用）適用于地震工況，常載下的靜力計算模型和荷載應

根據相關規范確定。

5.2慣性力法

5.2.1在慣性力法中，假定地下結構為剛體，地震時結構與圍巖介質一起運動，其間無相對位移。地下

結構物每一部分都具有與圍巖介質相同的加速度，取其最大值用于結構抗震設計。

慣性力法，也叫地震系數法，以日本學者大森房吉提出的靜力方法為基礎來計算地下結構的地震

18

力。當地震發生時，地下結構及圍巖均受到慣性力的作用，這種由地震引起的慣性力為主進行抗震分析

的方法，稱為地震系數法。

5.2.2應用慣性力法進行地下結構抗震分析時，一般可只計算水平地震力的作用。其地震力應按如下要

求進行計算：上覆土柱的慣性力作用于土柱的質心，簡化為作用于頂板的均布力，其值不超過土層與頂

板的摩擦力；地下結構的慣性力，作用于結構的質心處；地震主動土壓力增量，作用于地下結構一側，

另一側設置受壓彈簧模擬地層的約束作用。其計算簡圖見圖5.2.2所示。

市規劃自然資源委市規劃自然資源委市規

圖5.2.2慣性力法計算簡圖

5.2.3應用慣性力法進行地下結構抗震分析時，地震主動土壓力增量宜根據庫倫土壓力公式計算。

慣性力法的地震荷載應按如下要求進行計算：

（1）地震主動土壓力增量

根據《鐵路工程抗震設計規范》（GB50111）、《鐵路隧道設計規范》（TB10003）和《鐵路工程設計

技術手冊—隧道》規定，地震主動土壓力增量可按下列公式計算：

（5.2.3-1）

（5.2.3-2）

規劃自然資源委市規劃自然資源委市規劃自然資源委（5.2.3-3）

（5.2.3-4）

（5.2.3-5）

式中：

λ——靜力側壓力系數；

λ'——地震側壓力系數；

β——靜力下產生最大推力時土的破裂角（°）；

β'——地震下產生最大推力時土的破裂角（°）；

hi——地下結構兩側任一點至地面的距離（m）；

γ——土體的容重（kN/m3）；

19

劃自然資源委市規劃自然資源委市規劃自然資源委

θ1——靜力下頂板土柱兩側的摩擦角（°）

θ1'——地震下頂板土柱兩側的摩擦角（°），θ1'=θ1—θ；

φg——靜力下土的內摩擦角（°）；

φg'——地震下土的內摩擦角（°），φg'=φg—θ；

θ——地震角（°），應按表5.2.3取值。

表5.2.3地震角和水平地震系數

設計烈度/度789

水平地震系數Kh0.10.150.20.30.4

地震角/(°)1°30'3°4°30'6°

（2）上覆土柱的慣性力

根據《鐵路工程設計技術手冊—隧道》，上覆土柱慣性力可按下列公式計算：

'（5.2.3-6）

市規劃自然資源委市規劃自然資源委市規（5.2.3-7）

式中：

P——上覆土柱的垂直土壓力（kN/m）；

F2——頂板上覆土的地震力（kN/m）；

η——水平地震作用修正系數，巖石地基取值0.20，非巖石地基取值0.25；

Kh——水平地震系數，按表5.2.3選取，Kh=Ag/g；其中Ag為水平地震動峰值加速度；

h——地下結構頂部距地面的距離（m）；

B——地下結構的寬度（m）。

（3）地下結構的慣性力

FihE=ηAgmi（5.2.3-8）

式中：

FihE——計算質點的水平地震力（kN）；

3

mi——計算構件的質量（10kg）。

5.2.4慣性力法宜適用于地下結構剛度大、土體變形小，結構慣性力起主要作用的情況。

慣性力法計算方便，原理簡單明了，易于應用。在我國鐵路隧道抗震設計中，采用了該方法。該方

規劃自然資源委法適用于結構剛度大、土體變形小，結構慣性力起主要作用的情況。但是，在該方法中，地下結構側墻市規劃自然資源委市規劃自然資源委

慣性力采用庫倫土壓力公式計算，無法反映地震時地下結構所受的真實的動土壓力；僅考慮了地震慣性

力，忽略了地震產生的地層變形和摩擦產生的作用力。因此，該方法計算出的地下結構地震內力偏小。

所以，慣性力法一般適用于巖層中的淺埋區間隧道。

5.3反應位移法

5.3.1反應位移法假定地震時地下結構的響應特點為其加速度、速度與位移等與周圍地層基本上保持同

步。反應位移法分為橫向反應位移法和縱向反應位移法。

反應位移法是由日本研究人員通過理論分析以及大量地震資料提出，其基本思想是將結構四周的土

體用彈簧來替代，將結構所在埋深處的自由場的相對變形以彈簧節點力的形式加到結構上，然后再加上

慣性力、剪切力等，來進行地下結構抗震計算。根據計算斷面的不同，反應位移法可分為橫向反應位移

法和縱向反應位移法。

5.3.2橫向反應位移法假定地下結構橫截面方向在地震中承受周圍地層在不同深度產生的響應位移差，

該位移差以強制位移形式施加在支撐于彈性地基的地下結構上。

20

劃自然資源委市規劃自然資源委市規劃自然資源委

5.3.3在橫向反應位移法中，地震作用應包括地震反應位移，地下結構與地層的動剪切力，地下結構的

慣性力，如圖5.3.3所示。

市規劃自然資源委市規劃自然資源委市規

圖5.3.3矩形隧道橫斷面計算模型圖

5.3.4在橫向反應位移法中，可根據地勘報告或采用有限元法確定地基基床系數，然后代入下列公式計

算地層動彈簧系數：

kn=KnLd(5.3.4-1)

ks=KsLd(5.3.4-2)

式中：

kn——法向地層動彈簧系數（kN/m）；

ks——切向地層動彈簧系數（kN/m）；

3

Kn——法向基床系數（kN/m）；

3

Ks——切向基床系數（kN/m）；

L——垂直于結構橫向的計算長度（m）；

d——土層沿隧道與地下車站縱向的計算長度（m）。

地勘報告中一般會給出地基的水平基床系數和豎向基床系數。因此，在非矩形斷面地下結構中，需

要由水平基床系數和豎向基床系數計算出法向基床系數Kn和切向基床系數Ks：

22

Kn=Kvcosα+Khsinα（5.3.4-3）

1

規劃自然資源委市規劃自然資源委K—K市規劃自然資源委

s=3n（5.3.4-4）

式中：

3

Kh——水平基床系數（kN/m）；

3

Kv——豎向基床系數（kN/m）；

α——結構節點處的切向與水平向的夾角（°）。

地基基床系數還可以采用靜力有限元法進行計算，其模型如圖5.3.4-1～2所示。當地下結構為矩

形時，取一定寬度和深度的土層，建立有限元模型，除去地下結構位置處網格，模型側面和底面邊界固

定，如圖5.3.4-1a）所示；對應于不同地震動水平，土體的彈性系數應通過一維土層反應分析或試驗得

到。如圖5.3.4-1b）～d）所示，在孔洞處施加均布荷載q，分別計算各方向荷載作用下土體變形δ。

出于簡化考慮，假設結構同一個面上的彈簧剛度一致。因此，在均布荷載q作用下，某一面的變形

δ應為該面各節點變形的平均值。因此，該荷載作用下土層的基床系數為

K=qδ/(5.3.4-5)

其中，對于矩形結構而言，頂底板位置處基床系數不同，應分別進行計算。采用靜力有限元法計算

地基基床系數時，也可以在計算模型圖5.3.4-1和5.3.4-2的結構處施加單位強制位移δ，得到地基反力，

21

劃自然資源委市規劃自然資源委市規劃自然資源委

代入公式5.3.4-4，求出基床系數。

最后，將求出的各方向的基床系數代入公式5.3.4-1和5.3.4-2，計算出地下結構周圍土層的動彈簧

系數。

市規劃自然資源委市規劃自然資源委市規

圖5.3.4-1矩形斷面地下結構的地基基床系數計算模型

規劃自然資源委市規劃自然資源委市規劃自然資源委

圖5.3.4-2圓形斷面地下結構的地基基床系數計算模型

22

劃自然資源委市規劃自然資源委市規劃自然資源委

5.3.5在橫向反應位移法中，計算地層反應位移可根據地震安全性評價報告數據、一維地層地震反應分

析法或規范法等計算。

計算地層反應位移的方法主要有：

（1）已進行地震安全性評價的工程場地，可采用安評報告中提供的地層位移隨埋深的變化關系。

（2）采用一維地層地震反應分析法計算，如軟件EERA、SHAKE91等，也可以用有限元、有限差分

等方法進行計算。由于考慮了地層的剛度差異，計算結果較為可靠。在使用該方法計算位移時，不必對

地層均一化處理。

使用EERA計算時，應確定基巖面位置、基巖處輸入的地震波、地層剪切模量比和阻尼比與應變的

關系曲線。進行計算后，可得到土體動剪切模量、剪切力、位移、加速度隨埋深的變化曲線，以及不同

埋深處土體的加速度時程曲線。

（3）根據本指南6.3節，確定地表峰值位移，代入下式計算某一深度處的地層反應位移：

1πz

u(z)=—ucos—(5.3.5)

2max