1.1引言

当前我国城市化发展迅速，城市中的交通环境日益恶化。交通拥挤逐渐成为了各大城市的通病，人们开始意识到发展地下交通的重要性。随着一些城市地铁建设进入第二轮和第三轮建设，局限于有限的城市地下空间资源以及早期规划等因素，越来越多的相互穿越工程出现，以及为了线路之间换乘而形成的换乘站等交通枢纽节点，是典型的空间结构，平面问题和一致地震动输入都明显不再适用。 地铁项目建设时具有投资大、规模大、耗时长的特点，在运营时地铁车站人流量大、运营时间长，特别是换乘车站。换乘车站在各条纵横交错的地铁线路上起到相互连接的重要作用，其客流关系复杂，客流量极大，一旦车站遭到破坏，极易造成人员的重大伤亡、巨大的经济损失以及严重的社会影响，而且地铁车站修复的难度也远超于地面上建筑的修复难度。因此地铁车站的破坏在设计时是一个不容忽视的问题。

1.2国内外研究现状

地下结构的抗震分析虽然发展历史较短，但目前已有丰富的研究成果。但这些成果大多是针对单一隧道或地铁车站的抗震设计，对于换乘车站的地震响应及抗震计算方法还鲜有研究。因此，对于换乘车站地震响应的研究很有理论和实践意义。

地下结构抗震理论的发展主要经历以下几个阶段：20世纪50年代以前，地下结构的抗震设计主要是以大森吉房提出的静力理论为基础，用地震系数法来计算地下结构地震作用力^[1]。到60年代初，前苏联学者将弹性力学理论应用于求解均匀介质中地震作用下的土-结构相互作用的地震响应，得到地下结构地震作用下的精确解或近似解，这也是拟静力法最早的雏形。并应用于修建塔什干、埃里温地下铁道的建设^{[2] [3]}。60年代末，美国学者对地下结构抗震问题进行深入的研究后提出：地下结构并不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全新的思想理念。并通过相关的研究成果的基础上提出了抗震设计标准。^{[4] [5]}应用于美国旧金山海湾地区在建设快速地铁运输系统（BART）。70 年代，日本学者从当时已有地震资料出发，并通过现场观测和模拟实验的手段着手研究分析，建立了实用的数学模型，并结合波的多重反射理论，提出了反应位移法、应变传递法、地基抗力法等实用计算法 ^{[6] [7]}。应用于沉埋隧道、核工厂的结构抗震设计中。80年代末 90 年代初， J.P.Wolf和C.M.Song共同提出了递推衍射法^[8]，用来计算地下结构在地震时土-结构相互作用的问题。后来又出现了一系列的实用抗震分析方法。

我国关于地下结构抗震的研究起步较晚。20世纪60年代钱七虎^[9]院士开始研究，并在应用上做出了重要贡献，孙钧院士、林皋院士等在土与结构的相互作用理论方面做出了杰出的工作^[10]。林皋^[6]院士在前人的研究基础上对地面结构与地下结构动力反应特征的差异做出概括和总结。高峰^[11]对深圳地铁几种典型断面进行地震反应计算并分析，找出地震作用下衬砌结构的薄弱位置和相应的位移、应力。鲍鹏^[12]应用土-地下结构动力相互作用方法分析天津地铁下瓦房车站，确定地铁车站结构内部的中柱为结构的薄弱环节，应作为结构抗震设计的重点。任红梅、林皋^[13]采用比例边界有限元法对地下结构在不均匀介质下的地震响应特点做了分析研究。贾要红^[14]利用 ANSYS 对浅埋三层三跨平行换乘车站进行平面应变的数值模拟分析，表明竖向地震对结构动力响应的影响很大，不容忽视。陶连金^[15]利用 FLAC3D有限差分程序对北京地区典型密贴地铁地下交叉结构进行了地震响应的数值模拟分析，研究了竖向强震作用下地铁区间隧道密贴下穿地铁车站结构体系的地震反应特性。王国波^[16]根据实际工程特点，将一4孔紧邻交叠隧道简化为不同间距的4孔平行重叠和4孔垂直交叉隧道，分别建立其三维计算模型，分析了紧邻多孔交叠隧道的三维地震响应，其中考虑了不同地震波幅值、隧道间距、隧道空间位置、隧道管片横、纵向差异以及紧邻多孔盾构隧道间加固层的影响，从结构变形和受力两方面评价了其抗震性能。袁蕾^[17]通过对一具有实际工程背景的地铁换乘站进行地震响应弹塑性时程分析,着重从结构的位移响应、侧向变形以及结构柱的内力响应等方面考察了不规则结构对其地震响应的影响。夏进平^[18] 基于FLAC3D软件，采用数值模拟的方法，对在不同夹层土体厚度及不同峰值加速度情况下，交叉隧道的地震动力响应进行研究，得出了交叉隧道结构的地震动力响应规律。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

（1）了解地下结构地震响应的特点；

（2）建立符合工程实际的有限元模型；

（3）进行十字换乘地铁车站地震响应的计算分析。