地下物流系统的抗震特性分析

城市地下物流系统(Underground Logistics－System，ULS)主要是通过大直径的地下管道、隧道等运输途径，通过特有的承载工具，如两用卡车(图1)、CargoCap(图2)以及AGV自动导向车等，结合传统地面运输系统，对物资进行管理、运输和配送。作为传统地面物流的补充和拓展，地下物流系统的配送网络大多在地面以下进行开发，不仅能够克服日益严重的城市交通拥堵问题，还继承了地下空间所特有的防灾特性，地下运输管线受地震、暴风、雨雪和大雾等气象灾害条件的影响较小，加上高度的自动化控制水平，使得地下物流系统在运输上具有较高的实效性和安全性。

客观而言，由于地下结构受到地层的约束，加之地下隧道大多采用抗震性能较好的整体现浇钢筋混凝土结构，以及能够适应地层变形的装配式环形结构，因而在发生地震时，地下结构所受到的灾害明显低于地上结构。

但在实际情况中也存在例外，如在1995年日本阪神地震中，神户市地铁车站及区间隧道遭到严重破坏：中柱大量折断、顶板大面积塌陷，导致神户市内地铁交通长时间瘫痪。阪神地震清楚地表明，在地层可能发生较大变形和位移的部位，地下结构同样面临着潜在的地震威胁。

因此，需要对地下结构的抗震机理予以高度重视，增加适当的抗震构造措施，以提高地下结构的整体抗震能力，保证其实现预期设防目标，延迟结构破坏。

地下结构的抗震机理

反应特性

大量的观测结果表明，地下结构对地震的反应特性主要表现为：(1)地下结构的振动变形受周围土壤介质的约束作用明显，结构的动力反应一般不明显表现出自振特性；(2)地下结构的振动形态受地震波入射方向的影响较大，即使入射方向发生较小的变化，地下结构的动力特性包括加速度、动应变和变形都会有显著的不同；(3)地下结构在振动中的主要应变一般与地震加速度大小的联系不很明显，对地下结构动力反应起主要作用的因素是地基的运动变形，而不是地基加速度；(4)地震面波随着埋深的增加急剧衰减，埋深对地下结构动力反应的影响较大，特别是对结构应变的影响大。

破坏特征

地下结构受地震的破坏主要有以下特征：(1)在地层条件有较大变化的区域(如地层由硬质到软质的过渡地带)，地层振动及位移响应有较大不同，因而产生较大的应变，容易使地下结构遭受破坏。相反，若某广州到宿迁物流一地区地层较为均匀，即使地震中的烈度较大，其中的地下结构也往往会较为安全：(2)在结构断面形状和刚度发生明显变汕头到双鸭山物流化的部位也容易发生破坏。例如，地下结构与竖井或者地面建筑的结合部，地下结构断面发生突变处，地下结构与地面结构的交界处，地下隧道或管道的转弯部位等，均为抗震的薄弱环节；(3)浅埋结构比深埋结构在地震时产生的结构动力响应更大，因此浅层的地下隧道与深层的隧道相比遭受的破坏较大。

研究结论

自从阪神地震发生后，地震工作者对地震破坏展开了系统的研究，其中对地下结构破坏的研究出现前所未有的热潮。研究结论可归纳为：(1)地震时相邻地层间的相对位移是影响地下结构破坏的主要指标。相对位移较大处，地下结构破坏严重，相对位移较小处，破坏较轻，这与实际震害相符；(2)在水平震动作用下，地下结构受到来自地基土的强烈的水平地震力(剪切土压力和横向土压力)，地下结构产生平时使用状态下所没有的较大的水平剪力和弯矩，使得地下结构遭受破坏；(3)地震中竖向震动在地下结构中所起的作用不能忽视，应该考虑竖向震动与水平震动产生的共同作用力。由于地层条件及截面尺寸的变化，在相邻地层、相邻构件间产生的竖向相对位移对结构内力的影响也不容忽视。

目前，各种分析及研究还不能完全实现对地下结构动力反应进行全面而真实的解释和模拟，尚需不断进行深入的研究工作，以更好地指导地下结构的抗震设计。

地下物流系统的抗震设计

规划选址

地下物流系统在硬件上主要由物流节点与网络路线组成。除了要参照物流网络本身的选址规划原则以外，在抗震方面还应该遵循以下原则：(1)重要的地下物流节点(如物流中心和大型配送中心)要避开地震活断层，尽量将地下结构建于均匀、稳定的地基中，远离断层，避免过分靠近山坡坡面及山坡不稳定地段；(2)地下网络路线尽量避免穿越地震活断层，在相同条件下，尽量选取埋深较大的线路，远离风化岩层区；(3)尽可能减少地下网络路线的转弯数量，确实需要转弯时，地下隧道或管道的转角不宜太小。

设计施工

长期以来，地铁结构的抗震设计基本是参照《GBJ111～87铁路工程抗震设计规范》中有关隧道部分的条文和《GBS0011～2001建筑抗震设计规范》，采用地震系数法进行设计。但地震系数法用于地下结构抗震计算时具有明显的缺陷，如按照地震系数法，作用在地下结构的水平惯性力随埋深的增加而增加，这与实际情况明显不符。

当前对地下结构抗震的相关研究正在不断深入地进行，地下物流系统建设的抗震设计和施工在参考最新研究成果的同时，还需要注意：(1)在施工条件允许的情况下，尽量采用暗挖法施工，即使用明挖法，也要注意回填土的性质与地基土类型相似；(2)地下结构的中柱和梁或顶板的节点处，应尽量采用弹性节点，而不应采用刚性节点，以减小地震发生时中柱承受的外力；(3)改善薄弱部位的受力和提高结构构件的延性及耗能能力，注重汕头到鹰潭物流后砌的内部承重结构和非承重隔墙的抗震构造要求；(4)由于地下物流管线与地铁隧道相比断面更小，因此其抗震设计难度也相对较小，但在地下物流网络跨越地震活断层时，需要根据不同的围岩条件采用相适宜的设计方案，有针对性地采取抗震措施。

维护管理

要把地下结构设计成能完全抵抗周围地层介质的地震运动和变形是不可能的，设计中要考虑使地下结构具有吸收强变形的延性，能承受周围地层介质的变形，并且不散失承受静载的能力，改变以往单纯依靠增强结构强度来提高抗震性能的传统观点。在地下物流系统建成并运行之后，要结合其自身特点对系统进行维护和管理。在抗震防震方面，需要定时对地下抗震结构和措施进行检修和维护。值得一提的是，由于地下物流系统具有高度的自动化控制系统，在发生特殊情况时可以尽可能的减少人工操作，以最大限度降低人员伤亡的可能性。