城市隧道开挖爆破地震波对邻近建筑物的动力响应及安全评价研究

The adjacent buildings along urban tunnel construction are usually more intensive, in order to ensure the building safety and the underground works goes on well, it is necessary to carry on the research on structure dynamic response and safety evaluation of corresponding buildings caused by blasting vibration during urban tunnel construction. Based on construction projects of urban tunnels in Hangzhou city, such as zizhi tunnel etc., illustrations of blasting vibration effects on the analysis of the blasting vibration intensity, influence factors and attenuation law are presented after reading amounts of literatures. Accordingly, the intensity of blasting vibration attenuation and propagation, the vibration frequency, as well as the elastic-plastic dynamic response are summed up. Continuously, it is focused on the dynamic response of relative selected adjacent buildings with reference to structural dynamics theory together with the dynamic finite element software. Finally, through the afore research, safety evaluation that provided for a reference design of building construction and the new approach for the underground engineering is established. Practical significance is of interest to develop safety evaluation system for building design and blast design of the tunnel construction.

城市隧道施工沿线邻近建筑物通常比较密集，为保证建筑物的安全及隧道等地下工程建设的顺利进行，有必要对城市隧道开挖爆破地震波作用下的结构动力响应及安全评价进行全面研究。本项目拟以杭州在建紫之隧道等城市隧道爆破开挖为背景，在国内外爆破震动效应研究的基础上，分析探讨爆破震动强度的影响因素及传播衰减规律，从爆破地震波的频率与能量特性、爆破震动作用下结构的弹塑性动力响应等方面进行深入研究；利用结构动力学理论，对城市隧道开挖爆破震动作用下建筑物的动力反应进行计算分析，并建立多因素安全评价体系对其进行安全性评估。通过本项目的研究，为建筑物的防爆设计和隧道的安全施工设计提供参考，为爆破震动灾害控制提供新方法。这对于指导城市地下工程和轨道交通的建设，保障人民群众的生命财产安全具有重要的现实意义。

城市隧道施工沿线邻近建筑物通常比较密集，为保证建筑物的安全及隧道等地下工程建设的顺利进行，有必要对城市隧道开挖爆破地震波作用下的结构动力响应及安全评价进行全面研究。本项目采用理论研究、数值计算、和现场监测相结合的研究方法，以城市隧道爆破开挖为背景，在国内外爆破震动效应研究的基础上，分析探讨了爆破震动强度的影响因素及传播衰减规律，从爆破地震波的频率与能量特性、爆破震动作用下结构的弹塑性动力响应等方面进行深入研究。主要是结合隧道施工爆破震动监测数据，研究了不同爆破震动区域内爆破地震波幅值、主频随比例距离的衰减规律，分析不同震动区域爆破地震波信号的频谱及能量特征；利用结构动力学理论，建立了典型建筑物的三维动力反应分析模型，对城市隧道开挖爆破震动作用下建筑物的动力反应进行计算分析，通过分析滞回耗能，研究了隧道爆破开挖条件下，不同爆破震动波频率、幅值、持时等对邻近建筑物的影响，并建立了综合评价体系对其进行安全性评估。研究主要得到以下结论：（1）Hilbert能量整体表现为衰减趋势，边际谱中爆破地震波的中、高频部分衰减迅速，而低频部分则相对衰减缓慢；瞬时能量随着爆心距的增加逐渐递减。（2）不同爆破地震波频率下，建筑物动力响应表现出不同的形态，具体为近场区以竖直向较高频荷载为主，远场区水平向低频荷载为主。（3）滞回耗能随着振幅的增加、持时的增加而增大，同时当地震波主频率和建筑物固有频率相接近时，出现明显的放大作用；（4）在保证体系总输入能量不变的情况下，滞回耗能随着阻尼的增大而减小，同时当建筑物固有周期接近爆破地震波周期时会引起共振。本项目的研究，为建筑物的防爆设计和隧道的安全施工设计提供参考，为爆破震动灾害控制提供新方法。这对于指导城市地下工程和轨道交通的建设，保障人民群众的生命财产安全具有重要的现实意义。