爆破荷载激励下地铁隧道结构动力响应及安全性评价研究

Research on dynamic response characteristics of subway tunnel inspired by blasting loading and safety evaluation is an important subject which involving security of public transportation facilities. With the urbanization construction, when the small clear distance tunnel excavation, other construction projects foundation excavation near subway tunnel or large scale structure demolition by blasting method, blasting load will be a serious threat to the adjacent metro tunnel structure safety. The subject will adopt comprehensive methods of theoretical analysis, numerical simulation, model experiment and practical project monitoring. The environment of blasting load will be studied systematically. Based on the characteristics of the natural vibration of the structure, vibration response of subway tunnel under blasting load and the dynamic response of subway tunnel under blasting load will be studied. Considering the cumulative damage effect, the failure mode and safety criterion of subway tunnel under blasting load will be studied, and the risk assessment and safety evaluation system of blasting construction of adjacent existing subway tunnels will be also established. The research results help to a profound understanding of dynamic response characteristics under blasting loads and influencing factors, to enrich basic theories of tunnel mechanics; to scientifically and accurately carry out safety assessment for blasting engineering projects near by subway tunnels, to put.forword anti vibration measures and ensure the safety of urban rail traffics,which has great significance and engineering application value.

爆破荷载激励下地铁隧道结构动力响应及安全性评价研究是涉及城市公共交通结构安全的重大课题。随着城市化建设加快，当小净距地铁隧道开挖，既有地铁隧道附近其它建设项目基础开挖或大型结构采用拆除爆破方法时爆破荷载将严重威胁邻近地铁隧道结构安全。本项目运用理论分析、数值模拟、模型实验和工程监测实验相结合的方法，系统研究爆破荷载输入模型，基于结构自振特性深入开展爆破荷载下地铁隧道结构的地震动响应及拆除爆破荷载下地铁隧道结构的冲击动力响应规律、影响因素及防护效能研究；考虑累积损伤效应，研究得到地铁隧道在爆破荷载作用下的破坏模式和安全判据，建立邻近既有地铁隧道爆破施工风险评估及安全评价体系。研究成果有助于深刻认识爆破荷载激励下地铁隧道动力响应特征及影响因素，丰富隧道力学基本理论；对科学、准确开展地铁隧道附近工程爆破项目安全评估，制定地铁隧道抗震措施，确保城市轨道交通安全等具有重要意义和和工程推广应用价值。

爆破荷载激励下地铁隧道结构动力响应及安全性评价研究是涉及城市公共交通结构安全的重大课题。本项目运用理论分析、数值模拟和工程监测实验相结合的方法，系统开展了爆破荷载输入模型，爆破荷载激励下地铁隧道结构动力响应，隧道结构爆破地震效应分析模型及安全判据等研究工作。.(1)基于对爆破地震波统计模拟，建立了爆破地震波作用下地铁隧道结构动力响应理论计算模型，利用波函数展开法及边界连续条件求解得到地铁隧道结构动力响应规律；结合围岩-衬砌中动应力集中系数，分析了入射波及隧道参数对动力响应的影响规律。(2)提出了采用隧道掌子面周壁实测应力波作为输入动荷载的爆炸荷载等效加载方法，建立上下交叉隧道数值计算模型，采用LS-Dyna软件对邻近隧道爆破荷载作用下既有隧道响应规律进行了数值分析，研究了隧道交叉角度、开挖隧道埋深、进尺及围岩性能等因素对交叉断面附近既有隧道结构动力响应的影响规律。(3)建立了高架桥塌落触地冲击对地铁隧道结构影响的数值计算模型，分析了邻近地铁隧道结构动力响应规律及复合防护措施对高架桥塌落冲击的缓冲作用。(4)根据爆破荷载激活岩块的不同阻抗特征，采用极限荷载上限理论研究了柱形、锥形岩块对混凝土衬砌结构的局部撞击问题，建立了衬砌结构抗爆破荷载激活岩块局部撞击的临界厚度计算模型。(5)系统研究了隧道振动响应测试信号预处理及特征提取方法。(6)建立了能够反映结构特性、振幅、主频及持续时间影响的城市隧道爆破地震效应计算模型，在此基础上依据容许应力与容许振动速度的关系提出了一个新的爆破振动综合安全判据。.通过该项目，出版专著2部、发表学术论文10篇（SCI收录4篇，EI收录3篇）、授权专利1项、获省部级科研奖励1项。研究成果有助于深刻认识爆破荷载激励下地铁隧道动力响应特征及影响因素，丰富隧道力学基本理论，对科学、准确开展地铁隧道附近工程爆破项目安全评估，制定地铁隧道抗震措施，确保城市轨道交通安全等具有重要意义和和工程推广应用价值。