城市公共交通隧道的爆炸安全评估及防爆对策

In recent more than thirty years, a great number of tunnels for public transport in urban districts are built based on shieled-driven tunneling and in use in China. The tunnels play importtant roles in modern city and have become public places that have close relations to people's life and activities,which highlights the importance to resist explosion disaster from accidental explosions or terrorist blast attacts for the tunnels.The proposal is about investigation on safety assessment and explosion mitigation technologes of the tunnels under accidental explosions or terrorist blast attacks, which consists of follwing topics:(1) failure effects of entrance of the tunnel for public transport in urban districts induced by explosion;(2)comparison study of blast-resistant characteristics of the entrance of different branch exit arrangement and different structures; (3)dynamic interaction between explosion-induced shock wave and features of the entrance such as terrain,slope etc.;(4)the failure mechanism and dynamic characteristics of a prefabricated assembly shield tunnel composed of segments by means of bolts under internal explosion;(5)the propagation characteristic of shock wave in the shield tunnel and calculation method of explosion-induced load inside the tunnel; (6)the three- dimensional FEM model for analysis of dynamic response of shield tunnel under internal explosion loading ,which can model the contact effects of segment-segment，segment-bolt and segment-soil;(7)the method to assess safety of public transport tunnels in urban districts under explosion and protective technologies to mitigate explosion disaster for the tunnels.

近三十年来，国内采用盾构法修建了大量的城市公共交通隧道并已投入使用，现代城市中公共交通隧道已成为人们工作和生活中的重要公共活动场所，这些场所的防爆减灾问题愈益受到重视。本项目拟针对重要的城市交通隧道口部或内部发生意外或恐怖爆炸情况下的安全评估和防爆技术问题，研究爆炸对隧道口部和内部产生的破坏效应，比较分析不同出入口布置方式和不同结构形式的隧道口部的抗爆特性，研究爆炸冲击波与口部地形、边坡、不同坡度的道面等的动力相互作用，着重针对构筑在土中采用管片装配而成的城市盾构隧道的组合结构特点，研究在内部爆炸作用下盾构隧道连接薄弱部位的动态响应特性和灾变机理，提出爆炸冲击波在隧道内的传播规律和荷载计算方法，建立考虑管片-管片、管片-螺栓及管片与周围土体动力相互作用的隧道爆炸响应分析方法，研究爆炸荷载作用下周围土体对盾构隧道抗爆特性的影响，提出评估隧道爆炸安全性的方法和防爆对策。

摘要：本项目研究了城市交通隧道口部形式对爆炸冲击波传播的影响，分别建立分析爆炸冲击波在同面转折与异面转折两种不同形式的隧道出入口通道内的传播特性计算模型，完成了爆炸冲击波通过不同隧道口部通道的计算比较分析。通过对通道斜坡角度、炸药当量以及爆心位置等影响因素的分析，得到了冲击波在城市地铁口部通道内的传播规律。针对与交通隧道连通地下工程的隔断防护设计需要，研究了当交通隧道内发生爆炸时，爆炸冲击波在工程内部的传播特性，分析了连通道中冲击波荷载的特点和规律；讨论了连通道中防护密闭门的合理位置及门上荷载的计算方法。建立了考虑盾构隧道管片间相互作用的隧道与周围土体动力相互作用分析模型和数值分析方法, 通过对上海地区某典型盾构隧道的爆炸安全分析，揭示了盾构隧道在内爆炸作用下的破坏机理。针对盾构隧道的抗爆加固需要，研究开发出了钢板混凝土复合增强抗爆结构，建立有限元计算模型，分析了复合增强抗爆结构在非接触爆炸、接触爆炸条件下的的抗爆特性，并与钢筋混凝土结构的抗爆性能进行了比较，揭示了复合增强抗爆结构和钢筋混凝土结构二者的不同爆炸破坏特点和机理。研究了不同配筋形式对复合增强抗爆结构抗爆性能的影响，比较研究了配拉筋方式和配箍筋方式的不同抗爆特点。比较研究了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁的承载力和抗爆特性，提出了两种梁的超压-冲量（P-I）等损伤评估方法。基于现场爆炸试验结果和爆炸动力响应数值模拟分析，研究了钢板混凝土复合板和普通钢筋混凝土板的爆炸局部破坏特点和典型宏观破坏形态，根据量纲分析理论，建立了板抗接触爆炸的损伤评估方法，给出了评估板抗震塌破坏性能的拟合公式。针对地铁车站主要受力构件的抗爆加固需要，研究了高强钢绞线网-高性能砂浆加固钢筋混凝土结构的技术和工艺，并对这种新型加固结构的承载机理和抗爆性能进行了系统的理论分析和模拟试验。