地铁隧道上方近距离爆炸动力响应研究

随着我国城市化和工业化的不断推进,城市人口规模日益增大,为缓解交通压力而修建的地下轨道交通成为大中城市日常出行的重要交通方式。地铁隧道作为一种深埋在地下的构筑物,保障其结构安全有着重要的意义。在隧道运营期间,恐怖袭击和燃气管道爆炸等近距离爆炸会对隧道结构的稳定性造成巨大的影响。研究隧道在近距离爆炸作用下的破坏机理,并参考制定切实可行的防护措施和处置预案对确保隧道安全营运有重要意义。采用自研的数值模拟软件与工程实际相结合的方式开展研究。首先通过深埋隧道爆炸动力响应特征模型试验,对后续计算中采用的连续−非连续数值计算方法进行了验证。以广州地铁9号线某区段为例,建立4D-LSM数值计算模型,分析不同爆炸压力、隧道−爆源距离、有无衬砌等条件下的隧道动力响应及破坏特征。计算结果显示:受上方爆炸作用后,隧道拱顶、拱底左右两侧区域和隧道拱腰区域出现严重破坏;当爆源与隧道拱顶距离减小到一定值后,隧道破坏程度发生显著改变,可依据不同的响应特征划分破坏等级,并采取不同的防护措施。在相同爆压下,由于衬砌的支护作用,隧道拱顶振速减小,说明衬砌结构对隧道抗爆能力具有提升作用;爆炸压力越大,衬砌对爆炸冲击波的削弱作用越明显。