爆破地震波作用下城市隧道结构响应机理及抗震对策研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51178460
项目类别：
面上项目
资助金额：
62.0万
负责人：
龙源
依托单位：
中国人民解放军陆军工程大学
学科分类：
E0806.工程建造与服役
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
谢全民；纪冲；徐全军；金广谦；毛益明；李兴华；赵华兵；
关键词：
影响因素抗震对策响应机理城市隧道爆破地震波

项目摘要

爆破地震波作用下城市隧道的结构响应机理及抗震研究是涉及公共交通设施安全的重要课题。随着城市交通需求大幅增长，用于道路和轨道交通的城市隧道成为市区交通网架的重要组成部分。由于城市发展需要在隧道附近开发建设的新工程项目，其前端施工多采用工程爆破方法，而爆破产生的危害效应将威胁隧道结构的安全。爆破地震波对隧道结构作用的多重性和作用方向的随机性，以及隧道围岩地质构造的多变性，使得爆破震动对隧道结构稳定性的影响非常复杂。本课题综合应用基于多种数学方法的理论分析和数值模拟、模型实验、实际工程监测相结合的方法，在分析城市隧道自振特性的基础上，系统研究爆破地震波输入荷载形式及动力作用，以及围岩地质构造、衬砌方式、埋深等因素对隧道结构震动响应机理的影响和破坏模式，进而研究城市隧道的抗震对策。成果有助于准确客观评价爆破地震波作用下城市隧道结构的安全性，对于规范和约束隧道附近实施工程爆破的方法具有重要指导意义。

结项摘要

随着我国国民经济的快速发展，城市交通量将越来越大。为了满足日益增长的交通量需求，更好地开发利用地下空间，许多城市已经修建或者即将修建城市隧道。由于大量城市隧道的修建，城市隧道结构的安全问题也随之出现。由于城市市区地域狭小，空间范围严格受限等多种原因，经常会出现城市隧道附近爆破施工影响既有隧道结构和设施安全的重要问题。因此，深入研究城市隧道结构在爆破地震波作用下的动态响应机理，分析隧道结构在爆破地震波作用下振动特性，进而提出有效的减振措施，对于确保城市隧道的安全和加快隧道邻近建设项目的施工进度都具有重要的理论指导意义和工程应用价值。.项目组采用理论分析、试验研究和数值计算相结合的研究方法，对爆破地震波作用下城市隧道结构动态响应机理进行了系统、深入研究。本项目完成的主要研究工作和取得的主要成果如下：.（1）根据BSW模型和CET模型，将爆破地震波简化为平面简谐波，基于波函数展开法得到了隧道围岩、单层衬砌和复合衬砌的动应力集中系数和振动速度分布。在此基础上，定量分析了爆破地震波主频、隧道尺寸、隧道结构弹性模量和泊松比对隧道结构动应力集中系数的影响。.（2）采用小波包信号处理技术，从爆破振动速度峰值、频谱和能量谱等角度分析了现场试验采集的爆破振动信号。通过控制最大段药量、机爆结合和空孔减振等综合减振技术可有效抑制隧道掘进爆破对既有隧道振动影响。.（3）采用数值模拟方法研究了隧道微差爆破情况下既有隧道动态响应。基于现场试验数据分析，建立了隧道微差爆破情况下既有隧道动态响应模型。研究发现，选择了合理的材料模型和参数，研究了隧道衬砌周围爆破振动速度峰值和应力分布。.（4）将半空间表面假定为无限大半径的圆弧，利用波函数展开法得到圆形隧道围岩周围质点动应力集中系数分布。利用基尔西公式得到圆形隧道围岩周围静应力分布。根据动静载荷之和不大于岩石抗拉强度的稳定性条件，得到了不同爆破地震波主频下半无限介质中圆形隧道围岩全断面的临界安全振动速度。