埋地输气管道对城市地下空间掘进爆破的力学响应

摘要

城市地下空间掘进爆破过程中冲击载荷对爆源近区的埋地输气管道的影响作为工程施工中的主要安全问题已被广泛关注。以某一具体施工案例为背景，采用动力有限元软件LS-DYNA建立了土体-管道-岩石流固耦合模型。对δ=0.02 m、0.04 m、0.06 m、0.08 m的4种不同壁厚条件下管道的迎-背爆面有效应力和振动合速度分布规律进行了分析；同时基于管土耦合模型，进一步研究了爆破振动速度峰值由爆源传至管道迎爆面、背爆面和地表三个关键位置时的衰减情况。结果表明：随着管道壁厚的增加，管壁质点的有效应力、振动合速度都呈现出非线性衰减规律，管道背爆面局部应力峰值数值明显高于迎爆面，而迎爆面振动合速度明显高于背爆面。当管壁厚度增量为Δδ=0.02 m时，迎爆面和背爆面有效应力峰值衰减率分别为κ₁=25.2%、19.2%、10.7%和κ₂=50%、25%、13.3%。4种不同壁厚条件下迎-背爆面和背爆面-地表质点峰值振动速度平均衰减率分别为η₁=24.6%、18.96%、15.04%、14.78%和η₂=73.46%、69.4%、66.52%、63.6%,而衰减系数α的变化明显小于衰减率。故对于存在管道的这种非均匀地质条件振动速度预测采用萨道夫斯基公式已不再准确，需要对该公式进行修正使用。

关键词

地下空间 / 掘进爆破 / 埋地管道 / 动力响应

基金资助

国家自然科学基金(51904138); 甘肃省自然科学基金(21JR7RA221、20JR5RA451)