管廊燃气爆炸下地铁隧道及车站响应分析与防护措施研究

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目前,在城市建设中地铁与地下综合管廊通常共同建设,管廊燃气舱室内可能发生燃气爆炸,对周边地下结构和地铁运营安全产生影响。本文依托某工程实例,分析了管廊燃气爆炸下地铁隧道及车站结构的动态响应,以及不同防护措施的防护效果,主要内容如下:(1)本文分析方法的试验验证。开展了野外燃气爆炸试验;利用有限元软件LS-dyna建立试验管廊模型,采用简化爆炸荷载对管廊结构响应进行数值模拟,比较管廊结构内部超压和地面速度的模拟结果和试验结果,验证本文有限元模型建立方法的正确性,以及简化燃气爆炸荷载的准确性。(2)地下综合管廊燃气爆炸下周边地铁隧道动态响应规律研究。利用有限元软件LS-dyna,建立管廊—土体—隧道有限元模型,模拟地下综合管廊舱室发生燃气爆炸后爆炸波在周围土体中的传播;研究了不同燃气爆炸荷载强度、场地土种类、管廊与隧道间距和相对位置下的地铁隧道响应规律,提出了管廊燃气爆炸下周边地铁隧道横向加速度响应预测公式,确定了对应不同场地土条件和不同燃气爆炸荷载强度的修正系数。(3)地下综合管廊燃气爆炸下周边地铁车站动态响应规律研究。利用有限元软件LS-dyna,建立管廊—土体—车站有限元模型,研究了不同燃气爆炸荷载强度和不同车站—管廊形式下的地铁车站响应规律。结果表明,当管廊燃气舱室在地铁车站外部远离列车行驶层或位于车站负一层时,对地铁列车行车安全影响较小,同时根据计算结果建议了合理的车站—管廊形式。(4)地下综合管廊燃气爆炸下管廊防护措施及其防护效果研究。利用有限元软件LS-dyna,建立管廊—土体—隧道有限元模型,比较了雨水调蓄舱以及敷设钢板泡沫铝、岩石、铝板和纤维材料四种板材的减爆防护效果。结果表明,雨水调蓄舱具有良好的防护效果,但受水位等因素影响,防护效果受限严重;钢板泡沫铝板材防护效果最好,并给出了其参数优化建议。
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