舒懿东，等：隧道爆破对不同埋深的埋地管道动力响应研究
D0I:10.13379/j.issn.1003-8825.2017.06.12
隧道爆破对不同理深的理地管道动力响应研究
舒懿东，彭佳伟
（西南交通大学土木工程学院，成都610031）
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摘要：以西成客专仙女岩隧道出口段爆破作业为背景，运用LS-DYNA建立有限元模型，模拟埋地管道在爆破振动下的动力响应，并与地表测点测得振动数据进行比对。研究结果表明：正对爆心的埋地管道背面会产生轴向拉应力：随着管道理深增加，管道的动当量应力增加，管道破坏风险提升，但是叠加当量应力依旧小于充许应力437.3MPa；管道振速随着理深增加而增大，相反地表峰值振速减小、从9.55cm/s减小到7.02cm/s。
关键词：爆破振动；埋地管道；安全性；当量应力；振动速度
中图分类号：U455.41
0引言
文献标志码：A
管道运输由于其在输送液体、气体等方面有独特的优势，被广泛运用于石油、化工等行业的生产以及城市燃气、供水等居民生活中。据统计，截止到2014年，我国共有埋地油气管道10.63万kml"1。
随着我国铁路、公路建设的发展，靠近埋地油气管道的爆破作业数量不断增加，爆破振动下的埋地管线安全问题逐渐受到人们的重视。近年来，国内外在爆破动力作用下的管道安全方面开展了一系列研究，取得了一定的成果。都的箭等(2-3)]的研究表明，采用数值模拟的方法模拟分析爆炸地震波对管道的动力响应是可行的，且正对爆心的迎爆面受压，背爆面受拉。钻地爆炸下管道埋深对管道受动力响应差别并不大。王飞等(4)的研究表明，在误差允许的范围内，ANSYS能够很好地模仿管道的受力变形情况。赵长啸等3模拟了埋地管道速度响应最大值和装药量、爆心与管道中心距离之间的关系，并与试验进行了对比。刘建民等16]研究了炸药地面爆炸和侵人土中浅层爆炸两种情形下的管道动力响应区别。FranciniRB(7]采用实验检测、通过回归分析的方法提出了按照炸药量爆源距离等参数计算埋地管道内应力的方法，
以上大部分研究都是采用数值模拟加现场地表试验监测比对的方法探究埋地管线受到爆炸荷载下的动力响应，并且大多是研究地面爆炸和侵人土层
收稿日期：2017-0223
作者简介：舒鳍东（1994-），男，江西南昌人。硕士研究生，研究
方向为埋地管道安全。E-mail：syd swjtu@foxmail.com。
文章编号：10038825(2017)06005904
爆炸对构筑物的影响。也有研究隧道爆破振动下的埋地管线动力响应，如郑爽英等[8-9]模拟了拘槽爆破法隧道握进对土层埋地管线的动力响应。周刚楼晓明等"-1探究了爆破作业中采取不同装药量以及不同隧道埋深对于管道振速以及管道动应力的影响。
本文以仙女岩隧道开挖爆破为背景，运用 LS-DYNA3D软件建立包含管、土、隧道、炸药的有限元模型，并和实际监测数据进行比对，分析不司管道埋深情况下理地管道的动力响应规律。
1工程背景和模型 1.1工程背景
仙女岩隧道位于西安至成都客运专线上，隧道总长度为5633.4m，开挖高为14.4m，宽为14.4m。研究区隧道穿越岩层以泥岩夹砂岩为主，岩层节理发育，多为闭合或微张型节理，隧道出口进洞段围岩等级为V级，采用上下台阶法爆破开挖。其中，上台阶掘进爆破开挖，下台阶拉槽爆破开挖，上台阶拘槽爆破产生的振动效应最大。隧道出口端 DK431+420~+500段内存在一天然气管道，与隧道拱顶竖向距离50m，水平距离11m。管道埋深 0.8~2.0m。管道为X70钢，直径为508mm，壁厚 6.4mm，管道内压为6MPa。掏槽孔装药为"2岩石乳化炸药，
1.2计算模型和边界条件
本文研究上台阶掏槽爆破引起的管道动力响应。假定管道为水平，且位于隧道中心线正上方。不考虑