恐怖襲擊下地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)與防護(hù)對策

高金金，郭盼盼，馬晶晶，汪亦顯

（1.中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心，北京 100088；2.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽，合肥 230009；3.合肥市軌道交通集團有限公司，安徽，合肥 230601）

自世界上第一條地鐵?倫敦大都會鐵路于1863 年開通以來，地鐵作為城市公共交通的重要組成部分，在緩解城市地面交通壓力、促進(jìn)經(jīng)濟社會發(fā)展方面發(fā)揮著不可替代的作用.截至目前，我國城市地鐵運營總里程已超過8 000 km，穩(wěn)居世界首位.然而，由于極端自然災(zāi)害、技術(shù)缺陷、恐怖主義等不可避免因素的存在，地鐵的安全運營也面臨著諸多威脅.其中，爆炸恐怖襲擊由于破壞和殺傷力大、易發(fā)動、難防范等特點[1]，已成為地鐵安全運營面臨的最嚴(yán)重的威脅之一，極易造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失（表1），逐漸引起世界各國的高度重視.

表1 典型的地鐵爆炸恐怖襲擊事件Tab.1 Typical terrorist bombing attacks in metros

地鐵爆炸恐怖襲擊的防護(hù)是一項系統(tǒng)工程，涉及風(fēng)險預(yù)測、后果評估、災(zāi)害預(yù)報、應(yīng)急響應(yīng)、風(fēng)險應(yīng)對、處治技術(shù)措施等多個方面[2].其中，爆炸沖擊波荷載下隧道結(jié)構(gòu)的安全可靠是保證地鐵內(nèi)部安全的基礎(chǔ)和前提[3]，可以有效避免結(jié)構(gòu)破壞帶來更大的二次傷害和保障救援工作的開展.爆炸沖擊波荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)是判斷其是否處于安全狀態(tài)的直接依據(jù).因此，研究地鐵隧道結(jié)構(gòu)的爆炸響應(yīng)及基于爆炸響應(yīng)的防護(hù)措施對于有效減輕突發(fā)爆炸造成的破壞、傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失，并保證地鐵安全運營具有重要意義.

隧道結(jié)構(gòu)的爆炸響應(yīng)是一個涉及到爆炸力學(xué)、損傷力學(xué)、流體動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、波動理論等多學(xué)科交叉、多場耦合的復(fù)雜課題.目前，關(guān)于該課題國內(nèi)外已取得了一定的研究進(jìn)展.已有研究表明[4]，隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)與多種因素有關(guān)，例如爆炸當(dāng)量、炸藥與隧道結(jié)構(gòu)的相隔距離、隧道埋深、炸藥位置、隧道截面形狀、隧道襯砌及其周圍巖土體的物理力學(xué)特性.爆炸當(dāng)量對隧道結(jié)構(gòu)的影響研究所關(guān)注的響應(yīng)參數(shù)主要包括隧道結(jié)構(gòu)的位移[5]、壓力[6]、應(yīng)力[7]、應(yīng)變[8]、加速度[9]、速度[10]等.PRASANNA 和BOOMINATHAN（2014）[11]的研究表明，隨著炸藥與隧道結(jié)構(gòu)相隔距離的增大，作用于隧道結(jié)構(gòu)上的外部爆炸壓力強度減小，結(jié)構(gòu)損傷減小.YU 等（2016）[12]指出，隨著隧道埋深從6 m 增加到12 m，在內(nèi)爆作用下圓形隧道拱頂處的有效塑性應(yīng)變減小.FELDGUN 等（2014）[13]研究了矩形隧道在靠近地面的中心爆炸和偏心爆炸作用下壁面的壓力分布，結(jié)果表明隧道襯砌在偏心爆炸作用下的最大峰值壓力高于中心爆炸作用下的峰值壓力.MOBARAKI 和VAGHEFI（2015）[14]研究發(fā)現(xiàn)，與圓形、箱形和拱形截面的隧道相比，半橢圓隧道由于其土體與隧道的接觸區(qū)域最大，在相同的外部爆炸作用下，其損傷最小.現(xiàn)有關(guān)于襯砌材料性能對隧道爆炸響應(yīng)影響的研究主要集中在襯砌剛度、強度、阻尼、脆性、厚度、襯砌材料類型、管片接頭類型、管片數(shù)量等參數(shù)的影響上[15?19].隧道襯砌周圍巖土體物理力學(xué)特性對隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的影響研究所考慮的參數(shù)主要集中于巖土介質(zhì)含水量、強度、剛度、密度、阻尼系數(shù)、波阻抗、側(cè)壓力系數(shù)等[20?25].

然而上述研究主要是針對公路隧道開展的，而對地鐵隧道的關(guān)注略顯不足.在實際工程中，常用的地鐵隧道結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；另一類是管片拼裝結(jié)構(gòu).管片拼裝隧道在盾構(gòu)法施工方法中應(yīng)用較多，其結(jié)構(gòu)是由管片通過環(huán)向和縱向螺栓接頭拼裝而成.管片接頭位置及類型對爆炸響應(yīng)有重要影響，因此采用管片拼裝的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的爆炸響應(yīng)比公路隧道中常見的整體現(xiàn)澆隧道結(jié)構(gòu)的爆炸響應(yīng)更加復(fù)雜[26].ZHAO 等（2016）[27]基于試驗研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)爆炸荷載作用下，隧道管片接頭處由于應(yīng)力集中現(xiàn)象更容易發(fā)生開裂.KONESHWARAN（2014）[28]指出，對于低爆炸荷載，管片接頭類型通過允許管片發(fā)生旋轉(zhuǎn)的方式影響隧道結(jié)構(gòu)響應(yīng)，而對于高爆炸荷載，管片接頭的轉(zhuǎn)動效應(yīng)無法發(fā)揮.王鵬飛（2022）[29]采用有限元法分析了管廊燃?xì)馀搩?nèi)燃?xì)獗▽︵徑罔F隧道動力響應(yīng)的影響，揭示了埋置深度、天頂距、空間角度的影響效應(yīng).然而，地鐵隧道爆炸響應(yīng)的研究手段、結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)、毀傷效應(yīng)及防護(hù)對策還未得到充分研究.此外，目前也未見有關(guān)地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)及防護(hù)研究現(xiàn)狀的總結(jié)與展望，從而在一定程度上阻礙了地鐵隧道防爆理論及防爆實踐的發(fā)展與進(jìn)步.

為進(jìn)一步促進(jìn)地鐵隧道防爆設(shè)計理論及技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，本文綜述了爆炸沖擊波荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)響應(yīng)的最新進(jìn)展，并展望了值得重視的未來發(fā)展及研究方向.研究成果對于地鐵隧道防爆技術(shù)的研究與實踐具有積極意義.

1 地鐵隧道爆炸響應(yīng)研究手段

1.1 足尺試驗

足尺試驗?zāi)軌蚍从吃偷恼鎸嵔Y(jié)構(gòu)尺寸特征，因此其結(jié)果最為可靠.足尺試驗結(jié)果不僅可以揭示地鐵隧道結(jié)構(gòu)的真實爆炸響應(yīng)及其機理，而且可為驗證理論解和數(shù)值模型提供重要的數(shù)據(jù)支撐.然而，足尺試驗具有成本高、周期長、可控性差、操作復(fù)雜、對專業(yè)技術(shù)要求高等缺點，因此基于足尺試驗手段的地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)研究十分稀少.

為研究中心裝藥和偏心裝藥2 種工況下的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的爆炸響應(yīng)，ZHAO 等（2016）[27]開展了2 組足尺試驗，如圖1 所示.在該試驗中，豎直埋入土體中的地鐵隧道結(jié)構(gòu)均由四環(huán)襯砌組成（總長4.8 m），每環(huán)襯砌包括3 塊A類管片、2 塊B類管片、1 塊K類管片.管片厚度為0.4 m，寬度為1.2 m，襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)徑、外徑分別為5.5 m、6.3 m.最大裝藥質(zhì)量為20 kg（TNT 當(dāng)量），起爆采用中心點燃法，炸藥中心與隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的最小距離為0.8 m.偏心裝藥工況中（圖1(d)），炸藥位置根據(jù)南京地鐵車廂幾何特征的最不利條件確定.應(yīng)變片貼在距離炸藥最近和最遠(yuǎn)位置處的管片接頭螺栓表面，以測量螺栓的塑性變形.

圖1 地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)足尺試驗照片及示意圖[27]Fig.1 Photograph and schematic diagram of full-scale tests on blasting response of metro tunnel structure[27]

足尺試驗結(jié)果表明：①在中心裝藥和偏心裝藥爆炸沖擊波荷載作用下，隧道管片結(jié)構(gòu)的破壞主要集中在離炸藥最近的管片接頭區(qū)域，炸藥所在的襯砌環(huán)的破壞最嚴(yán)重；② 在內(nèi)爆炸沖擊波荷載作用下，由于環(huán)向螺栓對管片外移的約束作用，應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生于管片接頭接觸區(qū)；③ 管片主要發(fā)生徑向擴張，而沿隧道軸線方向上的位移較小；④ 在偏心裝藥爆炸沖擊波荷載作用下，隧道襯砌環(huán)的整體變形呈現(xiàn)橢圓形模式.

基于上述試驗結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)該足尺試驗方法考慮了地鐵隧道結(jié)構(gòu)的典型關(guān)鍵特征，例如管片接頭、管片錯縫拼裝方式、管片尺寸、炸藥位置等，因此基本上能夠揭示出地鐵隧道結(jié)構(gòu)在內(nèi)爆炸沖擊波荷載下的典型破壞模式機理.然而，該方法存在幾點主要缺陷：①作用于管片外壁上的土壓力量值及其分布無法真實反映；② 沒有考慮地鐵車廂對爆炸沖擊波傳播與反射的影響效應(yīng)；③豎直埋入土體中的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的爆炸響應(yīng)與實際工況存在一定差異；④有限長度下的邊界效應(yīng)對試驗結(jié)果的影響無法消除.

1.2 理論解析法

理論解析法是進(jìn)行地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗爆分析、爆炸損傷評估和防護(hù)設(shè)計的重要手段.然而，目前關(guān)于地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)方面的理論解析法極少[30?31]，這主要是由于：① 管片接頭對隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的影響很難在理論解析法中模擬；② 爆炸沖擊波荷載的量值及加載速率極高，很難等效為靜力荷載，且慣性力在瞬態(tài)分析中不可忽略.

LIU 等（2014）[30]基于土?結(jié)構(gòu)動力相互作用的集中質(zhì)量模型，提出了一種地表爆炸荷載作用下地鐵隧道結(jié)構(gòu)動力彈塑性分析的簡化計算方法.該方法將管片簡化為剛體，將管片接頭簡化為彈塑性鉸，將周圍土體視為黏彈性地基.根據(jù)該方法，單塊管片的平動、轉(zhuǎn)動位移滿足的微分方程的最終形式為：

式中：xi(t)、yi(t)、θi(t)分別為管片水平位移、豎向位移、轉(zhuǎn)角；mi為管片質(zhì)量；t為起爆后的任意時刻；pxi(t)、pyi(t)分別為傳遞至管片外表面的爆炸荷載在x、y方向的投影；Mpi(t)為合力矩；Fki、Fki+1分別為當(dāng)前位置處和下一位置處縱向管片間的相互作用力；F0為螺栓預(yù)加荷載；θsi為管片上某點相對于水平方向的夾角；θci為管片兩端截面之間的夾角；fi、fi+1分別為當(dāng)前位置處和下一位置處管片表面的滑動摩擦力；Qi、Qi+1分別為當(dāng)前位置處和下一位置處管片與螺栓之間的作用力；Mi、Mi+1分別為管片兩端面上作用的彎矩；Ii為管片的質(zhì)量慣性矩；R0為管片半徑.

該方法[30]能夠考慮爆炸沖擊波荷載下管片與接頭螺栓間、管片與周圍巖土體間的相互作用，同時也能反映圍巖等級及接頭剛度對地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的影響效應(yīng).然而，由于該方法不考慮管片變形（即將管片簡化為剛體），因此高估了爆炸沖擊波荷載下管片的最大速度和接頭的最大水平位移.此外，該方法僅適用于爆炸源位于地鐵隧道軸線對應(yīng)的地表位置處的工況，因此其實用性有限.

HU 等（2018）[31]提出了一種統(tǒng)計等效連續(xù)薄殼模型，用于預(yù)測軸對稱內(nèi)爆炸荷載作用下的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng).在該模型中，土體的作用采用僅抗壓的單向線彈性文克勒土彈簧和波阻抗模擬，爆炸荷載采用經(jīng)典的簡化模型描述，方程求解采用歐拉顯式法.該模型能夠考慮管片接頭對隧道結(jié)構(gòu)整體剛度的弱化效應(yīng)，且可給出接頭位置處的應(yīng)力集中量和應(yīng)變集中量.然而該方法僅適用于內(nèi)爆炸荷載為軸對稱的工況.此外，由于該方法忽略了接頭螺栓慣性作用，因此其精度有待進(jìn)一步驗證.

此外，上述兩種理論解析法存在的最大的問題是沒有考慮結(jié)構(gòu)的失效.事實上，爆炸沖擊荷載作用下隧道結(jié)構(gòu)大多以失效破壞為主，較少數(shù)僅存在彈塑性變形.

1.3 數(shù)值模擬

與足尺試驗、理論解析法相比，數(shù)值模擬在地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)研究中的應(yīng)用更加廣泛.數(shù)值模擬克服了足尺試驗的成本高、危險性大的缺點，解決了理論解析法難以考慮的管片接頭效應(yīng)的模擬問題，且能夠考慮炸藥、空氣、結(jié)構(gòu)與土體之間的完全耦合效應(yīng).地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的數(shù)值模擬研究涉及的技術(shù)問題主要包括：爆炸沖擊波荷載的模擬；管片接頭效應(yīng)的考慮與模擬；材料模型、狀態(tài)方程及其參數(shù)的確定.

1.3.1 爆炸沖擊波荷載的模擬

常用的爆炸沖擊波荷載的模擬方法主要包括：① 采用作用在地鐵隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上的超壓時程曲線經(jīng)驗函數(shù)描述爆炸沖擊波荷載（簡稱經(jīng)驗法）[32?33]；②基于流固耦合算法模擬炸藥爆炸過程及其產(chǎn)生的空氣沖擊波對隧道結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)（簡稱流固耦合 法）[34?38]；③使 用LOAD_BLAST 或LOAD_SEGMENT 關(guān)鍵字對地鐵隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)表面施加爆炸荷載（簡稱關(guān)鍵字法）[39?44].

經(jīng)驗法將爆炸荷載簡化為一個隨時間變化的節(jié)點力施加到地鐵隧道結(jié)構(gòu)上，可以大大節(jié)約計算資源.炸藥起爆后，爆炸沖擊波傳播過程中會發(fā)生入射、透射、反射、繞射等現(xiàn)象，導(dǎo)致作用在結(jié)構(gòu)表面的超壓隨時間呈振蕩衰減趨勢（如圖2(a)）.李忠獻(xiàn)等（2006）[32]將超壓時程曲線進(jìn)一步簡化（如圖2(b)），并基于此開展數(shù)值分析，得到的襯砌應(yīng)力時程曲線與已有試驗結(jié)果吻合較好.單生彪等（2016）[33]采用的超壓時程曲線（圖3）僅有一個峰值，可用指數(shù)型的時間滯后函數(shù)表示，給數(shù)值計算帶來了極大便利，但與呈振蕩衰減趨勢的超壓時程曲線差別較大.然而，經(jīng)驗法無法真實反映超壓荷載在復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面上的空間分布特性及其隨時間的變化規(guī)律，也無法考慮爆轟產(chǎn)物及碎片對結(jié)構(gòu)的侵徹作用，其計算精度無法保證，因此僅適用于定性分析.

圖2 超壓時程曲線及其簡化模型[32]Fig.2 Overpressure time history curve and its simplified model [32]

圖3 炸藥爆炸后0.1 s 內(nèi)的時程荷載函數(shù)曲線[33]Fig.3 Time history load function curve within 0.1 s after explosive explosion [33]

流固耦合法通過建立“炸藥?空氣?(土體)結(jié)構(gòu)”耦合模型，將爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓荷載以接觸爆炸、流固耦合、共用節(jié)點等方式施加到隧道結(jié)構(gòu)上，可以較為準(zhǔn)確地模擬炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波在介質(zhì)中的傳播過程及其對結(jié)構(gòu)物的作用效應(yīng).然而，該方法所需的計算單元數(shù)量巨大，計算成本很高，也無法考慮爆轟產(chǎn)物及碎片對結(jié)構(gòu)的侵徹作用.該方法適用于研究沖擊波繞流、反射等作用對結(jié)構(gòu)影響較大的地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)爆炸響應(yīng)問題.

關(guān)鍵字法通過定義裝藥量、引爆位置、起爆方式、起爆時間、模型迎爆面等參數(shù)模擬施加在結(jié)構(gòu)上的爆炸荷載，因此不需建立炸藥網(wǎng)格、空氣網(wǎng)格，避免了繁瑣復(fù)雜的ALE 耦合分析和歐拉計算過程，因此大大提高了計算效率.但該法不能考慮應(yīng)力波疊加和沖擊波繞射對隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的影響，也無法考慮爆轟產(chǎn)物及碎片對結(jié)構(gòu)的侵徹作用，因此適用于結(jié)構(gòu)、受力簡單且不考慮應(yīng)力波疊加和沖擊波繞射作用效果的計算問題.關(guān)鍵字法中的爆炸荷載P(t)可表達(dá)為

式中：Pr0、Ps0為反射、入射超壓峰值；t為起爆后任意時刻；t0為正壓作用時間；a、b分別為反射、入射壓力衰減系數(shù)；θ為爆炸入射角.

1.3.2 管片接頭效應(yīng)的考慮與模擬

管片接頭是影響地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的最重要的因素，也是使地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗爆性能區(qū)別于整體現(xiàn)澆隧道結(jié)構(gòu)抗爆性能的關(guān)鍵.因此，地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的研究應(yīng)當(dāng)著重考慮管片接頭效應(yīng).然而，在一些地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)的數(shù)值模擬研究中，隧道結(jié)構(gòu)直接被簡化為連續(xù)的圓筒狀結(jié)構(gòu)[45?50]（圖4(a)），或者管片之間采用面面固連接觸[51?52]，這種操作忽視了地鐵隧道結(jié)構(gòu)的典型特征，無法揭示地鐵隧道結(jié)構(gòu)在爆炸沖擊波荷載作用下的破壞特征和災(zāi)變機制，因此其研究成果僅適用于整體現(xiàn)澆隧道結(jié)構(gòu).

圖4 管片接頭效應(yīng)模擬方法Fig.4 Method for simulating segment joint effect

管片接頭效應(yīng)的模擬方法主要包括：① 建立考慮管片與周圍土體、管片與管片、管片與接頭螺栓界面接觸效應(yīng)的精細(xì)化三維有限元模型[26,28,39,41?42,53?54]（圖4(d)、4(e)）；② 采用剛度折減后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模擬管片接頭[33]；③ 采用剪切彈簧和非線性扭曲彈簧模擬管片接頭縱向、環(huán)向螺栓[55?56]（圖4(c)）；④ 采用界面單元模擬管片接頭的接觸和轉(zhuǎn)動行為[57]（圖4(b)）.其中，考慮各種接觸效應(yīng)的精細(xì)化三維有限元模型盡管單元數(shù)量較多、計算成本較高，但能夠反映出爆炸沖擊波荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)縱向接頭的錯臺和環(huán)向接頭的張開，且能夠揭示管片接頭螺栓的變形和破壞機理，因此其計算結(jié)果的精度更高，適用于重要工程的抗爆分析與優(yōu)化設(shè)計.

1.3.3 材料模型、狀態(tài)方程及其參數(shù)確定

選擇合適的材料模型、狀態(tài)方程及其參數(shù)是保證數(shù)值模擬結(jié)果有效性的基礎(chǔ).地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸響應(yīng)數(shù)值模擬研究中涉及的材料主要包括炸藥、空氣、土體、管片襯砌結(jié)構(gòu)（包含混凝土、鋼筋及接頭螺栓）.表2 總結(jié)了LS-DYNA 模擬炸藥、空氣、土體及結(jié)構(gòu)時常用的本構(gòu)模型及炸藥、空氣的狀態(tài)方程.

表2 LS-DYNA 模擬地鐵隧道爆炸響應(yīng)時采用的本構(gòu)模型及狀態(tài)方程Tab.2 Constitutive models and state equations used for simulating metro blasting using LS-DYNA

在LS-DYNA 中，高爆炸藥材料模型與JWL 狀態(tài)方程相結(jié)合以模擬一定當(dāng)量炸藥爆炸釋放化學(xué)能量并在周圍介質(zhì)中形成爆炸沖擊波壓力的過程.JWL狀態(tài)方程的6 個參數(shù)可基于使程序模擬結(jié)果逼近圓筒試驗結(jié)果得到.空氣采用空材料模型描述，空材料模型與線性多項式狀態(tài)方程聯(lián)合以模擬炸藥爆炸產(chǎn)物流動的空腔.土體常用MAT_SOIL_AND_FOAM 模型模擬，該模型包含密度、彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、黏聚力5 個參數(shù).模擬混凝土材料的HJC 模型可綜合考慮材料的高壓效應(yīng)、高應(yīng)變率和大應(yīng)變.隨動硬化塑性模型可用于模擬混凝土和螺栓，當(dāng)與MAT_ADD_EROSION 關(guān)鍵字聯(lián)合使用時，可反映接頭螺栓的斷裂破壞形態(tài).Winfrith 模型是基于OTTOSEN（1977）[58]提出的剪切破壞面建立起來的，通過嵌入裂縫寬度或斷裂能，可以考慮應(yīng)變率效應(yīng)以及拉伸應(yīng)變軟化.

2 地鐵隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)及毀傷效應(yīng)

2.1 運動響應(yīng)

2.1.1 位移

爆炸沖擊波荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)受多種因素影響，包括接頭模擬方法、炸藥位置、炸藥當(dāng)量、爆心距離等.基于剛度折減法，單生彪等（2016）[33]采用Midas/GTS 有限元軟件研究了接頭模擬方法對內(nèi)爆炸荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)豎向位移和橫向位移的影響效應(yīng)，如圖5 所示；其中“豎向”、“橫向”以及后文涉及到的“徑向”與“軸向”的定義如圖6 所示.研究發(fā)現(xiàn)，豎向和橫向位移均在起爆后0.015 s 時刻附近達(dá)到峰值，隨后逐漸衰減，其原因主要為所施加的爆炸荷載在0.01 s 之前達(dá)到峰值，隨后迅速衰減；剛度局部折減時的位移量值是剛度整體折減和不折減時的2 倍以上.可見，管片接頭的存在使地鐵隧道結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)更大.

圖5 基于剛度折減法的爆炸沖擊波荷載下隧道結(jié)構(gòu)典型位置位移響應(yīng)[33]Fig.5 Stiffness-reduction-method based displacement response at typical locations of tunnel structure subject to blasting[33]

圖6 隧道運動響應(yīng)分析中所涉及方向示意圖Fig.6 Schematic diagram of directions involved in analysis of tunnel motion response

管片接頭對位移響應(yīng)的影響如圖7 所示.在20 kg TNT 偏心（距隧道底部1.1 m）爆炸荷載作用下，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)在接頭部位發(fā)生了錯動，且其最大徑向位移量是整體隧道結(jié)構(gòu)的2.79 倍.此外，盾構(gòu)隧道管片環(huán)與環(huán)之間的錯動隨裝藥量增大、與爆心斷面距離減小而增大；隨著與爆心斷面距離的增大，盾構(gòu)隧道底部的豎向位移峰值的衰減速度大于整體隧道結(jié)構(gòu)，當(dāng)與爆心斷面的距離增大至3 環(huán)管片寬度時，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)底部內(nèi)表面的豎向位移峰值開始小于整體隧道結(jié)構(gòu).

圖7 爆心斷面隧道襯砌結(jié)構(gòu)徑向位移峰值示意圖（單位：mm）[42]Fig.7 Schematic diagram of peak radial displacement of tunnel structure at detonation section (unit: mm)[42]

炸藥位置及當(dāng)量對地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)有顯著影響.當(dāng)炸藥位于地表時，與側(cè)爆角度為30°、45°的工況相比，側(cè)爆角度為15°的工況對應(yīng)的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的橫向位移最大，隧道結(jié)構(gòu)的徑向位移隨著側(cè)爆角度增大而迅速衰減[45].當(dāng)炸藥位于隧道內(nèi)部時，距隧道襯砌底部1.1 m 處的10 kg TNT 當(dāng)量的炸藥爆炸導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)最大豎向位移為8.5 mm[50]；然而，在田志敏等（2011）[44]的研究中（圖8），距隧道襯砌底部1.1 m 處的40 kg TNT 當(dāng)量的炸藥爆炸導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)最大豎向位移僅為5.1 mm，這主要是由襯砌厚度不同造成的（前者為0.30 m，后者為0.65 m）.當(dāng)炸藥位置保持不變時（距結(jié)構(gòu)底部1.1 m 處），爆炸當(dāng)量由40 kg增大至220 kg 導(dǎo)致最大豎向位移由5.1 mm 增大至22.8 mm.當(dāng)爆炸當(dāng)量保持為220 kg 時，炸藥距離隧道結(jié)構(gòu)底部1.1、0.5、0 m 下的隧道結(jié)構(gòu)底部最大位移分別為22.8、282、333 mm.可見，炸藥與隧道結(jié)構(gòu)底部的距離越小，隧道結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)越明顯.

圖8 爆心斷面隧道徑向位移峰值示意圖（單位：mm）[44]Fig.8 Schematic diagram of peak radial displacement of tunnel at detonation section (unit: mm)[44]

2.1.2 速度及加速度

爆炸沖擊波荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)的速度及加速度響應(yīng)主要受接頭模型、炸藥當(dāng)量、炸藥位置三種因素的影響.如圖9 所示，當(dāng)采用局部折減、整體折減、不折減接頭模型時，隧道拱頂豎向速度峰值和右拱腰橫向速度峰值均分別為2.8、1.2、0.9 m/s，拱底豎向速度峰值和左拱腰橫向速度峰值均分別為?2.8、?1.2、?0.9 m/s，而兩拱腰處的豎向速度以及拱底、拱頂處的橫向速度均幾乎為0.可見，地鐵隧道結(jié)構(gòu)不同位置處的速度響應(yīng)在空間上呈上下及左右對稱模式，其內(nèi)在機制為荷載及結(jié)構(gòu)對稱導(dǎo)致的速度響應(yīng)對稱.隧道結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)除了具有空間效應(yīng)外，也具有時間效應(yīng)，其具體表現(xiàn)為：在采用3 種接頭模型的工況中，隨著爆炸時間的推進(jìn)，隧道拱頂、拱底處的豎向速度及左拱腰、右拱腰處的橫向速度均呈波峰逐漸衰減的波浪型演化；豎向及橫向速度的第一個峰值均約發(fā)生于0.005 s 時刻，第二個峰值均約發(fā)生于0.025 s 時刻，隨后逐漸衰減至0；豎向及橫向速度的第二個峰值約為其第一個峰值的1/2，但方向是相反的，表明爆炸能量在隧道結(jié)構(gòu)中的耗散速率較大.此外，采用不同接頭模型時的隧道結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)規(guī)律的對比表明，管片接頭的存在使得爆炸沖擊波荷載下地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)大于整體式隧道，其主要原因是接頭降低了隧道結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，從而更容易發(fā)生徑向擴張變形.

圖9 接頭模型對地鐵隧道結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)的影響[33]Fig.9 Influence of joint model on velocity response of metro tunnel structure[33]

炸藥當(dāng)量對地鐵隧道結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)的影響如圖10 所示，其中炸藥位于地表，側(cè)爆角度為15°，隧道軸線埋深為15 m.由圖可見，隨著炸藥當(dāng)量的增大，拱頂豎向位移及左側(cè)幫橫向位移近似呈線性增加，且左側(cè)幫橫向速度的增速略大于拱頂豎向位移的增速；同一炸藥當(dāng)量下，左側(cè)幫橫向速度大于拱頂豎向速度.當(dāng)炸藥位于隧道正上方地表時[39]，100 kg 炸藥當(dāng)量下隧道拱頂和拱腰處的峰值加速度分別為357、?231 m/s2，300 kg 炸藥當(dāng)量下隧道拱頂和拱腰處的峰值加速度分別為672、317 m/s2.可見，炸藥當(dāng)量增大不僅提高了隧道結(jié)構(gòu)的峰值加速度，而且改變了隧道結(jié)構(gòu)拱腰處峰值加速度的方向.

圖10 炸藥當(dāng)量對地鐵隧道結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)的影響[45]Fig.10 Influence of explosive equivalent on velocity response of metro tunnel structure[45]

炸藥可能位于地表、地層內(nèi)部或隧道內(nèi)部，當(dāng)炸藥位置固定時，地鐵隧道結(jié)構(gòu)不同部位具有不同的速度和加速度響應(yīng).針對10 kg TNT 當(dāng)量炸藥在距隧道結(jié)構(gòu)底部1.1 m 處爆炸時的工況，圖11 給出了爆心斷面、距爆心4 m 處斷面、距爆心8 m 處斷面上隧道結(jié)構(gòu)沿著橫向和豎向的最大速度和最大加速度.由圖可見，隨著與爆心斷面距離的增大，隧道結(jié)構(gòu)橫向和豎向的最大速度和最大加速度均不斷減小.此外，炸藥位置對隧道結(jié)構(gòu)速度峰值出現(xiàn)的時間也有影響.例如，炸藥位于隧道結(jié)構(gòu)截面幾何中心工況下結(jié)構(gòu)豎向速度峰值出現(xiàn)的時間晚于炸藥位于行車道板中部上緣工況下結(jié)構(gòu)豎向速度峰值出現(xiàn)的時間[51].

2.2 內(nèi)力響應(yīng)

在爆炸沖擊波荷載作用下，地鐵隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力響應(yīng)包括管片內(nèi)力響應(yīng)和接頭螺栓內(nèi)力響應(yīng)兩層含義.當(dāng)采用局部剛度折減法、整體剛度折減法、不折減法模擬管片接頭效應(yīng)時，管片在起爆后0.014 s的最大主應(yīng)力云圖如圖12 所示[33].由圖可見，局部折減時接頭部位發(fā)生了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，且其最大主應(yīng)力的量值大于整體折減和不折減時的最大主應(yīng)力量值，表明地鐵隧道結(jié)構(gòu)接頭部位是內(nèi)力響應(yīng)的薄弱部位，應(yīng)重點關(guān)注；管片內(nèi)壁上的最大主應(yīng)力明顯大于外壁上的最大主應(yīng)力，這是由爆炸應(yīng)力波向遠(yuǎn)處擴散過程中不斷衰減造成的.

圖12 不同接頭模型工況下起爆后0.014s 時隧道結(jié)構(gòu)最大主應(yīng)力云圖[33]Fig.12 Contours of maximum principal stress of tunnel structure at 0.014s after detonation under different joint model conditions [33]

在40 kg TNT 裝藥位于距隧道底部1.1 m 爆高處爆炸產(chǎn)生的沖擊荷載作用下，地鐵隧道結(jié)構(gòu)接頭螺栓的最大、最小主應(yīng)力響應(yīng)如圖13 所示.可以看出，環(huán)向螺栓與縱向螺栓具有明顯不同的受力狀態(tài).如圖13(a)所示，環(huán)向螺栓（8.8 級M30）的最大、最小主應(yīng)力為正值，表明其主要承受拉應(yīng)力，其最大主應(yīng)力在0.0015 s 時刻附近達(dá)到峰值700 MPa，超過了抗拉極限強度，因此發(fā)生了斷裂破壞而喪失抗拉能力，最大、最小主應(yīng)力降為0.如圖13(b)所示，縱向螺栓（8.8 級M30）的最大主應(yīng)力為正值，其峰值明顯小于環(huán)向螺栓的最大主應(yīng)力峰值，其最小主應(yīng)力有正也有負(fù)，表明縱向螺栓既承受拉應(yīng)力也承受壓應(yīng)力，但沒發(fā)生斷裂破壞.此外，螺栓的延性及強度也對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的抗爆性能有重要影響.

圖13 地鐵隧道結(jié)構(gòu)接頭螺栓主應(yīng)力時程曲線[42]Fig.13 Principal stress time history curve of metro tunnel structural joint bolts[42]

圖13(c)、13(d)分別對比了8.8、10.9、12.9 級環(huán)向螺栓的最大、最小主應(yīng)力時程曲線.可見，8.8 和10.9 級螺栓均在0.002 s 前發(fā)生了拉斷破壞，而12.9級螺栓未發(fā)生拉斷破壞，表明接頭螺栓的強度越高，盾構(gòu)隧道的整體抗爆性能越強.此外，由圖13(d)可見，12.9 級螺栓的最小主應(yīng)力既有正值也有負(fù)值，不同于8.8 級螺栓的最小主應(yīng)力僅為正值（圖13(a)），表明環(huán)向螺栓的受力模式由8.8 級的純受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?2.9 級時的受拉受壓組合狀態(tài).因此，提高螺栓強度也能改善環(huán)向螺栓的受力狀態(tài)，從而降低了發(fā)生拉斷破壞的風(fēng)險.

2.3 破壞特征

爆炸沖擊波荷載作用下，地鐵隧道結(jié)構(gòu)的破壞特征與管片力學(xué)參數(shù)、尺寸及拼裝方式、爆炸當(dāng)量、起爆位置、地層特性等多種因素相關(guān).針對軟土地層中采用通縫拼裝方式的地鐵區(qū)間隧道，鄔玉斌（2011）[26]采用有限元法分析了該隧道管片及其連接螺栓在不同質(zhì)量TNT 裝藥距隧道底部1.1 m 處爆炸時的破壞特征，如圖14 所示.當(dāng)TNT 裝藥量為20 kg 時，爆炸近區(qū)的隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生環(huán)縫開裂、縱縫錯臺的破壞特征（圖14(a)），該特征表明管片接頭是地鐵隧道結(jié)構(gòu)受到爆炸沖擊波荷載作用時的最薄弱部位，其典型的破壞特征為環(huán)向接頭張開、縱向接頭錯動.管片縱向接頭錯動量隨裝藥量增加而逐漸增大，當(dāng)裝藥量增大到一定程度之后（例如220 kg），位于隧道頂部的封頂塊因管片縱向接頭錯動量過大可能會脫離于其他管片（圖14(b)），從而可能造成嚴(yán)重的坍塌現(xiàn)象.爆炸沖擊波荷載作用下，管片接頭的張開或錯動受到連接螺栓的限制作用，因此連接螺栓也會發(fā)生變形甚至破壞.當(dāng)TNT 裝藥量為40 kg 時，如圖14(c)所示，管片環(huán)向接頭的張開導(dǎo)致環(huán)向螺栓發(fā)生拉斷，管片縱向接頭的錯動導(dǎo)致縱向螺栓發(fā)生彎曲變形.當(dāng)TNT 裝藥量增大至220 kg 時，縱向螺栓因管片縱向接頭的錯動量過大而同樣發(fā)生拉斷破壞（圖14(d)），導(dǎo)致隧道管片封頂塊發(fā)生脫落.

圖14 內(nèi)爆炸作用下地鐵隧道管片及連接螺栓破壞特征[26]Fig.14 Failure characteristics of segments and connecting bolts in subway tunnel under internal explosion[26]

3 地鐵隧道恐怖爆炸防護(hù)對策

城市地鐵隧道一旦遭遇恐怖爆炸襲擊，極易造成大量人員傷亡與經(jīng)濟損失，且會伴隨惡劣的社會影響.因此，有必要針對地鐵隧道恐怖爆炸襲擊采取有效的防護(hù)對策，以避免或減輕地鐵隧道恐怖爆炸襲擊帶來的損失和傷亡.

城市地鐵隧道內(nèi)恐怖爆炸的防護(hù)主要包含兩個層面的涵義：一是采用措施降低地鐵隧道內(nèi)恐怖爆炸事故的發(fā)生概率，其目的是防止事故的發(fā)生；二是采取措施降低地鐵隧道內(nèi)恐怖爆炸事故的危害，其目的是降低已發(fā)爆炸事故的危害水平.下面從上述兩層面簡要論述地鐵隧道恐怖爆炸防護(hù)對策.

3.1 降低恐怖爆炸事故發(fā)生概率的對策

防范恐怖主義和恐怖活動是每個公民的責(zé)任與義務(wù).針對如何降低城市地鐵隧道內(nèi)恐怖爆炸襲擊發(fā)生概率的課題，目前的主要對策包括以下幾個方面：

① 面向社會定期開展反恐怖系列宣傳教育活動，在廣大人民群眾中逐步形成自覺識別并抵制恐怖主義思想、積極配合有關(guān)部門反恐工作、踴躍舉報涉恐可疑線索的社會風(fēng)氣；

② 嚴(yán)格執(zhí)行爆炸危險品的安全監(jiān)督管理制度，密切監(jiān)控氯酸鉀、硝化甘油、硝酸鹽類物質(zhì)等民用炸藥原材料的市場流通；

③ 切實執(zhí)行嚴(yán)密的地鐵入口安檢舉措，保證充足的安檢力量，不斷提高安檢人員及地鐵運行管理人員的反恐素養(yǎng)及其對可疑人員的辨識能力；

④在地鐵車站和隧道內(nèi)關(guān)鍵部位配備用于探測爆炸物（器材）、阻爆、排爆的先進(jìn)反恐裝備和儀器，并持續(xù)改進(jìn)已有技術(shù)與設(shè)備、研發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備.

3.2 降低恐怖爆炸事故危害的對策

地鐵隧道內(nèi)發(fā)生恐怖爆炸事故所造成的危害主要體現(xiàn)在人員傷亡、隧道結(jié)構(gòu)毀傷兩個方面.因此，如何降低恐怖爆炸事故危害可從上述兩個方面進(jìn)行考慮.

恐怖爆炸襲擊造成的人員傷亡事故等級與地鐵管理服務(wù)人員應(yīng)對事故能力、地鐵乘客應(yīng)急技能、應(yīng)急救援力量等因素有關(guān).為減輕人員傷亡，地鐵管理服務(wù)人員應(yīng)具備突出的應(yīng)急疏通能力，其能力保障措施主要包括：①進(jìn)一步提高應(yīng)急疏通能力指標(biāo)在地鐵管理服務(wù)人員選拔、考核過程中的重要地位；②地鐵管理服務(wù)人員應(yīng)適時進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)訓(xùn)練；③針對爆炸事故，地鐵管理服務(wù)人員可積極開展應(yīng)急教育宣傳（例如，在出入口張貼宣傳告示）.地鐵乘客應(yīng)積極參與演練，掌握必要的應(yīng)急技能，這對于保障自身安全、減輕人員傷亡具有重要意義.此外，由公安、消防、醫(yī)護(hù)以及社會救援力量組成的應(yīng)急救援體系的迅速響應(yīng)對于阻斷爆炸事故的惡化、減輕受傷人員二次傷害具有重要作用.

恐怖爆炸沖擊波荷載作用下隧道結(jié)構(gòu)的毀傷效應(yīng)直接受其抗爆能力控制.若地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗爆能力不足，則無法承受恐怖爆炸沖擊波效應(yīng)，輕則造成結(jié)構(gòu)碎片飛散傷人，重則造成隧道頂部坍塌，帶來巨量經(jīng)濟損失與人員傷亡.提高地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗爆能力的首要措施就是進(jìn)行抗爆設(shè)計與抗爆加固設(shè)計.目前，我國新建地鐵隧道的抗爆設(shè)計與實踐以及已建地鐵隧道的抗爆加固設(shè)計與實踐仍處于初步發(fā)展探索階段.

地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計及抗爆加固設(shè)計可借鑒已經(jīng)發(fā)展較為成熟的地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（建筑物）抗爆加固設(shè)計方法及研究成果，在結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)延性、結(jié)構(gòu)受力特性、結(jié)構(gòu)形式等的確定及選擇方面應(yīng)綜合考慮抗爆性能與經(jīng)濟性的平衡.目前，地鐵隧道結(jié)構(gòu)抗爆防護(hù)的措施和方法主要包括：

① 在地鐵隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁貼裝聚苯乙烯土工泡沫、發(fā)泡水泥基材料、泡沫鋁、聚氨醋泡沫材料、玻璃鋼蜂窩復(fù)合材料等具有良好抗爆吸能特性的新材料保護(hù)層，其防護(hù)原理為采用吸能材料吸收爆炸釋放的能量，從而削弱爆炸沖擊作用；

② 在地鐵隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁安裝復(fù)合鋼板，其防護(hù)原理為利用復(fù)合鋼板出色的拉伸變形性能吸收爆炸釋放的能量，從而提高隧道結(jié)構(gòu)抗爆性能；

③ 采用配套用膠將凱夫拉（Kevlar）、玻璃纖維、碳纖維等高強度織物粘貼于地鐵隧道結(jié)構(gòu)表面，其防護(hù)原理為在不增加構(gòu)件自重及體積的情況下有效封閉混凝土裂縫，并利用其優(yōu)異的抗疲勞及減振性能提高隧道結(jié)構(gòu)抗爆性能；

④采用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼于地鐵隧道結(jié)構(gòu)表面，其防護(hù)原理為在不增大構(gòu)件截面尺寸的情況下提高構(gòu)件承載力、剛度及延性；

⑤上述不同方法的組合使用.

4 未來發(fā)展及研究展望

基于已有技術(shù)研究文獻(xiàn)以及筆者所在團隊對該課題的長期研究與深入思考，筆者認(rèn)為，恐怖爆炸沖擊波荷載下地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)毀傷效應(yīng)及防護(hù)對策的未來發(fā)展及研究工作中，以下幾個方面的內(nèi)容值得重視：

①地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的研究手段需要進(jìn)一步豐富和提升.目前，研究者們主要是采用數(shù)值模擬的手段開展研究，然而基于現(xiàn)場足尺試驗、室內(nèi)模型試驗以及理論分析的研究還非常少見，因此應(yīng)加強這方面的研究.特別地，室內(nèi)模型試驗（包括超重力離心模型試驗和常重力縮尺模型試驗）因其能夠在相對安全和節(jié)約成本的條件下反映出地鐵隧道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)機理，具有較好的應(yīng)用前景，但目前在相似比理論、相似材料選取、爆炸荷載模擬方法、管片接頭的模擬等方面還需要進(jìn)一步的研究與完善.此外，將數(shù)值模擬與機器學(xué)習(xí)相結(jié)合也是一個值得探索的有效研究手段.

②深入研究管片接頭、地層特性、土與結(jié)構(gòu)相互作用、管片間接觸、地表超載、隧道埋深、隧道直徑、管片厚度、爆源位置等重要參數(shù)對地鐵盾構(gòu)隧道爆炸響應(yīng)的影響效應(yīng).

③考慮到爆炸恐怖襲擊在時間和空間上的突發(fā)性和不可預(yù)知性，應(yīng)加強多爆源同步和不同步起爆工況下的爆炸響應(yīng)研究.多爆源工況的組合形式可以為：隧道內(nèi)部不同位置組合；隧道內(nèi)部、地層中不同位置組合；隧道內(nèi)部、地層中、地表不同位置組合；地層中不同位置組合；地表不同位置組合；地表、地層中不同位置組合；地表、隧道內(nèi)部不同位置組合.

④應(yīng)進(jìn)一步加強對爆炸沖擊波荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)塑性應(yīng)變分布、結(jié)構(gòu)損傷、裂縫分布、擴展及其演化規(guī)律的研究，并基于此開展長期穩(wěn)定性、防滲性能、承受二次動荷載能力的評估與加固方面的研究.

⑤建議基于大量的數(shù)值分析和機器學(xué)習(xí)等手段的研究成果，提出能夠考慮多種主要參數(shù)影響效應(yīng)的簡明實用經(jīng)驗公式，從而為爆炸沖擊波荷載下地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的抗爆設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化及防護(hù)措施優(yōu)化提供參考.

⑥目前的相關(guān)設(shè)計規(guī)范還暫未考慮可能發(fā)生的爆炸恐怖襲擊對地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定的影響.但近年來發(fā)生在國外的地鐵隧道爆炸恐怖襲擊事件表明，結(jié)構(gòu)安全是減少爆炸傷亡及經(jīng)濟損失的最基本的條件.因此，今后應(yīng)加強該方面的概念、戰(zhàn)略及理論設(shè)計，從而逐步將地鐵隧道結(jié)構(gòu)的抗爆設(shè)計與防護(hù)納入到強制性規(guī)范中.

⑦進(jìn)一步研發(fā)新型的爆炸物探測器材與技術(shù)，不斷提高爆炸物探測技術(shù)的識別成功率及效率，并同時降低其使用成本.此外，排爆、阻爆技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展完善.

⑧進(jìn)一步研發(fā)兼具抗爆吸能能力強、施工方便、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)勢的地鐵隧道結(jié)構(gòu)爆炸防護(hù)新材料，并推廣新材料在實際工程中的應(yīng)用.

5 結(jié) 語

爆炸恐怖襲擊是全人類的公敵，近年來在全世界范圍內(nèi)具有愈演愈烈的趨勢.城市地鐵隧道是重要的交通設(shè)施，在人們的日常生活中以及經(jīng)濟社會的發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用，其目前的建設(shè)特別是在發(fā)展中國家的大中城市中的建設(shè)方興未艾.城市地鐵隧道由于其空間封閉性、人員密集、救援困難、抵御內(nèi)部災(zāi)害能力弱等特點，更易成為極端分子開展爆炸恐怖襲擊的對象，且一旦遭遇爆炸恐怖襲擊，極有可能發(fā)生巨大的人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失.因此，地鐵隧道的防爆問題逐漸引起世界各國研究者的重視，并取得了一定的研究成果.由于地鐵隧道防爆的最基本的問題就是結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定，因此爆炸沖擊波荷載下地鐵隧道結(jié)構(gòu)的毀傷效應(yīng)及防護(hù)對策成為了重要的研究課題.但由于研究手段的限制以及涉及的多場耦合現(xiàn)象及影響因素的復(fù)雜性，目前關(guān)于該方面的研究較少，且成果比較零散.

基于已有技術(shù)研究文獻(xiàn)和本課題組的初步研究成果，作者團隊對爆炸沖擊波荷載下地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的毀傷效應(yīng)及防護(hù)對策研究進(jìn)展進(jìn)行了一定程度的歸納、總結(jié)與評述，并建議了幾點值得重視的未來發(fā)展及研究方向，以期為我國恐怖襲擊下城市地鐵隧道爆炸毀傷效應(yīng)研究與防護(hù)對策提供有益參考.