2 工程科学学报，第44卷，第X期 failure mainly occurs at the total reflection.The vibration velocity of the safety control of the pressure pipeline increases with the increase of the incident angle.In the actual project,according to the actual situation of the internal pressure of the pipeline,the smaller value is selected as the safety control value. KEY WORDS buried pipeline;uniform internal pressure;blasting P wave;blasting dynamic stress;safe vibration velocity 压力薄壁管道运输因其成本低、建设快、运输 地震波作用下的安全性显得尤为重要基于此， 量大等特点广泛应用于各国城市居民的生产、生 本研究根据内压薄壁圆筒受力特点，结合爆破地 活等领域.随着21世纪地下空间时代的来临，大 震波P波作用理论，采用静力分析和叠加原理建 量新兴的地下空间工程的建设与现役埋地压力管 立爆破地震波作用下压力燃气管道动应力计算模 道的矛盾不断涌现，爆破作为工程岩土体开挖的 型，并结合强度屈服准则对管道安全控制振速进 重要方式，其产生的地震有害效应对压力管道的 行了解析计算，相关结论可以为破振动作用下薄 影响尤为突出.如燃气压力管道在遭遇破坏后极 壁压力管道的安全性和抗震设计提供依据 易发生燃气泄露，造成严重的二次破坏导致生命 1P波入射对埋地压力管道作用特征 财产的巨大损失.因此，研究工程开挖爆破地震作 用下压力管道的振动破坏效应对于指导临近管道 1.1埋地压力管道受荷分析 爆破施工安全生产，以及压力管道在爆破振动等 当压力燃气管道邻近爆源进行爆破时，管道 不利因素影响下的安全设计具有重要意义 主要承受运行内压和爆破产生的地震动荷载作 目前国内外相关学者针对爆破地震作用下管 用，如图1(a)所示，图中p为管道运行内压.管道 道的安全性方面做了大量探索性研究-句，实验方 运行内压主要由管道运输燃气产生，由于天然气 面，钟冬望等切与龚相超等图通过埋地钢管现场爆 体密度小、无黏性，在研究其对管道的影响时，可 破，研究了埋地压力管道在实验条件下的应变峰 以将其等效为沿管道内壁的均布荷载，大小为埋 值与爆心距和药量拟合关系；Mokhtari与Alavi 地管道运行压力设定值.管道所受爆破动荷载较 Nia91o通过埋地钢管爆炸响应实验，寻找管道爆 为复杂，其作用特点与爆源特征、距离、岩土介质 炸安全距离.理论方面，刘优平等山以及王铁成 相关，在分析时根据研究特点做相关简化.大量工 和王卉采用复变函数法研究了地下输流管道在 程实际研究表明，爆破工程邻近管道爆破荷 平面P波作用下的动应力集中问题.Ghaznavi与 载由柱状装药的炮孔起爆产生，受影响管道大都 Oskoueil]研究了纵波传播方法对管道非线性应 处于爆破中区(Middle zone)、远区(Far zone)范围 变量的影响. 根据柱状装药起爆产生的爆破地震荷载特征，爆 上述研究中针对带压的薄壁管道研究相对较 破近区柱面P波、S波为主要成分，爆破远区平面 少，针对爆破地震波作用下薄壁压力管道的应力 P波为主要成分，P波传播速度较S波传播波速度 解析方法鲜有涉及.实际工程中，临近压力管道爆 快，其主要引起介质质点的水平向振动.在进行管 破工程中管道的内压对于管道振动时的应力大小 道爆破动应力计算时，主要考虑爆破地震波平面 具有不可忽略的影响，研究带压运行管道在爆破 P波入射时对管道应力状态的影响 (a) (b) Gas pipe Gas pipe Blasting wave P wave Explosive P wave+S wave Welcome side Far zone Middle zone Near'zone % 图1压力管道邻近爆破荷载特征示意图.()压力管道附近的爆破地震波：(b)燃气管道荷载示意 Fig.I Characteristics of the pressure pipe near the blast:(a)blasting near the pressure pipe;(b)load on the gas pipefailure  mainly  occurs  at  the  total  reflection.  The  vibration  velocity  of  the  safety  control  of  the  pressure  pipeline  increases  with  the increase of the incident angle. In the actual project, according to the actual situation of the internal pressure of the pipeline, the smaller value is selected as the safety control value. KEY WORDS    buried pipeline；uniform internal pressure；blasting P wave；blasting dynamic stress；safe vibration velocity 压力薄壁管道运输因其成本低、建设快、运输 量大等特点广泛应用于各国城市居民的生产、生 活等领域. 随着 21 世纪地下空间时代的来临，大 量新兴的地下空间工程的建设与现役埋地压力管 道的矛盾不断涌现，爆破作为工程岩土体开挖的 重要方式，其产生的地震有害效应对压力管道的 影响尤为突出. 如燃气压力管道在遭遇破坏后极 易发生燃气泄露，造成严重的二次破坏导致生命 财产的巨大损失. 因此，研究工程开挖爆破地震作 用下压力管道的振动破坏效应对于指导临近管道 爆破施工安全生产，以及压力管道在爆破振动等 不利因素影响下的安全设计具有重要意义. 目前国内外相关学者针对爆破地震作用下管 道的安全性方面做了大量探索性研究[1−6] ，实验方 面，钟冬望等[7] 与龚相超等[8] 通过埋地钢管现场爆 破，研究了埋地压力管道在实验条件下的应变峰 值与爆心距和药量拟合关系 ； Mokhtari 与 Alavi Nia[9−10] 通过埋地钢管爆炸响应实验，寻找管道爆 炸安全距离. 理论方面，刘优平等[11] 以及王铁成 和王卉[12] 采用复变函数法研究了地下输流管道在 平面 P 波作用下的动应力集中问题. Ghaznavi 与 Oskouei[13] 研究了纵波传播方法对管道非线性应 变量的影响. 上述研究中针对带压的薄壁管道研究相对较 少，针对爆破地震波作用下薄壁压力管道的应力 解析方法鲜有涉及. 实际工程中，临近压力管道爆 破工程中管道的内压对于管道振动时的应力大小 具有不可忽略的影响，研究带压运行管道在爆破 地震波作用下的安全性显得尤为重要[14] . 基于此， 本研究根据内压薄壁圆筒受力特点，结合爆破地 震波 P 波作用理论，采用静力分析和叠加原理建 立爆破地震波作用下压力燃气管道动应力计算模 型，并结合强度屈服准则对管道安全控制振速进 行了解析计算，相关结论可以为破振动作用下薄 壁压力管道的安全性和抗震设计提供依据. 1    P 波入射对埋地压力管道作用特征 1.1    埋地压力管道受荷分析 当压力燃气管道邻近爆源进行爆破时，管道 主要承受运行内压和爆破产生的地震动荷载作 用，如图 1（a）所示，图中 p 为管道运行内压. 管道 运行内压主要由管道运输燃气产生，由于天然气 体密度小、无黏性，在研究其对管道的影响时，可 以将其等效为沿管道内壁的均布荷载，大小为埋 地管道运行压力设定值. 管道所受爆破动荷载较 为复杂，其作用特点与爆源特征、距离、岩土介质 相关，在分析时根据研究特点做相关简化. 大量工 程实际研究表明[15−16] ，爆破工程邻近管道爆破荷 载由柱状装药的炮孔起爆产生，受影响管道大都 处于爆破中区（Middle zone）、远区（Far zone）范围. 根据柱状装药起爆产生的爆破地震荷载特征，爆 破近区柱面 P 波、S 波为主要成分，爆破远区平面 P 波为主要成分，P 波传播速度较 S 波传播波速度 快，其主要引起介质质点的水平向振动. 在进行管 道爆破动应力计算时，主要考虑爆破地震波平面 P 波入射时对管道应力状态的影响. Gas pipe P (a) (b) Blasting wave P wave P wave+S wave Far zone Middle zone Near zone S Explosive Gas pipe Welcome side P wave P 图 1    压力管道邻近爆破荷载特征示意图. （a）压力管道附近的爆破地震波；（b）燃气管道荷载示意 Fig.1    Characteristics of the pressure pipe near the blast: (a) blasting near the pressure pipe; (b) load on the gas pipe · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期