近年来,地铁在交通运输方面发挥强大的优势作用,因其在运营中的安全性越来越受到重视,所以需研究地铁隧道在外爆炸载荷下衬砌结构的动力响应规律及判定其损伤程度。本文以西安地铁六号线工程为依托,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立分析模型,开展研究分析地铁隧道支护结构变形等规律,研究近地面爆源下应力波的传播规律:以不同地面侧爆角度、不同地铁隧道埋深和不同炸药当量三个因素综合分析,研究了外爆炸荷载下对隧道衬砌结构的动力响应规律,进一步对隧道衬砌结构的损伤规律进行分析。具有较高的技术、经济和社会效率。主要结论如下:(1)近地表爆炸源侧爆角度分别为顶爆0°及侧爆15°、30°、45°的研究发现:当侧爆角度为15°,拱顶最大位移值分别为8mm,侧爆角度为15°及30°的左侧帮最大位移值为9.2mm及8mm,衬砌结构的径向响应剧烈程度以15°最为接近0°顶爆,当侧爆角度为45°时,衬砌结构的径向及横向位移值分别为2.5mm、3mm,且速度及加速度的动力响应规律与位移变化趋势相符。(2)侧爆角度为15°,隧道埋深分别为12m、15m、18m时:埋深12m及18m的径向最大位移值分别为9.4mm、4.5mm,衰减了49%,横向最大位移值分别为11mm、6.5mm,削弱了 41%,隧道衬砌结构动力响应的剧烈程度随埋深增大而减小,因此在隧道防爆设计中,可通过增加隧道埋深减小衬砌结构径向及横向位移的变形程度。(3)炸药当量为 200kg TNT、300kgTNT、400kgTNT、500kgTNT 时,分析隧道衬砌结构位移、速度及加速度变形规律,可以看出:相比侧爆角度及埋深两个因素,炸药当量是爆炸应力波强弱最敏感的变量,当炸药当量为300kgTNT、400kgTNT及500kgTNT时,隧道衬砌结构出现变形和振动,当量为300kgTNT的最大位移值及速度值分别为8mm及0.42m/s;当炸药当量为200kgTNT时,位移值及速度值分别减小了 59%、40%,衬砌结构未见明显的变形和振动。(4)通过衬砌结构特殊部位节点主应变时程曲线及2000μs、4000μs压力损伤图分析衬砌结构的破坏程度,以最大主应变时程曲线判断结构局部的受力状态。结果表明:侧爆角度会导致衬砌结构受损位置的偏移;隧道埋深对衬砌结构损伤效应削弱显著;炸药当量改变衬砌结构的破坏程度。