隧道開挖對地下管線的影響[權威資料]

隧道開挖對地下管線的影響 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：介紹了幾種隧道開挖對地下管線影響的研究方法。通過建立地下管線受隧道開挖影響時理想化模型分析了應用彈性地基梁理論和三種頇測地表沉陷方法相結合進行理論推導的可行性。 關鍵詞：地下管線；地表沉陷；離心模擬實驗；數值模擬 TU990.3 A Abstract: this paper introduces several kinds of tunnel excavation influence of underground pipeline of research methods. Through the establishment of the underground pipe tunnel excavation influence by when idealized model. Analyzes the application of elastic foundation beam theory and three Han surface subsidence combining the method of theoretical feasibility. Keywords: underground pipeline； The surface subsidence； Centrifugal simulation experiment； Numerical simulation 隨著城市經濟和建設事業(yè)的發(fā)展城市地面交通壓力越來越大，單一的地面交通已經無法解決城市交通擁擠的狀況，迫切需要大力發(fā)展地下快速軌道交通來從根本上解決交通擁擠的問 題。 20 世紀 50 年代以來，特別是 70 年代以后。擁有地下鐵道的城市迅速增多，全世界已經建成的地鐵線路達 5200km。地鐵等地下交通網的建立能夠解決城市空間缺乏的問題，從而推動了經濟的可持續(xù)發(fā)展。同時由于近來地鐵隧道發(fā)展，勢必要對以上的管線產生影響，如果不把管線的安全考慮在內，如果發(fā)生斷裂，后果將不堪設想。 2007 年 2月 5 日凌晨，南京地鐵二號線漢中路施工段發(fā)生塌陷，自來水管爆裂、燃氣管道著火。天然氣管道斷裂爆炸導致附近5000 多戶居民停水、停電、停氣，附近的金鵬大廈被爆燃的火苗 “ 襲擊 ” 。所幸沒有人員傷亡。 地鐵建設中，隧道盾構施工由于機械化程度高，對地層適應能力強有著廣泛的用途。但是無論是土壓平衡盾構還是泥水加壓盾構，即使是嚴格控制工作面土壓平衡或泥水壓力平衡，仍不可避免會引起一定的地表變形，對在其上部的地下管線產生影響：地下管線，指埋置在地下的，用于不同用途的圓柱殼形狀的結構物，如輸送油氣水的管線。市政工程中的給水管、排水管、煤氣管、引水管等。 發(fā)達國家都進行了專門研究，許多國家制定了相應的設計規(guī)范，規(guī)定了計算管線的荷載的公式，為了保證設計的地下管線能正常的運行，但是埋管開裂的情況卻不斷發(fā) 生。 如何在開挖過程中防止坍塌，并有效地控制開挖引起的地面沉降。以保護工程沿線地下管線的安全，已經成為城市地鐵工程中需要解決的一項重要的課題。特別由于近來地鐵隧道發(fā)展，勢必要對以上的管線產生影響，主要研究方法有以下幾種： 1 數值模擬方法 主要是指三維有限元數值分析，是基于 ANSYS， FLAC等軟件平臺對地鐵隧道引起管線變形的因素給出解釋。這種方法具有能考慮各種因素，描述材料物理非線性等能力和特點，突破了經典彈塑性理論有關介質連續(xù)、均質、各向同性和小變形等假定的限制，使得分析方法 更貼近工程實際。運用現(xiàn)代化的計算手段和計算工具，將力學分析引入地下工程施工領域和時間的制定，以及支護，地表沉降等諸多參數的優(yōu)化等重大工程技術問題。 數值模擬計算表明管線最大沉降都在隧道與管線的相交點。其中利用程序軟件 ANSYS 模擬隧道開挖對地下管線的影響，可以分別得出盾構刀盤推進力、隧道開挖面到地下管線不同距離、注漿程度等對地下管線的影響程度。通過模擬對指導隧道施工時對臨近地下管線的位移預測提供了有利的理論依據，可以通過估計最大位移發(fā)生的時間和地點，從而保障整個施工的順利進行。畢繼紅、劉偉等采用 Abaqus 有限元分析軟件，建立管線與雙線隧道三維模型，模擬隧道開挖對地下管線的影響，考慮了不同的埋深、材質等條件。結構表明管線周圍土的性狀、與隧道的相對位置以及自身剛度、管徑等將對其變形和內力產生較大的影響。吳波、高波、索曉明等以深圳地鐵大劇院為背景，闡明了該工程的施工方案，并給出了管線安全性的評價標準，利用三維有限元法模擬了隧道施工過程中的管線的動態(tài)響應，通過離心模型實驗、數值模擬分析、場地測量對比分析，論證了分析結果的可靠性。彭基敏、張盂喜用 ANSYS 程序軟件模擬盾構推進對鄰近地下管線位移的影響，探討盾 構刀盤推進力、盾構刀盤、盾構開挖到地下管線不同距離，注漿程度等因素對地下管線位移的影響。 2 土工離心模型實驗法 土工離心模型實驗是目前國內國外竟相采用的一項新技術，其最大的優(yōu)點是能研究地下工程的應力變形和破壞過程。利用其物理相似性達到用模型模擬原型的目的。離心模型的基本原則，即模型尺寸比原型尺寸減小 n 倍，則作用在模型上的體積力增加 n 倍。由以上原理可知，模型中任意點的應力、應變與實體中對應點的應力、應變相等，而實體的位移即為模型對應點位移的 n 倍。 通過現(xiàn)場原狀土樣制備，用小導管洼 漿效果和錨桿的加固是用提高圍巖的強度參數進行模擬，對于隧道初期支護和臨時支護可以用鋁板替代，地下管線用紫銅管模擬。通過土工離心模型實驗擬隧道施工的影響可以模擬管線在施工期間的狀態(tài)。 3 解析方法 AtteweIl 基于 Winker 彈性地基模型提出隧道施工對結構與管線的影響評價方法，根據管線位置與地層運動方向的不同，分別計算了管線垂直與平行地層運動時管線的彎曲應力與接頭轉角，研究了大直徑與小直徑管線在地層運動下不同的反應性狀，討論了理論分析的實際應用可行性，給出了管線設計方法，是較早的比較系統(tǒng) 的研究成果。廖少明、劉建航也基于彈性地基梁提出了地下管線按柔性管和剛性管分別進行考慮的兩種方法。 解析方法說明，地下管線所有的受力為上覆土壓力、自重、管線內液體的重量、地面荷載、地基反力、地面超載。其中地面超載是和地表沉陷曲線方程有關的量。而地表沉降曲線方程的確定方法主要有以下方法： 1)修正 Peck 法縱向沉降預測 1969 年， Peck 提出了地層損失的概念和估計隧道旅工引起地面沉降的實用方法。通過對大量地表沉降實測數據分析后。 Peck 認為地表沉降槽近似正態(tài)分布曲線，并給出沉降槽 的寬度。根據不同地層條件、隧道直徑及埋深等參數間的無量綱關系式，假定地面沉降槽的體積等于隧道施工中產生的地層損失的體積，假設橫斷面上地面沉降曲線形狀為下圖中所示的正態(tài)分布曲線。 2)基于隨機介質理論的縱向沉降預測。隨機介質法通過把隧道開挖對地表變形的影響等效為構成這一開挖的無限多個微元體的影響的總和的合理假設，定義開挖水平面以上，長、寬、厚均為無限小的單元。可得出，單元開挖引起的地表沉降分布表達式。 3)設地表沉陷方程，由邊界條件確定出系數從而確定地表沉陷方程。得出管線變形的微分方程。 通過以上三種方法確定出地表沉陷方程后，可以得出管線變形的微分方程。通過解答可得出地線管線所受隧道開挖影響下所受到的彎矩和剪力。 A klar 等人對比了彈性地基梁模型和彈性連續(xù)解模型兩種模型解決隧道與管線相互作用，比較系統(tǒng)的說明了彈性地基梁模型的建立。但是并沒有給出明確的解析解。地下管線在地層移動及變形作用下的主要破壞模式，一般有兩種情況： 管段在附加拉應力作用下出現(xiàn)裂縫，甚至發(fā)生破裂而喪失工作能力； 管段完好，但管段接頭轉角過大，接頭不能保持封閉狀態(tài)而發(fā)生泄漏。 管線的破壞形式可能主要由其中一種模式控制也可能由兩種破壞同時發(fā)生。 Attewel 定義了隧道施工引起的地下管線破壞模式：柔性管 (主要為鋼管及塑料管 )由于屈服或撓曲作用產生過度變形而使管段發(fā)生破裂；剛性管 (主要為脆性灰鐵管線 )破壞的主要模式有由縱向彎曲引起的橫斷面破裂、由管段環(huán)向變形引起的徑向開裂、管段接頭處不能承受過大轉角而發(fā)生滲漏。 Molnar 通過理論計算與實測資料相比較給出了各類管線的允許彎曲應力與允許接頭轉角，可以為進一步研究提供參考。為保證隧道掘進過程中臨近管線的安全，現(xiàn)行的一 般做法是控制管線的沉降量、地表傾斜及管接縫張開值。這些控制值的確定是基于若干規(guī)范和工程實踐經驗確定的，具有相當程度的可靠度。然而在實際工程應用中存在地下管線的變形和應變不易測量以及對柔性接頭管線的接頭轉角無法實測的尷尬。 建立在軟件平臺上的三維有限元分析和土工離心實驗法都得到驗證，并且都已經指導實際工程，但是有其缺點。土工離心實驗能夠真實反應實際的情況，但是材料選擇中有困難，實踐證明由于尺寸效應，難以找到合適的材料代替實際的工程材料。而建立在軟件平臺上的三維有限元模擬有難以模擬出復雜的環(huán)境的影響 ，理論推導的方法可以用增加參數的方法來反應復雜的環(huán)境，但是對微分方程的解答有難度，對這一方面的研究有待進一步深入。 潘啟剛：（ 1984-），畢業(yè)于安徽理工大學，從事地基基礎工程施工管理工作。 閱讀相關文檔 :探析水泥混凝土路面的維修及養(yǎng)護 大型園林工程進度控制研究分析 建筑電氣工程施工問題與防治措施探討分析 大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋設計 預作用自動噴淋系統(tǒng)設計及布置要點 安裝與土建施工的協(xié)調配合管理要點 城市邊緣區(qū)整體規(guī)劃 不均衡運輸組織在城市軌道交通的研究及實踐 工 程變更在造價控制管理中的影響 淺議工程項目管理可持續(xù)發(fā)展趨勢 工程項目管理模式的發(fā)展 淺析建筑設計中給排水工程的