隧道開挖對(duì)地下管線的影響[權(quán)威資料]

隧道開挖對(duì)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(duì)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(shí)理想化模型分析了應(yīng)用彈性地基梁理論和三種頇測地表沉陷方法相結(jié)合進(jìn)行理論推導(dǎo)的可行性。 關(guān)鍵詞：地下管線；地表沉陷；離心模擬實(shí)驗(yàn)；數(shù)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(jīng)濟(jì)和建設(shè)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(jīng)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(jì) 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(jīng)建成的地鐵線路達(dá) 5200km。地鐵等地下交通網(wǎng)的建立能夠解決城市空間缺乏的問題，從而推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)由于近來地鐵隧道發(fā)展，勢必要對(duì)以上的管線產(chǎn)生影響，如果不把管線的安全考慮在內(nèi)，如果發(fā)生斷裂，后果將不堪設(shè)想。 2007 年 2月 5 日凌晨，南京地鐵二號(hào)線漢中路施工段發(fā)生塌陷，自來水管爆裂、燃?xì)夤艿乐?。天然氣管道斷裂爆炸?dǎo)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(shè)中，隧道盾構(gòu)施工由于機(jī)械化程度高，對(duì)地層適應(yīng)能力強(qiáng)有著廣泛的用途。但是無論是土壓平衡盾構(gòu)還是泥水加壓盾構(gòu)，即使是嚴(yán)格控制工作面土壓平衡或泥水壓力平衡，仍不可避免會(huì)引起一定的地表變形，對(duì)在其上部的地下管線產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(dá)國家都進(jìn)行了專門研究，許多國家制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，規(guī)定了計(jì)算管線的荷載的公式，為了保證設(shè)計(jì)的地下管線能正常的運(yùn)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(hù)工程沿線地下管線的安全，已經(jīng)成為城市地鐵工程中需要解決的一項(xiàng)重要的課題。特別由于近來地鐵隧道發(fā)展，勢必要對(duì)以上的管線產(chǎn)生影響，主要研究方法有以下幾種： 1 數(shù)值模擬方法 主要是指三維有限元數(shù)值分析，是基于 ANSYS， FLAC等軟件平臺(tái)對(duì)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(diǎn)，突破了經(jīng)典彈塑性理論有關(guān)介質(zhì)連續(xù)、均質(zhì)、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(shí)際。運(yùn)用現(xiàn)代化的計(jì)算手段和計(jì)算工具，將力學(xué)分析引入地下工程施工領(lǐng)域和時(shí)間的制定，以及支護(hù)，地表沉降等諸多參數(shù)的優(yōu)化等重大工程技術(shù)問題。 數(shù)值模擬計(jì)算表明管線最大沉降都在隧道與管線的相交點(diǎn)。其中利用程序軟件 ANSYS 模擬隧道開挖對(duì)地下管線的影響，可以分別得出盾構(gòu)刀盤推進(jìn)力、隧道開挖面到地下管線不同距離、注漿程度等對(duì)地下管線的影響程度。通過模擬對(duì)指導(dǎo)隧道施工時(shí)對(duì)臨近地下管線的位移預(yù)測提供了有利的理論依據(jù)，可以通過估計(jì)最大位移發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，從而保障整個(gè)施工的順利進(jìn)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(duì)地下管線的影響，考慮了不同的埋深、材質(zhì)等條件。結(jié)構(gòu)表明管線周圍土的性狀、與隧道的相對(duì)位置以及自身剛度、管徑等將對(duì)其變形和內(nèi)力產(chǎn)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，利用三維有限元法模擬了隧道施工過程中的管線的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，通過離心模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬分析、場地測量對(duì)比分析，論證了分析結(jié)果的可靠性。彭基敏、張盂喜用 ANSYS 程序軟件模擬盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)鄰近地下管線位移的影響，探討盾 構(gòu)刀盤推進(jìn)力、盾構(gòu)刀盤、盾構(gòu)開挖到地下管線不同距離，注漿程度等因素對(duì)地下管線位移的影響。 2 土工離心模型實(shí)驗(yàn)法 土工離心模型實(shí)驗(yàn)是目前國內(nèi)國外竟相采用的一項(xiàng)新技術(shù)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能研究地下工程的應(yīng)力變形和破壞過程。利用其物理相似性達(dá)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(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變與實(shí)體中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變相等，而實(shí)體的位移即為模型對(duì)應(yīng)點(diǎn)位移的 n 倍。 通過現(xiàn)場原狀土樣制備，用小導(dǎo)管洼 漿效果和錨桿的加固是用提高圍巖的強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行模擬，對(duì)于隧道初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)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(shí)驗(yàn)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(duì)結(jié)構(gòu)與管線的影響評(píng)價(jià)方法，根據(jù)管線位置與地層運(yùn)動(dòng)方向的不同，分別計(jì)算了管線垂直與平行地層運(yùn)動(dòng)時(shí)管線的彎曲應(yīng)力與接頭轉(zhuǎn)角，研究了大直徑與小直徑管線在地層運(yùn)動(dòng)下不同的反應(yīng)性狀，討論了理論分析的實(shí)際應(yīng)用可行性，給出了管線設(shè)計(jì)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(jìn)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(nèi)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(guān)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(yù)測 1969 年， Peck 提出了地層損失的概念和估計(jì)隧道旅工引起地面沉降的實(shí)用方法。通過對(duì)大量地表沉降實(shí)測數(shù)據(jù)分析后。 Peck 認(rèn)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(jù)不同地層條件、隧道直徑及埋深等參數(shù)間的無量綱關(guān)系式，假定地面沉降槽的體積等于隧道施工中產(chǎn)生的地層損失的體積，假設(shè)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(jī)介質(zhì)理論的縱向沉降預(yù)測。隨機(jī)介質(zhì)法通過把隧道開挖對(duì)地表變形的影響等效為構(gòu)成這一開挖的無限多個(gè)微元體的影響的總和的合理假設(shè)，定義開挖水平面以上，長、寬、厚均為無限小的單元?？傻贸?，單元開挖引起的地表沉降分布表達(dá)式。 3)設(shè)地表沉陷方程，由邊界條件確定出系數(shù)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(duì)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(dòng)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(yīng)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(zhuǎn)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(shí)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(chǎn)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(zhuǎn)角而發(fā)生滲漏。 Molnar 通過理論計(jì)算與實(shí)測資料相比較給出了各類管線的允許彎曲應(yīng)力與允許接頭轉(zhuǎn)角，可以為進(jìn)一步研究提供參考。為保證隧道掘進(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定的，具有相當(dāng)程度的可靠度。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中存在地下管線的變形和應(yīng)變不易測量以及對(duì)柔性接頭管線的接頭轉(zhuǎn)角無法實(shí)測的尷尬。 建立在軟件平臺(tái)上的三維有限元分析和土工離心實(shí)驗(yàn)法都得到驗(yàn)證，并且都已經(jīng)指導(dǎo)實(shí)際工程，但是有其缺點(diǎn)。土工離心實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘鎸?shí)反應(yīng)實(shí)際的情況，但是材料選擇中有困難，實(shí)踐證明由于尺寸效應(yīng)，難以找到合適的材料代替實(shí)際的工程材料。而建立在軟件平臺(tái)上的三維有限元模擬有難以模擬出復(fù)雜的環(huán)境的影響 ，理論推導(dǎo)的方法可以用增加參數(shù)的方法來反應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，但是對(duì)微分方程的解答有難度，對(duì)這一方面的研究有待進(jìn)一步深入。 潘啟剛：（ 1984-），畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，從事地基基礎(chǔ)工程施工管理工作。 閱讀相關(guān)文檔 :探析水泥混凝土路面的維修及養(yǎng)護(hù) 大型園林工程進(jìn)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì) 預(yù)作用自動(dòng)噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)及布置要點(diǎn) 安裝與土建施工的協(xié)調(diào)配合管理要點(diǎn) 城市邊緣區(qū)整體規(guī)劃 不均衡運(yùn)輸組織在城市軌道交通的研究及實(shí)踐 工 程變更在造價(jià)控制管理中的影響 淺議工程項(xiàng)目管理可持續(xù)發(fā)展趨勢 工程項(xiàng)目管理模式的發(fā)展 淺析建筑設(shè)計(jì)中給排水工程的