banner

Новости

Sep 16, 2023

Новый подход к оценке непрерывной и прерывистой деформации трубопровода, вызванной рытьем грунтовых тоннелей

Том 13 научных докладов, номер статьи: 12661 (2023) Цитировать эту статью

47 доступов

Подробности о метриках

Деформацию вышележащего трубопровода, вызванную проходкой грунтового тоннеля, нельзя игнорировать в случае небольшого расстояния между трубопроводом и тоннелем. На основе метода жесткого стержня создана модель взаимодействия трубопровода с грунтом, в которой в качестве базовой системы использована свободно опертая балка, а нагрузки, действующие на трубопровод со стороны грунта, считаются линейно распределенными. Установлены методы расчета сплошных и прерывистых деформаций трубопроводов. Результаты, рассчитанные по предложенному методу, хорошо согласуются с экспериментальными данными центрифужных испытаний и натурными данными. Параметрическое исследование влияния потери объема (η = 1%, 2%,3 %), вращательной жесткости (β0 = 4,47 × 106 Н⋅м/рад, 4,47 × 108 Н⋅м/рад, 4,47 × 1010 Н⋅м/рад ), отношение длины участка трубопровода к точке перегиба кривой осадки грунта (L/is = 0,5, 1,0, 1,5, 2,0) и модуля упругости грунта (E = 10 МПа, 30 МПа, 50 МПа) от угла прогиба и поворота соединения. прерывистого трубопровода. Результаты показывают, что: (1) максимальный прогиб трубопровода и максимальный угол поворота соединения увеличиваются с увеличением η и уменьшаются с увеличением β0; (2) в «нечетном» случае максимальный прогиб трубопровода и максимальный угол поворота соединения сначала увеличиваются, а затем уменьшаются с увеличением L/is, достигая максимума при L/is = 1,5, а в «четном» случае , максимальный прогиб трубопровода уменьшается с увеличением L/is, а максимальный угол поворота соединения сначала увеличивается, а затем уменьшается с увеличением L/is; (3) в «нечетном» случае максимальный прогиб трубопровода и максимальный угол поворота соединения уменьшаются с увеличением Е, а в «четном» случае наблюдается обратная тенденция. При этом максимальный прогиб трубопровода и максимальный угол поворота стыка в «нечетном» случае всегда больше, чем в «четном».

Прокладка тоннелей городского метрополитена вызывает деформацию окружающей почвы, что, в свою очередь, приводит к повреждению, утечкам и отслоению трубопроводов в слое почвы, а в серьезных случаях даже вызывает полость пласта или обрушение грунта, угрожая безопасности и стабильности города. и безопасность жизни и имущества людей. Например, 5 февраля 2007 г. на строительном участке второй линии метро Нанкина в провинции Цзянсу, Китай, произошел разрыв и взрыв подземного газопровода, что привело к потере воды, электричества и газа более чем 5000 жителей. поблизости из-за отсутствия предварительного обследования окружающего газопровода и отсутствия стандартных земляных работ. Кроме того, 24 декабря 2014 г. на станции Цзунгуань в Ухане, провинция Хубэй, Китай, раскопки щитового тоннеля вызвали локальный прорыв уже устаревшей водопроводной магистрали, что привело к скачкам воды в котловане и правом тоннеле. Таким образом, обоснованный расчет величины деформации вышележащего трубопровода при проходке грунтового тоннеля стал одним из наиболее актуальных вопросов в этом виде проектирования, как показано на рис. 1.

Вариант прокладки туннелей на существующих трубопроводах: (a) непрерывный трубопровод; (б) прерывистый трубопровод.

Для расчета деформации вышележащего трубопровода, вызванной проходкой тоннелей, распространенные методы прогнозирования деформации трубопровода включают теоретический анализ1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 , численное моделирование16,17 и модельное испытание18,19. По сравнению с двумя другими методами теоретический анализ имеет значительные преимущества в практическом применении в силу своей простоты и удобства, поэтому многие ученые провели по нему множество исследований и добились богатых результатов. Например, в 1986 году Аттевелл и др.1 впервые использовали модель фундамента Винклера для изучения влияния подземных туннелей на существующие подземные трубопроводы. Ван и др.2 создали теоретическую и аналитическую модель взаимодействия трубопровода с грунтом, получили аналитическое решение деформации трубопровода и исследовали закон взаимодействия трубопровода с грунтом. Клар и др.3 получили аналитическое решение для упругой фундаментной балки Винклера для деформации трубопровода из-за проходки туннелей и сравнили его с решением для упругого сплошного фундамента, исправив коэффициенты фундамента для упругой фундаментной балки Винклера. Форстер и др.4 предложили решение для непрерывной упругости и подтвердили его осуществимость с помощью центробежных модельных испытаний. Ши и др.5 предложили решение для непрерывной деформации трубопровода на основе двухпараметрической модели фундамента Пастернака с использованием энергетического вариационного метода. Ян и др.6 решили проблему деформации трубопровода, используя метод изменения энергии, исходя из предположения, что как смещения на новом месте, так и осадки трубопровода соответствуют распределению Гаусса. Фу и др.7 рассмотрели явление разделения трубопровода и грунта и использовали двухпараметрическую модель фундамента Парстернака, чтобы найти решение проблемы деформации трубопровода, вызванной проходкой туннелей. Вышеуказанные исследования влияния проходки туннелей на вышележащий трубопровод в основном проводились в предположении, что трубопровод является однородным и непрерывным, например сварные соединения трубопроводов не могут учитывать допустимое вращение стыков трубопровода.

 1.5), the integrity of the pipeline is enhanced with the increase of the pipeline section length, and the maximum pipeline deflection and the maximum rotation angle of the joint gradually decrease. In the "even" case, the integrity of the pipeline increases with the increase of the pipeline section length, the maximum pipeline deflection gradually decreases, the pipeline section has a certain ability to resist deformation, and the maximum rotation angle of the joint first increases and then decreases./p>

ДЕЛИТЬСЯ