導航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 電力安全論文>>正文

地下管線安全論證和遷建方案合理性分析

文檔作者：劉曉音侯丁孟凱文檔來源：北京市南水北調(diào)工程拆遷辦公室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月03日
下載地址：點擊這里	文件大?。?369.79 KB 共5頁	文檔格式： PDF	下載點數(shù)： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內(nèi)容預覽 [文件共5頁]

本文件共5頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大?。?69.79 KB 共5頁文件格式：PDF 下載點數(shù)：1 點（VIP會員免費）

下一篇：地鐵施工臨近管線安全管理及評價標準研究

上一篇：電力線路的輸電容量及輸電距離

文本預覽

僅提取頁面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

第11卷0l期
2O13年2月
Vo1．1】 No．01
Feb．2013
地下管線安全論 證和遷 建方案合理性分析
劉曉音，侯 丁，孟 凱
(北京市南水北調(diào)工程拆遷辦公室，北京100097)
摘要：在北京市南水北調(diào)配套工程南干渠工程建設過程中，為確保工程建設順利實施的同時，不影響當?shù)鼐用裆a(chǎn)
生活中的用水、通信、用電等，需對部分既有地下管線進行改線調(diào)整施工或加固保護施工，以確保其正常運行，這項
作稱為北京市南水北調(diào)配套工程專項設施遷建。本文通過測量數(shù)據(jù)和建模仿真相結合的方式，將北京市南水北
調(diào)配套南干渠T程中盾構施工引發(fā)的動載荷對地下管線的形變和受力特性進行數(shù)值模擬仿真與測算，并基于運算
數(shù)據(jù)對對盾構施工時周邊不同管徑、不同材質(zhì)、不同埋深管道的應力、應變特性進行了分析，對施工方案力學合理性
進行論證，并結合監(jiān)測分析盾構施工地表沉降規(guī)律，對地下管線安全控制參數(shù)提供數(shù)據(jù)參考，以期不斷促進和提升
專項設施遷建方案的科學性、合理性。
關鍵詞：南水北調(diào)；南f渠上程；盾構；地下管線；動載荷
中圖分類號：U455．4；TU990．3 文獻標識碼：A 文章編號：1672—1683(2013)001 0156—05
Underground Pipeline Safety Demonstration and Relocation Program Rationality Analysis
LIU Xiao yin，H()U Ding，MENG Kai
LSouth to North Water Diversion Pro3ect o,~fice o}tke Demolition of The Beijing Municipal，Beijing 100097，China)
Abstract：In the city of Beijing South Main Canal of South-to—North Water Transfer Project construction process，in order to ensure the smooth
implementation of engineering construction at the same time，does not affect the residents living in the production of water，communications，e—
lectricity．requiring both part of underground pipeline modification line adjustment of construction or the protection and reinforcement of COIl—
struction．in order to ensure their normal operation．this work is called the Beijing of South to-North Water I'ransfer project specia1 facility relo
cation．Through tbe measured data and modeling simulation combining，Beijing City South Main Canal Project of South-to—North Water Transfer
Project in shield construction of dynamic load on underground pipeline caused by the deformation and the stress characteristics of the numerical
simulat lon and calculation．a(chǎn)nd based on operational data on shield construction around the different diameter，different materials，different buried
depth pipeline stress，strain analysis．to the programme of construction mechanics reasonability of argumentation，and combined with the monito
ring and analysis of ground surface settlement of shield construction，the safety of underground pipelines control parameters to provide reference
data．in order tO constantly promote and enhance the special facility relocation plan science，rationality．
Key words：So uth to North Water Transfer；South Main Canal Project；shield tunneling；buried pipelines；dynamical load
南十渠 I：程是南水北調(diào)北京市內(nèi)配套工程，其主要穿越
北京巾南部城區(qū)，沿線地質(zhì)條件復雜，局部地下管線交織錯
雜，日管線材質(zhì)、性質(zhì)用途、埋設年份、土壤環(huán)境、接口類型、
埋深以及與盾構隧道的相對位置E多有不同，地下盾構施工
造成的隧道周同：t體形變，會引起地下管線產(chǎn)生較大的附加
變形和過大的附加應力，易導致地下管線受損而發(fā)生事故，
影響居民正常生產(chǎn)、?；睢Ｒ虼?，對部分管線進行合理、有效
的專項設施遷建(即對之進行改移或保護)是十分必要的。
本文通過數(shù)值模擬對盾構法施上對其周圍管線應力應變進
行了分析，塒管線保護方案進行J，復核論證。
l 土體模型與計算建模
1．1 土體模型
在土力學中，對于巖石、混凝土和土壤等材料采用Mo
hr-Coulomb和Druck-Prager屈服準則(簡稱為DP準則)。
而在ANSYS有限元分析中對于巖石、土壤采用DP準則可
以得到較為精確的結果。為便于分析，本文在一定條件下建
立三維計算模型進行仿真運算。
1．2 計算模型的假設
本文建立三維計算模型時采用如下假定。(1)地下管線
為均質(zhì)材料，沿長度方向等直徑、等壁厚，不考慮接頭的影
響。(2)假定管線在盾構開挖過程中一直與土緊密接觸，即
存變形過程中管線與土共同變形，沒有相對滑動或脫離。
(3)開挖后洞室的單元面上施加均布力以考慮壁后注漿的影
收稿日期：2013-01 06 修回日期：20l3一O1¨O8
作者簡介：劉曉音(1980)，男，山東新泰人，1二程師，主要從事水利1：程管理方面研究。E-mail：lxy1980513@sina．com
· l56 · 探討與交流
劉曉音等·地下管線安全論證和遷建方案合理性分析
響。(4)隧道管片之間用螺栓連接，螺栓對管片剛度有一定
的影響，計算時用折減剛度進行模擬。
2 盾構施工(第九標段)動態(tài)模擬及對管線
位移與應力的影響
2．1 模型一(標段：l1+302～l1+400)
2．1．1 計算模型與載荷施加
該模型中包含兩根地下管線，其一為燃氣管線(鋼管)距
地面高程為2．4 m；其二為電信管線(混凝土管道)距離地面
高程為1．2 m。由于管線與開挖軸線相垂直布置時是最不
利工況，因此以下模型中管線均與開挖隧道方向正交。
模型一的有限元模型如圖1(a)所示，管道有限元模型如
圖1(b)所示。有限元模型開挖前后范圍距離分析管線為3O
m，左右范圍距離開挖軸線25 m，下邊界距離開挖軸線8．8
i'I1，上邊界為地面高程，開挖軸線距離地面為10．675 m。模
型中地層部分共劃分13 632個單元，管線共60個單元。
(a)整體有限元圖
(b)部分有限元圖
(c)模型參數(shù)說明圖(m)
圖1 模型一隧道盾構開挖有限元模型
該模型中燃氣管道采用中3。O鋼管，壁厚為5 mm進行
計算。電信管線有鋼套管材料，也有塑料套管外包混凝土管
塊，模型一中計算采用直徑為0400，管壁為0．03 In混凝土
管(按C15混凝土計算)進行計算。
模型邊界條件為：地基底部豎向固定；左右側和上下側
沿作用面法向固定，切向自由；地面為自由邊界。該三維有
限元模型中，采用了兩種單元類型：(1)8節(jié)點塊體單元
(SOI II)45)：用于地基結構；(2)梁單元(BEAM188)：用于模
擬地下管線。模型荷載說明：盾構機推力為15 000~20 000
kN(實際取推力17 000 kN)；掘進速度為50 mm／min(實際
按最不利工況每開挖步取3 m／h)；注漿壓力為0．3～0．5
MPa(實際取0．3 MPa)；注漿厚度10 cm。
2．1．2 施工區(qū)地層變形結果及管線變形分析
圖2、圖3和表1為盾構掘進荷載下管道的最大變形結
果和安全允許值的對比。實際中由于施工質(zhì)量和各種不確
定因素，以及此次計算為最不利工況(開挖步為3 m)，這里
管線的發(fā)生位移僅是實際中可能發(fā)生的上限。
g
{
豁
趟
哩
她
開挖步(每步3m)
圖2 不同開挖步下管道正上方
地表節(jié)點(11031)豎向位移歷程
’
■■嘲 曼 鯉
一
? ? ? 一
．
‘一 —‘一 ●一燃電信氣管線水豎平向位移
圖3 隨著掘進開挖步的各管線的變形歷程
2．1．3 管線應力分析
表2為盾構掘進荷載下管道的最大應力發(fā)生值和安全
允許值的對比。
2．2 模型二(標段：124-400 124-600)
2．2．1 計算模型與載荷施加
該模型主要分析雨水管線和大直徑給水管線，見圖4。
該模型段管埋最深，注漿壓力應施加最大0．5 MPa。
盾構襯砌寬度為2 iTi，為了得出精確計算結果，這里推
進步長設置為2 m，此模型有3O個開挖步，61個時問步。
模型二范圍尺寸為60 m×29 m×35．95 m，沿x負方向
為盾構推進方向。盾構中心線距離地面為22．85 m，雨水管
線按z方向(與隧洞正交)埋設在地表下22 m處，給水管
表1 盾構掘進荷載下管道的變形結果
m 辨女鎊輯” 螂 一姆*
探討與交流·157 ·
“ “
第11卷01期·南水北調(diào)與水利科技·2013年2月
表2 盾構動荷載下管道應力數(shù)值
線按z方向埋設在地表下4．8 rn。盾構隧洞直徑4．7 m。上
邊界面為地面高程，開挖軸線距離地面為22．85 m，模型中
地層部分共劃分13 384個單元，管線共34個單元。根據(jù)結
構對稱性，本算例取整個模型的1／2進行分析。
俺
d
噬
圖4 模型二建模參數(shù)說明(m)
法向固定，左側沿作用面法向固定，右側、前后側施加對稱邊
界條件，切向自由；地面為自由邊界。
2．2．2 施工區(qū)地層變形結果及管線變形分析
圖5、圖6和表3中所示為盾構掘進荷載下管道的最大
變形結果和安全允許值的對比。
2
1 5
釜
雹
。
。
m 5
一
婁_0 5
— 2
模型邊界條件為：地基底部豎向固定；上下側沿作用面 圖5 地表節(jié)點(8184)豎向位移歷程
表3 盾構掘進荷載下管道的變形結果
注：其中最大斜率在出現(xiàn)最大豎向位移的開挖步下由差分法算得。
俺
Ⅱ!!j
粵
① 406 -給水管道(PVC材料)，
． 給水管道(鑄鐵材料)，管徑1
④
． 燃氣管道【鋼材料)，管徑100，高程
④
口30
⑤
④ 22 (_)???
00，高程421
程41 6
圖6 隨著掘進開挖步的各管線的變形歷程(mm)
2．2．3 管線應力分析
表4為盾構掘進荷載下管道的最大應力發(fā)生值和安全
允許值的對比。
表4 盾構動荷載下管道的應力數(shù)值 MPa
2．3 模型三(標段：l2+7()(]～12+800)
2．3．1 計算模型與載荷施加
該段模型主要分析三根管線，均與開挖隧道方向正交，
管徑均為100 mm。1號給水管道(PVC材料)距地面高程為
0．4 m；9號給水管道(鑄鐵材料)距地面高程為0．9 m；8號
· 158 · 探討與交流
燃氣管道(鋼材料)距地面高程為1．7 m。管道和地質(zhì)模型
參數(shù)見圖7。
模型三的有限元模型單元類型同模型一和模型二。有
限元模型開挖前后范圍共為60 m，初始開挖面距離三根分
析管線分別為30 m、34 m和39 nl，左右范圍距離開挖軸線
29 II1，下邊界距離開挖軸線l2．75 In，上邊界為地面高程，開
挖軸線距離地面為20．7 m。模型中地層部分共劃分16 620
個單元，管線共5O個單元。模型三邊界條件同模型一。
】匾
肝
Ⅱ
咄
地面高程
給水管道(PVC材料)，管徑100，高程42
-絲 笪壟 箜璧絲型)-管徑l吣高程41 6
燃氣管道(鋼材料)，管徑IO0,高程408
圖7 模型三建模參數(shù)說明(m)
2．3．2 施工區(qū)地層變形結果及管線變形分析
圖8、圖9和表5為盾構掘進荷載下管道的最大變形結
果和安全允許值的對比。
2．3．3 管線應力分析
表6為盾構掘進荷載下管道的最大應力發(fā)生值和安全
允許值的對比。
④
劉曉音等·地下管線安全論證和遷建方案合理性分析
管線豎向位移
管線(鑄鐵)豎向位移
管線(PC)豎向位移
時間步
圖8 地表節(jié)點豎向位移歷程
一
一 燃給氣水管線橫豎(P鑄向C位鐵) 橫移豎向位移
圖9 隨著掘進開挖步的各管線的變形歷程
表6 盾構動荷載下管道的應力數(shù)值 MPa
3 計算結果分析
3．1 不同方案下地層和管線的變形、應力分析及安
全評價
(1)通過選出三種最不利的地層和管線模型進行計算分
析，所選施工標段的地下管線無論是位移變形、斜率、還是應
力狀態(tài)大部分都處于安全狀態(tài)。但個別地方和標段的地下
管線可能在開挖載荷作用下超出安全允許范圍，應該引起重
點注意。其中，模型一(標段：11+302 11+400)中的管線
處于標段的起始端，由于開挖較淺，盾構推進力和注漿壓力
都對地層有較大的干擾，有可能導致管線變形位移較大，但
是其應力狀態(tài)仍處于安全范圍內(nèi)，所以可以通過采用相應保
護措施進行管線移動和安全處理。模型二(標段：12+400
l24-600)和模型三(標段：124-700 124-800)中的地下管線
在盾構施工荷載下都處于安全狀態(tài)，不影響正常施工。
(2)地下管線在各種荷載作用下產(chǎn)生的應力狀態(tài)較為復
雜。通過分析，其徑向應力較小，可以不予考慮；但須考慮管
線因各種原因產(chǎn)生的環(huán)向應力與縱向應力，尤其是縱向應
力。設計及施工中應著力解決或抵消管線環(huán)向應力與縱向
應力影響。
3．2 地下施工對鄰近地下管線的影響規(guī)律
(1)地下施工對鄰近地下管線的影響規(guī)律基本一致，盾
構穿過管線下方后，由于盾構力的影響，土體回落帶動管線
運動，管線豎向位移進一步加大，并隨推進力的增加，回落速
率提高；土體發(fā)生固結，盾構到達管線后方20 m后，土體沉
降趨于穩(wěn)定，距離開挖面20 in外，對管線位移影響可忽略。
(2)管線埋深增大時，管線產(chǎn)生的沉降、水平位移及大主
應力也相應增大。管材的變化對管線的沉降影響很小，但對
管線的水平位移及大主應力影響較大，管線彈性模量較大時
就會對地層移動產(chǎn)生較大的抑制作用，而彈性模量較小的管
線能與周圍土體協(xié)調(diào)變形。
(3)管線平行隧道軸線時，同一水平面上，隧道軸線正上
方的管線面臨的威脅最大，但對水平位移反映敏感的管線來
說，處在隧道沉降主要影響范圍邊界位置最為不利。土層剛
度對地下管線的力學性狀影響較為顯著。土層剛度越小，管
線所受到的施工影響越大。采取措施提高土層剛度，有助于
減小管線的沉降量與最大應力，但當加固到一定程度后，對
管線性狀的改善較為有限。彈性模量對管線位移的影響較
為有限，對應力影響較為明顯：位移隨彈性模量增大而緩慢
減小，而應力增大較為明顯。
(4)直徑對管線性狀影響比較明顯：位移先隨管徑增大
而增大，后隨管徑增大而減??；縱向應力隨管徑增長較快。
壁厚對管線位移的影響不很明顯，對應力影響相對明顯：位
移隨壁厚增大而緩慢減小，縱向應力減小較快。截面形狀不
同對管線位移影響不大，但對管線應力影響比較明顯：圓管
的位移與方管基本接近，圓管的受力比較合理，方管應力要
比圓管大很多，較為不利。盾構掘進快慢對地下管線的影響
較為明顯。掘進越快，管線的位移與縱向應力增長很快，當
掘進速率達到一定程度后增長趨于緩慢。當工程中從近距
離平行雙管下方穿越時，它們的位移要小于單管情形，縱向
應力差別不很顯著，要較單管情形安全。
4 變形監(jiān)測分析
為保證施工安全并驗證計算結果，我們結合施工對對部
分管線進行了監(jiān)測，對工程中的地表橫斷面變形和地下管線
變形進行實測，將觀測變形結果進行分析，可得如下結論：
(1)盾構沉降槽的分布在隧道左右3D(D為隧道外徑)
之內(nèi)，而最大沉降量的6O ～70 發(fā)生在1．5D范圍之內(nèi)，
隧道的1．5D范圍為隧道施工的主要影響區(qū)域，在其范圍之
內(nèi)的地下構筑物應該進行重點監(jiān)測。
(2)從管線受力方面考慮，根據(jù)地表沉降值劃定的沉降
極限，國內(nèi)一般采用30 nun，對管線不會造成影響。本文認
為地面沉降50~80 mm范圍之內(nèi)，地下管線處于安全狀態(tài)。
(3)從管線變形方面考慮則需結合材質(zhì)考慮。以鑄鐵
l 垛 請 烏 文 藐 “ ．159．
： 。 o ”≈
uv 迥廈 椒 硝她
4 0 4 m 幢
uv ． ．
第11卷O1期·南水北調(diào)與水利科技·2013年2月
為例，管線的變形曲率應小于等于0．0078或者差異沉降小
于等于l／128，從應力判別考慮，管線的最大拉應力應該小
于等于71 MPa，最大壓應力應小于等于127．4 MPa，管線
可正常使用，否則容易產(chǎn)生斷裂或泄漏。因此，設計及實施
前應詳細了解管件材質(zhì)及屬性，有針對性的做好相關工作。
5 結論
(1)通過計算分析可以證明南干渠盾構施工地下管線保
護方案是可行的，同時提出了施工中應加強監(jiān)控部位，并建
議必要時采取保護措施。
(2)對盾構施工時周邊不同管徑、不同材質(zhì)、不同埋深管
道的應力應變特性進行了分析，對工程施工有指導意義，對
相關工程有參考價值。
(3)通過監(jiān)測分析揭示了盾構施工地表沉降規(guī)律，并對
(上接第l55頁)
器的查詢對數(shù)據(jù)庫中的基本參數(shù)數(shù)據(jù)及查詢報表數(shù)據(jù)根據(jù)
訪問權限的不同進行查詢與修改，同時該系統(tǒng)還提供了兩種
基于WebGIS的數(shù)據(jù)查詢方式，一種是基于空間數(shù)據(jù)的查
詢，一種是基于屬性數(shù)據(jù)的查詢。其主要是在瀏覽器上對行
政區(qū)劃、監(jiān)測測站、雨量測站、以及旱情分布等空間數(shù)據(jù)進行
瀏覽查詢。
6 結語
基于WebGIS技術的旱情監(jiān)測及災害評估管理系統(tǒng)通
過以網(wǎng)絡為平臺進行信息采集、旱情評估以及旱情分析信息
發(fā)布等，系統(tǒng)的三層體系結構(表示層、業(yè)務應用層、G1S
服務層和數(shù)據(jù)層)能夠提高旱災信息的采集、傳遞和使用
效率，并能高效、直觀的反映出干旱災情，對提高各級決
策部門的管理決策水平具有積極意義。該系統(tǒng)屬于可擴
· 160 · 探討與交流
周邊管線安全控制參數(shù)提出了建議。
參考文獻：
[1] 北京市水利規(guī)劃設計研究院．北京市南水北調(diào)配套工程南千渠
工程施工第九標段圖紙Ez3．2009．
E23 北京理工大學，北京瑞區(qū)斯特科技有限公司．北京市南水北調(diào)
配套工程地下管線動載荷試驗及改移方案論證分析報告ER]．
2ol2．
[3] 肖旺輝．隧道盾構對土體變形及地下管線影響的研究ED]．武
漢：華中科技大學，2007．
E6J 馬濤．隧道施工引起的地層位移及其對鄰近地下管線的影響分
析[D=．長沙：長沙理工大學，2005．
[7] 吳為義．盾構隧道周圍地下管線的性狀研究ED3．杭州：浙江大
學，2008．
展的模塊化系統(tǒng)對于系統(tǒng)模塊中存在的問題可以通過實
踐進行一步的完善與創(chuàng)新，使其能在抗旱工作發(fā)揮其最
大的效能。
參考文獻：
[1] 王琳．加快國土綠化進程推進生態(tài)文明建設EJ]．河北林業(yè)，
2008，(1)：18—2O．
[2] SI 424 2008，旱情等級標準Es3．
E3] 雷明，姜于．基于WebGIS的水資源和節(jié)約用水信息管理系統(tǒng)
的設計與實現(xiàn)EJ]．吉林水利，2009，(8)：14 16．
[4] 劉海巖，梁建龍．基于中間件的分布式系統(tǒng)開發(fā)過程的研究
[J]．計 算機應用研究，2004，(1)：85—87．
[5] 劉代勇．梁忠民，趙衛(wèi)民，等．灰色系統(tǒng)理論在干旱預測中的應
用研究FJ]．水力發(fā)電，2o12，38(2)：lo】2．

網(wǎng)友評論 more

電力安全論文最新內(nèi)容

03-05