淺談地鐵隧道對鄰近地下管線的影響

淺談地鐵隧道對鄰近地下管線的影響

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1、淺談地鐵隧道對鄰近地下管線的影響中鐵隧道勘測設計院有限公司廣東廣州510380摘要:隨著地鐵的進一步發(fā)展,針對管線的解決措施會日趨完善。但是,受各地的地質情況、施工工藝、管線規(guī)劃等諸多情況的影響,管線問題也將長期影響地鐵事業(yè)的發(fā)展。文章針對地鐵隧道施工對臨近管線的處理方式進行分析。關鍵詞:地鐵隧道;管線;變形;處理1.管線功能失效分析管線功能失效的形式是多樣的,并因其周圍土體受到施工擾動而產(chǎn)牛.附加應力和附加變形。同時,由于管線的剛度遠大于土體的剛度,乂必然會對周圍土體的移動產(chǎn)生抵抗作用。在施工擾動

2、作用下,管線可能產(chǎn)生泄漏,甚至結構上的破壞。賀長俊從風險角度提出了管線功能失效的定義,使用概率的方式定義,通過作用在管線結構上外荷載與其當前承載能力的對比。當管線功能失效時,結構最不利位置處的荷載效應不超過其當前的承載力,引入Pf=P[R<S]=P[Z<0],式中S為結構的荷載效應,為荷載、結構材料參數(shù)和幾何參數(shù)等多種因素的函數(shù),Z是多元隨機自變量的函數(shù)。荷載響應、強度作用破壞示意圖Clarke系統(tǒng)總結了管線的各種破壞類型及其原因,Attewell等提出了脆性灰鐵管的幾種功能失效的模式:

3、①縱向彎矩引起橫向斷裂;②環(huán)向彎矩引起縱向劈裂;③熔斷、由訟期腐蝕引起孔洞或穿孔;④管線接頭處泄漏;⑤引入連接點處泄漏;⑥直接沖擊引起損傷。上述破壞形式的出現(xiàn)與管線的材料、接頭類型、幾何尺?、」?等多種因素有關。在地鐵施工過程中,開挖引起周圍地層的差異沉降是導致管線功能喪失的主要原因,主要表現(xiàn)形式為縱向彎矩引起的橫向斷裂。對于非剛性連接的管線,地層差異沉降導致的管線接頭張開也是非常普遍的現(xiàn)象。施工過程中對管線產(chǎn)生影響,管線破壞后又反作用于工程,破壞程度愈演愈烈;二者的影響界定很難區(qū)分,例如給排水管線

4、的自然老化造成管線功能失效,失效后對工程本體造成一定的影響,而隨著工程本體遇水后出現(xiàn)結構失穩(wěn),又反作用于水管,造成更人的破壞。所以,在進行管線風險評估過程中,要考慮全面,各種因素做好統(tǒng)計,統(tǒng)籌分析概率,做到萬無一失。1.管線控制標準及處理方法(1)管線受彎應力控制標準同樣條件下,不同材質的管線對隧道施工引起的擾動反應不同。管線剛度越人,管線變形越小,管線對土體的約束作用越人。如鑄鐵管對隧道開挖引起的拉應變比較敏感,一般壓應變不起控制作用??偫瓚冎饕蓛刹糠纸M成:與曲率相關的彎曲應變和軸向應變。受管

5、線鑄造質量等多種因素的影響,管線破裂吋的拉應變值變化很人,一?般在4000-6000μ&epsilon;o鑄鐵的缺陷會引起應力集中、在管壁相對較薄地方的拉應變可以降到2000μ&epsilon;c另外,Jt?他原因導致地層移動而引起管線的應力集中也會導致鑄鐵的功能失效,因此制定管線遷改方案吋要重點考慮這些因素。Attewell等提出了在直接拉應力作用下總允許應變的限制范圍。關于拉應變?nèi)≈?Herbert和Leach指出:對于直徑大于300mm的灰色鑄鐵管取200με

6、,直徑小于300mm的灰色鑄鐵管取150με是合理的;在相對不利情況下,可將上述取值分別降低為150和100με。劉建航、侯學淵用彈性地基梁法計算了施工引起的管道地基沉陷以及管道的彎曲應九將管道變形的曲率半徑作為判斷標準。EI(d4S/dx4)+KSd=KSpd式中:S為地層沉降量;Sp為管線沉降量;El為管線彎曲剛度;K為地基基床系數(shù);d為管線直徑。(2)管線沉降控制標準國外此方面的研究中O′RourkeTrautman提出了一種管線損害評估

7、的經(jīng)驗方法,主要參考指標是管線可能受損處的地層移動坡角Smax/i/它與可能的管線破壞的關系是高斯沉降分布的函數(shù)。國內(nèi)0前在工程實踐中采用的標準如下:①參考廣州地鐵相關技術規(guī)定,管線兩接頭之間的局部傾斜不得超過8/1000;②參考北京、重慶地鐵施工總結的的相關技術指標,地表最大斜率為2.55mm/mo⑶管接縫張開控制標準Attewell等人給出了鑄鐵管在地層移動作用下接頭轉角與脫開的允許值。在沒有足夠資料條件下,管線接頭轉角θ可以采用保守的估計,并取最大估計值。當管線與隧道橫交吋,將計算

8、的估計值與控制標準比較,可以做出管線的安全性評價。魏新江、魏剛等提出接縫允許張開值[△],即直徑為D、管節(jié)長度為b的管節(jié)在管線沉降曲線曲率最大處(1/R)接縫張開值需滿足Db/R<[A]o1.管線處理過程中的難點與措施建議3.1管線處理過程中的難點⑴管線調查工作閑難地鐵線所涉及到的管線種類繁多,數(shù)量龐人。各類管線雖然冇管路規(guī)劃,但是,在施工過程中,小的細節(jié)變動在所難免,高差、平面位置時有變動,這就給后期管線調查帶來了諸多不定因素。另外因產(chǎn)權所屬關系不同,同一區(qū)域

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