城市隧道施工對(duì)臨近地下管線影響研究現(xiàn)狀及發(fā)展

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1、城市隧道施工對(duì)臨近地下管線影響研究現(xiàn)狀及發(fā)展摘要:隨著地下工程的不斷增加,國內(nèi)外對(duì)城市隧道施工引起鄰近地下管線損害的研究日益重視。本文從地下管線初始應(yīng)力、管-土相互作用、管線破壞模式及允許變形值、管線變形計(jì)算方法四個(gè)方面綜述了隧道施工對(duì)鄰近地下管線影響研究的現(xiàn)狀,提出了今后研究的重點(diǎn)。關(guān)鍵詞:隧道施工地下管線環(huán)境影響1.前言  城市隧道(主要是地鐵工程及各類市政地下工程)施工往往處于建筑物、道路和地下管線等設(shè)施的密集區(qū),從而導(dǎo)致城市隧道建設(shè)中各種工程環(huán)境公害問題日益突出。因而在城市隧道施工中,必須保證施工對(duì)于已有的設(shè)施所造成

2、的影響危害在允許的范圍內(nèi)。特別是各種地下管線由于種類繁多,管線材質(zhì)、接頭類型及初始應(yīng)力各異,加之分屬部門不同,執(zhí)行保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有差異,更加大了隧道施工中管線保護(hù)的難度?! ∽鳛槌鞘协h(huán)境保護(hù)的一個(gè)新興課題,許多國內(nèi)外學(xué)者都對(duì)城市地下施工對(duì)鄰近管線的影響研究作了很多工作,得出許多有意義的結(jié)論,為科學(xué)評(píng)價(jià)城市隧道施工對(duì)鄰近管線的影響提供了一定的理論基礎(chǔ)。本文綜述了城市隧道施工對(duì)鄰近管線影響的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展并對(duì)進(jìn)一步研究重點(diǎn)提出看法。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1地下管線初始應(yīng)力  城市隧道開挖之前地下管線就承受的應(yīng)力稱為管線的初始應(yīng)力[1]

3、,它是由管道內(nèi)部工作壓力、上覆土壓力、動(dòng)靜荷載、安裝應(yīng)力、先期地層運(yùn)動(dòng)及環(huán)境影響等因素共同作用的結(jié)果。一般說來,管線安裝墊層沒有充分壓實(shí)或由于其他原因?qū)е虏痪鶆虺两?,管線就會(huì)出現(xiàn)管段應(yīng)力增加或接頭轉(zhuǎn)角增大現(xiàn)象;管道內(nèi)外壓力不同會(huì)導(dǎo)致管段產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力;上覆土壓力與動(dòng)靜荷載的作用會(huì)使管段橫斷面趨于橢圓,同時(shí)伴隨管段應(yīng)力的改變;同樣,管線埋置土層的不同也會(huì)導(dǎo)致管身不同的應(yīng)力狀態(tài):比如,管線埋置于溫差較大的土層就會(huì)使管身產(chǎn)生應(yīng)變,而管線周圍土體濕度的變化也會(huì)引起管身的腐蝕從而降低管線的強(qiáng)度?! aki與O’Rourke分析了作用在

4、鑄鐵管上的內(nèi)部壓力、溫度應(yīng)力、重復(fù)荷載及安裝應(yīng)力,計(jì)算了低壓管在綜合作用下拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)變的典型值,認(rèn)為作用在管線上的初始應(yīng)力大致為管線縱向彎曲應(yīng)變0.02%~0.04%時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值[2]。美國猶他州立大學(xué)研究人員對(duì)螺旋肋鋼管、低勁性加肋鋼管、聚氯乙稀(PVC)管進(jìn)行了應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)力松弛等試驗(yàn),得出相應(yīng)的結(jié)論[3]。國內(nèi)學(xué)者對(duì)各類壓力管進(jìn)行了支座荷載、軸向應(yīng)力等方面的研究工作,提出了初始應(yīng)力計(jì)算的理論方法及相應(yīng)的計(jì)算公式[4]。2.2管線與周圍土體的相互作用  隧道建設(shè)中,地下管線因周圍土體受到施工擾動(dòng)引起管線不均勻沉降

5、和水平位移而產(chǎn)生附加應(yīng)力。同時(shí),由于管線的剛度大約為土體的1000~3000倍,又必然會(huì)對(duì)周圍土體的移動(dòng)產(chǎn)生抵抗作用。Atte以內(nèi)),通常可以假設(shè)在管道直徑不大時(shí),地下管線對(duì)周圍土體移動(dòng)沒有抵抗能力,它將沿土體的移動(dòng)軌跡變形。一些研究成果也表明了這種假設(shè)的可行性[2]:Carder與Tayor采取足尺試驗(yàn)研究了埋置深度0.75m,直徑100㎜的鑄鐵管置于不同土體中時(shí)在鄰近開挖影響下的性狀改變情況,試驗(yàn)成果表明管線的移動(dòng)軌跡與所處地層土體移動(dòng)軌跡相吻合;Nath應(yīng)用三維有限元模擬分析了管徑75㎜至450㎜的鑄鐵管在埋深1.0m

6、條件下對(duì)鄰近開挖的響應(yīng),分析結(jié)果顯示,管徑小于150㎜的鑄鐵管線對(duì)地層的移動(dòng)幾乎沒有任何抵抗能力;Ahmed等用二維及三維有限元模擬了深溝渠的開挖對(duì)鄰近鑄鐵管線的影響,計(jì)算得出在假定管線與周圍土體不出現(xiàn)相對(duì)位移時(shí),管線的附加應(yīng)變小于鑄鐵管線的允許極限強(qiáng)度,他們認(rèn)為,如果管線與周圍土體在鄰近施工影響下不產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí),可以不考慮施工對(duì)管線的影響;Molnar等對(duì)芝加哥Lurie醫(yī)療研究中心工程中深基坑開挖對(duì)鄰近地下管線影響的研究中假設(shè)管線與周圍土體一起移動(dòng)的情況下,管徑150㎜~500㎜的地下管線預(yù)測(cè)變形值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相符。

7、  但是,當(dāng)?shù)叵鹿芫€直徑增大到一定程度后就會(huì)對(duì)周圍土體移動(dòng)產(chǎn)生抵制作用,這同時(shí)也增大了管線破壞的風(fēng)險(xiǎn)。國內(nèi)學(xué)者蔣洪勝等曾對(duì)上海地鐵二號(hào)線某段盾構(gòu)法施工對(duì)上部管徑3.6m的合流污水管產(chǎn)生的影響及處理的措施進(jìn)行過研究[5]。不過Atteed利用有限元模型計(jì)算了地下管線在鄰近深基坑開挖時(shí)的附加彎曲應(yīng)力,建議對(duì)鑄鐵管線由周近地層移動(dòng)引起的彎曲應(yīng)變值最大可取為0.05%,對(duì)球墨鑄鐵管線彎曲應(yīng)變最大可取為0.15%[2]?! ±畲笥?、龔曉南、張土喬考慮了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土體與地下管線的耦合作用,建立了地下管線、土體以及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為一體的

8、三維有限元模型[10]。分析了地下管線的管材、埋深、距離基坑遠(yuǎn)近、下臥層土質(zhì)、管道彈性模量與周圍土體彈性模量比等因素對(duì)地下管線的影響規(guī)律;應(yīng)用Singhal柔性接口中密封橡膠圈產(chǎn)生的拉拔力、彎矩及扭矩,研究了基坑工程中鄰近柔性接口地下管線的受力與變形,得出了管道柔性接口的拉拔力P。并且總結(jié)

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