大截面矩形顶管施工对既有管线影响研究

顶管施工会扰动邻近建筑物,危及工程安全。该文以苏州市城北路综合管廊元和塘段顶管工程为背景,通过ABAQUS有限元分析软件建立三维模型,研究顶管下穿地下管线施工对管周土及既有管线影响,并基于极限分析方法探讨了管线失稳模式。结果表明:大直径矩形顶管顶进方向的影响范围约为2倍顶管宽度,两侧的影响范围约为1倍顶管宽度,地下管线到顶管轴线的水平距离为0.5倍~1倍顶管宽度时,应注意管线受到的水平方向附加荷载是否会导致管线破坏;管线与顶管相对位置对管线破坏影响较为显著,越靠近顶管的管线破坏越严重,滑移线由顶管两侧经由管线向地面发展,破坏部位由管线顶部两侧延伸至底部;除受与顶管相对位置影响外,管线破坏模式还受矩形顶管形状影响,管线顶部及靠近顶管顶角区域破坏风险最大。

脱空混凝土管道纵向力学行为及自膨胀高聚物注浆修复性能提升

为揭示脱空混凝土管道的纵向力学行为以及自膨胀高聚物外部注浆修复性能提升效果,开展了密实、脱空和高聚物修复混凝土管道现场足尺试验和三维有限元数值仿真,并通过试验结果对数值模型进行了验证。以不同管基状态下混凝土管道的截面纵向弯曲弯矩和管顶竖向位移为分析对象,讨论了脱空宽度和脱空长度对混凝土管道力学行为的影响规律,并引入纵向弯矩和竖向位移修复指数ξM和ξU,对高聚物注浆修复脱空管道的性能提升效果进行了量化表征。研究表明:脱空管道正负纵向弯矩分别分布在脱空两侧的相邻管段和接头,峰值分别位于SgL2、SgR2和SgL3、SgR3处;脱空管道纵向弯矩在SgL1和SgR1处随脱空宽度的增大而减小,其余测点处随脱空宽度的增大而增大,在整个纵向随脱空长度的增大而增大;不同脱空宽度和脱空长度管道的纵向弯矩在SgL1和SgR1以外均高于密实管道;与密实管道相比,脱空管道竖向位移和接头剪切位移的最大增幅分别为155%和230%;修复管道的纵向弯矩略低于密实管道,竖向位移略高于密实管道,纵向弯矩和竖向位移最大修复指数分别为76.5%和83.7%。

泡沫轻质土和砂土回填管道沟槽动力响应数值模拟对比分析

市政道路下覆管道回填区采用砂土等散体材料回填时,控制压实度是施工的关键技术难题之一。引入泡沫轻质土作为管道沟槽回填区材料能较好地解决回填压实度低的问题。为了研究回填管道沟槽泡沫轻质土的动力特性,结合某市政道路回填段行车激励现场试验,沿行车线路横向路面布设8个监测点,建立管道-回填区-路基路面三维动力模型,并施加不同工况下的三轴货车行车荷载激励,数值模拟结果与现场监测点实测数据对比验证了模型的可行性。运用此模型对泡沫轻质土、砂土回填区段的路基路面、管道外壁动力响应及路基工作区深度展开对比分析。结果表明:1)泡沫轻质土回填区沿深度方向动应力峰值衰减率、振动加速度衰减率分别为砂土回填区段的1.63~1.93倍及2.13~3.7倍。2)车重由空载变为满载时,泡沫轻质土回填区和砂土回填区管顶动应力峰值分别增加18.03 kPa和17.86 kPa,说明在回填区上行驶重型车辆时会导致埋地管道振动显著增加。3)泡沫轻质土、砂土回填区管顶和靠近行车一侧动位移峰值比例分别为1.31、1.96,泡沫轻质土回填区管道外壁动位移峰值分布较砂土回填区更加均匀。4)采用泡沫轻质土回填时路基动敏感区和动影响区深度分别为砂土回填的0.68~0.78倍、0.77~0.79倍,对路基稳定性有利。研究结果可为泡沫轻质土在市政道路管道沟槽回填中的相关应用提供参考。

地下管廊抗震研究现状综述

针对地下管廊工程建设高速发展、抗震减灾需求愈发凸显的现状,综述地下管廊抗震研究现状.首先,通过国内外以往的震害实例,对地下管廊的震害形式、震害影响因素及震害机理进行了系统性总结.其次,从拟静力试验和振动台试验两个方面总结了地下管廊抗震性能的试验研究现状.再次,总结了地下管廊抗震分析的简化分析方法、动力时程方法、地震易损性评估及减隔震技术的研究现状.最后,基于文献综述提出了目前地下管廊抗震研究亟待解决的问题并做出展望,以期促进地下管廊抗震研究的发展.研究表明:地下管廊在地震作用下的破坏形式主要有混凝土剥落、裂缝贯通、接缝错位或张开、管廊受剪断裂等;地震作用下地下管廊穿越非均匀场地时动力响应的放大效应显著,地下管廊穿越软硬交互等非均匀场地时的抗震性能研究值得重视;交叉节点是地下管廊的薄弱环节,交叉管廊的抗震设计方法研究值得关注;预制管廊接头易受到地震破坏,不同类型预制管廊接头的抗震性能研究需深入探索;城市大型地下管廊系统抗震性能受到不同交叉节点和不同管廊之间的交互影响,高效的地下管廊系统建模方法和高效的简化分析方法亟待研究;城市大型地下管廊系统地震易损性分析是重要的发展方向;地下管廊的减隔震技术值得发展.

管道下穿铁路咽喉区防护方案研究

通常情况下,易燃易爆管道不应从铁路车站咽喉区内穿越。以在建铁路项目工程实例为背景,在管道绕避车站咽喉区困难的情况下,采用建模仿真的方法,以管道泄漏、燃爆的典型事故情景为模拟对象,通过优化拟建防护涵洞的平面和空间布局,构建涵洞空间内的三维流体计算模型,获得燃爆事故情景下空气冲击波强度分布规律和特征,据此有针对性地提出穿越铁路咽喉区的防护方案,以降低管道穿越铁路咽喉区的安全风险,确保铁路设施及人员的安全。

市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度分析

提出了市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度分析的一个方法。针对寒潮期气温变化对供水管道温度应力和管道周围土体冰冻应力的影响,建立管道接头渗漏状态的供水管网水力分析模型,采用一次二阶矩方法计算市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度。以某城市供水管网为例进行分析,分别给出了在蓝色、黄色、橙色和红色寒潮预警下供水管网的服务可靠度。研究表明,寒潮期气温变化对市政埋地供水管网服务可靠度具有明显影响,有必要开展市政埋地供水管网寒潮可靠度分析,寒潮强度、管道接头性能、管网拓扑结构等是市政埋地供水管网服务可靠度的影响因素。研究对于市政埋地供水管网抗灾设计具有一定参考价值。

云模型在地下综合管廊运维安全管理绩效评价中的应用研究

为了系统地了解地下综合管廊运维安全管理工作效果,提出一种基于云模型的管廊运维安全管理绩效评价模型。在分析影响管廊运维安全相关因素的基础上,构建了管廊运维安全管理绩效评价指标体系。利用层次分析法和熵权法进行组合赋权从而确定各项评价指标权重,结合云模型进行管廊运维安全管理绩效评价。结果显示:所调研管廊的安全运维工作评价结果在“合格”和“良好”之间,总体趋向于“良好”,并识别出人员培训与提升是运维安全管理工作中的薄弱环节。该模型可以有效地评价管廊运维安全管理工作效果并识别出风险环节,丰富了管廊运维安全管理绩效评价的理论研究。

富水地层管廊基坑开挖变形及损伤演化分析

富水地层土体较为软弱,管廊基坑施工过程中易产生安全问题,研究富水地层管廊基坑开挖对指导类似工程具有重要意义。文章基于济南市开源路综合管廊工程,构建数值计算模型,考虑桩嵌固深度、钢支撑数量、支护桩类型等因素,研究不同工况对管廊基坑开挖变形的影响,并引入了损伤变量的概念,分析了基坑施工过程的损伤演化情况。结果表明:基坑开挖对于周边地表土体沉降的影响范围要大于对水平变形的,而对水平位移的影响范围约为3倍的开挖宽度;增加钢支撑数量对坑底隆起的改善要比对地表沉降的改善效果好;增加桩嵌固深度,可以明显地改善土体变形,但对于地表土体沉降量的限制作用随土体与基坑距离的增加有所削弱;基坑开挖过程中土体的损伤呈现“快速增长-缓慢增长”两个阶段,施作支护桩对土体的影响最大,土体损伤破坏急剧增加,约大于总体损伤的90.0%,施作支护桩之后土体损伤情况得到缓解。

隧道开挖对上覆既有管线影响的简化解析计算方法

[目的]当盾构隧道下穿既有管线时,会引起既有管线发生沉降变形,因此有必要通过理论计算对隧道开挖引起的上覆既有管线受力变形进行研究。[方法]基于两阶段法提出一种可预测隧道开挖对上覆既有管线变形响应影响的简化计算方法,先采用Loganathan公式获得隧道开挖引起的周围土体自由竖向位移,并把土体自由竖向位移附加在既有管线轴线上,再将既有管线简化为无限长梁搁置于Vlazov地基模型,考虑管线侧向土体的影响,利用有限差分法获得管线纵向变形的解析解。[结果及结论]将所提简化计算方法与既有文献中的实际工程监测数据进行对比,验证了所提简化计算方法的合理性;将所提简化计算方法同退化的Vlazov地基模型及Winkler地基模型计算结果进行对比,验证了所提简化计算方法更贴近实测数据。地层损失率、隧道开挖半径的增大会引起既有管线沉降及弯矩的增大;增大新建隧道与既有管线的夹角能够减小管线沉降,但会造成管线弯矩的增大。

基于BIM的城市地下综合管廊建模与系统实现

针对目前城市地下综合管廊二维管理模式存在的直观性差、效率低问题,采用BIM技术,对综合管廊构件进行编码和族库构建.在此基础上,提出了综合管廊结构主体模型、入廊管线模型和附属结构模型的参数化建模方法,实现了管廊模型的快速生成,有效地提高了建模效率.基于C#编程语言、数据库技术、Revit、Unity平台和Dynamo的二次开发技术,开发了地下综合管廊建模平台,实现了综合管廊模型的有效集成、信息查询和三维漫游展示,解决了地下综合管廊可视化运维管理的关键问题,为地下综合管廊整体可视化运维管理奠定了良好的基础.

基于多因子量化分析的综合管廊规划布局研究

传统综合管廊规划选线多从定性和经验角度出发,缺乏定量分析和数据支持,具有较大的主观性。因此以重庆市广阳湾智创生态城为例,构建了综合管廊布局多因子量化评价体系,包括线性因子和区块因子2条主线,采用GIS分析软件将影响综合管廊布局的各类因子在空间上进行叠加,然后对线性因子和区块因子2条主线的评价结果进行再次叠加,形成综合管廊选线的最终评价结果,使其更加科学、客观地形成了综合管廊的系统布局。该研究成果可为类似综合管廊布局提供一定参考。

强震作用下跨断层管道柔性接口抗震加固研究

强烈地震引起的地面永久性大变形是导致埋地供水管线损坏的主要威胁之一。该研究借鉴链式结构的设计思想,基于传统承插式管道接口形式,研发了一种新型管道抗震接口,其可支持一定的轴向伸缩自由变形。当接口变形量达至极限状态时,接口发生自锁现象并能提供较高的抗拉承载力,进而带动相邻管道滑移,以抵消断层错动引起的变形量。针对新型抗震接口开展了轴向力学性能试验,并建立了跨断层下的管线数值模型;同时,数值结果与相关全尺寸试验进行对比验证。该研究以土体压实条件和断层穿越管道位置作为关键变量,研究了加固前后断层错动下承插式管道的力学响应。研究结果表明:提出的抗震接口能够有效地提高管道抵抗地面大变形能力,并且提高接口的轴向抗拉拔能力是提升管道抗断层错动能力的关键;对于松砂土跨断层下的承插式管道接口震损较为严重;断层穿越管道不同的位置会造成不同的接口变形规律;国内规范中管道接口的转角限值过于保守,不利于对跨断层承插式管道安全性能进行合理验算。

三心拱断面地下管廊结构地震动力响应分析

针对地下管廊抗震的问题,以郑州市耿河变电站到博文变电站之间的三心拱断面地下管廊为研究对象,利用ANSYS Workbench软件建立三维实体模型,对其进行前6阶的模态分析,发现该管廊存在纵向振动、竖向振动、横向振动以及转动。基于模态分析,对管廊在水平地震和竖向地震作用下的位移响应、加速度响应和主应力响应进行分析。结果表明:最大的水平和竖向位移峰值分别为-24.222 mm和-8.954 mm;最大加速度峰值分别为3354.2 mm/s^(2)和1646.0 mm/s^(2);第一主应力峰值分别为514.7 kPa和244.15 kPa;第三主应力峰值分别为-608.15 kPa和-256.71 kPa,可得出水平地震占主导作用。对管廊的横向地震动力时程进行分析,改变频谱特性、结构材料强度、结构埋深等参数,分析其对管廊抗震性能的影响。得到研究的管廊结构在地震波频谱特性约为1.1 Hz时最为敏感;混凝土强度的改变对管廊结构的动力响应影响不大;随管廊埋设深度的增加,周边土压力加大,使其内力逐步上升。

城市地下综合管廊电缆火灾低压细水雾灭火效能研究

为了研究城市地下综合管廊电缆火灾低压细水雾灭火的有效性、明确影响低压细水雾灭火效能的关键因素,搭建了缩尺寸综合管廊低压细水雾灭火试验平台并开展了灭火试验。试验结果表明,低压细水雾能够快速有效地扑灭综合管廊电缆火灾,灭火时间最快为7 s,在启动灭火系统后50 s即可将管廊内部最高温度从650℃降至40℃。压力与喷头流量系数的改变对低压细水雾灭火效能影响较大,灭火时间分别最多缩短75.0%和66.7%,平均降温速率最高为8.2℃/s和7.43℃/s;喷头间距的改变对灭火效能影响相对较小,灭火时间最多缩短47.3%,平均降温速率最高为6.1℃/s。

管漏产生的渗流水受挡水效应后对产生渗蚀的影响

为研究水力管线渗漏渗蚀产生的流动效应受地下构筑物阻挡后对形成渗蚀的影响,在流固双向耦合原理基础上,用离散单元法模拟管线渗漏流经地下构筑物的过程。用PFC模拟渗流水与地下构筑物相接触时产生的绕流现象,用Fluid Dynamics Simulation模拟绕流的完整过程。结果表明:渗流水在流经地下构筑物时会产生绕流现象;相同条件下渗流水流经构筑物时绕流速度不同,圆形构筑物的绕流速度最大,长方形构筑物的绕流速度最小;地下构筑物对渗流的阻挡效应强弱与构筑物的挡水宽度成正比,长方形构筑物的挡水效应最优,圆形构筑物的挡水效应最差。

预制地下管廊内连续管道的纵向抗震分析

本文为研究预制地下管廊内连续管道的纵向抗震性能,在ABAQUS有限元平台构建了地基土-管廊-管道系统的精细化抗震分析模型,分析不同地震波入射角度下管廊-焊接钢管体系的地震响应。研究表明,随着地震波入射角度的增大,廊内焊接钢管的轴力逐渐增大,在入射角60°时达到峰值;剪力峰值随入射角增大呈现出先减小后增大的趋势,在入射角45°时最小,入射角0°时达到峰值;管道的弯矩峰值随地震波入射角增大逐渐减小,在入射角0°时达到峰值。

建筑工程大体积混凝土浇筑施工与防裂技术研究

针对大体积混凝土浇筑时间较长,使混凝土出现温变反应,形成混凝土裂缝的问题,研究了建筑工程大体积混凝土浇筑施工与防裂技术这一课题。绑扎建筑工程混凝土结构受力筋,使用钢筋绑扎的形式连接钢筋,并根据建筑工程要求布置钢筋位置、间距、数量,确保混凝土结构的耐久性与安全性。在建筑工程中,大体积混凝土箱梁的分层浇筑通过连续浇筑的方式对角分割箱梁的整个截面来确保混凝土浇筑的质量。养护大体积混凝土浇筑平台结构,用木抹子将混凝土表面抹平,用铁抹子压实打磨,避免混凝土水分迅速流失,出现收缩裂缝。采用实例分析,验证了该技术的防裂效果更佳,能够应用于实际生活中。

重力流污水管道纳入综合管廊设计要点分析

为研究重力流污水管道纳入综合管廊的必要性、可行性及安全性等方面的问题,以珠海高新区已验收的金琴快线综合管廊为例,对重力流污水管道入廊的必要性以及断面设计、竖向设计、附属设计和结构设计等进行论述。研究结果表明:1)在对管道运维要求较高且经济允许的项目中,重力流管道可纳入综合管廊;2)在建设条件允许的情况下建议重力流污水管道单独成舱,以提高管廊实施和运维的安全性;3)采用直通检查井和清扫口相结合的检查井节点设计,可保证管廊的整体性和清通检修的便利性;4)采用波浪型的竖向设计和管廊主体与相交构筑物结构共板的节点设计,可以充分利用竖向条件,避免因管廊埋深增大而引起工程造价大幅增加。

基于能量法的隧道穿越引起既有管线变形研究

针对隧道穿越引起既有管线变形的问题,本文出发点并非沿用力学平衡,而是从系统能量入手。将既有管线视为Euler-Bernoulli梁,并搁置于可考虑地基连续变形的Pasternak地基上。参考Rayleigh-Ritz法给出位移函数,写出地基梁系统各部分的功能表达式,建立关于管线变形的总势能方程。依据最小势能原理对其进行变分运算并求解,推导得到计算管线变形的理论解析。分别利用有限元软件的模拟结果和已发表文献中实际工程的监测数据验证所提方法的合理性。进一步对既有管线抗弯刚度、新旧结构穿越角度以及地层损失率展开参数分析。研究结果表明,随着既有管线抗弯刚度和新旧结构穿越角度的增大,既有管线的变形减小;而随着地层损失率的增大,既有管线的变形也随之增大。所提方法可快速评估隧道开挖对既有管线的影响。

液氮灭火系统管路输送压力损失影响因素及计算方法研究

结合液氮防灭火工程管路实际,分析了环境温度、液氮温度、入口流速、管长、管径、出口口径对管路出口液氮含量、输送压降的影响,并结合模拟与试验分析了均相模型预测管路输送压降的计算方法。结果表明:环境温度、液氮温度对液氮含量和管路压降影响较小;管路流速越快、输送距离越长、管径越小,压降增加越显著;随管路出口口径的减小压降迅速增加。对于低干度的气液两相氮适合用于均相模型计算,提出的简化计算经验模型压降预测值与试验值吻合良好,可以预测气液两相氮的管路输送压降,为液氮输送管路的工程应用设计提供理论支撑。