跨天然气管道施工防护工程设计分析与应用

本文以贵州省安顺至盘州高速公路项目为例,以项目百石荞特大桥跨中缅天然气管道施工工点为背景,论述了采用“盖板防护”+“贝雷梁钢便桥”两种主动与被动相结合的跨天然气管道施工防护工程的设计与应用,并采用有限元分析软件分析了钢便桥的强度、刚度,满足设计规范要求,可为类似跨管涵等工程施工提供借鉴经验。

浅埋超大矩形顶管小净距下穿既有箱涵的变形特性分析

大断面顶管施工不可避免地会引起临近既有结构物的变形,准确分析与预测其变形规律是采取针对性保护措施的前提。本研究基于三维数值模拟,分析浅埋超大矩形顶管左右密贴顶进小净距下穿既有箱涵变形特性的影响规律。结果表明:(1)箱涵变形随着顶管的顶进呈现出先隆起后沉降的变化趋势;顶管顶进对箱涵造成3次明显扰动,分别对应顶管头部位于箱涵前部、箱涵中部、箱涵后部三个位置。(2)左线顶管穿越后,箱涵整体沉降呈V字型的分布规律;右线顶管施工会造成箱涵二次沉降,最大沉降变形由9.33 mm增至11.18 mm。(3)箱涵水平位移整体呈中间大、两头小的倒V字型分布,最大水平位移为15.7 mm;且既有箱涵水平位移大于竖向沉降变形。(4)顶管顶进过程中,箱涵迎土面土压力呈现先增加后减少,再趋于稳定的变化趋势。(5)参数敏感性分析表明,与管土摩擦系数相比,掌子面支护比对箱涵变形的影响效应更显著。

高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术研究

目的 研究高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术,解决其结构变形过大的问题。方法 基于管道压缩变形公式,提出在管涵两侧一定范围内填筑水泥土材料的新技术;通过室内试验确定水泥土材料中最优水泥质量分数,再基于数值模拟和现场试验分析采用新技术施工的管涵结构的受力及变形特征及其上部竖向土压力分布规律,确定最优管侧填筑范围。结果 新填筑技术能充分利用水泥土的刚度限制管涵的变形,当管涵两侧2/3管径范围内采用水泥质量分数为8%水泥土回填时,管涵的最大竖向及水平变形分别减少了35.1%和55.0%,结构最大应力也由管顶处转移至管涵上部45°附近,受力更为合理。结论 新填筑技术使管涵更好地与周围土体逐步变形协调,产生荷载重分布形成土拱效应,将管顶土压力由管中心向管边缘处转移,有效减小了钢波纹管涵结构变形和应力集中。

盾构隧道与雨水管涵上下并行近接施工影响及控制技术

以实际轨道交通盾构区间工程为背景,对比分析采用小直径双洞隧道、大直径单洞隧道2种方案近距离下穿3孔并行雨水管涵群引发的结构受力和变形特征,介绍了施工的相互影响机制,提出雨水管涵变形控制技术,最终通过现场监测数据进行了验证。研究表明:采用小直径双洞盾构掘进方案,先行右线隧道开挖引起雨水管涵竖向位移增大,后行左线隧道开挖加剧右线隧道和雨水管涵的竖向变形。小直径双洞盾构隧道方案与大直径单洞盾构隧道方案对雨水管涵群竖向位移影响差异较小,小直径双洞隧道拱顶竖向位移相比于大直径单洞隧道拱顶竖向位移略大0.5mm,两者均符合设计规范要求,但小直径双洞隧道方案较经济。此外,采用掘进参数控制、外加剂控制、壁后注浆控制及盾尾脱出地表沉降控制等技术可有效降低邻近雨水管涵变形。

管涵漫水桥壅水计算方法研究

为了研究管涵漫水桥的壅水计算问题,构造了针对梯形河道断面的顺直河流模型,并根据实际管涵漫水桥的设计指标构造管涵漫水桥河流模型。在此基础上,应用公式法、HEC-RAS软件分别对单线桥梁壅水、双线桥梁叠加壅水等情况进行了计算、分析与讨论。结果表明:①两种方法均可用于管涵漫水桥壅水计算,而且二者的计算精度相当;②使用公式法时需要依据桥梁和河道断面形式合理选用堰流量公式,HEC-RAS软件中的主要参数堰流量系数C0可用公式法得到;③在实际工程中两种方法配合使用,可使壅水计算结果更加合理。

波纹管涵在公路设计和施工中的应用分析

西南地区高速公路建设往往受地理条件的限制,采用传统的钢筋混凝土盖板涵和箱涵,往往施工周期长、造价高。近年来,随着新材料技术的不断发展,以及装配式施工理念的推广,金属波纹管作为一种新型环保材料,在施工、安装、造价等方面都具有较好的优势,目前在高速公路建设中进行了较好的推广。对金属波纹管涵的优点进行了分析,研究其在高速公路涵洞设计及施工实践中的运用,并以贵州高速公路涵洞设计为例进行分析论证,结果表明,金属波纹管涵节省投资、缩短工期、安装更便捷、环保。

基于全地形机器人的地下深空间涵管检测技术应用研究

涵管一般具有掩埋深、内部情况不明、结构复杂等特点,常规的缺陷检测技术易受管径、埋深、水深、淤积条件等诸多因素的影响,无法满足涵管检测工作要求。对于管道检测工作,目前国内科研人员在雨污水管道缺陷检测技术方面已经十分成熟,然而在地下深空间涵管检测方面研究相对缓慢,尤其是针对核电厂涵管的检测技术研究更少。以核电厂循环冷却水涵管为研究对象,系统地介绍水下机器人检测、全地形机器人检测、无人机飞行球检测技术的工作原理、适用情况和缺陷检测数据后处理方法,并结合工程实践,验证了全地形机器人在涵管检测任务中的应用效果,为以后类似工程的实施提供一定的借鉴意义。

铁路薄覆土波纹管涵静力性能试验研究

针对当前考虑铁路荷载特征的波纹钢管涵力学性能试验成果匮乏的问题,为支撑波纹钢管涵在铁路工程中的应用,开展铁路波纹钢管涵的力学性能研究。试验模拟铁路管涵结构构造,聚焦铁路活载作用响应,开展铁路薄覆土波纹钢管涵静力加载试验。研究结果表明:涵顶覆土0.6 m砂+0.3 m碎石及0.3 m砂+0.3 m碎石时均未出现涵-土脱离,试验覆土厚度能够满足波纹钢管涵发挥土-结构相互作用;但试验中管涵出现局部环拉-弯受力状态。随着覆土高度增加,恒载+活载作用下的管涵应力先减小后增大,本文工况拐点约在填土高度2~3 m;即从管涵受力角度,存在一个最优覆土厚度。随着荷载远离涵顶,管涵最大环向应力位置随之由涵顶向荷载侧45°偏移;当堆载位置在远离涵顶0.3 m位置时,管涵环向应力最大,设计时应考虑荷载偏心工况。随着涵周中砂密实度(弹模)增加,管涵环向应力最大值略有减小,管涵挠度明显减小;其原因应为涵周中砂局部进入屈服状态,故中砂压实度(弹模)对管涵最大应力影响较小,而整体上对管涵挠度响应明显。铁路波纹钢管涵采用公路相关规范的最小覆土厚度时,涵-土不会发生脱离,能够发挥土-结构相互作用;但铁路轨-枕-道床的荷载传递方式易引起管涵出现局部环向拉-弯受力状态,故建议采用更大的覆土厚度。

大断面管幕箱涵隧道开挖面极限支护压力研究

【目的】箱涵隧道具有断面大、推进缓慢等特点,开挖面易失稳。【方法】依托合肥市庐州大道浅埋隧道下穿机场跑道实例工程,利用极限平衡理论、摩尔-库伦强度准则、全覆土重理论进行理论推导,并结合大型三维精细化数值模型,对开挖面极限支护压力进行研究。【结果】结果表明:提出了一种简便的管幕作用下大断面箱涵隧道开挖面极限支护压力计算方法。基于此,通过毕肖普条分法计算值与文章提出的极限支护压力计算值相比较,误差极小,证明了该方法的准确性。通过建立管幕箱涵施工三维数值模型,发现地表沉降量和开挖面纵轴线方向位移量随着支护压力的增大而减小,并趋于稳定状态。当支护压力超过静止土压力时,上部土体受强挤压作用,开挖面状态易呈倒S形。【结论】以上结果可为相类似工程提供参考。

某尾矿库老旧排洪系统封堵技术研究

传统的尾矿库老旧排洪系统封堵技术单一,缺乏适用性。以某尾矿库为例,为同时保证封堵的安全性和经济性,针对某老旧排洪系统的排洪涵洞、涵管,运用先疏后堵的原理,提出刚性封堵与柔性封堵相结合的联合封堵技术。先采用柔性封堵进行疏水,进而使用刚性封堵,最后进行注浆封堵。实践结果表明,联合封堵技术能够解决带水涵洞、涵管的封堵施工困难问题,保障尾矿库的安全运行;材料大多选用库内尾矿,取材方便,且封堵体长度远大于规范值,安全可靠。研究成果可为类似矿山尾矿库老旧排洪系统封堵提供重要的技术支撑。

复杂地形污水管网工程设计案例

针对位于川中丘陵地带的某产业园区,面对地形复杂、场地未平整以及规划道路未建成等多重挑战,进行了污水管网工程设计的深入研究。该园区内山丘连绵起伏,现状地面包括农田、菜地、鱼塘、河沟、树林等多种类型,地面高差显著,障碍物众多,使得污水管网设计难度加大。针对园区的特殊地形地貌和土地利用规划,充分考虑了各管段的实际情况,因地制宜地进行了逐一分析,并通过深入的技术经济比较,为各管段选择了最为适宜的工程方案。最终采取了开槽埋地、架空、顶管,乃至隧道铺管等多种管道铺设方式,以及钢筋混凝土管、焊接钢管、钢筋混凝土箱涵等多种管渠类型。

施工期FRPM管的变形率对管涵力学性能的影响研究

为了探究公路浅埋玻璃纤维增强塑料夹砂(FRPM)管涵洞施工阶段产生的累积变形对服役期承载能力的影响,结合管涵在路基填土施工阶段的现场荷载试验,建立了柔性FRPM涵洞的管-土相互作用数值计算模型,仿真研究三种填土高度、三种施工变形率对管涵环向应变、von Mises应力和管周土压力等力学参数的影响规律。结果表明,随着管涵变形率的增长,涵洞发生不规则的椭圆化形变,其受力模式由整体均匀受力转变为管涵上半部分尤其是管顶区域集中受载,涵顶范围内成为受力的最不利区域。在相同填土高度下,管涵的环向应变、von Mises应力值和管周土压力均随变形率的增大而显著增大,变形率越大,对管涵长期力学性能的不利影响越严重;填土厚度越大,涵洞所受交通荷载越小。施工阶段,通过管涵内部设置钢支撑装置等措施可有效减小涵洞变形率,有利于服役期内涵洞改善受力和提高耐久性。

膨胀土地区减阻泥浆配比试验研究

地下空间开发向大断面、长距离发展,顶推力随距离增加而增大,合理控制顶推力成为关键。减阻泥浆作为施工重要材料,具有减阻润滑和支撑地层作用,其性能直接影响施工效果。依托合肥滨湖科学城庐州大道浅埋隧道段,开展膨胀土地区减阻泥浆配比研究,以提升大断面管幕箱涵顶进效率。通过正交试验,研究膨润土、羧甲基纤维素钠(CMC)和纯碱对泥浆减阻性能的影响,测试漏斗黏度、析水率和失水量以评估效果。结果表明:膨润土可显著降低失水量和析水率,但过高会降低流动性;CMC含量为0.1%时析水率最小;纯碱含量为0.3%时效果最佳。最终确定最优配比为膨润土∶CMC∶纯碱为8%∶0.1%∶0.3%,为膨胀土地区管幕箱涵顶进施工提供了可靠配方。

不同跨径半圆形钢波纹管涵的力学性能研究

基于精细化ABAQUS有限元分析模型,对不同跨径半圆形钢波纹管涵在施工过程和运营状态下的力学性能进行研究。结果表明:回填施工完成时,随着半圆形钢波纹管涵跨径增加,管涵拱顶处竖向变形和弯矩增大;当两侧填土高度接近管涵矢高时,拱顶处上拱变形达到最大值;当管涵跨径大于12.5 m时,拱顶处竖向变形受填土高度影响明显,回填完成后的拱顶轴向应力无明显变化,活载作用有利于降低拱顶处轴向应力和弯矩。

非开挖修复技术在排水提升工程中的应用

城市市政雨排水管网在市政环境净化中发挥着重要作用。某河流域市政排污管网但经过长时间的运行,内部逐步出现结构性缺陷,承载力大大减弱,因此需要对该河流域市政管网进行改扩建、缺陷修复。文章通过对比多种非开挖修复技术手段,重点采用顶管施工技术、原位固化法对市政排水管网进行完善和缺陷修复,实现了城市市政排污管网的提质增效改造。文章研究成果可为类似深覆土地下管线修复提供技术参考。

排海管涵的设计分析

排海管涵作为城市污水排出的最后一道门槛,只有安全、合理设计才能保证整个排水系统的正常运行,从而避免城市上游出现雨天积水、城市内涝等情况。以厦门市某排海管涵的设计为例,根据汇水面积、径流系数、重现期、管径、坡度、水头损失、过流能力等参数对排海管涵进行计算分析,并结合现场情况进行排海管涵设计。

双孔大直径新型钢波纹管涵结构设计检算方法探析

以某项目的钢波纹管涵洞设计为依托,在总结分析国内外钢波纹管涵各种结构设计计算方法的基础上,采用CHBDC和AISI法从不同角度对钢波纹管涵结构进行设计检算,并采用有限元软件进行模拟校核。工程实例表明:该法取得了较好的设计效果,对今后类似钢波纹管涵的结构设计检算具有一定的借鉴意义。

两类大跨钢波纹管涵洞EPS减荷效应对比分析

为进一步探明大跨径钢波纹管涵洞的减荷机理,评估EPS板(聚苯乙烯泡沫塑料)作为减荷材料的效能。结合钢波纹管涵受力变形原理,采用Abaqus建立有限元模型,对圆涵和拱涵2种类型的钢波纹管涵洞进行了铺设EPS板前后的数值模拟,分析两类大跨径钢波纹管涵工况下减荷前后的变化,并用实例进行了验证。结果表明:铺设EPS板减荷后,圆涵和拱涵的涵顶填土沉降差异增大,涵内填土沉降明显大于涵侧填土沉降;涵顶垂直土压力降低,且填土越高减荷效果越明显。减荷后,管涵的最大等效应力减小,且随填土高度的增加,变化规律由线性变为非线性,EPS板完全压缩后,又恢复线性变化。拱涵的减荷效果优于圆涵;减荷措施改变了管涵的变形特征,减荷后变形最大值由涵顶转移至涵侧。

高填方大跨径钢波纹管涵力学性能有限元分析

为了研究大跨径钢波纹管在高填土作用下的应力、应变响应,文章通过ABAQUS有限元建模方法,对钢波纹管涵施工过程中及汽车荷载作用下的应力和位移进行了分析。结果表明,钢波纹管涵变形和应力均满足规范要求。由此可见高填方下的大跨径钢波纹管涵在工程应用上具有可行性,文章研究内容可为高填方大跨径钢波纹管涵的设计与施工提供参考和借鉴。

泡沫轻质土在铁路临时管涵封堵中的应用

用泡沫轻质土对铁路临时涵管进行封堵,以某铁路车站路基的DK155+696临时涵管封堵施工为案例,通过封堵方案比选、泡沫轻质土施工过程以及施工质量控制要点等方面的介绍,分析比较泡沫轻质土和C20混凝土的性能和经济性指标。结果表明:泡沫轻质土在铁路临时管涵封堵中的应用效果良好,同时能够进一步提高工作效率和节省投资。