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1、地铁施工影响邻近管线的研究现状与展望论文.freelm的离心铸造球墨铸铁管进行弯曲、拉伸和扭转试验,得到了轴心拉拔力、弯矩和扭矩的计算公式。通过研究球墨铸铁管橡胶接头的轴向拉伸、弯曲和扭转的试验特性,解析管线接头的抗变形机制。试验结果显示管线的埋深与土体的强度均是影响管线变形的因素。在轴向拉伸与扭转试验中,接头处的密封圈与管道之间的摩擦系数控制着管段间是否发生脱离以及脱离的时间;摩擦系数越大,管段越不易脱离。李大勇在Singhal的基础上,研究了深基坑开挖引起的柔性接口地下管线位移及其接口内力问题,并与刚性管进行了对比。指出围护结构位移与地下管线位移密切相关,最有效控制地
2、下管线位移,达到对其安全保护的措施是采用基坑内被动区土体加固、加设内撑或两者并用的方案。1.3管线失效模式管线功能失效的形式是多样的,并因其周围土体受到施工扰动而产生附加应力和附加变形。同时,由于管线的刚度远大于土体的刚度,又必然会对周围土体的移动产生抵抗作用。在施工扰动作用下,管线可能产生泄漏,甚至结构上的破坏Clarke8系统总结了管线的各种破坏类型及其原因,如图1所示。Attem;k为系数(取管径305mm对应的地基反力系数的值)。2·2管—土相互作用类型根据管线对土体有无抵制作用,可以将管—土相互作用分为2类。1)无抵制作用对于埋置深度不大(一般在1.5m以内)的
3、地下管线,通常可以假设管线对周围土体移动没有抵抗能力,将沿土体的移动轨迹变形。Carder与Tayor11采取足尺试验,研究了置于不同土体中的埋置深度0.75m和直径100mm的铸铁管在邻近开挖影响下的性状改变情况。试验结果表明,管线的移动轨迹与所处地层土体移动轨迹相吻合。O′Rourke和Ahmed12等用二维及三维有限元模拟了深沟开挖对邻近铸铁管线的影响;分析结果表明,当管线与周围土体不产生相对位移时,可以不考虑施工对管线的影响。Nath13应用三维有限元模拟分析了管径75~450mm的铸铁管在埋深1.0m条件下对邻近地层开挖的响应;分析结果显示,管径小于150mm的
4、铸铁管线对地层的移动几乎没有任何抵抗能力。Georgiadis14研究表明,埋置深度不大(通常在1.5m以内)的地下管线受到的作用力与土体移动的速度成幂指数关系。2)有抵抗作用当管线管径增大到一定程度后就会对周围土体的移动产生抵制作用,从而增大了管线破坏的风险。按照管线与周围土体的接触情况,对此又可分为管线与土体紧密接触和管线与土体分离2种情况。这方面的研究报道相对较少。3研究方法3.1地下管线的经验控制标准1)地层移动控制标准O′RourkeTrautman10提出了一种管线损害评估的经验方法,主要参考指标是管线可能受损处的地层移动坡角Smax/i,它与可能的管线破坏的
5、关系是高斯沉降分布的函数。对砂层中的浅埋隧道,规定了横向沉降槽的Smax/i限值,如表1所示。由于该方法没有考虑地层条件、管线种类等变化带来的风险,对于脆性材质管线如灰色铸铁管,上述评估方法并不适用。2)接头转角与脱开控制标准如表2所示,Attem的灰色铸铁管取200με,直径小于300mm的灰色铸铁管取150με是合理的;在相对不利情况下,可将上述取值分别降低为150和100με。3.2弹性地基梁法AtteuKusakabe25主要研究在砂土中开挖对邻近管线响应的离心模型试验。离心机的模型如图5所示。根据离心模型试验,影响管线移动的2个主要因素是管线轴线与开挖面的距离和
6、管线的弯曲刚度。管线的弯曲刚度越大,所承受的弯矩也越大。最大的弯曲应变(竖直的和水平的)发生在靠近开挖面附近的位置。靠近开挖面的管线主要承受竖直弯矩,随着与开挖面距离的增加,逐渐承受竖直和水平方向的弯矩。管线与开挖面距离越远,管线运动的水平分量越大,竖向弯曲应变和水平弯曲应变越小,且竖向应变降低的速度比水平应变快。5采用有限元法的研究情况李大勇5-7采用三维有限元法研究软土地基深基坑工程对邻近管线的影响,并考虑了基坑围护结构、土体与地下管线变形的耦合作用。计算管线位移与监测结果吻合较好。吴波26,27等人利用三维有限元方法和基于ANSYS软件平台,建立了隧道支护结构—土体
7、—地下管线耦合作用的三维有限元分析模型,对地下管线的安全性进行了预测。Hunter28采用两阶段分析法和有限元模型,将施工过程视为洞室扩散,依据M—C屈服准则,管线接头采用铰接连接,施加反向弯矩作为接头抵抗力。运用FLAC软件计算结果表明,管线接头的转动降低了管段内的弯曲应力,破坏主要是由于受拉应变达到极限引起的轴向开裂。Ahmed利用有限元模型计算了地下管线在邻近深基坑开挖时的附加弯曲应力,认为铸铁管线弯曲应变限值可取500με,球墨铸铁管线弯曲应变限值可取1500με。采用有限元法分析研究属于地层结构作用法中的结构土体完全
