捷運施工中地下管線滲漏誘發工程災變機理與控制研究

《捷運施工中地下管線滲漏誘發工程災變機理與控制研究》是依託北京交通大學，由李興高擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：捷運施工中地下管線滲漏誘發工程災變機理與控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李興高
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

近年來，捷運施工中管線滲漏誘發的地層坍塌事故頻繁出現。究其重要原因如下，給排水管線往往存在初始滲漏，滲漏水弱化了管周土體力學性質，捷運施工擾動管周土體加大了管線滲漏，管線滲漏又進一步促使管周土體力學性質的弱化，如此反覆相互作用，直至管線破裂湧水或管周土體進入飽和狀態，容易發生地層坍塌事故。鑒於目前對於捷運施工中管線滲漏誘發工程災變機理及控制研究還不深入，工程中對此類事故的安全評價缺乏完善的理論基礎和具有針對性的控制措施，本研究在分析典型事故特點的基礎上，綜合運用管線滲漏理論、施工土體擾動理論、飽和土體穩定性分析方法、散體介質理論顆粒流方法和試驗方法，研究捷運施工擾動對於管線滲漏災變的影響規律以及管線滲漏誘發工程災變的發展機理；建立滲漏管線及管周土體失穩判據及相應的捷運工程安全評價系統；最後提出控制捷運施工中管線滲漏誘發工程災變的應對措施體系。項目研究具有重要套用價值和工程意義。

結題摘要

在進行國內外相關資料調研的基礎上，主要採用理論分析、數值計算和測試研究相結合的方法，研究了捷運施工管線回響、管線保護和滲漏管線誘發地層坍塌等技術問題，主要成果如下：1、建立了評價大直徑管線與周圍土體相互作用的簡化方法。基於溫克爾假定和土體彈簧支座位移簡單判據，研究了大直徑剛性管線-土體的相互作用。在土體彈簧支座位移等於零或近似為零的情況下，管線上相應格線點處的位置將會與下部土體脫開；反之，管線和土體保持接觸。建立了最大地表沉降變形位移標準，用於判斷管線與下部土體是否脫開。研究給出了一種管線-土體相互作用判別方法，可套用於隧道施工引起地層變形易於發現的地方。2、採用兩階段分析法研究了管線滲漏及對隧道開挖地層變形的影響。具體結論為：（1）土層飽和狀態滲透係數影響管線滲漏擴散範圍，隨著地層飽和滲透係數的增加，滲流速率增加，達到穩定滲流的時間縮短，給出了其與管線滲漏影響範圍的關係列表。（2）管線滲漏水影響範圍隨著管線給水壓力增大而增加，在水土特性函式確定的情況下，管線滲漏水壓力與影響範圍大致成指數關係。對於排水管線，其滲漏影響範圍不隨管線滲流量變化而改變，管線滲漏水滲流量的改變只會影響土層達到滲流穩定的時間。（3）討論了管線隧道不同位置情況下，管線滲漏水對隧道周圍地層變形的影響。管線距離隧道愈近，對地層變形的影響愈大。管線位於隧道正上方為最不利位置。3、結合實際工程，研究了捷運施工中鄰近管線受捷運施工的力學回響。基於地表和管道沉降的實測數據，建立了“車站結構—地層—管線”三維耦合有限元模型，研究了車站洞樁法施工對地層和管道的影響。採用主從接觸面有限滑移方法模擬管線與土體相互作用，並利用兩節點連線單元約束模型模擬柔性接頭管道的接頭變形，獲得了車站洞樁法施工對地表沉降和鄰近柔性接頭管道沉降、變形、應變、接頭轉角和脫開的影響規律。4、廣泛分析研究了捷運施工鄰近管線保護措施。（1）在分析管線滲漏誘發捷運工程事故原因的基礎上, 建立了一整套技術措施體系。在這個措施體系中, 共包括給排水管線現狀調查、給排水管線安全評估、管線滲漏地層飽和範圍分析、監控量測、管線保護綜合技術措施和工程應急預案建設共六方面內容。（2）結合實際工程案例，系統研究了盾構隧道施工中的注漿技術（同步注漿、二次補漿等）、掘進參數（土倉壓力、刀盤轉速、渣土改良、出土量、同步注漿量、推進速度等）選取技術以及頂升控制技術。