管道下穿对既有铁路的影响及加固对策研究

<正>交下穿管道施工对上跨铁路道床扰动较大,采用常规管道施工技术难以保证既有铁路的运营安全。为研究下穿管道对既有铁路道床变形的影响,探索合理的下穿管道施工方案,文中以潍坊高新区浞钢中水管道工程为背景,采用FLAC~(3D)有限差分软件建立正交下穿既有铁路线的管道三维数值模型,对注浆加固、管棚支护及强化管片3种加固方案进行研究,重点对道床变形、管片内力和管道变形进行对比分析。结果表明,管道施工将导致铁路道床产生较大不均匀沉降,道床沉降以管道轴线为中心线对称分布,管道与道床轴线交点位置沉降最大;既有铁路荷载对下穿管线管片应力和变形的影响显著,道床下方的管片应力和变形最大;地层注浆加固、管棚支护及强化管片都能减小管道施工对道床的扰动,其中地层注浆加固方案效果最显著。     

直接铺管施工技术与应用

直接铺管施工技术及其装备作为近年来国际非开挖领域的新技术、新设备、新工法,在定向钻施工场地受限、管道出入土两点落差较大、管道埋深较浅、盾构顶管施工费用较高时,有一定的施工优势。该工法结合了微型隧道施工和水平定向钻2项技术的特点,在利用隧道掘进设备进行隧道开挖的同时,利用推管设备将预制好的管道同步铺设,将隧道施工与管道铺设同步进行。陕京四线管道工程无定河项目穿越轴线落差大、地质复杂,选择采用直接铺管法进行穿越施工。通过对掘进机和推管机进行设备选型分析,以及对隧道掘进、管道推进、测量控向、润滑减阻和管道回拔等关键技术进行研究,该工法在无定河项目得到成功应用。最后,对直接铺管技术在定向钻工程抢险、定向钻套管铺设、陆地管道和深海排污施工领域,以及推管机为定向钻工程提供助力、用于管道损坏或卡死时退回取出和建成隧道内管道安装等方面的拓展应用进行了介绍。     

顶管下穿公路引起道路沉降分析

顶管下穿公路将会引起地层扰动从而导致土体变形并引起公路沉降,为保证公路安全,需对路面沉降进行分析,提出理论沉降标准,以此作为顶管下穿工程对公路影响程度的判断依据。文中以某工程为例,分析了管道埋深对路基工作区的影响,估算了顶管下穿时道路的沉降量。     

水平定向钻施工对临近隧道结构的影响分析

本文以青岛市某中水管线完善工程为背景，该工程采用水平定向钻施工方法，施工采用分级扩孔，管线临近青岛地铁2号线辽阳东路站-东韩站区间，管线与地铁区间结构外边线最小水平距离4.5米，区间地铁现已正常运营，水平定向钻施工可能会引起地层移动和变形，导致青岛地铁2号线辽阳东路站-东韩站区间结构随之发生移动和变形。基于此，本文采用数值模拟方法，建立仿真模型，计算分析水平定向钻施工过程中，不同孔径条件下，泥浆压力和管线与隧道的水平净距对既有隧道变形的影响规律。计算分析得水平定向钻开挖后，该地铁区间结构水平位移0.967mm，横向高差0.152mm，水平定向钻开挖对隧道的影响在安全可控范围内。     

盾构近距离下穿既有车站设计难点及对策

北京地铁8号线区间盾构近距离下穿既有2号线地铁车站,且净距<2.3 m,在北京尚属首创。针对盾构穿越中遇到的下穿运营车站、隧道与既有车站竖向间距小及围护资料不详等困难,通过对矿山法、盾构法、盾构法和暗挖法相结合等方案比选,最终选择了盾构法下穿既有线的设计方案。为了预测穿越施工对既有线的影响,对特级风险源进行了现状检测和安全评估,并针对施工中遇到的难点通过对探测导洞、盾构管片与钢环复合结构设计及采取相关技术措施,最终实现了成功穿越,保障了既有地铁线的安全运营。     

道路与油气管道交叉或并行的安全保护措施及技术要求

油气管道作为运输石油、天然气的重要能源设施,其安全受到《中华人民共和国石油天然气管道保护法》等相关法律法规的保护,也有相关行业标准对管道安全进行规范,道路建设中必须重视与油气管道的相交、并行问题,在道路线位无法绕避的情况下采取有效保护措施确保道路及管道的安全,尽量降低工程风险。文中以深圳市南坪快速路三期工程为例,介绍了道路在与油气管道相交、并行时的安全保护措施及技术要求,提出了加设管沟保护、设置管线保护桥、低振动桩基开挖、加强边坡支护、加强地基处理、隧道静态爆破等措施及技术要求。     

盾构下穿近接公路隧道影响规律研究

盾构下穿近接公路隧道引起的不协调变形、结构内力的重分布等问题易导致结构病害,甚至影响结构的正常使用。研究盾构施工全过程中对公路隧道的影响规律对保证土体和结构物的稳定性、安全性尤为重要。结合实际工程,采用有限差分方法对地铁盾构下穿公路隧道全过程(即盾构到达公路隧道前、穿越过程中、盾尾离开公路隧道)进行了三维数值模拟,得出了盾构下穿近接公路隧道的影响规律。由于公路隧道对土层的约束和底板立柱桩的屏蔽作用,距离公路隧道侧墙越近,地表受盾构施工的影响越弱,地表土层沉降值越小;盾构下穿公路隧道过程中,公路隧道出现一定程度倾斜,左右侧墙相对高差达1.91mm,底板最大剪切压应力较盾构掘进前增加了29.8%;盾构穿越全过程中公路隧道立柱桩轴力最大值发生在距桩顶5m处,且轴力在盾尾脱环阶段增加较明显,可见土体损失引起立柱桩负摩阻力不可忽视。     

多管并行定向钻穿堤数值模拟分析

甬台温天然气输气管道穿越大型河流工程,沿线多处与光缆管道、成品油管道并行分布,三条管道均采用非开挖定向钻技术.为分析多管同期施工对堤防及地面变形的综合影响,采用Abaqus软件分别对单管和多管穿越进行数值计算.结果表明,多管并行引起沉降槽与管道尺寸及间距密切相关,控制临近管道间距大于单管沉降槽半宽之和,可忽略多管并行相互影响.     

污水管下穿既有互通式公路立交变形影响分析

非开挖顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复,以减小对环境的影响。将针对具体工程案例,采用有限元分析软件ABAQUS对污水管顶管施工对既有互通式立交变形影响进行三维数值模拟、计算及分析,力求掌握在顶管工程施工过程中,桥梁桩基础的沉降和变形,并通过计算分析指导施工,确保临近公路的结构安全和运营安全。     

隘岭公路隧道下穿运营铁路隧道施工安全控制

本文通过对正在施工中的公路隧道下穿运营中铁路隧道交叉段施工,通过接近度判断,与有限元三维、二维计算结果进行比较,说明采用钻爆法施工下穿隧道是否需要采取措施;对下穿隧道在既定地质条件下的开挖方法及支护参数也作了相应评述。     

非开挖电力管线下穿河道的问题及防护措施

结合电力排管配套供电工程的相关涉河论证经验,对电力管线非开挖定向钻进技术下穿河道的2种典型断面进行分析,提出电力管建设项目穿河过程中存在的问题和可能对河道堤防结构造成的安全隐患,并对河道堤防结构防护措施提出建议。对维护河道堤防安全,保持河势稳定和河道行洪、输水通畅,保障城市防汛安全均有着重要意义。     

低净空全套管灌注桩机研制及施工影响分析

针对常规全套管灌注桩机施工作业无法满足4 m以下低净空条件的问题，研制出一种能够解决因施工空间的限制导致无法进行全套管灌注桩施工问题的低净空全回转全套管灌注桩机，并进行了数值模拟和试桩施工影响分析。①通过改变钻进和取土方式，降低了设备机架高度及施工作业高度，实现了低净空全套管灌注桩施工作业；②通过试桩过程中孔隙水压力测试、深层水平位移监测、地表沉降观测和地下水位监测，明确了低净空全套管灌注桩施工对周围地层的影响范围；③通过数值模拟分析施工扰动，明确了实际下穿工程中低净空隔离桩的施工对既有桥梁结构的影响。研究结果表明:通过钻进和取土系统的结构创新，低净空全套管灌注桩机可以实现桐泾路北延隧道工程3.6 m极限高度下的隔离灌注桩的施工，且隔离桩施工基本不影响既有高铁桥梁结构的稳定与安全性。     

燃气管线下穿高铁工程安全评估分析

在研究新建燃气管线下穿高速铁路工程中,采用危险性分析方法对新建管线施工及运营状态对铁路运营存在的潜在风险因素（危险源）进行定性和定量的安全风险评估。定性分析采用风险交流和专家调查法。定量分析利用有限元分析软件MIDAS-GTS建立三维空间模型来模拟土体开挖回填等工况。根据计算的结果分析整个施工过程对铁路桥墩的影响,判断是否存在安全风险,明确是否符合相关规范标准,评估铁路桥墩基础安全性,并提出防范风险的全局性对策。     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工参数研究

盾构法施工时，为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全，运用三维数值有限元软件，考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响，多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应，判定上部交叉运营地铁隧道所受影响。工程实际中对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果，选取在注浆压力0.30~0.36 MPa与土仓压力0.10~0.13 MPa下施工，盾构隧道穿过运营隧道后，运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm，符合规范要求，运营隧道安全。     

地下空间下穿建（构）筑物扰动机制与控制技术

为解决下穿运营线、建（构）筑物的工程安全风险控制问题，分析地下空间下穿工程的现状及面临的挑战，研究基于“动态平衡”的地下空间下穿机制，给出安全控制技术，并提出未来技术发展的方向建议。结论如下： 1）地下空间下穿是既有工程、地层、下穿工程扰动与平衡的动态过程； 2）扰动与控制过程分析是下穿机制研究的重点； 3）安全下穿以稳定性为目标，针对既有结构、地层介质、支护结构、动态管控等方面强化控制措施； 4）可从地质条件、覆跨比、周边环境及沉降控制要求等因素综合考虑下穿工程工法； 5）可通过加固及托换、地层改良固结、隔离和支护等技术，有效提高既有结构、地层及支护结构的安全控制能力。     

盾构近距离下穿输水管线控制措施研究

随着城市轨道建设的蓬勃发展，地铁区间施工时面临的下穿工程越来越复杂，尤其是近距离下穿大直径输水、排水管线，不仅要保证施工时地铁区间和管线的安全，更要保证地铁运营后两者的安全。因此，盾构开挖对既有管线的影响分析至关重要。结合沈阳市地铁某出入线工程，采用有限元软件MIDAS GTS模拟地铁盾构掘进对大直径输水管线的影响，通过现场监测结果对计算结果进行验证。经过对比分析后，验证了所采取的措施是合理可靠的，为今后盾构区间下穿输水管线提供了有益的参考。     

新建隧道正交下穿施工对既有隧道的影响

为揭示新建隧道正交下穿施工对既有隧道结构安全及地表建筑物产生的影响,依托某新建地铁区间隧道工程,采用三维有限差分方法构建了新建隧道正交下穿既有隧道的三维数值计算模型,探讨了新建隧道正交下穿施工对地表沉降及既有隧道衬砌结构产生的影响,得出了地表横向、纵向沉降规律以及既有隧道衬砌结构变形、内力的变化规律。     

关于大口径给水管道穿越既有公路的安全评价分析

针对某给水管线穿越既有公路项目实际情况,对其安全审查和安全评价进行深入分析,最后得出安全审查和评价合格,能满足现行法律法规和规范标准要求,但仍需重视施工过程中的安全控制工作的结论,为类似工程项目施工提供可靠的参考和借鉴,进而从根本上保证施工安全。     

盾构施工对航油管道的扰动效应

机场飞行区下施工容易造成上覆土体的沉陷,从而引起隧道上部埋置管道的局部下沉,并使管道产生较高的附加应力。通过对下穿盾构施工时所产生的土体下沉位移进行分析,探讨管道不同部位的沉陷分布规律计算模型;应用ABAQUS有限元软件对管道下盾构施工过程进行数值模拟,分别反映施加不同附加荷载情况以及不同管-隧相对位置下埋置管道力学状态改变。理论分析和数值模拟结果表明： 航油管道埋深较浅,管道呈受压状态且受飞机附加荷载影响应力增幅较大;管道与隧道的垂直间距过小,管道呈受拉状态而易引起受拉破坏。以安全评价方法为指标,可确定航油管道的临界埋深与管-隧间距。