超大直径盾构下穿高危管线施工数值模拟分析

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1、铁道建筑2014年第2期RailwayEngineering47文章编号：1003—1995(2014)02—0047·03超大直径盾构下穿高危管线施工数值模拟分析周雪莲，王晓锋，魏林春，顾沉颖(1．上海理工大学环境与建筑学院，上海200093；2．国网上海市电力公司，上海200002；3．上海隧道工程股份有限公司，上海200062；4．上海市地下空间设计研究总院有限公司，上海200032)摘要：结合上海虹梅南路盾构隧道施工对邻近乙烯管线影响的工程实例，采用三维弹塑性有限元精细化模拟盾构施工过程中管线的响应。研究超大直径泥水平衡盾构掘进过程中二次扰动及复杂穿越

2、对乙烯管线的影响，并依据燃气管线安全性的评价标准(容许差异沉降率和容许最大应力双控指标)对乙烯管线的安全性进行判定，为该工程后期第二次穿越乙烯管线的顺利施工提供依据。关键词：超大直径乙烯管数值模拟施工参数中图分类号：U455．43文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003一l995．2014．02．16盾构机在穿越一些高危燃气管线时，由于燃气具注浆量、同步注浆压力以及推进速度等的影响。因此，有易燃、易爆等高危特性，高压燃气管线对隧道施工中需对实际工程进行精细化模拟。本文结合虹梅南路隧的地层沉降控制要求非常高，管线的劈裂对周边环境道工程采用超大

3、直径泥水平衡盾构施工，通过建立精安全将造成极其恶劣的影响。所以设计和施工的细化的数值仿真模型分析乙烯燃气管线的变形及受力关键是尽量减少由于隧道掘进引起的地层位移及对隧情况。道沿线管线的影响。盾构施工过程中土层与暗埋刚性管道的变形并非1工程概况协调变形，土层破坏模式相当复杂，使通过理论方法研究管线受力形式及破坏模式以判别管线的安全性适用1．1工程地质范围受限。借助于有限元数值分析软件，将复杂的施虹梅南路隧道工程位于闵行区和奉贤区，北起虹工过程适当简化以预测管线的安全性可以得到较好的梅南路、永德路交叉口，沿现状虹梅南路向南延伸，先效果。后穿越剑川路、东川路、沪闵支

4、线、江川东路、黄浦江，吴波等结合深圳地铁大剧院一科学馆区间隧终点至西闸路以南约5001TI，全长约5260m。道工程，通过ANSYS有限元软件建立三维弹塑性模型闵行区虹梅南路西侧，沿隧道主线方向存在上海模拟了隧道开挖对管线的影响，并给出管线安全性的氯碱公司的金山至吴泾乙烯管线1根，是输送乙烯化评价标准。毕继红等运用ABAQUS有限元分析软工原料的重要设施。乙烯管埋设覆土深度约1．5～件模拟了双线隧道开挖对地下管线的影响，认为在其2．0m，管径250mm，材质为钢管，内压力16MPa。隧它条件不变的情况下，管线的刚度越大，管线的变形越道外径14．5m，内径13．

5、3In，管片厚0．6m，左右线间小，但产生的附加应力越大。魏纲等采用三维有限距约21．0in。隧道与乙烯管相对位置如图1所示。元方法分析过街隧道施工引起的相邻地下管线变形和各土层厚度从上至下依次为1．5，1．7，4．6，11．1，7．4，受力，总结出管线的水平位移远远小于竖向位移，管线2．6，4．5及3．1In。YX—i为乙烯管沉降监测点，相邻与隧道间距和管线埋深比值<10时，应采取措施以保测点间距为20ITI；W1020．i为地表沉降槽监测点，障管线的正常运营。W1020．i处相邻测点间距为4．5In，见图2。根据工程目前，数值模拟大多建立在对不同的管线埋深

6、、管实际先开挖距离乙烯管较近的西线隧道，然后盾构机线材质、管线与隧道间距和围岩条件等的对比分析上，掉头开挖东线隧道。模型简单且尚未考虑施工参数如切口泥水压力、同步1．2盾构施工参数图3为施工参数图，可见1-1断面处切口泥水压收稿Et期：2013·O7-02；修回t3期：2013—09-30力控制在0．48MPa左右，推进速度约为30mm／min，作者简介：周雪莲(1989一)，女，江西上饶人，硕士研究生。同步注浆量为22．8m／环，同步注浆压力为0．7MPa。48铁道建筑—163—0①②③④⑤⑧⑦⑦⑦⋯一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一竺⋯一一一

7、一一一二二二一二一——⋯一盾构机0-o＼／盾构掘进方向图1隧道与乙烯管相对位置图2分析段监测点布置曼皇杂g=萎三=三要兰三三／删出熙蜊口尽匿匿环号——☆一切口泥水压力—0一推进速度o一同步注浆量—o一同步注浆压力图3施工参数1．3管线控制标准2)管线与周围土体非协调变形。假定管线与周管线的破坏可能因差异沉降过大导致接头不能保围土体通过摩擦接触，即在变形过程中，管线与土体可持封闭状态而至发生泄漏，或管线附加应力过大而出现以产生有限的相对滑动。采用ABAQUS中Penalty接裂缝。开挖引起周围地层的差异沉降是导致管线破坏触关系将管线嵌入土层。或功能丧失的主要原因

8、。目前，我国还没有一个相3)用降低弹性