道路上跨影响下的地下管道沉降特性研究.pdf
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1、科学技术创新 2023.22道路上跨影响下的地下管道沉降特性研究蔡新森(中交城乡建设规划设计研究院有限公司,湖北 武汉)引言随着我国交通事业的发展,工程施工不可避免的会对周边建筑产生影响。为了研究施工过程对建筑的影响,减少对周边建筑的破坏,学者们进行了大量研究。孙祖望等人提出了双向自由度动力学模型1;杨人凤等人建立了冲击+振动+静碾复合动态系统模型2;陈超通过试验,分析了振动压路机对不同土质填土压实度的影响3;杨兴哲等人通过室内试验结合数值模拟的方法,研究了低路堤施工对周围结构的影响4;冯牧、雷晓燕等人通过模型分析,研究了列车行驶影响下的建筑物振动特性5;王继伦等人通过试验和数值分析,研究了煤
2、矸石路基的工程力学特性6;王艳等人通过有限元模型,分析了土中应力随土体深度的变化规律7;肖伟等人通过研究得到了振动轮-土体的动力学微分模型8;张志峰等人通过研究得到了振动压路机下土体竖向应力的能量分布图9;轩振华等人通过有限元模型,分析得到了填土在不同振频下的应力分布规律10;徐冉通过建立仿真模型,进行了压路机的减震性能研究11;张少宏、王勇、陈华卫等人通过研究粗粒土的流变特性,提出了相应的流变本构模型12-14。随着雄安新区进入大规模建设阶段,道路建设中跨越地下管道的情况越来越多,为响应政府降本增效的政策,指导今后相似工程的建设,对地下管道在道路施工影响下的变形特性进行研究显得愈发重要。1数
3、值模型的建立本文基于雄安新区 EA1 西段工程,建立了有限元模型。土体采用摩尔-库伦本构模型,混凝土与铸铁采用弹性本构模型,材料参数如表 1。管道位于桥跨正中与路线正交,顶部距地面 2m,直径 2 m;桩基为圆桩,桩径 1.2 m,桩长 40 m,桩间距 4 m;桥梁跨径 10 m。取模型长度、宽度、高度均为 50 m,并将梁板和行车荷载等效为均布荷载处理,见图 1-2。2模型计算2.1计算阶段的划分根据工程的施工和运营程序,将计算过程划分为几个阶段:(1)初始阶段:生成模型,初始地应力平衡;(2)桩基施工阶段:建立桩基构件;(3)路基、摘要:为优化跨地下管线道路的设计,以雄安新区 EA1 路
4、(海岳大街)西段工程为依托,建立了三维有限元模型,通过对道路的施工过程进行模拟,并对计算结果进行拟合,得到了地下管道最大变形量的单因素和多因素预测模型。关键词:道路工程;三维有限元;道路施工;管道;变形;预测模型中图分类号院U435文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤22-0124-04作者简介:蔡新森(1990-),男,硕士研究生,工程师,主要研究方向:道路工程与岩土工程。部位 材料 泊松比 容重/(kN/m3)粘聚力/kPa 内摩擦角/弹性模量/MPa 路基 填土 0.25 19.5 25 20 50 地层 1 粉质黏土 0.3 19.6 21.2 19.7 58 地层
5、2 粉质黏土 0.25 22.1 33.7 19.2 63 地层 3 粉细砂 0.25 19.9 0.5 28 108.2 地层 4 粉土 0.2 19.5 20 32.8 98 地层 5 粉质黏土 0.25 20.1 21.2 19.7 58 地层 6 粉质黏土 0.25 22.1 33.7 19.2 63 桥台 混凝土 0.25 25 40 000 桩基 混凝土 0.25 25 40 000 输水管 铸铁 0.2 70.5 160 000 表 1模型材料参数124-2023.22 科学技术创新桥台施工阶段:建立路基与桥台构件;(4)桥梁施工阶段:在桥台上施加桥梁上部荷载;(5)运营阶段:施
6、加行车荷载。2.2模型计算结果本文通过调整道路宽度和桥下净空高度建立模型,并对计算结果进行正交分析,计算结果如表 2 所示。3计算结果分析3.1地下管线随桥下净空高度的变形特性分析在道路宽度一定的条件下,对管线随桥下净空高度的变形规律进行分析,其规律如图 3 所示。图 3管线最大沉降量随桥下净空高度的变化曲线对图中数据进行拟合,得到了在道路宽度一定时,管线最大沉降量随桥下净空高度变化的回归模型如表 3。表 3管线最大沉降量随桥下净空高度变化的回归方程注:x 为桥下净空高度(m);y 为管线最大沉降量(mm)。图 2钻孔灌注桩及管线单元剖面图图 1模型整体图序号 道路宽度/m 桥下净空高度/m
7、管道最大沉降/mm 1 10 1.5 8.32 2 10 2 9.1 3 10 2.5 10.38 4 10 3 11.84 5 10 3.5 13.18 6 14 1.5 9.86 7 14 2 11.28 8 14 2.5 12.96 9 14 3 14.63 10 14 3.5 16.48 11 18 1.5 11.85 12 18 2 13.8 13 18 2.5 15.49 14 18 3 17.73 15 18 3.5 19.66 16 22 1.5 13.82 17 22 2 15.9 18 22 2.5 18.1 表 2(续)管道累计最大沉降表 2管道最大沉降序号 道路宽度/m
8、 桥下净空高度/m 管道最大沉降/mm 19 22 3 20.48 20 22 3.5 22.83 21 26 1.5 15.73 22 26 2 18.1 23 26 2.5 20.58 24 26 3 23.22 25 26 3.5 25.95 道路宽度/m 一元线性回归模型 R P 10 y4.3 342.4 92 x 0.994 91 4.410-4 14 y4.7 4 73.3 1 8x 0.999 3.810-5 18 y5.93 13.9 1x 0.999 23 2.510-5 22 y6.9 2 64.5 2 x 0.999 61 9.410-6 26 y7.9 3 65.1
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