大直径PCCP输水管局部改迁对既有管位移的影响研究

发布时间：2020-07-17 02:21

【摘要】：预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)因具有可承受内外高压、防渗、耐腐蚀、通水能力强、安装方便、实用性和经济性好而广泛应用于市政,电力和水利等工程领域。但目前国内外对于大直径PCCP管线受到不同施工扰动所产生的受力和变形的规律研究较少。本文以某PCCP输水管道进行局部改迁为背景,在学习总结相关成果的基础上,首先仔细研究了该工程中选用的埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCP-E)的几何参数,并利用MIDAS GTS/NX和ABAQUS有限元软件建立了能够考虑大直径PCCP管与原管线基础各构件之间连接关系的仿真模型。基于该模型,分析研究了新管槽开挖深度、新旧管槽距离、上覆土开挖、管座分离和单管改迁等不同工况下既有大直径PCCP管线基础位移、支护结构位移和大变形条件下PCCP管拔管和接管过程中管道接驳口力学响应特征,为实际工程提供了参照。本文的主要研究内容和结论如下:(1)通过前期对国内外PCCP管线改迁相关资料的学习,总结国内外大直径PCCP管的发展状况及PCCP管线的应用现状;本文论述了管线改迁过程中新钢管基坑开挖支护理论,分析了两个迁管段在新钢管管槽开挖时对于既有正常工作PCCP输水管线竖向位移的影响。(2)在未考虑地下水影响的情况下,通过对两个不同迁管段的有限元模拟,研究了新管槽基坑的开挖深度和新旧管槽间距对于既有正常工作PCCP输水管线的位移影响。结果表明,新管槽的开挖使得既有PCCP输水管线基础产生竖向位移,管线局部隆起;而且受到新管槽的开挖深度和新旧管槽间距影响最大,新管线基础开挖深度越大和新旧管槽间距越小,新管槽基坑开挖使得既有PCCP管槽产生的位移越大。(3)针对所研究的其中一个迁管段,固定新钢管槽开挖深度和新旧管槽间距,考虑地下水位在新钢管管槽基础开挖工况中对于既有PCCP管的位移影响。结果表明地下水位深度对新钢管管槽支护结构位移、地面沉降和既有PCCP输水管位移均产生重要影响,同时新管槽支护结构位移也会对既有PCCP管线产生竖向位移影响,如在实际施工过程中能有效地控制地下水位和采取合适支护结构,则可有效地减小新钢管管槽开挖对原PCCP输水管的影响。(4)考虑新管槽基坑开挖和不考虑新管槽开挖影响的工况下,既有管槽开挖上覆土、切割分离共有管座、单管停水以及单管改迁施工工序对于邻近工作管受力-变形影响。研究结果表明在实际的施工过程中,新钢管管槽的开挖对于邻近正常工作输水管近管的位移影响大于远管位移;开挖上覆土时对于邻近工作管有使得工作管线基础上抬的位移影响;而接下来的原共有基础管座切割分离和单管改迁时对于邻近正常工作PCCP管也有上抬的位移影响。(5)利用有限元分析软件ABAQUS建立大直径PCCP管线的模型,模拟分析管线改迁对于2节、3节和5节PCCP管线结构中的钢筒、核心混凝土以及预应力钢丝变形规律,得出单管拔出对邻近管段的受力-变形会造成影响规律。同时,由于新钢管材质与原PCCP管线材质不一样而产生不同的沉降差,结果表明,当PCCP管线与新钢管管线产生不超过8.1mm的沉降差时两管焊接处产生的拉拔力没有超过两管焊接时的拉拔力,但在实际施工时需要及时的监测,提高焊接质量,满足施工要求。(6)利用有限元分析软件MIDAS GTS/NX研究大直径PCCP输水管局部改迁对既有管位移的影响,得出模拟结果和工程监测数据较为吻合,计算所得既有PCCP输水管的竖向位移与监测资料误差很小,证明了有限元模拟分析的合理有效性。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV672.2
【图文】：

被动土压力强度：pσ=γΖΚp 为所计算的被动土压力系数，上述公式中的计算符号和主动土压朗肯土压力理论压力理论是在极限平衡状态条件下，考虑土体自重情况下计算土挡墙后土体视为表面绝对光滑时计算挡墙土压力，该公式特别下图 1-1、图 1-2 和图 1-3。肯理论中的主动土压力：土的相关公式：动土压力：aΡ =γΖΚa主动土压力：aΡ=ΗΚ2a21γ

图 1-2 主动土压力计算模型Fig.1-2 Active Earth Pressure的相关公式：压力：aaaΡ =γΖ Κ 2c Κ土压力：γγ22a2221 ccaaΡ =ΗΚ Κ+

8图 1-3 被动土压力计算模型Fig.1-3 Stress of Passive Earth Pressure被动土压力理论性土：pΡ =γΖΚp土压力计算公式：pΡ=ΗΚ2p21γ 粘性土：ppΡ =ΖΚ+2c Κpγ 土压力计算公式：ppΡ =ΗΚ+2cΗ Κ212pγ ， 主动土压力符号，k;a aΡ-P

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