常州地铁1号线盾构隧道下穿高压输油输气管道安全影响分析及保护设计

论文总字数：35343字

摘 要

随着盾构法在当前城市地铁建设中的广泛运用，盾构隧道下穿市政管道的工程情况日趋增多，隧道开挖势必扰动周围土层引起地层位移和应力传递，从而对土层中既有管道造成安全影响，管道因此变形甚至受力破坏从而不能正常运营的工程情况经常发生，目前盾构隧道下穿管道的安全影响是地铁工程中普遍关注的问题。本文通过理论分析、数值模拟、工程实测数据处理相结合的方法对该具有工程实用价值的课题进行了研究，以此来保护管道的安全运营。本文主要研究内容包括以下几个方面：

（1）研究了隧道开挖引起地层位移分布规律，对经典地层位移预算方法理论进行了分析，并比较了目前国内外学者提出的隧道施工对管道影响分析方法的特点。

（2）研究了隧道开挖对周围既有管道性状的影响，分析了管道受力机理、失效破坏模式、管土相互作用问题及其影响因素。

（3）依托常州地铁1号线盾构隧道下穿高压输油输气管道工程，针对常州地区工程地质条件，考虑三维隧道-地层-管线相互作用关系，采用数值模拟法对管道进行了安全影响分析。并借助此工程研究了盾构隧道以不同深度和不同角度下穿对管道的影响特性。

（4）提出了在地铁盾构工程中对管道的安全保护设计和措施。

关键词：盾构隧道，地层位移，埋地管道，性状分析，数值模拟，保护设计

ABSTRACT

With the wide application of shield tunneling method in the current urban subway construction, the engineering situation of shield tunnels passing through municipal pipelines is increasing day by day. Tunnel excavation is bound to disturb the surrounding soil layer and cause stratum displacement and stress transfer, which will have a safety impact on existing pipelines in the soil layer. Therefore, deformation and even stress damage of pipelines often occur, which can't operate normally. At present, the safety impact of shield tunnel through pipelines is a common concern in Metro engineering. In order to protect the safe operation of pipeline, this paper studies the practical value of the project by combining theoretical analysis, numerical simulation and engineering measured data processing. The main contents of this paper include the following aspects:

（1）The distribution law of stratum displacement caused by tunnel excavation is studied. The classical theory of stratum displacement budget method is analyzed, and the characteristics of influence analysis method of tunnel construction on pipeline proposed by scholars at home and abroad are compared.

（2）The influence of tunnel excavation on the behavior of existing pipelines around the tunnel is studied. The stress mechanism, failure mode, pipe-soil interaction and its influencing factors are analyzed.

（3）Based on the shield tunneling project of Changzhou Metro Line 1 through the high-pressure oil and gas transmission pipeline, considering the engineering geological conditions in Changzhou area, considering the three-dimensional tunnel-stratum-pipeline interaction, the numerical simulation method is used to analyze the safety impact of the pipeline. With the help of this project, the influence characteristics of shield tunneling under different depths and angles on pipelines are studied.

（4）The design and measures of pipeline safety protection in metro shield tunneling are put forward.

KEY WORDS：shield tunnel，strata displacement，buried piping，character analysis，numerical simulation，protection design

目 录

摘要Ι

ABSTRACTⅡ

第一章 绪论1

1.1课题研究背景及意义1

1.2国内外研究历史与现状2

1.2.1隧道开挖引起地层位移分布的计算方法及评价2

1.2.2隧道开挖对既有管线影响的研究方法及评价6

1.3现阶段研究的不足8

1.4本文主要研究内容8

第二章 工程概况10

2.1工程概况10

2.2区间工程地质条件11

2.3区间水文地质条件13

2.4本章小结14

第三章 隧道开挖对周围既有管线性状的影响机理及保护标准分析15

3.1隧道施工技术15

3.1.1盾构法特点15

3.1.2盾构法隧道施工工序16

3.2隧道开挖对周围既有管线性状的影响机理16

3.2.1管土相互作用16

3.2.2隧道开挖对管道的影响17

3.2.3管道失效破坏模式18

3.3管道安全使用评价标准研究19

3.3.1管线安全评估方法19

3.3.2本课题天然气管道和石油管道安全保护标准20

3.4本章小结20

第四章 区间盾构隧道施工对管道的影响分析22

4.1数值模拟分析方法22

4.1.1midas GTS NX软件介绍及特点22

4.1.2计算模型的建立22

4.2计算分析过程与计算结果24

4.2.1计算过程24

4.2.2计算结果26

4.3不同工况条件下盾构下穿对高压输油输气管道的安全影响30

4.3.1盾构隧道开挖面中心下降3m工程模拟31

4.3.2盾构隧道以45°角下穿高压输油输气管道工程模拟33

4.4本章小结36

第五章 盾构隧道施工期间对管道的保护设计38

5.1管道保护技术和措施38

5.1.1盾构施工参数的调整38

5.1.2管道保护设计39

5.2施工监测40

5.3本章小结41

第六章 结论42

6.1本文主要研究成果与结论42

6.2不足与展望43

致谢45

参考文献46

第一章 绪论

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