張馳 鄭文峰 韓應(yīng)祥 星蒼峰

摘? ?要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，深基坑工程逐漸增多，深基坑的事故也隨之增加，尤其是基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響需要我們格外注意。因此對(duì)管線(xiàn)的研究也就變得越來(lái)越重要。如何保護(hù)好地下管線(xiàn)成為了眾多學(xué)者研究的課題。本文介紹了地下管線(xiàn)的種類(lèi)、地下管線(xiàn)分布規(guī)律、地下管線(xiàn)破壞形式以及剛性管線(xiàn)變形的受力分析并基于彈性地基梁理論推導(dǎo)了剛性管線(xiàn)沉降公式。為市政工程施工對(duì)管線(xiàn)的保護(hù)提供了理論支撐。

關(guān)鍵詞：管線(xiàn)變形? 管線(xiàn)破損? 理論分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U442. 5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（a）-0028-03

隨著城市的發(fā)展，市政地下管線(xiàn)遍布于整個(gè)地下空間中而且種類(lèi)繁多，十分密集。有些管線(xiàn)的建設(shè)年代很難考證。因此經(jīng)常在勘探和施工過(guò)程中發(fā)生管線(xiàn)破壞事故。有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)在施工過(guò)程中發(fā)生的管線(xiàn)破壞事故，每年直接經(jīng)濟(jì)損失為50億元。由此可見(jiàn)，如何保護(hù)好地下管線(xiàn)的安全成為許多學(xué)者研究的課題。

1? 地下管線(xiàn)的種類(lèi)

根據(jù)管線(xiàn)與土相對(duì)剛度的不同，管線(xiàn)分為剛性管與柔性管[1]。具體判別式為：。當(dāng)λ<1時(shí)為柔性管;當(dāng)λ>1時(shí)為剛性管。其中，t是管道壁厚，Ep管線(xiàn)材料的彈性模量，r是平均半徑，Ed是回填土的變形模量。按照管線(xiàn)使用功能的不同，可以將管線(xiàn)劃分為地下管道與地下電纜兩大類(lèi)[2-3]。

2? 地下管線(xiàn)的分布規(guī)律

下水管及電纜一般情況下埋深小于1m。上水管及燃?xì)夤艿裙芫€(xiàn)的埋深一般為1～1.5m。高壓供電電纜一般埋設(shè)在預(yù)制水泥槽中。通訊線(xiàn)纜一般埋設(shè)在預(yù)制水泥槽或PVC管槽中，埋設(shè)深度一般為1.5～2m。

3? 地下管線(xiàn)的破壞形式

通過(guò)對(duì)多條破壞管線(xiàn)的分析，管線(xiàn)破壞主要在兩個(gè)部位：管段和管線(xiàn)接頭，其實(shí)質(zhì)是：（1）管段的彎矩產(chǎn)生拉力從而出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致管線(xiàn)出現(xiàn)破裂甚至斷裂;（2）管段保持完好，但是管線(xiàn)接頭因兩段管段轉(zhuǎn)角過(guò)大而失效。

Clarke對(duì)管線(xiàn)的破壞類(lèi)型和破壞原因進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，分為梁式斷裂、拉斷、剪斷、推斷等。

Attewell[40]提出了脆性灰鑄鐵管的幾種失效模式：縱向彎矩引起的橫向斷裂;環(huán)向彎矩引起的縱向劈裂;熔斷、由長(zhǎng)期腐蝕引起的孔洞或穿孔;管線(xiàn)接頭處的泄漏;引入連接點(diǎn)處的泄漏;直接沖擊引起的損傷。

4? 剛性管線(xiàn)變形的受力分析

（1）基本假定。

①管線(xiàn)材料為線(xiàn)彈性、均勻、各向同性的;

②管線(xiàn)周?chē)馏w為線(xiàn)彈性、均勻介質(zhì);

③近似認(rèn)為管身剛度與管線(xiàn)剛度是相同的，即視為等剛度問(wèn)題;

④管線(xiàn)在變形與周?chē)馏w之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，不考慮管土之間的切向摩擦作用;

⑤認(rèn)為管線(xiàn)在深基坑施工影響下，只考慮橫向地表沉降槽范圍內(nèi)產(chǎn)生的沉降;

（2）管線(xiàn)微段微分方程的推導(dǎo)。

如圖1對(duì)于微段，力與力矩的平衡方程如下：

由梁的撓曲近似微分方程得，

聯(lián)立（3）與（4）式可以得到管線(xiàn)微段上的微分方程：

式中：Ep、Ip分別為管線(xiàn)的彈性模量與截面慣性矩;K=2，為地基反作用模量，其中，Es、為土的彈性模量與泊松比，d為管線(xiàn)外徑;f（y）選用最常用的peck修正公式，，其中Vs為單位長(zhǎng)度地層損失，i為管線(xiàn)埋深處地層沉降槽寬度系數(shù)。

把f（y）表達(dá)式代入式（6）得：

（3）微分方程得求解。

式（7）為常微分方程，引入特征系數(shù)，將式（7）變?yōu)椋?/p>

令式（8）右端為0，則

則地下管線(xiàn)沉降的表達(dá)式為：

其中Wp0、為管線(xiàn)參數(shù)，分別表示沉降、轉(zhuǎn)角、彎矩、剪力;為克雷洛夫函數(shù)：

將式（17）、（18）和代入式（14）可得到式（8）得顯示解。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了地下管線(xiàn)的種類(lèi)、地下管線(xiàn)分布規(guī)律、地下管線(xiàn)破壞形式以及剛性管線(xiàn)變形的受力分析。基于彈性地基梁理論，推導(dǎo)了剛性管線(xiàn)地下管線(xiàn)的沉降公式。為市政工程施工對(duì)管線(xiàn)的保護(hù)提供了理論支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 王雨.地鐵隨道施工對(duì)地下管線(xiàn)變形的影響研[D].北京交通大學(xué)，2014.

[2] 吳為義.盾構(gòu)隧道周?chē)叵鹿芫€(xiàn)的性狀研宄[D].浙江大學(xué)，2008.

[3] 區(qū)福邦.城市地下管線(xiàn)普査技術(shù)研宄與應(yīng)用[M].南京：東南大學(xué)出版社，1998.

[4] P.B Attewell，j. yeates，A.R.selby.soil movements induced by tunneling and their effects on pipelines and structures [M].london：Blackie，1986.