基坑降水引起的邻近地下管线破坏预测技术研究

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基坑降水会降低基坑及周边地区地下水位,引起邻近地下管线发生变形,甚至破坏。地下管线是城市的生命线工程,在城市生活中起着不可缺失的作用,一旦发生故障,将会影响数万、甚至上百万人的正常生活。在造成地下管线事故的诸多原因中,有很大一部分原因是由于管线地基的不均匀沉降。因此,如何在基坑工程施工前对降低地下水位引起的邻近地下管线的变形进行预测引起了工程技术人员的高度关注。以实际基坑降水工程为例,通过理论分析、现场实测与数值计算三种研究方法相互结合的手段,对基坑降水引起邻近地下管线变形问题进行研究,归纳了基坑降水时常用的井点降水方式及其适用条件,简要介绍了渗流计算的基本方法,阐述了基坑降水引起地面沉降的机理;综述地下管线的种类、埋设技术、施工方法以及破坏模式,总结了地下管线与周围土体之间的相互作用。在此基础上,借鉴环带分析法提出了地下管线沉降梯度的概念,推导出管线接头张开值计算公式;并选取管线沉降梯度和管线接头张开值作为柔性管线变形状态指标;选取管线应力作为刚性管线变形状态指标。最后结合工程实例建立三维数值分析模型,考虑了降水过程中土体、管线二者之间的相互作用,模拟了基坑降水后的地下水位分布状态,以及由于水位降低导致的地下管线不均匀沉降情况;将数值模拟计算结果和现场实测结果进行对比,验证了数值模拟分析模型及参数的适用性。从影响基坑邻近地下管线变形的诸多因素中选择降水深度作为关键因素,分析了不同降水深度对邻近地下管线变形状态指标的影响,进而根据分析结果提出了邻近基坑地下管线加固保护的策略:当为柔性管线时,降水区域边界线附近为重点加固区域;当为刚性管线时,降水漏斗中轴线附近为重点加固区域。总结了地下管线变形状态指标控制标准,并提出管线破坏程度参考标准。利用Powell优化算法建立管线破坏程度与管线变形状态指标之间的函数关系,从而能够在降水方案编制阶段预测邻近地下管线的损伤程度。
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