這里寫上圖片的說明文字(前臺顯示)

18719811719
  • 內頁輪換圖
  • 內頁輪換圖
  • 內頁輪換圖

管道研究

您當前的位置:首頁 > 監測預警技術研究

天然氣管道下方鐵路隧道爆破掘進變形監測技術的應用

來源:《管道保護》2024年第2期 作者:許新裕 時間:2024-4-15 閱讀:

許新裕

國家管網集團西氣東輸廈門輸氣分公司

 

摘要:鐵路隧道采取爆破掘進的方式通過在役天然氣管道下方,存在一定的安全風險。在交叉部位開展應力、地表位移和振動監測,實時掌握隧道施工期間管道的應力應變情況。通過監測數據分析,掌握管道運行狀態、應變及管道周圍土體沉降等情況,以便采取相應的保護措施,保障管道安全可靠運行。

關鍵詞:監測;輸氣管道;預防;安全防護

 

近年來,山嶺鐵路隧道建設項目增多,隧道與在役管道交叉或并行情況時有發生。大部分山嶺鐵路隧道的掘進施工以鉆爆法為主,其產生的瞬時沖擊波不可避免地對附近地下管道造成沖擊,會使管道承受較強激振作用而產生應力損傷,當振動頻率等于管道固有頻率時,會引起共振位移破壞[1-2]。為實時掌握在隧道鉆爆掘進過程中管道周圍土體發生沉降、管道受力或沉降的情況,在管道與隧道交叉處布置應力、位移和振動等監測裝置,實時監測隧道施工過程中管道的應力、振動和位移,并對監測數據進行深入分析,可為隧道施工過程中的管道保護工作提供技術依據。

1  工程概況

在建龍龍鐵路龍武段雙髻山隧道(以下簡稱雙髻山隧道)位于福建省龍巖市上杭縣蛟洋鎮,在隧道DK 13+450 m處下穿在役西氣東輸三線管道(IB 017+700 m),管徑1219 mm,壁厚18.4 mm,材質L555鋼,設計壓力10 MPa,隧道拱頂距離管道最近處約36.7 m,兩者交叉角度為79°。

雙髻山隧道進口里程為DK 11+670.73 m,出口里程為DK 19+339.58 m,全長7668.85 m,最大埋深約334 m,隧道洞身總體走向為256°,路線縱坡為單面坡,縱斷面坡度最大為15‰。隧道設計Ⅱ~Ⅴ級圍巖,其中Ⅱ級圍巖2643 m,Ⅲ級圍巖2624 m;Ⅳ 級圍巖1254 m;Ⅴ級圍巖1147.85 m。

雙髻山隧道在距天然氣管道50 m范圍內采用機械開挖,50 m~200 m范圍內采用控爆方式掘進。

2  管道監測

根據雙髻山隧道與西氣東輸管道交叉段現場實際及相關技術規范,在管道IB 017+700 m X01處開展應變、振動及地表位移等監測。應力應變監測采用振弦式應變傳感器,管道及附近巖土振動速度監測采用測振儀,地表位移監測采用振弦式靜力水準儀。

(1)監測裝置。野外監測裝置由太陽能供電系統、智能采集模塊、DTU模塊、監測樁體四大部分組成(圖 1)。數據采集儀與振弦式應變計之間通過雙絞線實施通訊連接,振弦式應變計監測的振頻模數經采集儀壓縮、存儲后,由數據采集儀通過DTU模塊連接到互聯網,并通過網絡服務器與監控中心服務器連接,實現數據的采集或對現場數據采集儀發送相關測控指令。


1 野外應力監測裝置

(2)應變監測。為掌握隧道與管道交叉處管道截面上的軸向應變和環向應變,在交叉段的管道上安裝1組管道應變監測截面(圖 2),編號為X01,用于監測管道軸向應力變化情況;在監測截面順氣流方向管周9點(L)、12點(U)、3點(R)位置各安裝1支振弦應變計;管道應變監測截面X01用1套一體化野外監測樁進行監測數據的采集傳輸。


2 交叉段管道應變監測截面布置斷面圖

(3)振動監測。為掌握隧道與管道交叉處管道及附近巖土體水平、垂直方向的振動情況,在交叉段的管道管底及隧道DK 13+458 m處的管底相同埋深土體內各布置1臺測振儀,編號分別為Z01、Z02,用于監測交叉段管道及附近巖土體水平、垂直方向的振動情況。

(4)地表位移監測。為掌握隧道與管道交叉處管道上方地面沉降情況,在交叉段地表布置1套振弦式靜力水準儀;該套靜力水準儀設置1個測點J02(交叉段管道正上方)、1個基準點J01(隧道8 m外、管道附近穩定區);監測數據采集傳輸與管道應變監測截面X01共用一體化野外監測樁。

(5)監測頻次及周期。按照管道交叉段隧道施工期65天、施工后快速沉降期35天計算,頻次1次(期)/天;之后按1次(期)/15天監測頻次,監測周期9個月。

3  數據分析

(1)管道監測應力閾值計算。依據GB 50251―2015《輸氣管道工程設計規范》,管道軸向應力按式(1)計算:

σL=σt +σp +σe +σb     (1)

式中:σL為埋地管道軸向應力;σt 為溫差應力;σp 為內壓產生的泊松應力;σe 為外荷載產生的軸向應力;σb 為彈性敷設、重力或外荷載作用產生的名義彎曲應力,單位均為MPa。

根據公式計算各監測截面監測拉、壓應力閾值如表 1所示,采用安裝時溫度17.25℃,正負溫差變化為±27.3℃:計算出監測拉應力閾值和壓應力閾值分別為290.2 MPa、﹣244.3 MPa。

1 X01監測拉、壓應力閾值


(2)地表位移控制標準確定。國家和地方相關規范、規定對隧道工程下穿高壓天然氣管線變形控制無統一標準。 根據 GB 50251―2015,對于管道徑向穩定校核,管道徑向最大變形量不應大于鋼管外徑的 3%,西氣東輸管線直徑1219 mm,徑向最大允許變形量36.57 mm。根據GB 50497―2019《建筑基坑工程監測技術標準》,對應管道位移監測預警值累計值要求為10 mm~20 mm,變化速率為2 mm/d。根據 GB 50911―2013《城市軌道交通工程監測技術規范》,當無地方工程經驗時,對風險等級較低無特殊要求的地下燃氣管道沉降累計控制值為 10 mm~30 mm,變化速率為2 mm/d。雙髻山隧道下穿西氣東輸管線,選取管道位移控制標準為10 mm,變化速率為2 mm/d。

(3)管道所受速度閾值確定?紤]到振動頻率也會對爆破振動產生一定影響[3],且天然氣長輸管道屬于重要的公共基礎設施,在實際工程中通常選擇2~6 cm/s的峰值振動速度作為天然氣長輸管道的安全判定標準,能夠確保爆破地震波不會嚴重影響管道安全運行[4]。經專家評審和現場振動測試,最終確定2.0 cm/s 作為天然氣管道安全判定標準,結合《鐵路工程爆破振動安全技術規程》以允許值的 85%作為預警值,因此本次最終管道速度安全標準值為1.7 cm/s。

(4) 管道應力監測數據分析。施工后對管道應力應變、位移(沉降)、振動實施9個月的現場監測。應力監測時程曲線如圖 3,在整個監測周期內,監測截面管道附加應力均處于較小值,最大拉應力6.93 MPa,最大壓應力﹣8.95 MPa,遠未達到藍色預警值。累積沉降位移變化曲線如圖 4,當前測點累積沉降位移值偏小,僅為﹣0.793 mm ,遠小于安全閾值10 mm。2個監測截面振動速度隨時間變化曲線如圖 5、圖 6,各測點振動速度值較小,均遠小于安全閾值。其中,Z01測點沿Z軸方向振動速度最大值為0.86 mm/s,Z02測點沿X軸方向振動速度最大值為0.31 mm/s,均小于管道安全速度1.7 cm/s。


3 最大軸向應力時程曲線


4 累積沉降位移隨時間變化曲線


5 Z01振動速度隨時間變化曲線

6 Z02振動速度隨時間變化曲線

4  結語

與鐵路隧道交叉的在役天然氣管段,在隧道掘進期間應及時開展應力、地表位移和振動監測,以便實時掌握管道的應力應變情況,采取適當的安全保護措施。監測數據表明,雙髻山隧道與管道交叉處采用機械開挖和鉆爆相結合方式施工,隧道施工期間管道應變、地表位移及振動均處于可接受狀態,該種施工方式對管道運行是安全的。

 

參考文獻:

[1]孫金山,李正川,劉貴應,等.爆破振動在邊坡巖土介質中誘發的動應力與振動特征分析[J].振動與沖擊.2018,37( 10) :141-148.

[2]梁瑞,包娟,周文海,等.地鐵隧道掘進爆破對既有埋地管道的動力影響[J].爆破2021,37(10) :141-148.

[3]常立功.川氣東送管道典型地質災害監測預警技術應用研究[D].成都:西南石油大學,2014.

[4]王振洪,侯雄飛,邊明,等.爆破對天然氣長輸管道振動影響的安全判據[J].油氣儲運, 2016 ,35(8):813-818.


作者簡介:許新裕,1984年生,碩士研究生,畢業于中國石油大學(北京),工程師,廈門輸氣分公司管道科副科長,從事管道完整性管理工作。聯系方式:021-58847727,1772748941@qq.com。


上篇:

下篇:

關于我們
地址:甘肅省蘭州市廣場南路77號3026室 郵編:730030 郵箱:guandaobaohu@163.com
Copyrights © 2018- All Rights Reserved. 版權所有 管道保護網 隴ICP備18002104號 設計制作 宏點網絡
甘公網安備 62010202003034號 甘公網安備 62010202003034號
  • 95_95px;

    QQ群二維碼

  • 95_95px;

    微信二維碼

咨詢熱線:18719811719
日韩在线观看-中文-亚洲无码毛片在线-91一二三区免费-亚洲成人在线。 在线播放