水平定向钻穿越电力管束时管道受力及安全分析

水平定向钻进技术(HDD)在市政电力排管施工中得到普遍应用,由于电力管道施工过程中的多管组合回拖和压密注浆等施工特点,不仅使得回拖时的阻力增加,而且作用在管道外壁上的注浆压力同时会降低管道抗外压能力,与单根管道的回拖施工有明显差别。考虑多管组合回拖效应,利用管束的等效半径和管束与孔壁的等效摩擦系数,对常用的ASTM回拖力计算方法进行改进,使其更适用电力管道回拖力计算;同时将注浆压力作为管道所受外压力,分析注浆时管道的应力,从而保证管道回拖和注浆施工中的安全。     

定向钻铺管回拖力计算模型

在定向钻穿越铺管的过程中,管道在孔内的受力情况非常复杂,但是回拖力计算又是机具选择的重要参考依据,所以管道受力分析及回拖力计算就显得非常重要。通过分析管道在弯曲段和稳定段的受力情况,分别建立管道弯曲段和稳定段的受力模型,最终总结出计算管道回拖力的方法。经实例计算检验,这种计算方法更加接近实际。      

注水平衡法在非开挖施工中的应用

首先对河北廊坊天堂河穿越工程的概况和施工难点进行了介绍;然后针对工程需要提出了注水平衡法,并对其进行了理论分析;最后对施工过程和结果进行了分析介绍。施工实践证明了理论分析的正确性,且表明：非开挖施工时,在管道中注入适量水能平衡管道所受浮力,减小管道所受摩擦力,能达到减小管道回拖力的目的。     

HDD穿越奥斯汀湖铺设球墨铸铁管的回拖力计算

在管道回拖过程中,球墨铸铁管与钢质、塑料质管道表现出不同的特征。对钢管和塑料管的回拖力计算模型及方法已经被大众接受。这里基于本工程的柔性限位接口球墨铸铁管建立了一个新的回拖力计算模型,经实践获得的数据验证,其方法可行、计算结果可靠。     

开采沉陷区埋地管道力学反应分析

开采沉陷引发地表变形,导致埋地管道大范围弯曲变形,对管道安全运行构成严重威胁。采用概率积分法预测沉陷区地表三维变形,考虑管-土间的轴向作用和管材非线性等因素,推导管道物理伸长和几何伸长的变形协调方程,迭代求解管道轴心应力和应变。通过实例分析了开采沉陷区埋地管道的应力-应变分布。结果表明,管道除了发生空间弯曲变形外,管-土间的摩擦力还导致管道产生轴向拉、压变形。解析方法计算结果与有限元方法吻合较好,适于以任意角度穿越沉陷区埋地管道的应力-应变计算。分析了开采参数、管道参数以及回填土性质等对管道的变形和应力影响,提出沉陷区埋地管道最大应力与应变的简化评定公式     

油气管道水平定向钻穿越回拖力分析

水平定向钻穿越是油气管道穿越最重要的非开挖方式,而管道回拖力的计算是选择穿越设备、校核穿越设备能力的重要基础。目前国内工程设计中采用国家标准《油气输送管道穿越工程设计规范》和行业标准《油气输送管道工程水平定向钻穿越设计规范》中推荐的公式进行计算,在国际上一般采用PRCI报告中推荐的计算方法。通过理论计算和实际工程回拖力对比,推荐采用国标公式进行最大回拖力的计算,同时对国标中摩擦系数和黏滞力系数进行验证,给出了较为确定的数值。经过实际工程的验算,与回拖结果基本相符,可以作为后续的回拖力计算使用。     

非开挖铺管回拖阻力分析

建立了一种新的非开挖铺管回拖阻力分析模型,并进行了实例计算,计算表明新模型计算出的最大回拖阻力与实际阻力值较为接近。理论计算不可能算出完全准确的回拖阻力,但在尽量符合实际情况的前提下进行合适的取值,理论计算得到的回拖力已经能对钻机选择、设备布置、管道的最大承受力验算等施工设计起到很好的指导作用。     

浅谈水平定向钻穿越设计

本文简要介绍了水平定向钻穿越的技术特点,指出了设计步骤及应注意的技术要点,阐明了水平定向钻技术在管道穿越施工中的优势,及其广泛的应用前景。管道水平钻进的入土角、出土角、曲率半径和穿越深度等设计要素的确定方法,分析了管道强度和回拖力的计算方法。     

水平定向钻穿越冰水沉积层技术探索与实践

油气长输管道常采用水平定向钻(HDD)方式穿越河流,我国四川盆地内一些河流地层以冰水沉积为主,其中含有大量的卵砾石,穿越施工风险较高,结合兰成渝输油管道某河流穿越改造工程,对冰水沉积地层特点以及相应的穿越风险因素进行了分析,选择了合理的钻具组合,并针对钻具组合进行了钻具受力分析,确定钻杆最大应力为171.5 MPa,选择的钻杆能够满足施工要求。考虑到冰水沉积地层特点,采用套管隔离表层卵砾石、大直径钻头和带有角度泥浆马达、高黏度泥浆护壁、改性环氧玻璃钢外防腐层防护等措施,现场实施结果显示,定向钻钻孔稳定性良好,管道回拖施工过程中回拖力平稳,为水平定向钻穿越卵砾石层提供了新的思路。     

长距离、大口径定向穿越施工中相关技术难题探讨

分析了国内外长距离、大口径管道的施工案例,探讨了长距离、大口径定向钻施工中导向孔、扩孔、回拖3个阶段存在的几个技术难题。长距离导向孔钻进中,由于钻进孔洞小、距离长,钻柱产生的摩擦阻力加大,影响了钻压的有效传递,无法保证有效的钻压来满足高速钻进要求;大口径扩孔过程中多级扩孔增加了孔洞的扰动次数,在不稳定地层导致孔壁稳定性变差;在管道回拖过程中,由于孔径及回拖力较大的原因,当钻杆卸扣时,钻杆的拉力突然释放导致钻杆的回弹,影响了回拖的效率。针对这些问题产生的原因、后果进行了分析。提出了导向孔加压技术、大级差扩孔技术以及钻杆防回弹技术等相应的解决措施,为今后在长距离、大口径定向穿越施工提供参考。     

卸载应力路径下黄土强度的神经网络预测

各种施工活动,将对应力状态与应力路径产生影响;在分析基坑开挖及隧道掘进等卸载作用对应力状态与应力路径影响的基础上,进行了不同应力路径的室内非常规三轴卸载试验,根据卸载试验结果,建立了以轴向与侧向卸(加)载增量比例、应力路径变化方向、卸(加)载前轴向与侧向初始固结应力为输入层参数、以轴向与侧向破坏应力为输出层参数的神经网络预测模型,并对卸载应力路径下黄土强度进行了神经网络预测及误差分析,其结果表明,预测值与试验值较为接近.     

脉动激励下的浅埋管道轴向应力分析

考虑土体-结构-流体耦合作用,研究流体脉动对浅埋输液管道轴向应力的影响.基于流固耦合、管-土耦合理论,建立了浅埋管道动力学分析模型,应用力平衡条件,推导了浅埋管道的静力及动力方程,并利用行波方法求取了动力方程的解析解.在此基础上,研究了管道应力特性.结果表明:流固耦合对浅埋管道应力有较大影响,较小幅值的压力脉动可使管道应力大幅增加.同时,讨论了管道埋深、土质条件及管道半径对管道应力的影响.在相同流体脉动激励下,管道应力随覆盖层厚度、土体刚度、管道半径增加而减小.     

水平定向钻施工中软硬交错地层的处理

在软硬互层的地层中进行水平定向钻施工,扩孔过程中易出现扩孔台阶,导致扩孔施工中卡钻、回拖过程中拖力增大、钻杆疲劳等现象,因此有必要对软硬交错地层处可能出现的扩孔台阶进行施工准备,并制定相应的施工预案。     

大口径管线定向穿越浮力控制系统的应用

当用定向钻进行大口径管线穿越时，由于其在泥浆中的浮力远大于管的重力，对孔壁的压力很大，回拖时受到的摩擦力很大，则回拖力也大大增加。为了减少回拖力，则需要使用浮力控制措施来抵消或减小这个压力。     

圆形应力路径下软黏土的动力特性试验研究

实际交通荷载作用下,路基土单元内的竖向应力和水平应力大小不断发生变化,剪应力幅值和方向也不断变化,从而导致土体中的应力路径呈现出主应力轴连续旋转的现象。本文通过GDS空心圆柱扭剪仪模拟类似交通荷载作用下的应力路径,开展不同围压和不同循环应力比下的主应力轴连续旋转试验,旨在研究在交通荷载类轴向纯压缩条件下主应力轴方向连续旋转时循环应力比与围压对原状软黏土的强度、累积应变、回弹应变、软化等因素的影响。试验结果表明：随着孔压的不断累积,原状饱和软黏土试样逐渐软化,轴向模量和剪切模量均随着循环应力比和围压的增加逐渐降低,并在主应力轴旋转一定的圈数后达到稳定。当循环应力比较小时,轴向和剪切应力应变滞回曲线均呈线性,不同主应力轴旋转圈数下的轴向和剪切应力应变滞回曲线近乎重合。随着主应力轴旋转圈数的增加,轴向和剪切应力应变滞回曲线越来越表现出明显的非线性,不同旋转圈数下试样的轴向和剪切应力应变滞回圈不再重合且滞回圈逐渐向x轴倾斜。随着循环应力比的增加,在主应力轴连续旋转初期,轴向模量和剪切模量迅速衰减,且随着加载圈数的增加达到稳定,并且试样的轴向模量和剪切模量达到稳定时的主应力轴连续旋转的圈数随循环应力比和围压的增大而不断增大。     

CMS55030大钻机显威黄河—记中石化徐州管道储运公司使用CMS55030水平定向钻穿越黄河成功记实

作者撰述了徐州管道储运公司成功地使用美国CMS55030水平定向钻穿越黄河成功地铺设长813m、直径630m的钢管的情况。该型钻机的回拖力达到2450kN。是我国近年来引进的少数几台大型钻机之一。     

圆形应力路径下软黏土的动力特性试验研究

实际交通荷载作用下，路基土单元内的竖向应力和水平应力大小不断发生变化，剪应力幅值和方向也不断变化，从而导致土体中的应力路径呈现出主应力轴连续旋转的现象。通过GDS空心圆柱扭剪仪模拟类似交通荷载作用下的应力路径，开展不同围压和不同循环应力比下的主应力轴连续旋转试验，旨在研究在交通荷载类轴向纯压缩条件下主应力轴方向连续旋转时循环应力比与围压对原状软黏土的强度、累积应变、回弹应变、软化等因素的影响。试验结果表明：随着孔压的不断累积，原状饱和软黏土试样逐渐软化，轴向模量和剪切模量均随着循环应力比和围压的增加而逐渐降低，并在主应力轴旋转一定的循环次数后达到稳定。当循环应力比较小时，轴向和剪切应力-应变滞回曲线均呈线性，不同主应力轴循环旋转次数下的轴向和剪切应力-应变滞回曲线近乎重合。随着主应力轴循环旋转次数的增加，轴向和剪切应力-应变滞回曲线越来越表现出明显的非线性，不同循环次数下试样的轴向和剪切应力-应变滞回圈不再重合且滞回圈逐渐向x轴倾斜。随着循环应力比的增加，在主应力轴连续旋转初期，轴向模量和剪切模量迅速衰减，且随着循环次数的增加而达到稳定，并且试样的轴向模量和剪切模量达到稳定时的主应力轴连续旋转的循环次数随循环应力比和围压的增大而不断增大。     

寒区输油管道基于应变设计的极限状态研究

寒区输油管线沿线地质环境复杂,滑坡、冻胀、融沉等自然灾害会导致管道形成大差异变形量.而差异变形量所引起的应力应变行为直接影响管道的安全服役性能,严重时会使管道破坏失效.基于寒区输油管道在实际服役工况下的受力变形条件,充分考虑冻胀效应、油压效应和热应力效应对输油管道的影响,分析了不同长度、壁厚、油压条件下轴向拉伸应变的分布规律及其影响因素.基于轴向应变设计理论准则,建立了上述条件下输油管道的极限服役状态,得到了对应状态下输油管道的许应最大极限冻胀变形量.结果分析表明,采用基于应力的设计准则偏保守,采用基于轴向应变的设计准则能更多的利用管材的变形性能.可为管道的合理设计、安全评价、完整性管理提供一定的理论参考.     

考虑轴向力和渗透力时圆形隧道广义Hoek-Brown解

为了研究渗透水压力和轴向应力共同作用时隧道围岩的应力和位移变化趋势,将圆形隧道简化为轴对称模型,假定渗透场以渗透体积力作用在原应力场,以围岩开挖断面为假定平面,引入垂直于该平面的轴向应力。基于广义Hoek-Brown强度准则和非关联流动法则,推导出考虑轴向应力和渗透场共同作用时弹-脆-塑性围岩的应力和位移非线性解,采用数值算例分析了轴向应力和渗透力共同作用时隧道围岩塑性区应力场和位移场的分布规律。计算结果表明：与无渗透水压力作用下的模型相比,渗透力作用使得围岩塑性区各点位移增大,并且内外水头差越大,位移增大越明显。当轴向应力为中主应力时,围岩塑性区半径和塑性区各点应力增大,轴向应力为大主应力和小主应力时,围岩塑性区半径和塑性区应力变化较小。因此,渗透力的存在不利于隧道围岩的稳定性,并且轴向应力的大小对于富水地区隧道围岩的应力和位移分布具有较大影响。在施工设计时考虑渗透力以及轴向应力的共同影响对于保证隧道围岩稳定性具有重要意义。     

地铁车站洞桩法施工对地层和刚性接头管线的影响

洞桩法能够较好地控制地层变形和对周边既有建（构）筑物的影响,目前已成为北京地铁暗挖车站施工的主流工法。以北京地铁10号线黄庄站工程为背景,基于地表和管线沉降的实测数据,建立“隧道-管道-土体”的三维有限元计算模型,研究了洞桩法车站施工对地层的影响,并从沉降、变形和管-土相互作用等方面系统研究了施工对邻近刚性接头管道的影响。研究结果表明,洞桩法车站施工中导洞和扣拱施工是关键工序,这两个工序引起的地表沉降占总沉降的90%以上;刚性接头管道的沉降、变形及管道-土体差异沉降与管道和隧道相对位置关系密切相关,主要受其正下方土体开挖影响;管道变形由整个管体共同承担,地层位移使管道产生弯曲和轴向变形,建议采用应变作为管道变形控制标准。