HDD铺管引起地表工后变形的数值模拟分析

水平定向钻进（HDD）是一种重要的非开挖铺管技术,在非开挖领域应用非常广泛。由于其会扰动周围地层以及造成地层损失,进而造成一定程度的地表变形,如地表沉降、地表水平变形等。本文采用有限差分数值模拟方法,运用FLAC3D软件分析了HDD铺管的引起的地表工后变形问题;综合考虑了不同地层内聚力、地表荷载及扩孔级数情况下的地表工后变形。     

基于Photogrammetry的非开挖施工地表变形检测技术研究

非开挖施工过程中由于往往受到埋深的限制,导致上部土体有效应力降低,进而产生地表变形,变形过大还会引起地表既有建筑受到破坏,所以量化检测其变形程度在地下施工中尤为重要。本文主要讨论了采用Photogrammetry技术检测非开挖施工过程中地表变形的主要方法和应用情况。Photogrammetry技术是一种非接触式的变形检测技术,主要通过影像手段获取目标点的三维变形大小。该方法需要从空间多角度对目标点进行摄影测量,获取连续的三维影像信息,通过Photogrammetry软件进行现场目标点重现,进而获取三维可视目标点坐标值。本文通过现场的检测,获取了地表变形的数据,提出了检测的方法,并对数据处理过程中检测精度提出了探讨。     

非开挖HDD在垃圾填埋场渗滤液导流治理中的应用研究

非开挖HDD技术具有对环境干扰小、施工效率高等优点,被广泛应用于给排水、电力、通信、油气等领域的新管道敷设和既有管线修复中。本文结合英国某垃圾填埋场的渗滤液导流治理工程,分别从技术原理、工程背景、工艺过程、应用效果和改进措施等方面展开了论述。工程实践表明,HDD技术可应用于垃圾填埋场渗滤液水平排放孔的施工中,并应根据现场地层条件和工艺参数对施工过程加以优化。由于填埋堆体含有大量金属废弃物,采用有线导向系统替换了无线电磁导向,可极大提高导向钻孔轨迹的定位精度。采用正向扩孔和管道敷设技术有助于降低阻力,提高敷设效果。对比运行结果显示,相对于传统的渗滤液竖井抽排模式,水平钻孔排放效率更高,成本投入也相对较低,但在设计施工中应充分考虑堆体非均质对施工过程的影响,降低施工风险。     

射流泵系统在非开挖HDD中的应用研究

非开挖HDD技术被广泛应用于给排水、电力、通信、油气等领域的新管道敷设和既有管线修复中。当在浅部地层以及上覆地层应力较小的区域进行HDD施工时,易出现“溢浆”现象。本文结合国内外“溢浆”防控技术研究现状,对德国某公司的孔内新型射流泵系统在非开挖工程中的应用进行了论述。该系统利用在近钻头位置安装的高压射流泵系统收集前端钻头扩孔后形成的钻屑,从而减少钻孔环状空间的钻屑含量。系统主要由钻屑收集装置、射流泵体和连接装置3部分组成,可实现98%左右孔内钻屑的清理。根据工程需要,可采用清孔、软土扩(清)孔、组合以及管道回拉等4种模式进行工程作业。工程实践表明,采用该系统后单日最长掘进长度达到122 m。同时提出了存在的问题：由于小直径复杂地层钻进中易出现钻屑团积,从而对筛格产生堵塞。在管道回拉模式中,如何改变钻屑返排的回路等问题仍是该系统在应用中亟待解决的关键问题。     

非开挖技术的应用及前景分析

介绍了非开挖技术及其在江苏煤炭地质局引进与应用的情况，分析了非开挖技术在我国发展的三个方向：管道口径越来越大，施工长度越来越长，施工条件越来越复杂。认为我国新增管道总量有较大的发展空间，管道的修复与置换数量也将日趋庞大，其非开挖技术也将随之转换，同时与之相适应的探测技术也将随之提高。     

非开挖技术在城市污水截流工程中的应用

本文结合施工案例,介绍了非开挖水平定向钻技术在污水截流工程中的应用。为在城市污水截流工程中大口径污水管如何穿越河流、道路等障碍物提供了设计依据和施工案例。     

不同开采条件下采空区地表变形机理的数值模拟研究

通过建立数值模型,模拟不同采深、采宽、采厚及不同开采倾角下采空区地表的变形,通过数值模拟及计算得出各开采条件下地表的下沉曲线及水平移动曲线,进而分析地表变形规律及变形机理,为研究开采引起的地表变形提供一种便捷的方法。     

荷兰实施非开挖技术以诠释“天然气循环”概念

本文介绍了跨越德国与荷兰两个国家的15000公里高压输送天然气管网建设中使用水平定向’钻进和顶管等非开挖技术的情况。     

陡倾断层上下盘开挖引起地表变形的数值模拟分析

考虑地下开挖区与断层相对位置关系,采用简化数值模型对陡倾断层上下盘开挖引起的地表变形特征进行了数值模拟。结果表明,当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于下盘时,地表出现不连续变形的可能性小;当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于上盘时,随下向开挖进行地表断层处裂缝有减小趋势;而当断层位于地下开挖引起的地表变形拉张区时,断层出露处水平拉张明显,表现为拉张裂缝,随下向开挖深度增加、规模增大,不论开挖区位于上盘还是下盘,极可能导致地表出现正断层式的错动．     

非开挖技术展望及其在电信工程中的应用

非开挖技术在国内外发展迅速、前景可观,我国在长期的通信管道施工中,从早期施工技术的应用与发展到现在的定向钻进技术的使用,为我们在非开挖技术领域中争得了一席之地。     

水平定向钻进工程泵量与钻速匹配的计算模型

在非开挖水平定向钻进过程中,泵量与钻进速度是2个关键施工参数,泵量与钻速匹配与否将直接影响钻进成孔质量和施工进度,而国内外对这方面的研究较少,没有形成成熟的理论体系,现场施工大多靠经验来估算取值。运用数学解析方法,并考虑钻屑含量的影响,建立泵量与钻速相匹配的计算模型,再结合现场实测数据进行验证。实践表明该模型比较符合实际,对现场施工有一定的指导意义。     

免共振沉桩过程对地表振动影响的FLAC3D数值模拟

为研究免共振沉桩过程对地表振动影响,采用密度放大法以消除模型桩弹性模量过大对计算效率的影响,在有限差分软件FLAC^3D中建立了相应的连续振动沉桩模型,并和文献中的现场测试结果进行了比较,分析了激振力幅值和振动频率这两个施工参数对地表振动响应的影响。结果表明：密度放大法可有效提高数值模拟的计算效率,模拟沉桩7.0倍桩径（4.9 m）所需计算时间约为12.0 h,数值结果较好地模拟了现场测试中免共振沉桩的地表振动影响;激振力幅值和振动频率均主要对近场（水平距离为5.0倍桩径范围内）的地表振动有明显影响;临界沉桩深度与地表振动影响峰值相对应,该深度随水平距离先增大后趋于稳定;激振力幅值对临界沉桩深度的改变不明显,振动频率对远场临界沉桩深度则有较明显影响。     

先存断裂对抽水沉降及地裂缝活动影响的数值模拟

过度抽取地下水对断层构造型地裂缝的加剧作用是很明显的,但具体的作用机制却很复杂,过去的研究多是简单的定性分析,数值模拟和定量计算少有报道。笔者采用比奥(Biot)固结渗流理论和基于A、B面接触判断的库仑滑动和张裂的接触面单元,对抽水作用下地裂缝的活动进行了数值模拟,初步探讨了抽水活动引发和加剧地裂缝活动的机制。结果表明:抽水作用下抽水井周围水平应力场发生近井区挤压、远井区拉张的变化,当拉张区内的拉应力超过土体抗拉强度时将会出现自上而下的张裂缝;先存断裂的存在将影响应力变化的模式,同时由于断裂的软弱性,使得地层容易沿其发生滑动或拉裂,从而加剧地裂缝的活动;先存断裂对地面沉降和地裂缝具有诱导、隔离和放大的作用。     

浅层地温场连续监测和高精度模拟时空误差研究

为探究浅层地温场的时空演化规律,综合使用多种温度传感器,获得了南京市3个钻孔0~100 m的连续高精度温度数据。采用不同精度的地层模型和上边界温度条件,开展了3个月时间尺度的地温数值模拟,分析了地温在模拟时间内时空变化规律和模拟精度。相对于平均热扩散系数,采用分层热扩散系数时提高了浅部0~4 m模拟温度的精度,降低误差为2%~4%;与高精度边界模拟结果相比,边界为日均温度时的模拟结果相差不大,而月均温度降低了0~5 m模拟温度的精度,增大误差为2%~3%,但对于均质地层影响深度较小。对于浅地表变温层处的地温模拟,在浅部0~5 m处使用分层热扩散系数,以日均温度作为边界条件能够在保证结果准确的前提下减少监测成本。文章也为南京市浅层地温长期预测和评价提供了参考。     

叶尔羌河流域裸地潜水蒸发的数值模拟研究

利用地表能量平衡原理、微气象学以及土壤水热迁移理论建立了潜水蒸发模型,并采用全隐式有限差分格式进行求解。在求解过程中,对土壤热运动方程的上边界采用了第三类边界条件,同时采用自动调节步长等方法,增加了数值计算的稳定性,提高了计算速度。用本计算模型模拟了1994年5月份新疆叶尔羌河流域地下水均衡场的裸地潜水蒸发过程,并与当地的试验资料进行了比较分析,结果表明,采用的计算模型和方法可以进行较长时间内裸地的潜水蒸发估算。     

邯郸地区土壤水入渗规律实验及数值模拟方法研究

在对土壤入渗理论进行总结和分析的基础上,依据邯郸市平原区的水文水情的基本特点,选定2~3处地点进行实验,完成了静态数据的收集和动态数据的观测,确定了实验区土壤质地类型、土壤容重等物理特性,结合实验测定的饱和导水率K、土壤水分特征曲线θ（ h）推算非饱和导水率K（θ）、扩散率 D（θ）等土壤水分运动参数。运用上述数据对Van Genuchten模型加以改进,并运用改进后的模型对实验中的水分变化过程进行数值模拟。结合实测成果和数值模拟成果,对邯郸市平原区已选定实验点土壤水入渗规律进行分析。     

沁水盆地南部煤储层水力压裂裂缝发育特征的数值模拟研究

以沁水盆地南部为研究区,以山西组3号煤储层为目标层位,根据该区的地应力场特征以及晋城市寺河矿煤样的三轴压缩实验结果,利用大型有限元软件ANSYS建立了该区3号煤储层的地质模型,模拟水力压裂过程中地应力场和储层弹性模量对裂缝起裂压力和裂缝扩展形态的影响。结果表明:裂缝的起裂压力与最大水平主应力无关,随最小水平主应力的增大而线性增大,变化范围为10～25 MPa;裂缝的最大缝长和最大缝宽不随最大水平主应力的变化而变化,随最小水平主应力和煤岩弹性模量的增大而减小,其中最大缝长介于36～83 m范围内的概率最高。模拟结果和现场数据基本吻合,说明该模型具有一定的合理性,研究成果对于沁水盆地南部地区煤层气井水力压裂设计具有重要的参考价值。     

数值法预测矿区涌水量时模拟软件的应用评述

对几种国内外最流行的用于数值法预测矿坑涌水量的地下水模拟软件进行综合评述与比较,将各种软件的应用范围与限制进行分析,同时结合已有的研究成果与实际应用经验,为不同软件在矿区涌水量预测领域中的应用前景作了展望。     

地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究

地下水源热泵系统的地温场数值模拟研究对浅层地热能开发利用项目具有重要意义。通过TOUGH2建立地下水源热泵系统的水-热耦合模型,模拟了研究区多年地温场变化趋势以及抽灌井温度变化。结果表明地下水源热泵系统运行10年后部分组团出现大量冷堆积现象,影响供暖温度。依据本结果,结合场地条件,针对冷堆积现象采用太阳能辅助热源系统进行系统强化设计,并模拟研究强化后的地温场多年变化趋势,结果表明太阳能辅助热源系统可以有效提高供暖温度。