机械冲击荷载下邻近埋地管道的动力响应及安全评估研究

Impact loads caused by bridge punching pile construction, bringing out large vibration for surrounding soil mass,have taken adverse effect on safe operation of adjacent buried oil or gas pipelines.The subject studied on characteristics of vibration loads caused by construction impact action,and developed microseismic test research to analyze vibration spectrum charateristics.It has revealed the propagation law of vibration waves and obtained rupture region of rock soil mass by microseismic source location. Based on field test results,pipeline-soil coupling calculation model under impact vibration loads was established,and the force and deformation of pipeline-soil system under vibration loads were analized.Then combined with theoretical results,secondary dvelopment of ANSYS/LS-DYNA was carried out and the calculation program was compiled,to set up nonlinear modeling theory and method under vibration loads considing pipeline-soil coupling effect.Based on project, large scale numerical simulation was developed，to evaluated the influence of impact vibration on pipeline.Then feasible appraisal system about pipeline safe operation under impact loads was explored and built.The project research results could directly be used in practical engineering project.Also,it has important significance in promoting development of related basic theory research.

桥梁桩基冲击钻孔施工产生的机械冲击荷载对周围岩土层振动较大，给邻近埋地输油(气)管道的正常使用和安全运行带来不利影响。本项目对桥梁桩基施工振动冲击荷载特性进行研究，开展微地震试验分析其频谱特性，揭示振动波的传播规律，并通过微地震振源定位分析得出振动引起岩土体的破裂区域；基于现场试验成果，建立适合冲击型振动荷载作用下的管土耦合计算模型，分析振动荷载作用下土体-管道系统的受力与变形特征。然后将理论成果与ANSYS/LS-DYNA相结合，进行二次开发，编制相应计算程序，建立振动荷载作用下考虑管土耦合效应的非线性模型计算方法，结合依托工程开展大规模数值仿真计算，以评估施工冲击引起的振动对邻近埋地管道的影响，提出确保施工冲击荷载作用下埋地管道安全运行的控制措施。本项目的研究成果可直接应用于实际工程项目，并对促进有关方面基础理论研究的发展具有重要意义。

近年来我国道路交通发展迅速，公路、铁路、桥梁等大量修建，桥梁桩基施工给邻近埋地管道的正常使用和安全运行带来了不利影响。在施工复杂环境下，如何既保证埋地管道运行的绝对安全、又使公路建设不因规避风险而采取过分保守的方案进而导致了工程费用的增加，已成为当前岩土工程界和管道安全保护亟待解决的一个问题，迫切需要对施工振动对管道产生的影响有一个科学合理的评估。因此本项目对桥梁桩基施工引起的机械冲击荷载对埋地管道的影响及控制作了较全面而深入的研究与探索。本项目研究完成了：（1）对桥梁桩基施工机械冲击荷载特性进行了研究，推导了冲击荷载的分析模型。基于波动理论，分析了冲击型点振源产生的应力波导致的振动在岩土体介质中的传播规律。（2）通过现场微地震试验数据分析了桩基施工振动特性及对邻近埋地管道的影响，得到振动引起埋地管道周围岩土体的破裂区域大约为三倍冲锤半径。（3）通过理论计算、试验测试和大量数值模拟，分析了施工冲击荷载作用下埋地管道的动力响应，提出了邻近埋地管道桩基施工振动的控制标准，建立了机械冲击荷载作用下埋地管道安全稳定运行的评价体系，在工程实际应用中取得了较好成效。本项目研究成果可应用于相近工程，为管道受力计算、设计施工提供一定依据，也为桩基施工振动研究提供了新的试验手段和科学决策。在本项目的资助下，以第一作者发表学术论文5篇，出版著作1部，获得实用新型专利1项，参加国际会议3次。