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地下管线设计与安装应考虑的岩土工程因素

通过克里斯托南岸
发布日期:2019年2月11日 |最后更新:2019年4月8日
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安装方法、土壤性质和条件、外部荷载和岩土灾害是工程师和承包商在管道设计和安装过程中必须考虑的一些因素。

来源:Auremar / Dreamstime.com

管道网络是现代文明中最重要的基础设施系统之一。它们主要作为分配系统,促进大量流体的运输,如石油、水和天然气跨越地理位置。在某些情况下,管道也可作为安装公用设施的管道。

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在大多数应用中,安装地下管网通常是首选和最可行的选择。将管道安装在地下的一个主要好处是可以利用土壤来支撑管道的长距离;这样就不需要复杂而昂贵的地上支撑结构。此外,地下管道也避免了潜在的破坏性环境影响,如恶劣天气和紫外线,以及人为危险,包括破坏和意外影响。

埋地管道的良好性能和使用寿命在很大程度上取决于管道结构与周围土壤的相互作用。岩土工程(土木工程的一个分支学科)因此在地下管道的设计、施工、安装和满意的运行中起着主导作用。

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岩土工程考虑到许多与使用土作为工程材料有关的因素,包括安装方法、土壤性质和条件、外部土壤荷载和岩土灾害。土壤和管道之间的相互作用可能是复杂的,通常需要岩土工程师使用复杂的数值建模来准确预测管道的行为。

岩土工程设计因素“,

安装方法

在地下管道系统的设计和安装中需要考虑的首要因素之一是预定的安装方法。埋地管道通常采用两种常规方式安装露天的非开挖方法。

开凿,又称挖盖或沟槽安装,是浅层管道掩埋最常见的安装方法。在这种技术中,挖一个沟槽到所需的深度和对齐,并将管道放置在沟槽底部的水平表面上。根据沟墙的几何形状和稳定性,适当的土支撑系统和脱水可能是必需的。

一旦管道铺设到位,沟渠就用当地的土壤材料回填。在发达地区,壕沟穿过道路或其他基础设施时回填材料应充分压实到规定的密度。

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免费下载:岩土工程场地调查:确定项目风险的最终指南



另一方面,非开挖方法更加复杂,是在具有挑战性的情况下进行深水安装的理想选择,如水口、山口等。顾名思义,非开挖施工包括安装管道系统,而不需要可见的开凿沟渠。一些常用的用于安装地下管道的非开挖技术包括水平定向钻水平螺旋钻孔microtunneling而且管撞击

非开挖施工技术因其对城市和环境保护地区的影响最小而越来越受欢迎。

土壤性质及状况

充分了解现有土壤性质是正确的管道设计、施工和安装的关键组成部分之一。这在使用非开挖施工技术时尤其重要,因为不可预见的土壤和土可能会产生特别具有挑战性的条件地下水条件。

岩土工程调查帮助工程师确定土壤的地质和物理性质,以及考虑到的场地的地下水条件。这些调查可以从小体积的取样测试坑到更广泛的原位测试和地球物理剖面。勘探和试验的程度取决于对区域地质条件的了解、特定管道配线的深度和管道安装方法。对于相对较深的非开挖装置,需要较深的地质试验孔,以获得所需深度的相关土壤样品。

土壤调查可以帮助揭示重要的设计信息,如承载力、抗剪强度、含水量和塑性指数。利用这些信息,岩土和土木工程师可以制定必要的设计措施,以抵消可能对管道完整性有害的条件,包括沉降、起伏和横向运动。

加载

除了由于运输内容的内部压力,地下管道必须能够充分支持各种外部负载。这种载荷可以来自土壤本身,也可以来自地面通过地球传递的力。

因此,设计人员必须考虑所有可能的加载组合,以确保管道能够在给定的环境中安全运行。虽然作用在管道上的力因多种因素而异,但地下管道在运行过程中最常见的载荷类型包括:

静态加载

静载荷,也称为静载荷,被认为是在较长一段时间内相对一致的力。这种类型的负荷通常来自于管道上方的土填料的重量。随着填土高度的增加,埋管所支撑的土的重量也随之增加。

活荷载

活荷载,也称为施加荷载或瞬态荷载,是一种被认为是临时的、随时间变化的力。这些力通常来自地面,通常包括车辆装载。当地下管道穿越公路、高速公路和铁路时,活载荷尤其重要。

浮力和热负荷

地下水的存在和温度的变化会对管道设计产生很大影响。当管道安装在地下时,浮力可能是一个重要因素水位.当向上的力超过土荷载和管道重量施加的向下的力时,发生最坏的浮力情况。另一方面,由于频繁的膨胀和收缩,热力会导致内部管道应力的积累。在季节性温度变化明显的气候中,或在输送温度变化的流体的管道中,这种类型的负载可能相当大。

岩土工程危害

埋地管道结构还可能承受在正常运行条件下不会一直存在的极端、临时载荷。这些负荷来自外部来源,而且往往是强度很大的。典型的岩土灾害包括地震活动、边坡破坏、火山灾害、不连续面和断层引起的地面运动等。因此,必要的系统必须到位,以防止故障或减轻故障发生时的不良后果。

结论

为了保证地下管道在特定环境下安全有效地运行,必须考虑到一些岩土工程因素。安装方法、土壤性质、外部荷载和岩土灾害必须由合格的岩土工程师仔细分析,因为这些因素取决于预期的安装地点。

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写的克里斯托南岸|土木工程师

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Krystal是一名土木工程师和项目经理,拥有建筑工程和管理理学硕士学位。她的经验包括重大基础设施项目的项目管理、施工监理,以及道路、路面、交通安全要素、排水等基础设施要素的设计。

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