首页 爆破拆除正文

高层建(构)筑屋拆除爆破对地下管线的影响

川渝拆除17713551981

高层建(构)筑屋拆除爆破对地下管线的影响

1地下管线就是生命线

生命线包括天然气和石油管线、给水和污水管线煤气和石油存储设备、涵管、电力和通信线等设施。这些生命线大部分埋在地下,统称地下管线,这些地下管线的中断会造成人们基本生活服务设施的破坏和瘫痪。随着城市的迅速发展,城市越来越依赖于生活服务系统,生命线的安全工程越来越受到人们的重视。

1)地下管线简介

(1)钢管

按有无纵向焊缝分为无缝钢管和有缝钢管(焊接钢管)。

①无缝钢管——普通无缝钢管是用普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢和合金结构钢制成。品种规格高,强度大,是工业管道常用的管材,广泛地应用于压力较高的管道,如热力管道、压缩空气管道、氧化管道、乙炔管道以及除强腐蚀介质以外的各种化工管道。

②焊接钢管——焊接钢管又有低压流体输送用焊接钢管、低压流伓输送用镀锌焊接钢管和螺旋缝电焊钢管之分

(2)铸铁管

铸铁管按用途分为给水铸铁管和排水铸铁管;按连接方式分为承插连接铸铁管和法盘连接铸铁管。给水铸铁管用灰口铸铁和球墨铸铁制成,有低压、中压、高压三种,适用于输送水和煤气。排水铸铁管也是用灰口铸铁浇铸而成,性质较脆,只适用于无压力的自流排水工程。

(3)有色金属管

①铝和铝合金管

由于铝有较好的耐腐蚀性能,铝和铝合金管常用作输送具有腐蚀性的流体,如浓硫酸等常用的铝和铝合金管的规格如表7-13所示。

铝和铝合金管的规格 表7-13

铝和铝合金管的规格 表7-13

②紫铜管及黄铜管

主要用于氧气、制冷、热交换器、机械设备中的油管系统。

2)几个基础数据

(1)公称直径

公称直径也称公称口径,是为了使管子、管件、阀门等相互连接而规定的标准直径。公称直径以字母DN表示,其后附加公称直径数值。公称直径的数值近似于内径的整数或与内径相等。例如DN50,则表示公称直径为50毫米的管子、管件或阀门等。常用的公称直径有DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150DN175、DN200、DN250、DN300、DN400、DN500、DN600共18种规格。

(2)公称压力

不同的材料在不同温度时所能承受的压力不同。在工程上把某种材料在介质温度为标准温度(某一温度范围)时所承受的最大工作压力称为公称压力,用符号PN表示。标准温度值相当于材料的机械强度仍能保持基本不变的最高温度,当温度超过该值时,机械强度才降低。当制品内的介质工作温度大于其标准温度时,在此温度下,制品所能承受的最大工作压力将小于其公称压力,表7-14~表7-16给出了钢制品、铸铁制品和铜制品的最大工作压力。

铸铁制品公称压力和最大工作压力(单位:MPa) 表7-14

铸铁制品公称压力和最大工作压力(单位:MPa) 表7-14

续上表

续上表

碳素钢及普通低合金钢制品的公称压力和最大工作压力(单位:MPa)  表7-15

碳素钢及普通低合金钢制品的公称压力和最大工作压力(单位:MPa)  表7-15

注:A3工作温度至300℃。

铜制品的公称压力和最大工作压力(单位:MPa)  表7-16

铜制品的公称压力和最大工作压力(单位:MPa)  表7-16

2土体中的附加应力

构筑物倒塌触地时在地面产生的压力可近似为三角形分布,由此计算土体中的附加应力。由于构筑物与土体相比是非常小的,所以土体可视为半无限。此外,实践表明,当外荷载不太大时,土体变形与所受荷载基本上呈线性关系。因此,可把土体视为半无限的线弹性变形体。这样就可采用弹性力学理论来确定地基土中的附加应力。作用于土体上的外荷载,通过各土粒之间的接触点来传递,所以按弹性理论计算土体中任点的应力,只能作为该点近似的平均应力。由于一般土粒尺寸与半无限空间体相比是微小的,故这种计算方法在实用上是允许的

1)竖向集中荷载作用下地基中的附加应力早在1885年,布辛奈斯克( Boussinesq j)就推导出在无限大平面和均质半无限空间体内(图7-16)任一点M处,由集中力P引起的铅直

向应力a2的计算式:

 (7-18) (7-18)

同时,在M点的微分土体上,还会产生其他方向的法向应力a与ay,剪应力o、y与τx处,将在x、y、z三个轴线方向上产生三个轴向应力,并在平行于各坐标轴方向的平面上产生

图7-16由铅直向集中力P引起的附加应力

图7-16由铅直向集中力P引起的附加应力

(图7-16)。这表明在半无限空间体内的任一点

三对剪应力,它们的表达式为:

(7-19)(7-19)

(7-20)(7-20)

(7-21(7-21

这就是经典弹性力学中一个基本课题的解答。

式(7-18)又可表示为:

(7-22)(7-22)

式中:K—铅直向附加应力分布系数,无因次,其变化如图7-17

由式(7-22)可看出,当深度z为一定值时,水平距离r愈大,则K值愈小,因而a2亦愈小。又在P的作用线之下,即r=0的铅直线上,z值愈大,σ值愈小。这种现象即土中应力的扩散现象。图7-18a)给出了应力的分布规律。现分析图7-18a)中=2.0的情况。由图7-17查得K=0.01,表明在=2.0处的斜线上各点的附加应力已经很小,就可把此斜线近似地作为应力分布边界。在此线以外的附加应力很小,可忽略不计。连接地基中相同a2值的各点,可绘出如图7-18b)的等应力线图。此图也称应力泡。若地面上同时作用有多个集中力,如图7-18c)中P1、P2,则应分别算出各个集中力在土中任一深度水平面AB上所引起的附加应力,并对其求和,如图7-18c)中虚线abcd范围所示该现象称为应力集中现象。

2)三角形分布铅直荷载的情况

当矩形受荷面上承受三角形分布的铅直荷载时(图7-19),位于荷载强度为零的角点C下的附加应力按下式计算:

(7-23)

式中:力1三角形分布荷载的最大值,kPa;

K

角形分布荷载下,相应的应力分布系数,无因次,为的函数,可由表7-17查用。

图7-17K关系曲线

图7-17K关系曲线

图7-18集中荷载作用下土中附加应力a2的扩散与集聚现象

图7-18集中荷载作用下土中附加应力a2的扩散与集聚现象

三角形荷载作用矩形荷载面角点下的应力分布系数K值 表7-17

三角形荷载作用矩形荷载面角点下的应力分布系数K值 表7-17

续上表

续上表

a2沿深度的变化见图7-20

在计算矩形荷载面以内或以外任一点M之下的附加应力时,对于三角形分布荷载的情况,可用分布综合角点法进行。例如,当M点在最大荷载边上时,可根据应力叠加原理作出,如图7-21所示的计算图,据此不难看出:

K=Kd+Kc(d-K(d-Kt(D

(7-24)

式中:K均布铅直荷载

K—三角形铅直荷载作用于矩形荷载面角点下的应力分布系数

图7-19矩形荷载面上三角形

图7-19矩形荷载面上三角形

image.png

图7-20三角形分布荷载下Oz沿

图7-21均布荷载和三角形

图7-21均布荷载和三角形

铅直荷载分布

深度的变化

荷载的叠加

3埋管上的土压力计算

埋管上土压力的大小与许多因素有关,如管道埋设方式、埋置深度、开槽宽度、管道、管道支座形式、填土土质及压缩变形特性。通常把埋管分为沟埋式和上埋式两类,如图7-22所示

沟埋式如图7-2a)所示,此时开槽宽度相对较小,埋管置于槽底,管顶上的回填土在自重及荷载作用下产生沉降变形时,必然受到槽壁向上的摩阻力,回填土的一部分自重与槽壁向上的摩阻力相抵消,所以,此时管顶所受的垂直压力小于填土自重p2<H。上埋式如图7-22b)所示,此时开槽宽度相对较大,管道两侧的填土厚度大于管道顶部,因而管道两侧的回填土在自重及负载作用下沉降变形也大,因而对管道两侧产生向下的摩擦力此时管道顶部所受的垂直压力p2≥H。

图7-22涵管的埋置方式

图7-22涵管的埋置方式

a)沟埋式;b)上埋式

1)沟埋式管顶的垂直土压力计算

当地面无荷载时,沟埋式管顶的垂直土压力计算如下。

黏性土:

(7-25)(7-25)

无黏性土

(7-26)(7-26)

式中:y填土的重度,kN/m3;

K0—静止土压力系数;

φ填土的内摩擦角,(°);

c—填土的黏聚力,kPa;

地面下的深度,

m

o

由上式可见,随着深度增加,垂直压力增量将逐渐减小;随着宽度增加(B/D值的增大),

沟壁摩阻力τ对涵洞上的计算荷载将逐渐减小,当宽度>5z时,括号中的第二项可略去不计,

垂直压力将等于常数:

对于砂性土

(7-27)(7-27)

对于黏性土:

(7-28)(7-28)

上面公式建立于假定σ2在任何深度z处沿水平方向为均匀分布。实际上,由于槽壁摩擦

力的影响,垂直压力的分布在水平方向常有变化,而不是均匀分布,为此,我国目前多采用修正

的公式,假定G2在任何深度水平面上呈抛物线状分布,如式(725)可写成

(7-29)(7-29)

式中:a应力不均匀分布系数,一般取0.2~0.3;

x水平坐标。

2)上埋式管上的土压力

在天然地基上埋设涵管,由于管顶上的填土与两侧填土之间的沉降不同,两侧填土下沉对

涵管顶上填土发生向下的剪切力,当地面无荷载时,计算方法如下

(7-30)(7-30)

作用于涵管侧壁的水平压力可根据下式计算:

(7-31)(7-31)

涵管侧壁的水平压力也呈曲线分布,与竖向压力成正比。

3)构筑物倒塌触地时管壁压力的计算

当埋管上的地面施加有因构筑物倒塌触地而产生的撞击力时,管壁上的压力可用下式

计算

(7-32)(7-32)

式中:P管管壁上的压力;

埋管上的土压力

P附—因构筑物撞击地面引起的土体附加应力;

K动应力放大系数,K=2~3。

有了管壁压力,就可与管道的最大工作压力比较,判断管道是否安全。


推荐阅读:

“三峡工程三期RCC围堰拆除爆破技术研究”获中国工程爆破协会青年优秀论文(2006年)一等奖

四川内江桥梁拆除墩台加宽

爆破拆除方法

[实例案例]上海苏州河河南路桥老桥拆除施工技术

建筑工程图例