爆破振动下埋地天然气管道的动力响应研究

【摘要】：埋地管道作为一种安全、经济、高效的运输方式已大量应用于天然气远程运输行业。随着我国高铁化进程的实施,在进行隧道爆破掘进施工时产生的爆破振动必然会对临近埋地管道周围的地层产生扰动,给埋地管道的安全运行带来威胁。而天然气管道一旦发生事故(破裂、爆管或渗漏),除了管道系统自身的损坏造成的直接损失之外,还可能引发严重的次生灾害,引起火灾或者爆炸,甚至造成人员伤亡。在建的西安至成都客运专线仙女岩隧道下穿兰-成-渝埋地天然气管道,在隧道掘进施工过程中产生的爆破振动可能危及隧道上方埋地天然气管道的安全运行。为确保天然气管道的安全运行,分析爆破振动对埋地管道的影响程度,本文以隧道减震控制爆破的实时振动监测为基础,采用数值模拟方法进行爆破振动作用下埋地天然气管道的动力响应研究,主要分析在不同埋地天然气管道运行工况条件下管道的动应力分布特征及其变化规律。隧道施工过程中采用减震控制爆破技术降低爆破产生的振动效应,在进行的27次现场爆破中,监测到的埋地天然气管道上方地表的振动强度基本上未超过管道安全运行规定的2cm/s的峰值振动速度要求,保证了天然气管道的安全、正常运行。通过分析隧道开挖减震控制爆破的地表振动速度波形的特征参数发现,埋地天然气管道上方地表的爆破地震波具有频率高、衰减快、持续时间短的特点,在与爆破中心相距40-60m范围内的振动速度波形的主频多大于20Hz、持续时间一般在1秒以内。以仙女岩隧道下穿埋地天然气管道段的爆破施工为背景,参照天然气管道的敷设规范,建立爆破振动下埋地天然气管道的三维有限元模型,通过模拟计算结果与现场实测振动数据的对比分析,既检验模拟计算结果的准确性,又进一步修改完善模型参数。以管道振动应力为研究对象,进行不同管道运行工况下的埋地天然气管道的动力响应分析,包括：不同管道内压、不同管上之间摩擦系数和不同管径等条件下爆破振动引起的埋地天然气管道的应力分布状态,探讨天然气管道工况参数对埋地管道动力响应的影响规律。研究证明：在爆破作用下,埋地管道顶部应力最大；最大应力随着内压的增大而增大；管土之间摩擦系数越大,管道的应力越大；增大管径,管道的应力减小。 【关键词】：埋地天然气管道 爆破振动 管道应力 时程分析 动力响应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 实验方法12-14
• 1.2.2 爆破振动下埋地管道动力响应的特征和规律14-15
• 1.2.3 爆破振动下埋地管道安全运行的控制标准15-16
• 1.3 本课题研究的内容和方法16-18
• 1.3.1 本课题研究的内容16
• 1.3.2 本课题的研究方法16-18
• 第2章 爆破振动的现场监测与分析18-30
• 2.1 工程概况18-20
• 2.1.1 隧道、管道概况18-19
• 2.1.2 工程地质概况19-20
• 2.2 天然气管道保护方案20-23
• 2.2.1 爆破施工应满足的技术要求20
• 2.2.2 弱振动掘进控制爆破的设计原则20-21
• 2.2.3 隧道弱振动掘进控制爆破的总体方案21-23
• 2.3 埋地管道现场爆破振动监测方案及监测结果统计分析23-28
• 2.3.1 监测依据23-24
• 2.3.2 监测内容24
• 2.3.3 监测方法24
• 2.3.4 监测结果24-26
• 2.3.5 监测结果统计分析26-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 埋地管道动力响应的理论基础30-41
• 3.1 埋地管道的管上相互作用分析30-33
• 3.2 爆破振动下埋地管道的动力响应的分析方法33-40
• 3.2.1 拟静力简化分析法33-35
• 3.2.2 反应位移法35-36
• 3.2.3 动力有限元法36-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 埋地天然气管道三维有限元模型的建立41-50
• 4.1 ANSYS软件简介41-42
• 4.2 单元类型的选择42-43
• 4.3 材料参数43-44
• 4.4 边界类型44-46
• 4.5 物理模型及网格划分46-47
• 4.6 管-土之间相互作用设置47-48
• 4.7 加载及求解设置48-49
• 4.8 本章小结49-50
• 第5章 埋地天然气管道动力响应有限元研究50-58
• 5.1 埋地天然气管道三维有限元模型准确性检验50-51
• 5.2 埋地天然气管道动力响应分析51-53
• 5.3 内压对埋地天然气管道动力响应影响53-55
• 5.4 管-土之间摩擦系数对埋地管道动力响应影响55-56
• 5.5 管径对埋地天然气管道动力响应影响56
• 5.6 本章小结56-58
• 结论与展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 读研期间发表论文65

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