HDPE管道在水平定向鉆進回拖中的變形損壞機理及數(shù)值模擬.pdf

1、水平定向鉆進技術是發(fā)展最快速、技術最先進、設備最完善、應用最廣泛的非開挖施工工法之一,在非開挖施工中占據(jù)了主導地位。高密度聚乙烯管道以其特殊的性能在水平定向鉆進中得到廣泛應用,是目前水平定向鉆進使用最為普遍的管材。然而,采用水平定向鉆進技術鋪設高密度聚乙烯管道時,往往會遇到這樣一個重要問題:回拖過程中,HDPE管道發(fā)生了較大的截面尺寸變形,回拖的管道由圓變扁了,導致管道穿越鋪設工程的失敗。
　　 造成管道鋪設失敗的原因,是由于發(fā)

2、展歷史有限,基礎研究不足,已有研究還未專門涉及HDPE管道在水平定向鉆進回拖中的變形損壞機理問題。目前,由于基礎研究的缺乏,HDPE管道回拖過程中對變形損壞現(xiàn)象的控制,也都是根據(jù)經驗進行判別和選取。工程實踐中,由于地層特性和環(huán)境條件多變、管道材質不同、鉆孔軌跡形狀多樣和施工工藝各異,僅憑經驗數(shù)據(jù)指導設計與施工帶來許許多多的問題,造成管道鋪設的失敗。因此,HDPE管道在水平定向鉆進回拖中的損壞機理,既是一個工程現(xiàn)場急需解決的技術問題,也是

3、完善非開挖施工基礎理論和工藝技術的需求。解決這一問題對提高非開挖工程施工技術水平,減少工程風險,在國內率先開拓研究新領域,提高項目經濟效益具有很好的現(xiàn)實意義。
　　 在總結、吸收前人研究成果的基礎上,從力學和幾何學的角度全面分析了水平定向鉆進鋪設HDPE管道受力模型,對HDPE管道的損壞機理進行了理論分析。探討地質因素、工程施工因素、管材因素對管道損壞的影響；建立管道外部壓力的計算模型并進行理論分析,解決了以往只對管道的軸向拉力

4、進行計算分析的缺陷。
　　 運用大型ANSYS有限元軟件進行數(shù)值模擬,將其與理論計算結果進行對比,判斷數(shù)值模擬結果和理論計算結果的符合度。分析管道的彈性模量、管道標準尺度比值、管道直徑變形率、管道軸向拉力對管道變形損壞影響。
　　 結合具體工程實例,分析管道內是否充滿壓載液時管道軸向拉應力大小和抗失穩(wěn)安全系數(shù)。應用有限元和理論得出的計算分析結果,確定管道在復雜載荷作用下的管道最大應力和管道損壞的關系,提出有效的防止管道變

5、形損壞的防止方案及措施。
　　 利用所研究的理論模型和有限元軟件,結合具體工程實例對管道變形損壞機理進行研究探討,得出了以下結論:
　　 1、地質因素、工程施工質量、管材因素是影響管道損壞的重要因素,在砂卵石等不穩(wěn)定地層管道易于發(fā)生變形損壞。
　　 2、建立了管道外部壓力的計算模型并且進行了理論分析,解決了以往只對管道的軸向拉力進行計算分析的缺陷。
　　 3、對管道損壞機理進行理論分析,并且用第三強度理論

6、進行判斷,當管道的凈外部壓力超過管道的無約束允許外壓時管道發(fā)生變形損壞。
　　 4、用大型有限元軟件進行數(shù)值模擬,所得結果和理論計算結果比較符合。通過結果分析得出:隨著管道的彈性模量的增加,管道的無約束允許外壓增大；隨著管道的徑厚比、管道直徑變形率、管道軸向拉力的減小,管道的無約束允許外壓增大。直徑變形率折減系數(shù)最小可以達到0.28,軸向拉力折減系數(shù)最小可以達到0.65。
　　 5、通過理論分析和事實證明,在管道內充滿填