采空沉降對長輸管道應(yīng)力變形影響研究.pdf

1、近年來油氣管道通過采空區(qū)的安全問題日益凸顯，本文通過對沉陷嚴(yán)重的西氣東輸管道山西蒿峪煤礦區(qū)段的資料進(jìn)行分析研究，采用現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)值模擬的方法，對在不同采動條件下淺埋輸氣管道的變形過程進(jìn)行分析。
　　研究主要分為兩步:首先，考慮“輸送介質(zhì)—管道—巖土”的相互作用，建立反映開采條件下淺埋輸氣管道變形影響過程的力學(xué)模型，并驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。其次，研究煤礦開采工作面推進(jìn)方向與管道鋪設(shè)方向夾角（以下簡稱“夾角”）變化（設(shè)計夾角分別為0°、1

2、5°、30°、45°）對管道變形的影響。通過使用ABAQUS軟件計算分析后，得出以下結(jié)論:
　　(1)多種工況中，采空區(qū)沉陷區(qū)中心部位均為管道最大豎直變形部位，管道—土體的變形速率經(jīng)歷了由慢→快發(fā)展的演化;在管—土（管道底部土體）相互作用上，則經(jīng)歷了由同步→脫空→同步的過程。
　　(2)地表沉陷區(qū)周邊和中部由于土體受拉容易形成地表開裂現(xiàn)象，主要集中在沉陷區(qū)中部和邊緣地區(qū)。
　　(3)開挖完成后，管道中部附近區(qū)段的應(yīng)力最

3、大，且管道項(xiàng)部的應(yīng)力大于管道底部應(yīng)力。管道不同斷面應(yīng)力演化過程有所差異:管道位于采空區(qū)上方的兩端處應(yīng)力隨開挖進(jìn)尺變化不大，且呈現(xiàn)出一定的對稱性;管道位于采空區(qū)中部區(qū)域的應(yīng)力隨煤層開挖的推進(jìn)變化相對較大。
　　(4)開挖完成后管道整體豎直位移程度從大到小依次是:0°工況＞15°工況＞30°工況＞45°工況;按管道豎向變形在200cm以上的長度排列，管道受影響范圍從大到小依次為:0°工況＞15°工況＞30°工況＞45°工況;夾角45°

4、時傾斜變形最小，且管道發(fā)生最大傾斜變形的位置更靠近管道中部。
　　(5)隨著夾角的增大，在開挖的過程中，管道出現(xiàn)超應(yīng)力現(xiàn)象的時間越來越晚，且超應(yīng)力點(diǎn)的位置越來越靠近管道中部。
　　綜上，不論從管道變形的角度還是從管道所受應(yīng)力的角度，在工作面推進(jìn)方向和管道埋設(shè)方向夾角為0°、15°、30°、45°這四種工況中，夾角為45°時管道受地下煤層開采的影響最小，為最優(yōu)管道埋設(shè)方向。本文的研究成果可以為采動條件下淺埋輸氣管道的設(shè)計、建設(shè)