定向钻穿堤数值模拟分析及工程案例对比

收稿 日期 ：２ ０ １ ６ ０ ３ — ２ ５
２ ＿ ２ 定 向钻施 工过 程模 拟
首 先 采 用 标 准 固 定 界 面 ， 建 立 与 结 构 接 触 面 单 元 ， 通 过 激 活 或 冻 结 类 组 和 结 构 对 象来 模 拟 定 向钻 施 工 过 程 。
作者 简介：任 火 良 （ １ ９ ６ ３ 一 ） ，男 ，高级工程 师，大学本科
第３ 期 总第 ２ １ １ 期
２ ０ ｌ ７年 ５月
浙 江 水 利 科 技
Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ｓ
Ｎ ｏ． ３ Ｔ ｏ ｔ ａ ｌ Ｎ ｏ． ２ ｌ ｌ
Ｍａ ｙ ２ ０１ ７
定 向钻 穿堤数 值模拟 分析及 工程案 例对 比
Ｍ Ｐａ。
图 １ 有 限元计 算模 型网格图 数 值计 算中 ，不 同土 层重 度、摩擦 角、粘 聚 力参 数等
根 据 本 工 程 地 质 勘 查 选 取 ， 泊 松 比根 据 土 质 参 照 工 程 地 质 手 册 取 值 ，土 的弹 性 模 量 根 据 贾 堤 等 提 出 的计 算 公 式 计 算 ： Ｅ＝ａ Ｅ ｓ 。 式 中 ：ｎ取 值 范 围 为 ３～５ ，Ｐ Ｌ Ａ ＸＩ Ｓ 中 定 义 Ｅ为 ５ ０ ％ 强度 的 割 线模 量 （ ＭＰ ａ ） ，Ｅ ｓ 为 土 的压 缩 模 量 （ ＭＰ ａ ）。 模型计算参数见表 ｌ 。
２ 定 向 钻 穿 堤 数 值 模 拟 分 析
２ ． １ 计 算模 型 与参 数
利用 Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ ２ Ｄ有 限元分析 软件构 建数 值模 型。模 型左
右 边 界 自定 向钻 轴 线 向两 侧 取 各 ４ ０ １ １ １ ， 下 侧 边 界 自堤 顶 向
表 １ 模 型计 算参 数表
任火 良。陈文江
（ 浙 江省钱塘 江管理局 嘉兴管理处 ， 浙江 嘉兴 ３ １ ４ ３ （ ） ０ ）
摘 要 ：随 着水利事 业的兴起，钱塘江流域开 展大规模 的建设 。运用 Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ ２ ｄ软件建立 数值 模型 ，选择土层 合理参数和 本构 模型，模拟定 向钻 穿堤 过程对堤 防的影响，并与曹娥江定 向钻 穿越管道工程监测 成果进行对 比分
模拟 与实测成果，为今后工程设计和施工提供参考依据 。
１ 工程 简 介
曹 娥 江 过 江 穿 越 管 工 程 是 上 虞 区 经 济 开 发 区 交 汇 井 泵 站 迁 建 工 程 的 一 部 分 ， 采 用 定 向钻 技 术 穿 越 江 底 施 工 ， 入 土 点 位 于 东 侧 ，入 土 角 为 ８ 。 ， 出 土 端 位 于 西 侧 ， 出土 角 为 ５ 。 ，入 土 端 和 出土 端 曲 率 半 径 均 为 ２ ０ ０ ０ ｍ。 穿 越 管 线 采 用 钢 管 ， 其 尺 寸 为 ｌ ２ ０ ０ ｍｍｘ ｌ ８ ｍｍ， 设 计 工 作 压 力 为 ０ ． ４
主 要从事水 利工程技术 管理 。
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任 火良 ，等 ：定向钻 穿堤数仇模拟分析 硬丁 案例埘 比
主 要 步骤 撕 Ｊ 卜 ： （ １ ）初 始 地 应 力 ， ｛ ｉ 成 掂 现 场 实 洲 地 卜 水 位 、 上 层 性
测 点 ｍ 位 移 变 化 见 ４ ： ① 堤 顶 表 面 洲 点沿 荇 钻 孔 轴 线 对 称 分 ｍ ，轴 线 ｝ 沉 降 大 ， 两 侧 逐 渐 降低 。 堤 顶 地 表 测 点 沉 降坡 人 值 为 ３ ２ ． ２ 舢１ １ ，化 于 钻 孔 轴 线 Ｊ ｝ ： Ｊ ｊ － ，两 侧 边缘测 点沉 降值为 ２ ． ８ ｍｍ；② 定 向 钻 施 工 主 要 影 响 范 围 为 钻孔轴线两侧约 ｌ ５ ． ０ ｍ。
计算 的一个重 点，为提 高划 分质量 ，在钻孔 周 围建立一 块
矩 形 区域，对矩 形 区域沿 线进 行加 密 （ 见图 １ ） ，模 型 划 分 １ ０ ６ ４个 单 元 ，８ ７ ２ ９个 节 点 ， 应 力 点 数 １ ２ ７ ６ ８个 。
区 交 汇 井 泵 站 迁 建 工 程 曹 娥 江 穿越 管 工 程 监 测 ， 对 比数 值
析 ， 探 讨 了 定 向 钻 穿 堤 过 程 对 堤 防 的影 响 。
关键 词：定 向钻施工 ：数值模拟 ；工程 监测；成果对 比
中图分类号：Ｔ Ｐ ３ １ ９
文献标识码 ：Ｂ
文章 编号： １ ０ ０ ８—７ ０ １ Ｘ（ ２ ０ ｌ ７ ） ０ ３—０ ０ ４ ４ ０ ３
ＤＯＩ ：ｌ ０ ． １ ３ ６ ４ １ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ３ ３一ｌ １ ６ ２ ／ ｔ ｖ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ０ １ ３
６ ． ０ ０ ｍ， 管 道 直 径 为 １ ． ２ ０ ｍ。 采 用 １ ５节 点 高 精 度 三 角 形 单 元 ，莫 尔 库 伦 本 构 进 行 模 拟 。 网 格 单 元 划 分 质 量 是 数 值
用 条件 广、对环 境影 响 小ห้องสมุดไป่ตู้施工成 本 以及 后期运 营维 修成
本 低 等 优 点 。本 文 在 深 入 理 解 定 向 钻 穿 越 技 术 的 基 础 上 ， 利 用 有 限 元 软件 ，采 用 莫 尔 库 仑 模 型 ，研 究 定 向 钻 穿 堤 施 工 过 程 对 海 塘 安 全 性 的 影 响 ，并 结 合 上 虞 市 经 济 开 发
近 年 来 ，钱塘 江 流 域 正 在 开 展 大 规 模 的水 利 工 程 建 设 ， 众 多 引 排 水 管道 工 程 需 要 从 江 底 穿 越 … 。水 平 定 向 钻 穿 越 技 术 通 常 作 为 中 小 管 道 穿 堤 的 首 选 ， 其 具 有 工 期 短 、适
一
下取 ４ ０ ｍ。海塘堤顶 高程 ｌ Ｏ ． ４ ０ ｍ，定向钻中心轴线高程为