一種水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：根據(jù)水域盾構(gòu)隧道穿越管道充水運(yùn)營(yíng)工況計(jì)算管道的延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q；根據(jù)管道材料特性、輸送介質(zhì)特性及管道運(yùn)營(yíng)環(huán)境條件確定管道跨距L；確定抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q；根據(jù)鋪底混凝土配重層高度h，確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L

GFRP anti floating design method for water shield tunnel crossing pipeline

The invention relates to a water shield tunnel crossing pipeline GFRP anti floating design method, which comprises the following steps: according to the calculation of water filling pipeline operating conditions of the waters of shield tunnel design Q floating load meter; pipeline span L medium is determined according to the characteristics and operation of pipeline material properties, environmental conditions of pipeline transportation; Determination of anti floating anti floating design load Q anchor bed; according to the concrete weight layer height h, determine the bedding concrete weight layer length L

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法
本專利技術(shù)涉及管道一種水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，屬于管道工程

技術(shù)介紹
目前，隧道內(nèi)管道抗漂浮管卡和連接件通常采用普通鋼構(gòu)件加防腐措施(如犧牲陽(yáng)極和膏狀物包覆的聯(lián)合防護(hù)方案)或者是不銹鋼構(gòu)件。對(duì)于普通鋼構(gòu)件的管卡，無(wú)論采用何種防腐措施，除了防腐施工自身質(zhì)量難以保證外，管卡運(yùn)輸、安裝施工都難免會(huì)對(duì)防腐結(jié)構(gòu)造成損傷。對(duì)于犧牲陽(yáng)極保護(hù)，對(duì)規(guī)則形狀的管卡有一定的防護(hù)作用，但對(duì)于非規(guī)則構(gòu)件，如螺栓、鉸接結(jié)構(gòu)等連接部件，其與主結(jié)構(gòu)件之間的接觸電阻較大，其表面電流分布不均，犧牲陽(yáng)極無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效的保護(hù)作用，其防護(hù)效果不好。同時(shí)，采用膏狀物包敷螺栓等連接件，也存在密封不嚴(yán)誘發(fā)縫隙腐蝕。而對(duì)于不銹鋼構(gòu)件方案，除投資高外，其使用條件也受到一定限制。以海底隧道穿越為例，由于海水中高濃度氯鹽的存在，不銹鋼連接構(gòu)件的腐蝕更加難以控制，傳統(tǒng)的不銹鋼單一防腐措施很難達(dá)到腐蝕控制效果。由于管道支墩采用普通碳鋼鋼筋，不銹鋼錨固件與碳鋼鋼筋連接，兩者存在因電位差導(dǎo)致的電偶腐蝕問(wèn)題，這將大大加速鋼筋腐蝕速度。這種電偶腐蝕可能造成鋼筋銹蝕而管道支墩及其他錨固設(shè)施失效。而GFRP是以高分子樹(shù)脂為基體，以玻璃纖維為增強(qiáng)體復(fù)合而成的復(fù)合材料，具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕等優(yōu)良特性，可作為鋼筋、鋼錨桿及鋼質(zhì)錨固件的替代材料等在國(guó)內(nèi)煤炭、交通、市政領(lǐng)域有著一定的應(yīng)用，形成了《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50608-2010等標(biāo)準(zhǔn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決鋼質(zhì)管卡與連接件存在的腐蝕和防護(hù)難題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種無(wú)腐蝕的水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，為以后滿足使用要求的管道工程抗漂浮提供設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。本專利技術(shù)的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)水域盾構(gòu)隧道穿越管道充水運(yùn)營(yíng)工況計(jì)算管道的延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q；步驟2，根據(jù)管道材料特性、輸送介質(zhì)特性及管道運(yùn)營(yíng)環(huán)境條件確定管道跨距L；步驟3，根據(jù)步驟1確定的管道延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q及步驟2確定的管道跨距L，確定抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q，其中抗漂浮錨固件包括鋪底混凝土配重層，管道通過(guò)管卡固定在鋪底混凝土配重層上，所述管卡沿管道的兩側(cè)分別設(shè)有與GFRP錨固螺桿相對(duì)應(yīng)的螺栓孔；步驟4，根據(jù)步驟3中的抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q和鋪底混凝土配重層高度h，確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L1；步驟5，對(duì)鋪底混凝土配重層進(jìn)行配筋計(jì)算與設(shè)計(jì)；步驟6，確定GFRP錨固螺桿的數(shù)量n；步驟7，根據(jù)步驟6確定的單側(cè)GFRP錨固螺桿數(shù)量n/2，結(jié)合GFRP錨固螺桿施工空間要求，確定管卡的長(zhǎng)度B；根據(jù)抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q和GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)u計(jì)算確定管卡厚度b；根據(jù)單個(gè)GFRP錨固螺桿拉力N和GFRP錨固螺桿的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)v計(jì)算確定管卡底板厚度a；步驟8，完成水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)。進(jìn)一步的，步驟1中的管道的延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q根據(jù)下式計(jì)算：式中，q為管道延米漂浮設(shè)計(jì)荷載，k為抗漂浮穩(wěn)定系數(shù)，OD為管道外直徑(m)，ID為管道內(nèi)徑(m)，ρw為水密度(kg/m3)，ρg為輸送介質(zhì)密度(kg/m3)，Gp為管道延米重量(N/m)。進(jìn)一步的，步驟3中抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q根據(jù)下式計(jì)算得到：Q＝qL。進(jìn)一步的，步驟4中確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L1包括以下步驟：步驟4.1，確定鋪底混凝土配重層的延米配重Gh：式中，Rt為盾構(gòu)隧道內(nèi)直徑(m)，h為鋪底混凝土配重層高度(m)，L1為鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度(m)，ρh為鋪底混凝土配重層密度(kg/m3)，ρw為水密度(kg/m3)；步驟4.2，確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L1：進(jìn)一步的，步驟5中對(duì)鋪底混凝土配重層進(jìn)行配筋計(jì)算與設(shè)計(jì)包括以下步驟：步驟5.1，確定GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)u：式中，fk為GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，γs為GFRP材料的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率，γ1為GFRP材料的分項(xiàng)系數(shù)，γe為GFRP材料的環(huán)境影響系數(shù)；步驟5.2，確定鋪底混凝土配重層頂部GFRP受拉鋼筋面積As：式中，As為鋪底混凝土配重層頂部GFRP受拉鋼筋面積(m2)，Gh為鋪底混凝土配重層的延米配重(N/m)，L1為鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度(m)，h為鋪底混凝土配重層高度(m)，as為鋪底混凝土配重層頂部GFRP受拉鋼筋保護(hù)層厚度(m)。進(jìn)一步的，步驟6中確定GFRP錨固螺桿的數(shù)量n包括以下步驟：步驟6.1，設(shè)定GFRP錨固螺桿的數(shù)量n，根據(jù)GFRP錨固螺桿的數(shù)量n確定單個(gè)GFRP錨固螺桿拉力N和GFRP錨固螺桿公稱外徑d：步驟6.2，由GFRP錨固螺桿公稱外徑d根據(jù)下式計(jì)算確定GFRP錨固螺桿在鋪底混凝土配重層內(nèi)的最小錨固長(zhǎng)度La：驗(yàn)證鋪底混凝土配重層最短側(cè)錨固空間是否滿足最小錨固長(zhǎng)度La；步驟6.3，當(dāng)鋪底混凝土配重層最短側(cè)錨固空間滿足最小錨固長(zhǎng)度La時(shí)，所設(shè)定的GFRP錨固螺桿的數(shù)量n滿足要求；當(dāng)所述GFRP錨固螺桿的錨固長(zhǎng)度La因空間受限無(wú)法滿足時(shí)，則在所述GFRP錨固螺桿底部加設(shè)墩頭或雙螺母，GFRP墩頭錨固螺桿的最小錨固力NL、GFRP墩頭錨固螺桿的數(shù)量n、GFRP墩頭錨固螺桿的墩頭高度hL分別為：式中，La為GFRP錨固螺桿在鋪底混凝土配重層內(nèi)的最小錨固長(zhǎng)度(m)，fu為GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，k1為GFRP錨固螺桿設(shè)計(jì)安全系數(shù)，k2為GFRP錨固螺桿設(shè)計(jì)抗拔安全系數(shù)，ft為鋪底混凝土配重層的軸心抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，D為GFRP墩頭錨固螺桿的墩頭外徑，hL為GFRP墩頭錨固螺桿的墩頭高度，fv為GFRP錨固螺桿的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。進(jìn)一步的，GFRP墩頭錨固螺桿的墩頭外徑D為1.7d。進(jìn)一步的，步驟7中所述GFRP錨固螺桿施工空間要求為GFRP錨固螺桿中心間距不小于2.5d，GFRP錨固螺桿中心距管卡的邊緣不小于1.5d。進(jìn)一步的，管卡厚度b和管卡底板厚度a分別根據(jù)下式計(jì)算得到：fu為GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，fv為GFRP錨固螺桿的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。進(jìn)一步的，所述GFRP錨固螺桿沿管道的兩側(cè)布置，且每側(cè)GFRP錨固螺桿的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。本專利技術(shù)的有益效果為：本專利技術(shù)針對(duì)管道工程水域盾構(gòu)隧道穿越管道提出了無(wú)腐蝕的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方案，為今后GFRP抗漂浮體系在水域盾構(gòu)隧道穿越管道工程的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)所述水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)所述GFRP緊固件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a和圖3b分別為GFRP管卡參數(shù)示意圖；圖4為本專利技術(shù)所述GFRP管支座結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-GFRP管卡，2-GFRP管支座，3-GFRP緊固件，4-GFRP螺帽，5-GFRP螺桿，6-GFRP端頭，7-管道。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。實(shí)施例某輸氣管道工程管道外直徑OD為1219mm，管道內(nèi)直徑ID為1182mm，管道延米重量Gp為5370N/m，介質(zhì)密度為70kg/m3。盾構(gòu)隧道直徑為3.08m，隧本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)水域盾構(gòu)隧道穿越管道充水運(yùn)營(yíng)工況計(jì)算管道的延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q；步驟2，根據(jù)管道材料特性、輸送介質(zhì)特性及管道運(yùn)營(yíng)環(huán)境條件確定管道跨距L；步驟3，根據(jù)步驟1確定的管道延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q及步驟2確定的管道跨距L，確定抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q，其中抗漂浮錨固件包括鋪底混凝土配重層，管道通過(guò)管卡固定在鋪底混凝土配重層上，所述管卡沿管道的兩側(cè)分別設(shè)有與GFRP錨固螺桿相對(duì)應(yīng)的螺栓孔；步驟4，根據(jù)步驟3中的抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q和鋪底混凝土配重層高度h，確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)水域盾構(gòu)隧道穿越管道充水運(yùn)營(yíng)工況計(jì)算管道的延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q；步驟2，根據(jù)管道材料特性、輸送介質(zhì)特性及管道運(yùn)營(yíng)環(huán)境條件確定管道跨距L；步驟3，根據(jù)步驟1確定的管道延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q及步驟2確定的管道跨距L，確定抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q，其中抗漂浮錨固件包括鋪底混凝土配重層，管道通過(guò)管卡固定在鋪底混凝土配重層上，所述管卡沿管道的兩側(cè)分別設(shè)有與GFRP錨固螺桿相對(duì)應(yīng)的螺栓孔；步驟4，根據(jù)步驟3中的抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q和鋪底混凝土配重層高度h，確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L1；步驟5，對(duì)鋪底混凝土配重層進(jìn)行配筋計(jì)算與設(shè)計(jì)；步驟6，確定GFRP錨固螺桿的數(shù)量n；步驟7，根據(jù)步驟6確定的單側(cè)GFRP錨固螺桿數(shù)量n/2，結(jié)合GFRP錨固螺桿施工空間要求，確定管卡的長(zhǎng)度B；根據(jù)抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q和GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)u計(jì)算確定管卡厚度b；根據(jù)單個(gè)GFRP錨固螺桿拉力N和GFRP錨固螺桿的抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)v計(jì)算確定管卡底板厚度a；步驟8，完成水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟1中的管道的延米漂浮設(shè)計(jì)荷載q根據(jù)下式計(jì)算：式中，q為管道延米漂浮設(shè)計(jì)荷載，k為抗漂浮穩(wěn)定系數(shù)，OD為管道外直徑(m)，ID為管道內(nèi)徑(m)，ρw為水密度(kg/m3)，ρg為輸送介質(zhì)密度(kg/m3)，Gp為管道延米重量(N/m)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟3中抗漂浮錨固件的抗漂浮設(shè)計(jì)荷載Q根據(jù)下式計(jì)算得到：Q＝qL。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟4中確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L1包括以下步驟：步驟4.1，確定鋪底混凝土配重層的延米配重Gh：式中，Rt為盾構(gòu)隧道內(nèi)直徑(m)，h為鋪底混凝土配重層高度(m)，L1為鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度(m)，ρh為鋪底混凝土配重層密度(kg/m3)，ρw為水密度(kg/m3)；步驟4.2，確定鋪底混凝土配重層長(zhǎng)度L1：5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水域盾構(gòu)隧道穿越管道的GFRP抗漂浮設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟5中對(duì)鋪底混凝土配重層進(jìn)行配筋計(jì)算與設(shè)計(jì)包括以下步驟：步驟5.1，確定GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)u：式中，fk為GFRP錨固螺桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，γs為GFRP材料的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值保證率，γ1為GFRP材料的分項(xiàng)系數(shù)，γe為GFRP材料的環(huán)境影響系數(shù)；...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程夢(mèng)鵬，茹志敏，王健，陸江，王鴻，吳文，滕愛(ài)君，耿曉梅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司，中國(guó)石油管道局工程有限公司，中國(guó)石油管道局工程有限公司設(shè)計(jì)分公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京,11