مدل‌سازی عددی عملیات لوله‌شکافی در ماسه و رس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد؛ تونل و فضاهای زیرزمینی، گروه مکانیک سنگ، دانشکده‌ی فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس،

2 استادیار؛ گروه مکانیک سنگ، دانشکده‌ی فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس

10.22044/tuse.2022.11410.1437

چکیده

فنّاوری‌های بدون‌حفاری به دلیل اجتناب از حفاری‌های روباز و کاهش آسیب به زیرساخت های مجاور بطور گسترده ای برای راه اندازی خط لوله های جدید و جایگزینی خطوط لوله های غیراستاندارد استفاده میشوند. در طول عملیات لوله شکافی، گسترش حفره‌ خاک و حرکت‌های محوری منبسط کننده باعث ایجاد تغییرشکل سه‌بعدی در سطح و اطراف لوله قدیمی شده است که ممکن است سبب آسیب زیرساخت‌های دفنی و پیاده‌روهای سطحی شود؛ بنابراین الگوی جابه جایی زمین از مهمترین ملاحظات برای طراحی عملیات لوله شکافی است. در این پژوهش مطالعات عددی سه‌بعدی با نرم افزار آباکوس برای تجزیه‌وتحلیل آزمایش‌های لوله شکافی انجام شده و واکنش خاک تحت تأثیر پارامترهای مختلف بررسی گردیده است. نتایج نشان داده بولت تغییر شکل افقی و کلمپبورستر تغییرشکل عمودی بیشتری ایجاد کرده اند. افقی یا عمودی بودن تغییرشکل‌ها به جهتگیری تیغه وابسته بوده و افزایش عمق لوله مدفون سبب کاهش غیرخطی تغییرشکل‌های سطحی شده است، بطوریکه که با افزایش 400 میلی‌متری عمق، تغییرشکلها 20 میلی‌متر کاهش یافته است. با افزایش قطر لوله الگوی کلی تغییرشکلها یکسان بوده اما مقادیر متغیری ثبت شده است. تغییر شکل های سطحی در ماسه بیشتر از رس بوده که این مقدار برای ماسه و رس به ترتیب 36 و 12 میلی‌متر شده است. میزان تغییر شکلهای جانبی ماسه در اطراف لوله نیز دو برابر رس گزارش شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical modeling of pipe splitting operations in sand and clay

نویسندگان [English]

  • V. Gholamrezazadeh 1
  • E. Taheri 2
1 rock mechanic ,Mining engineering, faculty of engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Assistant prof rock mechanic department tarbiat modares university
چکیده [English]

Trenchless methods are increasingly utilized to replace the worn out pipelines or to fabricate the new pipelines. The advantage of these methods is to prevent the vast amount of excavations and also to reduce damages to the adjacent facilities. The settlement of the surface area is one of the greatest concerns in trenchless methods. The pipe splitting method is a sophisticated 3D activity. In the present work, numerical modeling of pipe splitting strategy considering the expander transmission, the surrounded soil response and also geotechnical parameters have been regarded. The simulation has been carried out with Abaqus software considering the pipe spilling experimental test case profound analysis. In this research, not only have the embedded depth, the replaced pipe diameter, the type of soil, the pipe splitting machine type been evaluated, but also the blade orientation has been assessed. The results show that the bullet have more horizontal deformation and the clampbuster has more vertical deformation. The orientation of the blade determines whether the deformations are horizontal or vertical, and increasing the depth of the buried pipe causes a nonlinear decrease in surface deformations. With an increase of 400 mm in depth, the deformations have been reduced by 20 mm. As the diameter of the pipe increases, the general pattern of deformations is the same, but the values are different. Surface deformation in sand is greater than in clay. The values for sand and clay are 36 and 12 mm, respectively. The amount of lateral deformation of the sand around the pipe was also doubled.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Trenchless Technology"
  • "Pipe Splitting "
  • "Numerical modeling"
  • "Soil Deformation"
  1. Atalah, A. (1998). The effect of pipe bursting on nearby utilities,pavement , and structures. Louisiana Tech University.

    Atalah, A. (2004). GROUND MOVEMENT IN HARD ROCK CONDITIONS RELATED TO PIPE BURSTING.

    Atalah, A., & Asce, M. (2006). Safe Distance between Large-Diameter Rock Pipe Bursting and Nearby Buildings and Buried Structures. April, 350–356.

    Baltay, P., & Gjelsvik, A. (1990). Coefficient of friction for steel on concrete at high normal stress. Journal of Materials in Civil Engineering, 40–46.

    Brachman, R. W. I., Mcleod, H. A., Moore, I. D., & Take, W. A. (2010). Three-dimensional ground displacements from static pipe bursting in stiff clay. 450, 439–450. https://doi.org/10.1139/T09-118

    C, Rogers. D, C., Wan, F., Ng, P. C. F., & Smith, S. (2002). Laboratory testing of pipe splitting operations. Tunnelling and Underground Space Technology, 17(1), 99–113. https://doi.org/10.1016/S0886-7798(01)00061-X

    Chapman, D N. Rogers, C. D. F. (1996). Experimental and analytical modelling of pipebursting ground displacements. 11(1), 53–68.

    Chapman, D. N., Ng, P. C. F., & Karri, R. (2007). Research needs for on-line pipeline replacement techniques. Tunnelling and Underground Space Technology, 22(5–6), 503–514. https://doi.org/10.1016/j.tust.2007.05.004

    Company, P. (2018). Ductile Iron. In Metals Handbook Desk Edition. https://doi.org/10.31399/asm.hb.mhde2.a0003108

    Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Handbook. (2001). In Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Handbook. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-1729-0

    Hibbitt, K., & Sorensen, I. (2000). ABAQUS/CAE User’s Manual.

    Howell, N. (1995). The Polyethylene Pipe Philosophy for Pipeline Renovation. Proceedings o f No-Dig International.

    Johnson, G. R., & Cook, W. H. (1985). Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Engineering Fracture Mechanics, 21(1), 31–48. https://doi.org/10.1016/0013-7944(85)90052-9

    Leach, G. Reed, K. (1989). Observation and Assessment of the Disturbance Caused by Displacement Methods of Trenchless Construction. Proceedings o f No-Dig International, 2.

    McLeod, H. A. (2008). Field Measurements of Surface Displacements from Pipe Bursting. Queen’s Univeristy.

    Murugesan, M., & Jung, D. W. (2019). Johnson cook material and failure model parameters estimation of AISI-1045 medium carbon steel for metal forming applications. Materials, 12(4). https://doi.org/10.3390/ma12040609

    Rogers, E. C. D. F., & Chapman, D. N. (1995). An experimental study of pipebursting in sand.

    Simicevic, J., & Sterling, R. L. (2001). Guidelines for Pipe Bursting DISCLAIMER.

    Swee, J. Milligan, G. (1990). Pipe Bursting Model Tests. Proceedings o f No-Dig International, 2.

    Thelen, E. (1952). Properties of Soils. Journal of the Franklin Institute, 254(4), 323–325. https://doi.org/10.1016/0016-0032(52)90904-6

    1. Modern Management of Mine Prouducting, Geology & Environmental Protection (pp. 27-34). Albena: International Scientific GeoConference.

    Jalali, S. M., & Forouhandeh, S. F. (2011, June). Reliability Estimation of Auxiliary Ventilation Systems in Long Tunnels during Construction. Safety Science, 49(5), 664-669. Retrieved from http://dx.doi.org/10.1016/j.ssci.2010.12.015

    Jalali, S. M., Emami, M., Najafi, M., Gharib-Bolok, F., Mohammadi, H., & Ramezanzadeh, A. (2015). Underground Coal Gasification as a Strategy to Improve Energy Economy of Iran. Iranian Energy Economics, 4(13), 63-88. Retrieved from http://jiee.atu.ac.ir/article_852_202.html

    Singh, B., & Goel, R. K. (2006). Tunnelling in Weak Rocks. (J. A. Hudson, Ed.) Amsterdam: Elsevier B.V.