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为研究交通荷载作用下不同防护措施对于地下排水管道的防护效果,建立了道路结构—软土路基—排水管道一体化三维有限元模型,采用有限元方法分析了土工格栅加筋和换填橡胶—砂混合土两种方式对埋地排水管道的保护效果,研究了不同土工格栅层数(无土工格栅、1层、2层)、土工格栅刚度(无土工格栅、300、600、900 MPa)和不同橡胶含量(0、10%、20%、30%)对排水管道受力和变形的影响.结果表明:土工格栅加筋通过改善道路内荷载传递机制,显著降低排水管道在交通荷载作用下的应力与应变,其效果随层数与刚度增加而增强;橡胶—砂混合土回填通过优化应力与塑性应变分布显著提升管道防护性能,其中含胶量为20%的混合土在减小管道各部位应变方面效果最优.
交通荷载排水管道有限元分析土工格栅橡胶—砂混合土
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基于2025 年3 月28 日缅甸7.9 级地震的现场调查资料,总结了供水系统中的地面供水设施和供水管网的震害特征.研究表明:①经正规抗震设计与施工的自来水厂未发生明显破坏,但设备与管道法兰连接处易发生泄漏,部分公共供水设施抗震构造措施不足(如梁柱节点未设箍筋加密区),居民自建供水设施的破坏程度随地震烈度增加而加剧.②市政供水管道的接口是抗震体系中的薄弱环节,在强震作用下,高密度聚乙烯(HDPE)管道因热熔对接施工不规范,球墨铸铁管道的柔性接口因插入深度不足或胶圈就位不良等施工缺陷,均易发生拉脱破坏;然而农村地区广泛采用的小口径 PVC 供水管道除在直接穿越地表断裂带处因断层错动而发生断裂外,普遍未出现明显震害,其良好表现主要归因于小管径、浅埋深及松软土体等因素.最后,从完善抗震设计、加强抗震措施和提高施工质量等方面提出了恢复重建建议.
缅甸7.9级地震供水设施供水管网工程震害特征
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为探究工程现场地面堆积物对埋地PE管道的影响,以典型埋地PE管道-土体为原型,依托自主设计的管道试验系统,开展堆载作用下埋地 PE 管道力学响应全过程的模型试验.结果表明:堆积荷载对管道的力学性能存在显著影响,管周应变峰值位于堆载正下方,且由该处向管道两端逐步递减;在竖向应力作用下,管道横截面应变呈对称分布.管道应变呈非线性增长,分为缓慢增长、快速增长两个阶段,平均增幅分别为40%、76.3%.管-土相互作用使管道沿轴向不同位置受力状态存在差异,整体以轴向拉伸为主.同时,土体残余应力会抑制管道弹性恢复,管道发生梁式弯曲,变形形态近似挠曲线;管道两端受约束与土抗力作用产生小幅反向位移,上覆土层随管道变形产生沉降或局部隆起.堆载产生的附加应力沿深度向下逐步扩散并衰减;管道所受压力逐渐以土体自重应力为主.
埋地管道堆积荷载管-土相互作用模型试验力学性能
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预应力钢筒混凝土顶管(JPCCP)在大断面引调水工程中应用日益广泛,其施工过程中管周水土压力与结构响应对工程安全至关重要,但相关实测研究仍较匮乏.依托中国某超大直径 JPCCP 顶管工程,开展了顶进全过程的现场监测.结果表明:管周接触压力与泥浆压力变化基本同步,并可按注浆工序划分为高压与低压两个阶段.有效土压力理论能够较好地评估管-土-浆接触状态,实测数据表明管道长期处于上浮状态.管节轴向变形受"顶-停循环"影响呈周期性波动,中层混凝土环向变形表现出上下受压、左右受拉的非对称分布特征,中-外层混凝土在复杂工况下仍维持良好变形协调性.进一步研究表明,相较于传统顶管,JPCCP 结构在推进过程中需同时应对顶力传递、非对称接触压力及界面剪切协调等多因素作用,体现出"管-土-浆-结构"四元耦合的三维受力机制.
JPCCP接触压力混凝土变形管-土-浆接触状态受力传递
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预应力钢筒混凝土管道(PCCP)中的钢丝经常发生断裂,影响管线的安全运营,研究外贴碳纤维复合材料(CFRP)加固断丝PCCP 对管线的正常运维意义重大.利用有限元方法,建立预应力CFRP 加固埋地PCCP 管道三维模型,并对计算模型进行了校核评估.之后,分析了不同内压、不同 CFRP 层数、不同 CFRP 预应力水平、不同断丝模式、不同土体模量和断丝量对 PCCP 服役性能的影响,研究了各材料的应力/应变分布及变化趋势.研究发现,混凝土外芯在管侧处受到应力较大、而混凝土内芯在管顶和管底处受到应力较大;CFRP 层数和预应力的增加能够明显降低 PCCP 中各材料应力/应变,大幅降低 PCCP 爆管的可能性.
预应力钢筒混凝土管道断丝加固预应力碳纤维复合材料有限元方法
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针对部分农村地区地形复杂、道路狭窄、房屋抗工程扰动性差、道路硬化程度不高、地质条件差等情况,以冯家台村真空污水收集系统为例,阐述了真空污水收集技术的原理,探讨了真空管道设计要点,介绍了真空系统的设计流程、计算方法、设备选型及控制方式.实际运行结果显示,该技术具有管道管径小、埋深浅、开挖量小、建设投资费用低及后期运维方便等特点,能够有效解决重力流施工盲区的污水收集问题.
污水收集系统真空排水农村污水
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为解决埋地预应力钢筒混凝土管(PCCP)在复杂土壤腐蚀与交直流杂散电流干扰下易腐蚀失效、传统防护技术存在评价脱节、系统兼容性差及预应力钢丝氢脆风险防控缺失等问题,开展腐蚀机理与干扰特性研究.构建"环境评价-协同设计-精准施工-智能运维"全生命周期综合防控技术体系,建立水土腐蚀性多指标耦合评价模型,提出以-1000mV(CSE)为极化电位边界的牺牲阳极优化设计方法,研发固态去耦合器与极性排流器集成协同排流技术,搭建基于LoRaWAN的智能监测运维系统.工程应用表明,管道保护电位稳定在-0.85～-1.10V(CSE),杂散电流消除率超95%,牺牲阳极满足30年服役要求,预应力钢丝腐蚀速率降至0.01mm/a以下.研究创新形成协同防控成套技术,为PCCP管道长效腐蚀防护提供理论支撑与工程标准.
预应力钢筒混凝土管阴极保护杂散电流氢脆控制协同排流智能运维
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为提高埋地管道外腐蚀速率预测精度与模型可解释性,提出一种基于改进冠豪猪优化算法(Improved Crested Porcupine Optimizer,ICPO)优化支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)的组合预测模型(ICPO-SVR).通过混沌伯努利映射、自适应动态调整策略、黄金比例-Lévy变异机制三种策略改进CPO算法,实现SVR超参数的高效优化;同时引入SHAP(SHapley Additive exPlanations)可解释性方法,量化各腐蚀特征对预测结果的贡献度与影响方向.以川气东送管道为例进行验证,结果表明,ICPO-SVR模型的平均绝对百分比误差为4.218 8％,决定系数达98.96％,收敛速度、预测精度与稳定性均优于对比模型.SHAP分析显示,断电电位、破损点密度与杂散电流是影响管道外腐蚀速率的关键特征.模型克服了传统算法易早熟、精度偏低的缺陷,可为埋地管道外腐蚀防控提供高精度预测手段与理论依据.
埋地长输管道外腐蚀速率可解释性支持向量回归改进冠豪猪优化算法
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河北省某氢气长输管道工程已完成政府备案,其管径、设计压力和设计输量均为目前国内规划建设的纯氢长输管道之最.针对氢脆敏感、氢原子易渗入金属晶格、爆炸极限宽、压缩功耗大等特性带来的设计难题,结合该工程可行性研究与设计工作,从强度设计、材料、设备、施工到报批评价全链条系统分析了输氢管道与天然气管道的异同与关键技术要点.结果表明:钢管经氢环境相容性试验验证合格后,输氢管道可采用与天然气管道一致的强度设计系数;采用L415(X60)钢级、直缝埋弧焊管型与基于性能的壁厚设计方法,干线二级地区名义壁厚由19.1 mm减至14.3 mm,可节省钢管及施工投资约2.4×108元;阀门在阀杆、阀座、密封面、填料等部位均有专项临氢要求,流量计需按含氢工况专门选型;覆盖钢管、环焊接头与阀门的氢相容性试验及氢气工业性试验是控制材料临氢失效风险的核心手段.相关经验已支撑GB/T 20801.5-2025、SY/T 7820-2024等标准编制,可为后续纯氢长输管道工程提供参考.
纯氢长输管道氢脆氢环境相容性钢管选型阀门流量计压缩机
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油气管道穿越河流时,主要采用水下穿越或架空跨越方式.其中,开挖埋设等水下穿越方式虽应用广泛,但其安全性高度依赖河床的稳定性.河床若发生持续下切,将导致管道覆土层逐渐减薄,可能引起管道局部悬空,进而诱发应力重新分布与疲劳损伤,显著提升泄漏风险.
