塌陷區(qū)為道路時(shí)，發(fā)生彎曲變形管段承受的均布荷載|L的計(jì)算式為：
|L=725g(Dout+0.15)+250gpD2in+3900gpDout(Dout-Din)????(12)
由式(9)～(12)可計(jì)算得到，不同規(guī)格管道在設(shè)計(jì)壓力分別為1.6、2.5MPa下，農(nóng)田、道路塌陷區(qū)的允許沉降量(見(jiàn)表l)。
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4 安全措施
由式(7)可知，當(dāng)Din、Dout、p、E、sall一定時(shí)，提高發(fā)生彎曲變形管段穩(wěn)定性的安全措施是減輕勻布荷載。由式(1)、(2)可知，勻布荷載與管頂覆土深度、土壤密度有關(guān)。CJJ／T 81-98《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》對(duì)覆土深度有要求，不得隨意減小覆土深度。我們采取的安全措施是將管道周?chē)吧喜康幕靥钌皩舆m當(dāng)增厚，一方面可降低土壤密度，另一方面當(dāng)塌陷區(qū)發(fā)生沉降時(shí)，管道周?chē)吧喜康纳翱上驊铱展艿老虏苛鲃?dòng)，填充懸空區(qū)域，以降低管道承受的均布荷載。
當(dāng)塌陷區(qū)接近或達(dá)到允許沉降量時(shí)，點(diǎn)A處的管道將出現(xiàn)失穩(wěn)，必須采取安全措施降低當(dāng)量應(yīng)力。安全措施的具體方法為：將管段AB上方的覆土挖走，將土壤荷載卸載。再?gòu)狞c(diǎn)A向塌陷斷裂帶非塌陷區(qū)一側(cè)開(kāi)挖一段距離到達(dá)點(diǎn)C，并將管段翻下部掏空，以緩解管段AB的彎曲變形，以便較好地應(yīng)對(duì)下一次沉降，將管段下部懸空部分填實(shí)后回填至沉降后地面高度。在實(shí)際操作中我們關(guān)心的是如何確定塌陷斷裂帶非塌陷區(qū)一側(cè)開(kāi)挖長(zhǎng)度。采取安全措施時(shí)管段的受力分析見(jiàn)圖2。
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式中|￠——管段CB承受的均布荷載，N／m
L1——塌陷斷裂帶非塌陷區(qū)一側(cè)開(kāi)挖長(zhǎng)度，m
管段BC被挖開(kāi)后，點(diǎn)c處管道截面承受的彎曲應(yīng)力最大，點(diǎn)A處管道截面承受的彎曲應(yīng)力大幅降低。點(diǎn)C處管道彎曲截面承受彎曲應(yīng)力聽(tīng)的計(jì)算式為：
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式中sC——點(diǎn)C處管道截面承受的彎曲應(yīng)力，Pa
由式(13)得：
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由于采取安全措施前后彎曲管段受力情況類(lèi)似，將式(5)中|替換成|￠，將L替換成L+L1，得到L1，的計(jì)算式為：
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由式(15)可知，L1越大sC越小，說(shuō)明塌陷斷裂帶非塌陷區(qū)一側(cè)開(kāi)挖長(zhǎng)度越長(zhǎng)，點(diǎn)C處管道彎曲截面承受的彎曲應(yīng)力越小，但工程費(fèi)用將增大。
我們將sC與sall相同確定為采取安全措施的目標(biāo)經(jīng)濟(jì)值，將式(4)代入式(15)，并根據(jù)已知參數(shù)：E為2×1011Pa，sall為ll8.5×106Pa，可得到塌陷斷裂帶非塌陷區(qū)一側(cè)經(jīng)濟(jì)開(kāi)挖長(zhǎng)度Le的計(jì)算式：
Le=(4.5577×107h2D2out)?0.25-L??????(16)
式中Le——塌陷斷裂帶非塌陷區(qū)一側(cè)經(jīng)濟(jì)開(kāi)挖長(zhǎng)度，m
采用前面計(jì)算方法，分別計(jì)算出農(nóng)田、道路塌陷區(qū)對(duì)應(yīng)的上，并將表1數(shù)據(jù)代入式(16)，可計(jì)算得不同規(guī)格管道在不同設(shè)計(jì)壓力下農(nóng)田、道路塌陷斷裂帶非塌陷區(qū)一側(cè)經(jīng)濟(jì)開(kāi)挖長(zhǎng)度Le,t、Le,L，見(jiàn)表2。
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5 結(jié)論
①本文對(duì)塌陷區(qū)斷裂帶直埋供熱管道的穩(wěn)定性判定條件僅限于直埋熱水供熱管道，對(duì)于鋼套鋼結(jié)構(gòu)的直埋蒸汽供熱管道，穩(wěn)定性判定式的推導(dǎo)與本文的推導(dǎo)過(guò)程基本相同，但直埋蒸汽供熱管道的形心慣性距應(yīng)為內(nèi)管與外管疊加在一起的復(fù)合慣性距。
②對(duì)于塌陷斷裂帶直埋熱水供熱管道，在滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定及校核計(jì)算的前提下，宜適當(dāng)降低管道上部荷載。管道周?chē)吧喜康纳皩右诉m當(dāng)增厚，當(dāng)塌陷區(qū)沉降量接近或達(dá)到允許沉降量時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取安全措施，保證塌陷斷裂帶管段的穩(wěn)定。
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參考文獻(xiàn)：
[1]高百爭(zhēng)，張國(guó)強(qiáng)，吳偉遜．煤礦塌陷區(qū)架空敷設(shè)供熱管道安全可靠研究[J]．煤氣與熱力，2008，28(12)：Al6-Al9．
