水平定向钻管道回拖过程数值仿真研究

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随着经济的快速发展以及人们环保意识的增强,传统的管道铺设开挖技术早已不能满足人们的需要,水平定向钻进技术以其环保、扰动小、效率高等优势快速发展起来,但是其理论水平远满足不了实际工程需要,很多情况下需要根据经验进行确定,受人为主观因素的影响较大,因此对于水平定向钻管道回拖过程的研究十分必要。本文首先从整体上对管道回拖过程进行受力分析,对常用回拖力的计算公式及原理进行具体研究,得出不同公式优缺点及其所适用的范围;再从局部出发,对管道力学性能作为切入点进行研究,根据实际工程管道回拖过程中经过扩孔台阶和弯曲段时的对局部管道进行理论分析及仿真分析,得出管道局部应力应变的变化规律及相关结论。对实际工程具有重要的参考价值。主要研究工作如下:  (1)对典型的复杂地层的特点及其穿越难点进行分析,并对管道回拖过程中影响管道回拖力的因素以及回拖减阻措施进行研究。  (2)对常用管道回拖力计算方法:GB50423标准规定钻机回拖公式计算法、卸荷拱土压力计算法、净浮力计算法、绞盘计算法及其基本思路进行比较分析,并通过工程实例的计算以及对计算结果进行对比分析,得出每种计算方法的优缺点及其适用的范围,并对卸荷拱土压力计算法及绞盘计算法进行改进,得出更优的回拖力计算公式;  (3)对扩孔台阶进行理论分析及相关数值计算,并利用ABAQUS有限元仿真软件建立管土有限元模型,对管道穿越台阶过程中的受力状态以及回拖力变化趋势进行分析验证,得出扩孔台阶在不同参数如台阶高度、台阶曲率半径改变的情况下对管道回拖力的影响;  (4)通过对管道在经过入土弯曲段及出土弯曲段的回拖过程进行仿真研究,得出管道弯曲曲率及孔/管比对管道应力及回拖力增量的影响。
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