市政道路结构地下管线探测与力学特性数值模拟分析

摘要

【目的】随着人口增长和城市化进程的加快，城区规模不断扩大，城市地下工程建设不可避免地与既有运行管线产生交互。地下管线具备给水、雨污水处理、化石能源运输、有线电视信号传输、电能输送等功能，担负着水、电、信息和能量的供给与传输，被称为城市的“神经”和“血管”,更是稳定城市运行的“生命线”。管线的渗漏、破裂甚至引发路面塌陷，不仅严重影响交通，还为城市排水系统埋下重大安全隐患。每年各地需投入大量人力物力用于地下管线的探测与维护。【方法】针对市政道路中地下管线分布、损伤及渗漏的普遍问题，基于探地雷达技术，提出了一种地下管线探测方案。通过探测不同种类管线的数据，结合原理分析、试验和数值模拟验证，研究管线渗漏引发路面沉陷的机理。【结果】该方案基于探地雷达的探测原理，通过图谱特征识别方法获取地下管线的分布、埋深、管径、材质、管线内部介质以及空洞等参数。结合伪彩色电平图、灰色电平图及波形堆积图等信号数据，建立有限元模型，并对管线渗漏特性进行综合分析，从而研究揭示了渗漏发展的趋势及其对道路结构的损伤机理。【结论】研究表明，道路损伤受多因素影响，包括路面车辆荷载、管道内部压力、管道埋深和直径等。通过探地雷达反射图像的逆向分析，结合路面的病害动力固结数值模拟，可评估管线运行状况及受力特征，从而优化管线布置点位和材质，强化管线上部结构设计，加强路基的防沉陷保护，避免工后路面沉降开裂。研究建议通过调整受力点位置、扩大受力面积和避免应力集中，预防路基结构与管线的破损。本文基于探测数据与数值模拟，对比不同种类管线的变形特性，总结管线渗漏的作用规律，为后续地下工程的定向开挖和城市道路灾害的排查提供指导。

关键词

市政道路结构 / 地下管线 / 地质雷达 / 探测 / 道路损伤 / 渗漏机理 / 力学特性 / 数值模拟