一、课题来源与背景

　　由于城市建设的需要，加上管道铺设于地下可以节省大量土地，城市管道绝大部分直接埋在道路下面或者与城市道路和建筑物交叉。随着我国经济和物流运输的发展，道路交通量增大、车辆荷载增加、车速加快，交通荷载的上述特点给埋地管道的正常使用带来了诸多不利的影响，严重地影响到地下管道的安全运行。

　　城市埋地管道检验的方法有很多，但是，埋地管道的检验由于采用非接触方法检验，对检验的现场条件以及管道的埋深都有一定的要求。虽然，国内外对埋地管道的检验已经开展了大量的研究工作，对埋地管道中的穿越部分的检验却较少，也少有针对埋地管道穿越部分的检验仪器的问世，而穿越部分的安全运行对于人民出行和安全的影响确是巨大的，一旦发生事故将直接导致交通的瘫痪或者严重的水质污染。为此，需要针对埋地管道的穿越部分的检验方法开展研究工作，扩大埋地管道的检验范围，提高管道检验质量。目前，我国对于穿越段管道的检验，还没有可靠的方法及相关论文报道，我们和世界先进水平相比还有较大差距，管道检测工作尚属起步阶段，已检测的管道数量不及管道总量的十分之一。因此，本项目的开展与研究将填补埋地管道穿越段检验这一项工作的空白，为埋地管道穿越段的检验，提供理论与实践的支持，通过开发的新系统提示穿越部分的高危区段，检测时，只需检测所提示的高危区段即可在理论上确保整条穿越部分的安全。这不仅弥补了检验仪器检验范围的不足，同时也减少了检验人员的工作量与工作强度，较大程度的提高了检验效率与检验质量，具有较强的创新性与实用性。

　　二、技术原理及性能指标

　　本项目的研发将依托有限元技术、参数化技术、可视化技术进行二次开发。主要的技术原理和技术路线如下：

　　1、应用ANSYS软件，建立埋地管道有限元模型，分析埋地穿越管道在自重和覆土压力下的影响，得到管道最大应力和最大位移位置。讨论了各相关因素，包括管道埋深、管道壁厚、管道内压、土基弹性模量、土基粘聚力和内摩擦角等对管道应力和位移的影响, 分析管道的安全性。

　　2、建立交通载荷工况下的埋地穿越管道有限元模型，对交通荷载作用下管道的应力和位移进行了三维计算和分析，得到管道在该工况下的最大应力和最大位移。讨论了埋地穿越管道在交通载荷工况下，管道应力和位移的变化规律，讨论了车速和轮压对管道力学性状的影响。

　　3、建立埋地管道L形弯头段的有限元模型，对L 形弯管段的力学性状进行研究。得到了L形弯管段的最大应力和最大位移，得出弯管中间位置是整个管道系统的薄弱环节的结论。

　　4、建立定向钻管道回拖模型，实现回拖管道的力学性能的仿真分析。直观显示管道在施工阶段就留下来的应力集中问题。

　　5、利用Visual Basic软件对上述有限元模型进行封装，实现不同工况下埋地管道的有限元分析，开发出了易懂、易操作的埋地管道分析平台。该平台有效的降低了有限元技术的门槛，为有限元技术在埋地管道穿越段的检验提供了应用条件。

　　6、综合有限元分析成果，提出了基于有限元分析的埋地管道穿越段检验方法。利用有限元仿真计算方法，提示穿越部分的高危区段作为现场检验的补充。仿真计算的间接检验，指导着现场检验的实施，使得现场检验更具针对性，精准性。

　　三、技术的创造性与先进性

　　本项目的创新点在于提供一套埋地管道穿越部分检验分析系统，通过该系统提示穿越部分的高危区段，检测时只需检测所提示的高危区段即可在理论上确保整条穿越部分的安全，而不需要对管道进行全管段的检验。该项目的研发为穿越管道的检验提供了全新的理论视角，提出的基于数值仿真的埋地管道穿越段安全检验方法，实现了埋地管道穿越段风险载荷仿真计算的可视化，提高检验效率，为管线用户实施预知性维护、更换和科学管理提供依据。

　　四、技术的成熟程度，适用范围和安全性

　　本项目所利用的技术成熟，适用于燃气管道、热力管道、油气长输管道等多种钢制埋地管道穿越段检验的分析。经项目研发的系统平台的分析，可提示埋地管道穿越段的高危区域，保障检验安全。

　　五、应用情况及存在的问题

　　本课题的研究能减少现场检验的盲目性，实现精准抽检，不仅提高了检验效率，更减少检验人员的工作量。利用项目开发的新系统提示穿越部分的高危区段，检测时，只需检测所提示的高危区段即可在理论上确保整条穿越部分的安全。这不仅弥补了检验仪器检验范围的不足，同时也减少了检验人员的工作量与工作强度，较大程度的提高了检验效率与检验质量，具有较强的实用性与推广前景。