Jointed pipeline response to tunneling-induced ground deformation1: Fid-Bau Portal

Jointed pipeline response to tunneling-induced ground deformation1

Argyrou, Christina

This paper focuses on the effect of tunneling-induced ground deformation on the response of jointed cast iron and ductile iron pipelines that (i) cross the settlement profile perpendicular to the tunnel centerline and (ii) connect through 90° tees with a pipeline parallel to the tunnel centerline. The modeling involves two-dimensional finite element analyses that account for coupled forces both parallel and perpendicular to the pipeline, and incorporates the results of large-scale laboratory tests to characterize the joints. Pipeline response is quantified with respect to joint rotation and pullout at various leakage levels as well as the allowable tensile strain. The paper describes soil displacements induced by a 6.1 m (20 ft.) diameter tunnel in clay and sand. Joint rotations and maximum tensile strains for pipelines in sand exceed those in clay by up to three for the same geometric conditions. Cast iron pipelines crossing the tunnel centerline are most vulnerable to leakage from joint rotation; ductile iron pipelines have sufficient capacity against joint leakage in all cases studied. Cast iron pipelines that connect with 90° tees are highly vulnerable to leakage from pullout due to lateral soil movement. Guidance is provided for risk assessment, design, and utility operations.

Ce document met l’accent sur l’effet de déformation induit par un tunnel sur la réponse d’une fonte jointée et de pipelines en fonte ductile dont (i) traverse le profil de tassement perpendiculaire à l’axe du tunnel, et (ii) se connecte à des raccords de 90° avec un pipeline parallèle à l’axe du tunnel. La modélisation implique analyses bi-dimensionelles par éléments finis qui comptent pour les forces couplées à la fois parallèles et perpendiculaires au pipeline, et intègre les résultats d’essais de laboratoire à grande échelle pour caractériser les joints. La réponse de pipeline est quantifiée par rapport à la rotation du joint et l’extraction à différents niveaux de fuite, ainsi que la contrainte de traction admissible. L’article décrit les déplacements du sol induits par un tunnel d’un diamètre de 6,1 m (20 pi.) dans l’argile et de sable. Les rotations de joints et les déformations maximales de traction pour les pipelines dans le sable dépassent ceux de l’argile par jusqu’à trois fois pour les mêmes conditions géométriques. Des pipelines en fonte traversant la ligne médiane du tunnel sont plus vulnérables à la fuite en raison de la rotation de joints; les pipelines en fonte ductile ont une capacité suffisante contre les fuites de joints dans tous les cas étudiés. Les pipelines en fonte qui se connectent avec des raccords de 90° sont très vulnérables aux fuites par l’extraction en raison du mouvement latéral du sol. Des conseils sont fournis pour l’évaluation des risques, la conception et les opérations de services publics. [Traduit par la Rédaction]