Analytical study on the ground movement caused by pipe bursting
Oct 08, 2008
Trenchless pipe replacement technology by ‘EXPANDIT’ using hydraulic expansion was established in March, 2006 in Japan, and we received the construction technology certificate of JIWET (Japan Institute of Wastewater Engineering Technology).This trenchless technology of pipe replacement has much effective features. However, many sewer administrators would consider that pipe bursting might damage to adjacent pipes or structures, therefore this pipe replacement technology cannot be used widely for sewer pipes in Japan. In order to solve such problems, we performed experimental pipe bursting operation focused on the ground movement at 6 span’s model pipelines in 2005. Consequently, the relation between a distance from existing pipe to measuring point and the amount of ground movement at that point has been understood, and estimation charts of the ground movement were attained.In this paper, we describe the numerical study about the ground movement associated with the amount of radial expansion, while these data following advancing analysis of the data were analyzed in detail, estimation of the ground movement was available. One example of vertical ground movement by pipe bursting operation can be described.
Span No | Existing Pipe | Installed Pipe | Type of Expandit | Cover Depth | Radial Expansion |
---|---|---|---|---|---|
1 | 350 CP | 400 CP | EXP-400 | 2.0 m | 115 mm |
2 | 350 CP | 400 CP | EXP-400 | 2.0 m | 115 mm |
3 | 250 CP | 250 CP | EXP-250 | 1.5 m | 73 mm |
4 | 250 CP | 250 CP | EXP-250 | 1.5 m | 73 mm |
5 | 250 CP | 350 VP | EXP-250 | 1.5 m | 73 mm |
6 | 350 CP | 400 CP | EXP-250 | 1.5 m | 115 mm |
E is Young’s Modulus of the materials.
Figure 5 shows the cross section of trenches around the pipeline and the sampling location.
Soil | Number of N-value | γ (kN/m3) | C (kPa) | φ (deg) |
---|---|---|---|---|
Original | 3 | 1.688 | E11.7 | 36.4 |
Back-fill | 4 | 1.801 | 11.2 | 33.0 |
N- | Γ (kN/m3) | E (kN/m3) | v | Φ (°) | C (kN/m2) | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Initial | After | ||||||
Original | 1~10 | 15 | 2800N | 0.33 | 0.45 | 20 | 20 |
Back-fill | 1 | 18 | 2800 | 0.33 | 0.45 | 20 | 10 |
5 | 18 | 14000 | 0.33 | 0.45 | 20 | 10 | |
10 | 18 | 28000 | 0.33 | 0.45 | 30 | 10 | |
Sandfill | 5 | 19 | 14000 | 0.33 | 0.45 | 30 | 10 |
Factors | Amount to be counted | Field Testing | Our Technology |
---|---|---|---|
Soil Condition | N-Value | 3 to 5 | 1 to 10 |
Locating of Pipe | Cover Depth | 1.5m and 2.0m | more than 1.0m |
Pipe Diameter | Existing Pipe Inner Diameter | 250mm and 350mm | From 200mm to 600mm |
Original soil movement | Radial Expansion | 115 mm and 73 mm | Maximum 115 mm |
Points of Soil Movement Around Pipe | Distance from Existing pipe | 20 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm, 100 cm | Minimum 2D (D is a Radius of old pipe) |
Span | Existing pipe | Installed pipe | Radial Expansion | EXPANDIT |
---|---|---|---|---|
1 | 350 CP | 400 CP | 115 | EXP-400 |
2 | 350 VP | 400 CP | 115 | EXP-400 |
3 | 250 CP | 250 CP | 73 | EXP-250 |
4 | 250 CP | 250 CP | 73 | EXP-250 |
5 | 250 VP | 250 VP | 73 | EXP-250 |
6 | 250 VP | 400 CP | 115 | EXP-400 |
N-value of backfill ground is 1 to 10.
N-value of original ground is 1 to 10.
Diameter of existing pipes is 200 mm to 600 mm.
Maximum radial expansion is 115 mm.
Minimum cover depth is 1.0 m.
N-value of original and backfill ground is 10.
Existing pipe diameter is 600 mm.
Radial Expansion is 115 mm.
Cover depth is 1.0m.
From the estimation curves and the measured data of project, Table 6 was obtained. At the P-1 point, sub-surface heaving at 91cm upper from the pipe crown was maximum 21mm. According to the estimation curves, ground movement is 38mm.
point | Distance from Pipe | Radial Expansion | radius | D/R | Sub-surface movement | Estimation |
---|---|---|---|---|---|---|
P-1 | 91cm | 150mm | 23cm | 4.0 | 21mm | 38mm |
P-4 | 197cm | 150mm | 23cm | 8.6 | 2mm | Out of Range |
Numerical study presented in this paper shows a good capability to estimate ground displacement by pipe bursting technology. The followings are main findings from the field trials and the numerical study.
- The field trial has provided valuable information on the movement of the ground during pipe bursting operations.
- Estimation Charts of ground movement could be used for estimating the ground movement of some project on safety side.
- In order to make the charts certificated, it is better to get more data of ground movement.
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