刚性支承潜浮隧道

在宽深的水域建造永久性跨海通道,始终是世界各国桥隧建设中的一大难题。刚性支承潜浮隧道方案为解决这一难题提供了一个值得关注的结构模式。刚性支承潜浮隧道采用双向受力、组合式结构的设计理念,用横向顶出式抗拔钢桩做隧道管的固定支承件,使单车道工程造价降低到不及桥梁和普通隧道的一半;而且,没有土方量,没有污染,使工程变得简单易行。以琼州海峡为例,介绍刚性支承潜浮隧道的基本结构、受力原理、施工方法、安全措施和一些关键难题的解决方法,为建造永久性跨海通道提供借鉴和参考。     

妈湾跨海通道工程隧道选线快速评价模型研究

为解决滨海地区跨海隧道选线难题,依托妈湾跨海通道工程,在分析影响海底隧道建设安全的地质因素的基础上,从隧道线位地质适应性角度出发,综合考虑地质条件、设计方案、施工方法等因素,基于打分制提出选线快速评价模型。模型包含平面曲率半径、纵坡坡度、抗浮安全系数、隧道埋深、与平面控制因素水平距离、差异沉降6项评价指标。选线快速评价模型前5项指标不满足设计要求时采用一票否决制,差异沉降指标考虑地下水位、土层性质、土层厚度、先期固结压力、车辆荷载等因素的影响,依据分层总和法计算隧道沉降; 同时,结合经验法推导出沉降曲率半径计算公式,并将沉降曲率半径划分为5个等级,从而构建出妈湾跨海通道工程隧道选线快速评价模型,并将其嵌入到三维参数化选线分析平台,实现隧道地质参数快速选取和隧道线位快速评价。采用选线快速评价模型对妈湾跨海通道3条盾构线位进行选线评价,评分分数分别为79.3、71.3、84.1,对隧道选线设计具有一定的参考意义。     

我国建立首个水下隧道技术创新平台

<正>2019年8月24日,中国岩石力学与工程学会成立水下隧道工程技术分会,这是我国首个水下隧道专业学术交流和技术创新平台。在成立大会上,中国工程院院士、中国岩石力学与工程学会名誉理事长钱七虎院士表示,近年来,我国水下隧道工程建设数量和规模不断提高,铁路、公路、市政、供水、供气、防洪、水电等行业领域对跨江越海隧道工程的需求与日俱增,我国水下隧道建造技术已达到世界先进水平。渤海海峡跨海通道、琼州海峡跨海通道等世界级跨海工程也进入加速论证阶段     

渤海海峡跨海通道可视化仿真建模研究

研究了可视化仿真建模的理论、技术与方法,实现了渤海海峡跨海通道的仿真建模与可视化表达。MultiGen Creator是一套将多边形建模、矢量建模和地形生成集成在一个软件包中的手动建模工具。论述了MultiGen Creator模型的OpenFlight数据层次结构,对仿真建模的关键技术及算法进行了理论分析,主要包括拉伸、放样、纹理映射及层次细节模型等技术。随后对渤海海峡跨海通道形式及系统组成进行了比较分析,并基于Creator仿真建模平台,给出了跨海通道仿真建模流程,建立了海底隧道模型数据库的树状结构。最终实现了海底铁路隧道、公路隧道及悬浮隧道等不同跨海通道形式的可视化仿真,使工程各部位的基本信息及空间上的逻辑关系得到较好的体现。     

创新型注浆囊袋在沉管隧道不规则抗剪支撑体系中的应用

近年来,随着我国跨江跨海隧道工程的不断增加,沉管法施工得到越来越多的应用。管节接头是沉管隧道中很薄弱但非常关键的环节,管节的不均匀沉降会导致接头的错位与张开,对接头位置抗剪结构的施工造成了极大的不便,也对整个沉管隧道结构受力的安全产生巨大的威胁。一方面,沉管隧道内狭窄的作业空间限制了抗剪结构的施工方法;另一方面,不均匀沉降带来不规则位移,令抗剪结构难以完成刚性连接,抗剪性能面临失效风险。本文依托港珠澳大桥岛隧工程,介绍了创新型注浆囊袋在沉管隧道不规则抗剪支撑体系中的应用,有效解决了施工空间不足及抗剪结构失效的问题,为沉管隧道接头抗剪结构施工积累了宝贵经验。此外,本文为创新型注浆囊袋广泛应用于各类不规则支撑体系设计、施工提供了思路。     

高水压过海盾构隧道建设关键技术可行性初探

过海隧道在我国发展迅速,拟建的琼州海峡通道、渤海海峡通道等跨海通道将面临超长距离、超高水压隧道掘进安全等技术难题的重大突破。根据目前的研究和实践,盾构隧道掘进水压在0. 8 MPa左右,一次掘进距离在8 km以内。为解决高水压条件下过海盾构隧道安全掘进和运营期间安全服役的难题,以琼州海峡中线盾构隧道(水压1. 2 MPa、掘进长度12 km)为工程背景,采用工程类比、施工阶段关键技术分析的方法,对高水压长距离过海盾构隧道关键技术可行性进行分析,提出盾构主动换刀+被动饱和潜水带压换刀+非常状态冻结加固脱困的综合换刀技术以及可更换密封综合技术,可保障盾构超长距离掘进;提出超高水压盾构复合式管片衬砌和内外结合的多道防水结构,可保障超高水压条件下盾构管片结构的安全服役。     

大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性研究

以大直径盾构隧道施工过程中管片上浮错台问题为背景,研究大直径盾构隧道环缝结构的抗剪特性,从结构承载力角度提出有效且可控的抗浮措施,并深入探究环间错台对隧道结构的影响,以确定大直径盾构隧道环间变形控制标准,减小隧道环间错台引起的管片损伤。以深圳妈湾跨海通道为依托,基于材料塑性损伤本构,考虑管片接缝细部构造,根据相关管片环缝剪切原型试验对接缝抗剪数值模拟方法的有效性进行验证。随后,利用数值模拟研究了环向接缝顺剪、逆剪和切向剪切时的错台现象和破坏特征,分析了斜螺栓、凹凸榫对环缝抗剪特性的影响,为大直径盾构隧道环缝结构的抗浮设计和安全评价提供依据。研究表明:环缝剪切错台数值计算结果与试验结果吻合良好,能够有效揭示接缝剪切过程中结构的变形特点和损伤特性;环缝接缝的剪切错台过程较为复杂,呈阶段性特征,螺栓和凹凸榫的受力状态是决定接缝抗剪特性的关键因素;凹凸榫能显著提高接缝抗剪刚度和承载力,但也带来接缝应力集中和张开过大等问题,设计和施工过程中需充分考虑接缝刚度和变形的适应性;基于环缝错台损伤分析,提出了环缝变形的三级安全评价指标,大直径盾构隧道接缝变形必须控制在Ⅱ级以内,以保证隧道的结构安全和正常使用性能。     

大断面矩形盾构法隧道的受力分析与工程应用

矩形盾构法隧道具有空间使用率高,可进行浅覆土、长距离曲线掘进施工的特点,为地下连接通道的建设提供了新的建设方法,具有广泛的应用前景。以上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程为背景,对矩形盾构法隧道的受力分析与设计进行了详细论述,探讨了矩形盾构法隧道设计中的难点。主要研究内容与结论如下:1)矩形盾构法隧道由于形状的关系,管片接头需要承受较大的弯矩与剪力,可采用螺栓群的方式来满足接头受力的需要;2)所采用复合管片的主要受力构件为钢结构,在管片接头处采用深手孔的方式解决了多螺栓的安装难题;3)注浆荷载对矩形盾构法隧道受力影响较大,合理注浆压力及分布模式的确定决定着结构设计的经济性;4)通过管片的载荷试验,验证了所采用的复合管片可以很好地满足矩形盾构法隧道的受力需要。     

沉管隧道变截面管段若干关键设计技术分析

以国内首条变截面沉管隧道工程-广州洲头咀沉管隧道工程为依托,总结了变截面管段成型预制技术难点及对策;分析了管段起浮及浮运过程中干舷及稳定性机理,并提出了相应控制措施;建立了二维和三维数值模型,揭示其结构空间受力特性。分析表明,管段预制时在内部模板台车上设置连续桁架作为补偿可较好满足截面渐变段成型预制的要求;对道路线形进行小幅度调整使结构横向对称、在渐变端增加压载及合理布置压载水箱可有效解决管段起浮及浮运阶段管段横、纵向倾侧的问题;变截面沉管隧道的三维空间受力特性较为明显,设计过程宜建立三维空间模型进行受力分析,以更准确地分析不同断面处的内力并进行结构配筋。     

悬浮隧道(水下连续梁桥)跨越海峡方案研究

在对国内外跨海方案分析的基础上，以国外某海峡通道建设为背景，设计了一种隧道跨海方案——悬浮隧道（水下连续梁桥），其基础为普通桩柱式桥墩，主梁为隧道行车孔，整个隧道结构体系相对简单，与普通连续梁桥相似。因此，在介绍该方案的特点和技术难点的同时，也对其可行性进行了探讨。     

悬浮隧道

悬浮隧道是在水中穿越江河湖海的新型构筑物,具有隧道和海洋结构的双重特性。介绍了悬浮隧道的概念和特点、研究历史及在动力分析方面的研究概况。     

论跨江越海建设隧道的技术优势与问题

为商榷在以往规划跨江越海工程时对修建隧道方案有些场合只是作为修建桥梁方案的一种备选方案的观念,文中论证了修建水下隧道在技术、方法、经济等方面的优势、特色及其存在的问题与不足,使业界可较为全面而客观地认识水下隧道在跨江越海工程中的地位。通过列举国内若干典型的已建、在建和正在进行方案研讨的水下隧道工程,从理论和实践经验出发提出了适合建桥、建隧以及桥隧结合方案有关的江床地形地貌、工程地质、水文地质和当地实际条件,对修建桥梁和修建水下隧道方案进行了比较,分析了二者的优缺点、适用场合和局限性;通过列举水下高速铁路、公路隧道的典型范例,总结了适合修建水下隧道的有利条件,并对水下隧道施工和运营过程中出现的诸多困难和问题进行了分析讨论。认为： 在规划跨江越海工程时,应综合当地的自然、生态、地质、水文、河工、港口、航道和航运等诸相关条件,通过多方案比较,更加客观地妥慎优选适合各具体工程的最佳方案;水下建隧的优缺点共存,水下隧道有其独特的技术、经济优越性,事实上现已被越来越多的跨江越海工程所采用。     

长昆客专湖南段隧道洞口设计研究

长昆客运专线湖南段经过湘中低山丘陵区、湘中中低山区及云贵高原东缘高山区,项目桥隧工程多,工程设计难度大、施工风险高。为解决项目在复杂山区困难条件下的桥隧相连、大量隧道洞口偏压高陡,部分隧道洞口段穿越岩堆或顺层等不良地质等造成的诸多设计施工难题,针对高速铁路隧道工程的特点,通过研究复杂条件下桥隧相连工程的相对关系,将复杂山区的桥隧相连工程划分为隧桥串接、隧桥对接和隧桥毗连（短路基）3种衔接方式分别系统处理,首次开发并应用高速铁路分离式隧桥串接洞门,用于解决桥隧相连情况下的隧桥串接洞门设计; 通过研究偏压、高陡洞口地形、地质,对困难条件下的隧道洞口提出采取“耳墙+护拱+反压回填”暗挖进洞技术、锚固桩正面防护技术及基底桩基托板技术等工程方案解决了进洞困难、洞口不良地质、隧底软硬不均或部分悬空、安全施工等难题。     

波浪作用下椭圆形横截面悬浮隧道管段压强特性试验

为研究悬浮隧道在波浪力作用下的波动特性,以琼州海峡跨海通道工程为背景,设计一种双向6车道悬浮隧道交通结构,开展9种不同工况下模型比尺为1∶[KG-*2]60的水力物理模型试验,分析悬浮隧道结构在不同波浪高度、不同波浪周期下的迎浪面、背浪面和上下表面的压强变化特性。首先,根据悬浮隧道管段迎浪面、背浪面和上下表面波峰、波谷时刻的压强包络线分布规律,发现管段垂向压强差值显著大于水平向。然后,比较周期和波高变化对压强极值的影响,在相同周期下,管段表面压强极值随波高的增大而增大; 在相同波高下,压强极值随周期的增大而减小。最后,在一个波浪周期内,悬浮隧道结构出现了多个局部峰值,在不同波高下,峰值次数随周期的增大而规律增加。研究表明： 波高是影响结构稳定的主要因素之一,并应重点关注短周期波浪对结构的稳定影响以及结构的垂向受力变化。     

磁力摩擦式辅助驱动在TBM连续皮带机中的应用

长大隧道TBM(tunnel boring machine)施工大多采用连续皮带机出渣,当运输距离较大时通常需要在中间增设辅助驱动,以降低胶带最大张力,从而降低胶带强度。为了提高辅助驱动的工程适应性,研发了磁力摩擦式辅助驱动系统,具有驱动力大、无二次转载、胶带无二次冲击损伤、结构简单、故障点少、结构紧凑占用空间小、安装方便和配置灵活等特点。该成果可用于采用钢丝绳芯胶带的TBM连续皮带机、支洞皮带机以及其他需要辅助驱动的胶带输送机,并在山西省中部引黄工程TBM1标段成功应用,具有广阔的推广应用价值。     

南昌红谷隧道管节浮运监控技术研究

南昌红谷隧道是我国目前内河最大的隧道工程,浮运过程要经过3座大桥,且航道宽度只有70 m,水流情况复杂,这些都对浮运作业增加了难度。本文在计算沉管浮运中所受水流力的基础上,针对出坞、顺河流浮运和回旋区调头3种不同情况,制定了2种编队方案。根据工程实际需要,设计了浮运监控系统软件结构,采用C#和WFP技术实现了系统。在管节和拖轮上配置了RTK GPS、DGPS和惯导等导航设备,将浮运编队的实时位置信息显示给指挥人员,对管节出坞、过桥和回旋区调头等监控方法进行了详细描述,并实现了远程终端同步实时显示。目前已经完成了南昌红谷隧道多节沉管的浮运,实践表明系统稳定可靠,形象直观,今后可以应用到同类工程中。     

高填矩形、拱形截面明洞土压力差异性规律研究

为了得到矩形、拱形截面明洞土压力随填土高度的变化规律,采用模型试验与数值模拟相结合的方法进行研究,得到以下结果： 1）截面形式对明洞土压力大小影响很大,且基础刚度不同,差异性明显。拱形截面明洞洞顶轴线处竖向土压力大于矩形截面明洞。2）刚性基础拱形截面明洞洞顶同一平面竖向土压力变化呈减小-平缓的趋势,而柔性基础呈减小-增大-平缓的趋势; 矩形截面明洞呈增大-减小-平缓的趋势。3）刚性基础明洞洞顶同一平面水平土压力分布形式呈现出2个拱形,而柔性基础明洞仅在洞顶上方出现1个拱形。4）刚性基础拱形、矩形截面明洞洞顶至0.6倍洞高范围内土体位移分别呈“W”、“双V”形分布,0.6～3倍洞高内均呈“V”形分布,3倍洞高以上无相对沉降,而柔性基础明洞土体位移在0～3倍洞高内均为“V”形,3倍洞高以上无相对沉降。     

绿色隧道评价体系研究

公路隧道是我国交通运输业的重要组成部分，针对现有单项技术规范丰富而面向隧道整体绿色评价缺失的问题，通过分析国内外隧道标准现状，借鉴绿色建筑发展经验，明确绿色隧道理念和“以人为本”的内涵，构建包含设计、施工、运营全寿命周期以及结构安全耐久、行车安全舒适、通行疏散便捷、资源节约利用、生态环境保护等方面的“五横三纵”绿色公路隧道评价体系，同时结合专家调研结果采用层次分析法计算各级指标权重，提出公路隧道绿色度评价等级，为推广普及绿色理念、增进行业参与者绿色共识、促进我国公路隧道高质量建设提供新思路。     

洋流作用下悬浮隧道动力学行为试验研究

为测试悬浮隧道在洋流作用下的动力学行为,根据流场相似准则和弹性相似准则以及试验条件恰当地进行模型试验设计.考虑到实际流场洋流方向的不确定性,以圆形截面悬浮隧道进行试验,通过测试洋流作用下悬浮隧道管段的应变情况获得悬浮隧道的力学行为.试验模拟测试了在各种不同流速条件下,单节悬浮隧道管段在分别布置2组锚索支撑和布置3组锚索支撑时,悬浮隧道管体结构环向应变和轴向应变及张力腿锚索的轴力.试验表明:(1)管段外侧环向应变较内侧大,内外侧轴向应变相差不大;迎流面环向应变较背流面大,迎流面轴向应变较背流面小;外侧顶面环向应变与底面环向应变相差不大,外侧顶面轴向应变与底面轴向应变也相差不大;(2)增加支撑锚索数量能减小管段结构和锚索的受力;随着流速增加,管段上相同测点的轴向应变、环向应变都随流速的增大呈线性关系变化;(3)管段相同侧锚索轴力随时间的变化趋势基本一致,但受力变化并不均匀,迎流面侧锚索所受拉力随流速增大而线性增大,背流面位置处锚索所受拉力随流速增大呈线性减小后变为压力.