沉管隧道纵向地震易损性分析方法

目前沉管隧道抗震性能设计仅限于横断面分析,缺乏面向沉管隧道纵向抗震性能评估的地震易损性分析方法。为此,建立沉管隧道纵向地震易损性分析方法及评估指标。首先,合理考虑沉管隧道结构特征及接头构造,给出了纵向地震易损性分析模型,其中沉管管节结构采用宏观梁单元模拟,沉管接头采用细观精细化模型模拟,宏-细观模型之间需满足连续性约束方程,地层采用非线性弹簧单元模拟,并通过等效线性化方法来描述地层的非线性特征;其次,根据隧道所处场地的地震动特征选择合适的地震动输入,以及相应的地震动强度指标和结构损伤指标,建立基于增量动力分析的纵向地震易损性评估方法及分析流程,可以依据沉管隧道的不同极限状态定义获得用于纵向抗震性能评估的易损性曲线;最后,以某沉管隧道为应用实例,基于该方法建立了沉管隧道纵向地震易损性分析模型及评估指标,通过计算分析得到了表征隧道纵向抗震性能的地震易损性曲线,并开展多因素分析进而揭示了管节分段长度、地震动输入方向、地层-结构相对刚度比等关键参数的影响规律。结果表明：沉管隧道所处场地位置处的峰值速度是反映隧道纵向地震易损性特征的最优地震动强度参数;沉管隧道地震易损性与输入地震动波长有关,且管...     

公路沉管隧道的发展及其关键技术

为使隧道工程建设者们对沉管隧道工法的历史、关键技术及发展等有更全面的认识与了解,便于作出较科学合理的判断,按照建设时序、地域和主要技术特点等因素对世界范围内既有的公路沉管隧道事例进行分析梳理,总结出目前沉管隧道所历经的3个主要发展阶段及其典型技术特征,并对公路沉管隧道的纵断面、结构横断面、地基基础及隧道接头等关键技术进行探讨与归纳。最后,以我国在建的超大型港珠澳沉管隧道工程为例,分析了我国外海首座公路沉管隧道设计中的关键技术问题及其解决对策,可为我国公路水下隧道的方案制订及设计研究提供有益借鉴。     

红谷沉管隧道GINA止水带数值模拟分析

沉管隧道接头结构复杂,相对于预制管段,管段接头是沉管隧道的薄弱环节。管段的不均匀沉降会导致接头处的张开与错动,引起GINA止水带的变形,造成接头防水能力的降低甚至丧失,从而对隧道的安全运营造成极大的危害。采用有限单元法针对沉管接头GINA止水带进行建模,对多工况下GINA止水带的受力变形机制进行系统化研究,以期对沉管隧道接头的防水设计和施工提供参考。主要结论如下： 1）运营工况下,GINA的压缩量不宜小于90 mm,接头张开量不宜大于35 mm; 2）设计条件下管节相对水平错动20 mm,相对竖向错动35 mm时,不会影响GINA止水带功能; 3）运营工况下,GINA止水带两肩部的差异变形对其止水功能影响较小。     

高速铁路水底沉管隧道竖井工程变形沉降问题研究

在高速铁路越江水底沉管隧道的设计和施工中，竖井连接着沉管管段和暗挖隧道，因上述三个构筑物所处的地质状况差异，产生了不同的沉降量，这对整个沉管隧道有着不利的影响。本文以三维有限元数值计算为依托，对竖井的设计和施工工艺、沉降变形控制等进行了分析。     

运营期沉管隧道沉降变形分析

本文针对沉管隧道在设计和建造过程中往往注重抗浮而忽略运营期的沉降,以某沉管隧道16年的长期沉降监测数据为范本,对隧道沉降的纵向分布规律,沉降稳定性分析,隧道差异沉降以及各个管节自身的竖向弯曲变形姿态进行系统分析。分析结果显示沉管隧道的沉降受到地基刚度分布、覆土厚度以及周边环境的影响具有很大的不确定性,隧道姿态的变化会导致沉管隧道各管节出在不同形态的自身竖向弯曲状态,进一步加剧管节受力的复杂性。综合分析显示该隧道整体趋于稳定状态,相关分析成果也可以作为同类沉管隧道结构安全分析的技术参考。     

关于沉管隧道地基反力的探讨

介绍了沉管隧道地基反力按粘弹性地基上的弹性梁假定进行计算的初步探讨。     

沉管隧道管节接头剪切破坏试验

为了研究沉管隧道最薄弱的环节-接头的受力特点和破坏机制,根据实际沉管隧道接头形式开展了1：4大比例尺的沉管隧道接头低周往复加载拟静力试验。试验模型由2节钢筋混凝土管节组成,接头主要由钢筋混凝土剪力键和橡胶填塞垫构成,为贴近实际工程结构反应,试验模型采用与实际工程相同强度的钢筋和商品混凝土。利用顶杆位移计和拉线位移计等传感器得到了试验模型在循环剪切荷载作用下的接头破坏机理,并分别从沉管隧道试验模型的荷载-位移滞回曲线、接头抗剪承载力、接头与管段刚度比3个方面对试验结构进行了分析。试验结果表明：橡胶填充垫对沉管隧道接头具有缓冲保护作用;低周往复荷载下沉管隧道接头主要经历橡胶垫弹性变形、橡胶垫与剪力键协同作用及剪力键塑性变形3个阶段;接头总抗剪承载力为674 kN（3个单键的抗剪承载力分别为417,320,417 kN）,接头抗剪能力并不是单个剪力键承载力的线性叠加,需考虑剪力键之间的协同作用;接头与管节的剪切刚度有效比为1/960~1/672,接头是抗震的薄弱环节,在受到地震荷载时,变形主要集中在接头部位,并主要由接头处剪力键承担;接头的破坏模式主要体现在剪力键凸榫的端部剪裂及其失效后接头的不可恢复性变形。     

沉管隧道GINA止水带结构形式对比研究

为研究GINA止水带结构形式对其水密性的影响,对目前普遍采用的4类GINA止水带进行轴压与轴、偏压组合状态下的有限元数值模拟。采用超弹单元和接触单元模拟橡胶材料和接触效应,对底板开孔、底板带肋以及本体开孔3种结构变化对GINA止水带受力和止水效果的影响进行分析。研究结果表明:1)GINA止水带底肋与钢板接触位置的接触应力最小,是防水的薄弱环节;2)在底板和本体开孔能够使得GINA止水带底板的接触应力分布更为均匀,但开孔尺寸不宜过大,且应均匀布设;3)底尖肋型GINA止水带的初期止水效果差,当止水带较高时,容易产生倾覆;4)本体孔洞型GINA止水带能够缓解尖肋的应力集中,但由于本体刚度小,承受侧向水压力的能力差。     

沉管隧道钢端壳安装精度控制

为了采集到最接近钢端壳面板与翼板真实姿态的数据,保证钢端壳翼板与面板平面上的任意一点能够满足设计精度,结合广州生物岛-大学城隧道管段钢端壳施工实例,对钢端壳安装焊接施工工艺的经验与教训进行总结。通过采用精密的测量,恰当的焊接安装工艺,配以足够频率的测量监测,可实现在现场进行大型钢构件mm级精度的精密焊接安装。     

仑头-生物岛沉管隧道岸上最终接头设计

在沉管隧道工法中接头的处理一直是个难点，接头部位的设计质量关系到运营效果及维修费用，结合仑头—生物岛沉管隧道的情况，介绍了该隧道岸上最终接头设计中遇到的一些问题及解决方法。尽管该工程最终采用了水中接头，但岸上接头的思路对今后类似的工程将会有所启发。     

复合地基在沉管隧道基础设计中的应用探讨

在对沉管隧道地基处理中两端陆域边界条件、纵横向荷载分布、地层受力特点、差异沉降控制及施工偏差等主要影响因素分析的基础上,对散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基、刚性桩复合地基在沉管隧道地基处理中的适用性进行了多项目对比分析;总结给出了各种复合地基处理方法的适用条件,并提出了沉管隧道采用复合地基方案时,设计计算中应引起高度重视的几个关键问题;最后引用国内外已建或在建的沉管隧道工程复合地基应用的典型实例,进一步说明复合地基在沉管隧道地基处理中将会有较为广阔的应用前景。     

沉管结构预制阶段裂缝控制参数影响分析

混凝土沉管隧道在越江和跨海工程中得到了较广的应用,预制方法从传统的干坞法预制发展为工厂法预制。沉管隧道的混凝土管节在工厂化预制阶段容易因温度梯度、收缩以及约束等原因出现危害性裂缝,影响沉管结构的正常使用和长期耐久性。采用数值仿真和试验研究相结合的方法,基于水化度方法建立了混凝土材料模型,综合考虑混凝土温度变形、自收缩和徐变等时变体积变形以及热-力学边界条件;针对沉管工厂化预制的各个阶段,对配合比、入模温度、养护环境温度、模板、拆模时间、养护时间以及保温养护措施等参数进行了对比分析;在温度场和应力场计算结果基础上,以开裂风险指数为主要判断依据,得到了沉管在预制过程中裂缝控制的关键影响因素。研究结果表明:工厂化预制沉管隧道混凝土管节的入模温度和养护温度是沉管结构预制各阶段的关键裂缝控制影响因素,两者之间的关系对沉管结构的裂缝控制有直接影响,入模温度较高时,可以通过提高养护温度来保证沉管开裂风险指数大于1.4。在冬季时,养护温度的提高使沉管有较好的保温效果,进而降低内外温差和开裂风险;但在夏季还需注意控制其内部最高温度。最后开展足尺节段温控试验,提出入模温度和养护温度的控制措施,并通过温度监测得到较高环境温度下的温度控制指标,以指导工厂化混凝土沉管预制阶段裂缝控制。     

沉管隧道技术应用及发展趋势

随着我国城市化进程快速推进,很多大城市集中在江河两岸或江河入海口附近,沉管隧道具有埋深浅、通行能力大、线路短、横断面形状选择灵活、管节预制质量易于控制和防水效果好等优点,使得沉管隧道技术得到广泛应用和迅速发展。1)归纳沉管隧道的主要技术,有隧道位置的选择原则与建设条件调查、几何设计、结构与防水设计、接头处理、基础处理、管节浮运沉放等;2)从隧道的精细化地质勘察、基础处理、基础垫层处理和消防技术等方面,介绍目前世界上建造规模最大的沉管隧道——港珠澳大桥沉管隧道施工关键技术,其建设标志着我国沉管隧道技术已达到国际先进水平;3)结合国内外沉管隧道修建情况,总结沉管隧道工程技术的发展趋势:规模不断增大、环境适应性越来越强、施工装备水平不断提升、最终接头技术不断进步;4)随着沉管隧道理论设计、施工工艺和配套工程的不断发展,关键技术的不断完善,新工程的不断建设,以及新技术、新工艺和新设备的不断涌现,将推进沉管法隧道技术再上新台阶。     

沉管隧道抗震分析方法综述

该文对美国旧金山市海外快速轨道运输系统(BART)、日本东京港沉管隧道、广州珠江隧道、上海外环隧道和天津海河隧道等几座典型沉管隧道的抗震分析方法做了系统总结,以期对我国沉管隧道设计水平的提高略有裨益。     

沉管隧道短管节拉合试验

广州生物岛-大学城沉管隧道拉合试验包含短管节拉移、GINA止水带压缩及短管节顶推3个阶段,通过拉合试验测试出短管节底部摩擦力的大小及GINA止水带实际压缩情况,为拉合施工提供详实的参考数据。试验结果表明：短管节移动过程中的实际摩擦力远大于按常规摩擦系数计算出的摩擦力,短管节底部摩擦力的存在会造成GINA止水带实际压缩量不均匀。