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。     

高水位环境下沉管隧道模袋砂围堰破坏模式研究

为研究高水位环境下沉管隧道模袋砂围堰的破坏形态与破坏机制,依托广州市洲头咀沉管隧道,通过室内试验和理论分析,探讨高水位环境下沉管隧道高坡率模袋砂围堰失稳破坏形态,提出相应的破坏控制指标与评价方法,并通过数值计算验证。研究结果表明： 1) 硬质地基中,模袋砂围堰在竖向荷载作用下会出现边角处应力集中张拉破坏与砂袋界面处应变局部化破坏,水平荷载作用下表现为内部或整体滑动; 2) 软弱地基中,由于地基承载力不足,会引起围堰局部脱离或底层模袋张拉破坏; 3) 实际工程中,模袋砂围堰中的模袋难以被贯穿撕裂,无法形成围堰内部整体弧形滑动; 4) 模袋砂围堰存在明显的包裹增强效应,能有效提高整体稳定性,高水位环境中模袋砂围堰设计坡率显著大于常规土石坝围堰设计坡率。     

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。     

浅埋偏压隧道围岩渐进破坏机制分析

为了研究浅埋偏压隧道围岩的渐进破坏过程和破坏模式,为隧道支护参数的确定提供依据。运用自行研制的隧道模型试验装置,对浅埋偏压工况下单洞及小净距隧道的破坏过程和破坏模式进行研究。研究表明:浅埋偏压隧道的破坏模式可以看作岩体在重力作用下的坍塌破坏,且浅埋偏压隧道的偏压角度和围岩的力学参数决定了破坏体的规模和范围,破坏体的范围主要受偏压角度的影响。     

生物岛-大学城沉管隧道最终接头设计

最终接头的位置和选型对沉管隧道的工期和造价有较大影响,以生物岛-大学城隧道最终接头的设计实例,介绍了沉管隧道最终接头的设计方案和施工技术措施,对今后类似工程的设计有一定的指导意义。     

沉管隧道接头在压-扭-剪组合条件下的力学性能分析

接头是沉管隧道中最薄弱并且非常关键的部位,其力学性能直接影响整条沉管隧道的安全性与水密性。目前研究仅限于沉管接头的压缩、压弯和压剪等简单荷载工况,未对组合工况如压-扭-剪工况进行过研究。以红谷隧道工程为背景,基于三维精细化建模技术,通过有限元软件ABAQUS建立了表征沉管隧道接头性能的力学模型,并考虑不同材料的非线性本构模型,开展了沉管隧道接头在压-扭-剪组合条件下的力学性能模拟研究,并与压-剪组合条件下的力学性能进行对比了分析。通过数值模拟计算揭示了沉管接头GINA橡胶止水带超弹性材料的特性及水密性,并得到了接头在压-扭-剪组合条件下的水平荷载-位移曲线,从而获得了接头的扭剪刚度和极限承载力,表明接头在压-扭-剪工况下的抗剪强度比压-剪工况下的抗剪强度小。同时,对混凝土及钢剪力键进行局部分析,得到其在压-扭-剪组合条件下的受力特性,并预测了剪力键可能的破坏模式。研究结果可为今后沉管隧道接头设计提供参考。     

深中通道沉管隧道预制推出式最终接头缩尺模型试验研究

沉管隧道最终接头施工工艺作为深中通道工程建设重难点之一,“预制推出式”最终接头方案以其潜水作业的依赖性较小、施工难度低、施工速度较快等特点拟在实际工程中得到应用。依托深中通道沉管隧道最终接头实际项目,设计了缩尺模型试验,模拟最终接头推出段推出过程,对顶推系统进行工程可行性验证。试验结果表明：通过缩尺模型试验,验证了千斤顶推出、横向纠偏工艺的可行性,为施工图设计参数提供了有力支撑。     

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。     

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。     

沉管隧道常见病害及检查维护思考

为解决沉管隧道养护规范缺乏、巡检养护盲区多等问题,在隧道养护规范的基础上,对现有相关文献进行总结。以钢筋混凝土结构沉管隧道为例,首先,将沉管隧道常见病害分为主体结构病害、接头部位病害和附属结构病害3大类,并详述不同病害的成因及外观表现; 然后,从预防性维护角度出发,提出沉管隧道巡检检查体系,巡检检查工作除日常巡查、经常检查、定期检查、应急检查和专项检查外,还应开展初始检查,并在运营期间采用健康监测系统对结构安全进行实时监测; 最后,根据沉管隧道检查维护的可能发展趋势,对标准化养护体系建设、遮挡隐蔽病害检测监测技术和少干扰快速检测技术等进行探讨。     

沉管隧道运维技术发展现状综述

为促进沉管隧道运维技术发展,通过文献调研、现场调查与数据挖掘等方法,系统梳理了沉管隧道的国内外概况、运营与病损情况、检测与评估技术、病害预防及处治等方面的技术成果。以沉管隧道用途、管节长度与埋置水深等关键信息为基础,阐释了其国内外发展概况;简述了沉管隧道运营现状,并重点对沉管隧道接头、主体结构、附属结构与设施的常见病损特征进行了数据挖掘;对隧道检测、监测与评估技术进行了对照剖析,阐述了目前国内外检测与评估技术的进步与不足;从前期预防与后期处治的双角度,阐述了沉管隧道的不均匀沉降、裂缝与渗漏水等常见病害的预防与处治;并从沉管隧道运维信息的角度,对其运维技术的发展趋势进行了展望。结果表明：沉管隧道建设已取得丰硕成果,但仍存在诸多运维技术难题;在役沉管隧道出现了过大(差异)沉降、裂缝、渗漏水等病损,其中管节不均匀沉降最为常见;沉管隧道检测仍以结构检测对象和传统周期性检测方法为主;沉管隧道评估诊断多侧重于沉降量控制标准的角度,考虑多因素综合角度的服役性能评估尚处于空白阶段;沉管隧道常见病害应坚持建设期预防和运营期处治双管齐下的对策。未来,沉管隧道运维将向运营环境全要素拓展,并更注重实时自动化监测技术、大数据智能评估技术与基于状态的养护策略等新技术。     

沉管隧道主体结构设计关键技术分析研究

从管段分节、起浮与干舷、抗浮、结构强度及连接技术方面对沉管隧道主体结构设计进行了论述,提出了各部分的设计思路、影响因素和计算方法,总结了在沉管隧道主体结构设计时认识到的关键技术,可为今后的沉管隧道主体结构设计提供参考。     

沉管隧道纵向静力计算问题探讨

为进一步综合分析长距离沉管隧道纵向内力和变形,保障其接头水密性,讨论了沉管隧道结构纵向静力分析计算模型和应考虑的一些问题,包括接头受力机制、GINA止水带选型和水密性检算,以及纵向沉降差与纵向弯矩和剪力的关系等。总结了简单而高效的弹性地基梁纵向计算模型及其接头模拟方法;提出使用地层-结构模式和强制位移法的三维壳体模型作进一步的补充细化分析;指出隧道纵向沉降曲线的曲率及曲率变化率分别影响着结构的纵向弯矩和剪力;给出接头的止水带选型及水密性验算工作如何与隧道结构纵向计算相互结合。     

长距离复杂水域环境中内河沉管隧道管节浮运风险分析及应对措施

内河沉管隧道管节在长距离复杂水域环境中浮运时,浮运线路构筑物和风险源多,水上交通和水情复杂,浮运风险较高。以南昌红谷隧道工程管节浮运为例,比较海口区域与内河沉管隧道管节浮运风险差异,采用风险矩阵法对管节浮运过程中出坞接拖、航道存在浅点、通过小跨径桥梁、急流区回旋、高流速区浮运等5种风险工况进行评估分级,预测红谷隧道管节首次浮运可能发生的高风险工况,总结红谷隧道管节首次浮运出现的风险和采取的应对措施,实现首节管节安全浮运,并为后续管节浮运提供借鉴。     

南昌红谷沉管隧道短管节干坞内拉合对接施工技术

沉管隧道最终接头短管节在牵移和拉合过程中易发生偏移与倾斜,且GINA止水带压缩到设计值难度较大。以南昌红谷沉管隧道为例,从准备、牵移、拉合及后处理4个阶段介绍短管节对接拉合施工工艺。通过对底钢板打磨、涂抹黄油等,减小底部摩擦阻力。采用计算机控制液压同步提升系统、液压数据量测、钢端壳间距测量等措施,对短管节轴线及平面控制。实践表明:GINA止水带压缩量误差仅为+4 mm,短管节轴线及平面偏差均在可控范围内,短管节干坞内拉合对接操作可行、质量可靠。     

港珠澳跨海集群工程海底沉管隧道防火设计

港珠澳跨海集群工程海底隧道是目前世界上最长的公路沉管隧道,运营期设置有主动与被动的双重防火系统。结合港珠澳海底沉管隧道的主要技术特点,提出防火设计中热释放率、火灾次数、耐火等级以及采取防护措施后构件的主要耐火指标。依据工程防火的具体实施条件,通过综合比较,沉管结构防火设计采用防火板直接覆面方式,沉管接头防火采用由刚性防火板与柔性防火隔断共同组成的具有自主知识产权的双层防护系统。     

浅埋软弱围岩隧道掌子面失稳破坏模式研究

将浅埋隧道掌子面稳定性问题简化为二维平面问题,构造了更符合实际工况的隧道掌子面破坏模式。在此基础上,采用极限分析上限法得到浅埋隧道掌子面支护反力的目标函数,并建立了优化变量约束条件。利用Matlab编制计算程序进行优化求解,通过算例得到了不同边界条件下维持浅埋隧道掌子面稳定所需支护反力系数,解释了浅埋隧道掌子面失稳机理,并分析了影响掌子面失稳的主要因素。     

含2条软弱夹层的隧道围岩开挖过程破坏模式研究

软弱夹层是山岭隧道常遇的不良地质现象,目前关于多条软弱夹层对隧道围岩稳定性的研究尚不多见,为加强该方向的研究,采用模型试验和数值模拟研究含2条软弱夹层隧道围岩开挖过程中的破坏模式。基于实际工程背景,设计模型试验,从裂隙损伤演变、应力场及应变场变化规律3个方面得到相吻合的破坏模式：首先拱顶受剪应力影响,沿软弱夹层发生滑移,进入塑性区;然后左、右拱肩受张拉应力影响,发生了塑性变形,出现张拉裂隙;接着右拱脚受剪、拉应力影响,进入塑性区;最后左拱脚受拉、剪应力影响,进入塑性区。采用FLAC^3D软件对试验进行模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,并分析含单条软弱夹层和含2条软弱夹层隧道围岩破坏模式的差异性。结果表明：数值模拟结果与试验结果吻合良好;2条软弱夹层的存在会抑制软弱夹层下方隧道的水平收敛;隧道顶拱之上塑性破坏区域与水平面的倾角更小,表现出更危险的破坏趋势;顶拱区域、左拱脚与左中墙连通面应作为不利区域重点考虑;含2条软弱夹层的隧道围岩破坏模式有不同于单软弱夹层的规律,基于单条软弱夹层的支护方案进行设计、施工不能满足围岩稳定要求。     

国内首座高震区水下沉管隧道试通车

<正>2015年1月23日,国内首座高震区水下沉管隧道——天津市滨海新区中央大道海河隧道试通车运行,海河南北两岸的车程由原来的20多min缩短至3 min,把中心商务区(于家堡金融区)与临港工业区、天津港散货物流区连为一体,为"京津冀一体化"注入强大的活力。该隧道全长4.2 km,双向六车道,抗震级别高达8级。中央大道海河隧道采用的沉管施工工艺在我国长江以北地区属首次,具有技术含量高、工艺复杂、协调难度大等特点,成为天津市市政公路建设史上技术难度和科技含量最高的项目之一,它的成功修建弥补了天津乃至北方地区修建沉管隧道的空白。     

沉管隧道新型剪力杆组合结构的抗剪应用研究

为了提高节段接头施工效率和沉管隧道预制化水平,改善现有节段接头连接方案存在的接头截面利用率低、中埋式止水带安装困难、工效低和剪力键浇筑质量差等突出问题,提出以新型钢剪力杆组合结构替代传统剪力键的节段接头连接方案。通过开展剪力杆组合结构单杆、多杆剪切试验,测量剪切荷载、接头相对错动、钢套筒应变和钢筋应力,研究其抗剪性能。以大连湾海底沉管隧道工程为依托,基于材料塑性损伤本构模型,考虑节段接头的细部构造,根据剪力杆组合结构剪切试验对数值仿真方法的有效性进行验证。利用数值模拟研究了节段接头水平向、竖直向剪切,绕横轴、竖轴弯曲的变形规律和破坏特征,进一步建立三维仿真模型,研究剪力杆组合结构在大连湾海底沉管隧道工程中的工作情况。研究结果表明：剪力杆组合结构的失效由剪力杆的剪断破坏控制,破坏延性特征明显。剪力杆破坏荷载-位移关系可以分为弹性、塑性加强和塑性破坏3个阶段。接头存在间隙时,剪力杆组合结构破坏屈服特征明显。剪切试验数值结果与现场试验结果吻合良好。节段接头数值试验揭示,在剪切、弯曲作用下接头破坏过程较为复杂,且均呈现出阶段性特征。基于接头损伤分析,提出了节段接头位移安全评价指标。对控制工况下...