沉管隧道横向地基刚度分布模式初探

为解决沉管结构横向设计计算中的地基刚度取值问题,基于HS本构模型,通过理论推导研究地基刚度随应力水平的变化关系,得出沉管隧道横向地基刚度分布的近似解析解。结果表明： 1)沉管横向地基刚度分布模式与地基初始刚度、结构刚度、地基应力水平和上部荷载有关; 2)在软弱地基情况下,沉管横向地基刚度为W形分布模式; 坚硬地基情况下,底板跨中可能会与地基发生局部脱开,脱开段地基刚度为水平分布; 3)通过算例分析,地基刚度分布近似解析解与数值模拟结果能够较好地吻合,可为沉管结构计算提供依据。     

沉管隧道纵向差异沉降容许值的简化计算方法

基于弹性地基梁沉管隧道纵向计算理论,提出了一种刚度影响线分析方法,为节段式沉管隧道接头剪力的分析计算提供了理论基础。研究了沉管隧道接头剪力与容许地基刚度变化之间的关系,在研究确定地基刚度变化的幅值、模式及与纵向差异沉降之间关系的基础上,研发了基于接头剪力键容许剪力的纵向差异沉降简化计算公式。通过两个算例对刚度影响线分析方法及纵向差异沉降容许值简化计算公式进行了验证。纵向差异沉降容许值计算公式形式简单、物理意义明确、使用方便,为沉管隧道地基处理方案的确定提供了方法。     

超长沉管隧道地震响应快速分析方法研究

在分析一般隧道结构与沉管隧道的不同点及动力响应差异基础上,明确了沉管隧道地震响应能否准确模拟主要取决于管节接头和节段接头的非线性、地基刚度计算及边界条件处理等;在此基础上建立了超长沉管隧道地震响应快速分析方法,关键点包括基于地震水准的地基刚度计算方法、管节接头剪力键及止水带受力及变形特性计算方法、节段接头剪力键及止水带受力及变形特性计算方法、初始水压力及止水带橡胶松弛影响考虑方法等;然后,基于超长沉管隧道地震响应快速分析方法,对港珠澳大桥超长沉管隧道进行了升温及降温工况下沉管隧道地震响应分析,明确了最不利位置为隧道斜坡段,指出了两侧GINA止水带地震变形量和剪力键剪力为抗震薄弱位置,揭示了节段式沉管隧道温度敏感性。课题研究建立的超长沉管隧道地震响应快速分析方法,能够实现沉管隧道设计与计算的互动,便于工程应用。     

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。     

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。     

沉管隧道勘察设计关键技术问题分析与探讨

本文分析了沉管隧道勘察设计方面的关键技术问题,提出了软基沉管隧道勘察应采用以原位静力触探为主、钻孔及标准贯入试验为辅助的综合手段,以及室内试验应充分反应沉管隧道施工中开挖卸载、管节安装及回填防护再加载的应力路径特性,探讨了沉管隧道设计中结构与基础间的相互依赖及制约作用,分析了地基刚度作为结构与基础相互作用的介质在设计中的重要性;并以在建港珠澳大桥主体工程中海底沉管隧道为例,对深厚软基的沉管隧道勘察、地基基础设计及接头止水设计等关键技术进行剖析。     

海底沉管隧道基础处理及沉降控制技术的新进展

文中在对沉管隧道基础处理形式及境内外沉管隧道病害调研数据分析的基础上,指出不利荷载与不良地质作用是引发沉管隧道沉降及病害的主要原因。在对境外典型海底沉管隧道基础处理创新技术评述的基础上,重点介绍了港珠澳大桥沉管隧道基础处理技术的创新与提升,主要包括刚柔并济的双层垫层技术、挤密砂桩加堆载预压地基处理技术、基于CPTu的回弹再压缩沉降计算方法以及沉降控制标准的确定等,分析了深中通道沉管隧道基础处理面临的超宽变宽管节、采砂坑软土地基、风化岩遇水软化、砂土液化、回淤强度大等建设条件,并给出了相应的基础处理对策。在此基础上,结合国家重点研发计划,指出应在充分考虑结构与基础相互作用基础上,开展不良地质条件下海底沉管隧道病害诱发机理与主动防控技术的研究,提出了技术路线和主要研究内容,可供行业相关专业技术人员参考。     

复合地层TBM隧道施工引起建筑物沉降规律研究

浅埋复合地层TBM下穿建筑物施工过程中,豆砾石吹填注浆及软硬岩交界面所处位置均对建筑物沉降具有重要影响。为探明两者对建筑沉降的影响规律,采用数值模拟及现场监测的方法进行分析,得出以下结论： 1）由于围岩基本处于无支护状态,隧道开挖后到豆砾石吹填完成前建筑物沉降最大,约占总沉降的70%; 2）豆砾石可压缩性较强,吹填完成后建筑物依然会出现一定的下沉,约占总沉降的30%; 3）浅埋单护盾TBM隧道施工中,软硬岩交界面位置对建筑物沉降具有重要影响,依据影响程度将交界面所处区间隧道的位置关系分为3种,并给出相应的建筑物沉降控制措施。现场监测与数值分析均显示地表注浆和豆砾石及时回填注浆对控制建筑物沉降具有重要意义。     

宁波甬江沉管隧道建设和运营维护

宁波甬江沉管隧道是我国大陆第一座水底软土地基沉管隧道,1995年建成通车。本文介绍了甬江沉管隧道的设计、施工、运营及大修概况,分析了隧道沉降和结构病害的原因,并提出一些改进措施和建议,以期为类似工程提供借鉴。     

浃底隧道明洞段基础土体共同作用分析

浃底隧道出口明洞段回填厚度较大而基础土体软弱，因此采用了桩一筏基础的形式以避免过大沉降带来的不利影响。本文对明洞及下部结构建立了三维有限元模型，并考虑了土体与结构的共同作用。计算结果表明在软弱地基条件下采用桩—筏基础能有效地控制不对称恒载作用下结构产生的不均匀沉降。     

高速公路变刚度复合地基的数值模拟研究

基于对高速公路路基纵、横向差异沉降的危害及形成原因的分析,本文提出对高速公路复合地基采用变刚度调平设计的理念。以某高速公路两侧桥头段复合地基工程为依托,采用ABAQUS数值模拟软件,分别对等桩长变桩距方案和等桩距变桩长方案进行了模拟,对模拟的沉降结果进行分析。模拟结果表明,变刚度复合地基在有效减小路基纵、横向差异沉降的同时,也具有显著的经济效益。     

滨海软土地区管廊路基变形特性分析

以福州滨海新城管廊路基工程为依托,运用FLAC3D有限差分软件,模拟软土地质条件下管廊路基施工阶段及工后运营期沉降特性。结果表明:基坑开挖阶段,基底最大隆起量为基坑开挖深度的0.14 %,开挖对地表影响范围为4～5倍的开挖深度,基坑侧壁水平位移最大值为开挖深度的0.14 %,大致在基坑开挖深度2/3处;基坑回填结束,管廊沉降逐渐增大并表现为均匀沉降;路基回填结束,管廊产生了0.25 %的倾斜率。路基沉降受管廊影响,出现不对称沉降,左右两侧最大差异沉降率分别为1.33 %,1.00 %。管廊位置处沉降出现突变,两侧沉降值最大相差22 mm;工后20年时,管廊沉降值及横向位移值变化不大,倾斜率变为0.42 %,路基沉降变为竣工时4倍,左右两侧最大差异沉降率分别为0.38 %,1.00 %,管廊存在处路基顶面出现S型沉降曲线,且该现象越来越明显。     

港珠澳大桥沉管隧道新技术

沉管法是20世纪初发展起来的一种专门修建水下隧道的工法,适用条件较为苛刻,随着工程技术的发展,其适应性越来越强。继丹麦—瑞典的厄勒松海峡沉管隧道和韩国釜山—巨济沉管隧道修建之后,我国正在珠江口伶仃洋30万t主航道下修建港珠澳大桥沉管隧道,借鉴了国外技术与国内施工经验,自主创新,结合工程项目特点,在地质勘察、结构分析、耐久性设计、管节预制、地基与基础处理等方面发展了一些新技术,并对这些新技术进行了探讨和总结。     

减荷拱涵周围土体位移变化的离心模型试验

通过土工离心模型试验,利用拱涵模型模拟了实际路堤的回填材料、沟坡地形、减荷材料、地基形式及施工工艺,并使用图片测量软件分析了拱涵周围土体在未减荷与EPS板减荷工况下的变形运动性状和全局位移场的差异。根据试验结果再现了两种试验工况下,拱涵周围土体随填土高度增加的运动变化过程;模拟了EPS板变形作用下涵顶土拱的形成和基本形态;分析了拱效应影响下的拱涵基底土体的运动情况,发现通过卸荷拱转嫁到拱涵两侧土体的荷载促使基底两侧土体向基底中心运动,从而对基底产生了向上的反力,减小或阻止了拱涵自身的沉降。结果表明:合理模量和厚度的EPS板既可以减荷,也可以起到稳定结构纵向不均匀沉降的作用。     

路基不均匀沉降对沥青混凝土路面结构影响数值分析

针对路基不均匀沉降条件下路面结构破坏机理难以解析的现状,引入数值分析方法,建立了沥青混凝土路面结构对路基横向不均匀沉降力学响应的有限元模型,重点针对路基两侧沉降、一侧沉降和中心沉降3种不均匀沉降形式进行分析,主要研究不均匀沉降量及路面结构参数对路面结构破坏的影响。     

外海超长沉管隧道设计关键技术研究

以港珠澳大桥沉管隧道工程为依托,分析了外海超长沉管隧道设计需要解决的关键技术,重点介绍了沉管隧道基础沉降控制技术、多点非一致地震激励下超长沉管隧道设计方法、节段接头构造形式研究及高水压120年设计使用寿命OMEGA止水带研发等需要突破的技术,并阐述了主要研究成果。这些研究成果为我国后续外海超长沉管隧道设计提供技术支撑。     

杭州地铁交叉重叠隧道盾构施工地表沉降三维数值分析

以杭州地铁1号线文艮盾构区间的左、右线交叉重叠区间隧道为研究对象,采用有限差分软件FLAC3D模拟先上后下和先下后上2种施工工况引起的地表沉降和隧道上浮下沉情况,通过分析比较2种施工工况对地表沉降横向影响范围、地表沉降的极值、先上后下施工上部隧道最终下沉量和先下后上施工下部隧道的最终上浮量,确定交叉重叠隧道先下后上的施工工况。     

温州浃底隧道明洞段基础分析

浃底隧道出口明洞段洞顶回填厚度较大,而基础土体软弱。因此,采用了桩筏基础的形式以避免过大沉降带来的不利影响。对明洞及下部结构建立了三维有限元模型,并考虑了土体与结构的共同作用。计算结果表明,在软弱地基条件下采用桩筏基础能有效地控制不对称恒载作用下结构产生的不均匀沉降。     

节段式沉管隧道抗震关键技术研究

首先分析了节段式沉管隧道地震响应受力特性,明确了结构动力响应的温度敏感性,指出管节及节段接头为抗震的薄弱部位及抗震关注重点;其次,在分析国内外沉管隧道抗震研究的基础上,分析了节段式沉管隧道抗震研究需要解决的关键技术,主要包括沉管隧道土与结构相互作用的动力计算方法、非一致地震激励下沉管隧道地震响应分析方法以及沉管隧道振动台试验模拟技术;最后总结了节段式沉管隧道的研究进展及主要成果。     

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。