深中通道沉管隧道钢壳设计及制造关键技术

深中通道沉管隧道具有高水压、大回淤、结构超大跨和建设要求高等特点,为保证沉管隧道结构在建设与运营期内的安全和耐久性,深中通道沉管隧道在世界上首次大规模采用钢壳混凝土组合结构。为推动钢壳混凝土组合结构沉管隧道在我国的发展,介绍深中通道钢壳混凝土沉管隧道结构选型、横断面设计、纵向管节划分、特殊结构构造和钢壳详细构造等技术,管节钢壳制造、拼装和运输的创新工艺,自密实混凝土浇筑技术和钢壳混凝土脱空检测方法,总结深中通道钢壳混凝土组合结构沉管隧道设计、智能制造以及施工关键技术。另外,结合深中通道沉管隧道钢壳混凝土组合结构的特点,对钢壳混凝土抗剪连接件设计、钢板件连接构造和混凝土脱空检测方法提出优化建议。     

深中通道钢壳混凝土沉管隧道智能建造体系策划与实践

根据深中通道海底沉管隧道工程建设实际,分析深中通道钢壳混凝土沉管隧道工业化、智能化建造面临的主要技术挑战,包括沉管钢壳制造、沉管自密实混凝土浇筑、钢壳沉管自密实混凝土密实度定量检测、钢壳管节长距离浮运安装等。为保障沉管隧道全过程高质量建设、降低工程建设风险、保障项目总工期,提出"标准化、工业化、装配化、智能化、精细化"建设理念,策划深中通道沉管隧道智能建造体系,围绕沉管钢壳智能制造、混凝土智能浇注、智能检测、管节智慧安装及智慧工地建设等方面进行探索和实践。     

钢壳沉管端钢壳三维姿态验收测量技术

在钢壳沉管隧道施工中,钢壳管节浇筑前后的验收主要是对端钢壳进行三维姿态测量,主要包括端钢壳面板(端面板)平整度、端钢壳横向垂直度(水平偏角)和竖向倾斜度(竖向偏角),目的是保证沉管精确地沉放安装.根据深中通道沉管隧道端钢壳施工验评标准,要求端钢壳总体测量精度达到mm级,难度较大.为满足测量精度,采用了一种钢壳沉管三维姿...     

基于FAHP-云模型的钢壳混凝土沉管隧道施工风险分析

为补充我国钢壳混凝土沉管隧道施工风险评估体系,运用基于优化LEC法的FAHP-云模型风险评估方法,辨识分析钢壳混凝土沉管隧道施工风险。通过运用AHP法建立钢壳混凝土沉管隧道施工结构模型,采用模糊层次分析法确定各指标权重,使用MATLAB云模型检验权重值的有效性并计算期望值。通过优化的LEC法计算指标层的风险源风险等级,运用MATLAB云模型确定风险等级的指标期望值。基于模糊层次分析法确定钢壳混凝土沉管隧道总体风险等级。将评估模型应用于深中通道沉管隧道实例分析,验证该方法的可行性。     

深中通道钢壳沉管智能浇筑台车研制及应用

深中通道沉管隧道是世界首例采用钢壳混凝土复合结构的双向八车道沉管隧道,钢壳制造完成后浇筑免振捣自密实混凝土完成管节预制,其中单个标准管节隔仓数量约2200个,混凝土用量约2.9万m3,非标准管节隔仓数量近2000个,混凝土用量最大约2.5万m3.隧道东侧(深圳侧)的4节标准管节和6节变宽非标准管节由S08合同段承担,在...     

深中通道首节约6万t钢壳沉管完成浇筑并纵移成功

<正>2019年12月10日,粤港澳大湾区重大战略项目深中通道隧道工程首节钢壳沉管完成浇筑,并顺利攻克沉管纵移难题,将沉管移至浅坞区进行下一步作业,为海底沉管隧道安装打下了坚实基础。深中通道沉管隧道首节沉管浇筑后总质量约6万t。首节沉管混凝土浇筑及纵移成功,攻克了该项目钢壳沉管混凝土施工关键技术难题,标志着深中通道隧道工程钢壳混凝土沉管正式进入流水线生产。同时,E1作为连接人工岛和海底隧道的首节沉管,也为跨海通道海底安装开启了重要一步。按     

钢壳沉管自密实混凝土浇筑质量控制

针对钢壳沉管自密实混凝土技术,从混凝土的质量控制指标、配合比设计及施工质量控制要点等进行探讨,以达到自密实混凝土浇筑质量控制的目的,确保深中通道钢壳沉管隧道管节预制质量,同时对钢壳沉管脱空检测及缺陷修补进行了探讨,为国内同类工程建设提供实践经验.     

港珠澳大桥沉管最终接头临时主动防水系统中M型止水带的应用

在港珠澳大桥沉管最终合龙对接中,钢壳混凝土结构的最终接头安装是沉管合龙的关键。创新研发的临时主动防水系统是最终接头的重要组成部分,其中M型止水带对该系统的作用和最终接头结构刚接至关重要。本文详细介绍M型止水带在该工程中的应用以及优化空间,可为同类工程借鉴。     

最终接头本体施工工艺与质量控制简述

港珠澳大桥沉管最终接头是沉管隧道贯通的关键结构,为了确保施工作业安全和施工质量,创新地选择了整体主动止水结构最终接头,具有快速、可逆、无潜水作业的施工特点。最终接头本体结构由外包钢壳和内部高流动性混凝土组成,为国内首创钢壳三明治复合结构,是世界沉管隧道建设史上全新的施工工法,将水下施工转变为工厂预制和管内施工,是一种有效提升质量和工效的方案。文章对最终接头本体结构施工工艺及质量控制进行了简要介绍。     

工厂法曲线沉管预制测量技术

以港珠澳大桥曲线沉管预制为例,通过对控制网、钢筋、模板、预埋件、顶推及端钢壳等项目的测量,简要叙述曲线沉管预制测量技术,为后续相关工程提供经验。     

深中通道钢壳沉管自密实混凝土拌合物泵后性能评价及预测模型研究

为保证钢壳沉管自密实混凝土的入舱质量,对钢壳沉管E1—E4管节现场泵后的自密实混凝土拌合物性能进行取样测试,基于灰色关联分析、支持向量机和贝叶斯推断,对影响钢壳沉管自密实混凝土拌合物泵后性能关键参数的敏感性进行评价,同时建立自密实混凝土拌合物泵后性能预测模型。结果表明:1)泵送距离、弯头数量、输送时间和环境温度均与钢壳沉管自密实混凝土拌合物的泵后性能(入模温度、扩展度、V漏斗流动时间、L型仪H_2/H_1及含气量)存在关联性,且敏感性大小为环境温度输送时间弯头数量泵送距离; 2)经过工程实际验证,建立的支持向量机非线性预测模型和贝叶斯线性概率预测模型的精度均较高且具有较好的鲁棒性; 3)支持向量机非线性预测模型的预测精度要高于贝叶斯线性概率模型,而贝叶斯显式概率模型的实用性强于支持向量机隐式模型,此2类预测模型的结合使用,成功指导了深中通道钢壳沉管自密实混凝土后续管节的施工质量控制。     

沉管隧道两种结构型式：——钢结构和混凝土结构特点的比较

本文通过参考钢壳管段隧道和混凝土管段隧道的不同实例，比较说明了沉管隧道这两种主要结构型式的特点。文中涉及了美国和西欧在北方面实践上的特点，并建议可以采用一种更为普遍的方法。沉管隧道有两种基本类型，为表述本文，在此称之为“钢壳管段”和“混凝土管段”。由于每种类型都存在许多变形，因此这两种称法都非完全恰当；不过，这两种表达非常简便而且能够充分显示两种类型之间的差异。这两种类型之间的直接区别是其管段制作     

深中通道钢壳沉管管节自密实混凝土智能化浇筑工艺

为解决深中通道钢壳混凝土沉管管节预制过程中混凝土性能控制难度大及管节浇筑参数控制严格等难题，节约人工成本和提高施工效率，针对深中通道沉管管节特定的结构型式，结合预制场选址条件，因地制宜地提出钢壳沉管自密实混凝土智能化浇筑工艺。该工艺在研制智能浇筑台车和折臂布料机的基础上联合“BIM+物联网+智能传感”的信息化和自动化技术，实施效果表明，钢壳沉管自密实混凝土智能化浇筑工艺减少了浇筑过程中人为因素引起的质量风险及机械伤害，有利于提高管节预制质量及降低施工安全风险。     

南京长江第五大桥钢混组合塔钢壳制造关键技术

南京长江第五大桥主桥为(80+218+600+600+218+80)m组合梁斜拉桥,钢混组合塔主要由钢壳、钢筋和混凝土组成。双壁异形箱形钢壳壁板薄,焊接变形大,引入"附筋"理念,将钢筋加工和直螺纹套筒连接作为钢结构制造的一部分,增加了钢壳制造安装难度。针对BIM技术应用、1∶1木质模型检验和足尺模型试验中发现的问题,采用钢壳板单元制造、组拼精度控制、"1+1"立式预拼方式等技术,提高钢壳制造与安装质量。对比4种竖向钢筋连接技术方案,选用"带圆钢管槽钢+螺母定位与竖筋样板定位结合法",解决竖向钢筋直螺纹套筒连接难点。节段预拼装测量中采用多种有效检查方法,实现桥位的安装精度目标。     

钢壳混凝土沉管抗剪连接件力学特性研究

钢壳混凝土沉管隧道中抗剪连接件结构体系的设置是隧道建设施工的关键技术问题。依托深中通道项目，采用试验和数值分析相结合研究方法考虑抗剪连接件脱空、受力状态、开孔参数对钢-混凝土连接性能的影响，得到三因素影响下剪力-滑移曲线的差异以及连接件承载力、刚度以及腹板曲率的变化规律；通过有限元模型对脱空与非脱空连接件进行数值计算，分析混凝土压力、拉压应力变化和剪应力变化的规律，得到3种模型下脱空与非脱空承载力和刚度的衰减特征；基于脱空、受力状态和开孔的影响，建立了考虑三因素影响的抗剪连接件承载力计算方法，并由试验结果验证其可靠性。研究结果为深中通道钢壳混凝土沉管结构合理选择连接件奠定了基础。     

南京长江五桥钢壳混凝土桥塔足尺模型工艺试验

南京长江五桥主桥为主跨600m的中央双索面三塔组合梁斜拉桥,桥塔采用内外钢壳-混凝土组合结构,采用工厂内分节段制造拼装、桥位现场整节段吊装并浇筑混凝土的施工工艺。为验证施工工艺的可行性与适应性,开展桥塔足尺模型工艺试验,重点进行钢壳吊装定位、钢筋现场连接、钢壳节段间环缝焊接和混凝土浇筑工序,并测试混凝土的工作性能及温度、应变变化规律。结果表明:钢壳节段制造及桥位施工所采用的工艺方案总体可行;钢壳节段现场吊装及混凝土浇筑等作业基本反映实际情况;混凝土温度仿真计算结果与实测值相吻合,能够指导实际施工;混凝土内部变形基本均匀。     

深中通道工程关键技术及挑战

深中通道工程是我国继港珠澳大桥之后又一个世界级集桥、岛、隧、水下互通立交为一体的跨海交通集群工程。工程面临着建设条件复杂、超宽钢壳混凝土沉管隧道设计与建造、超宽变宽隧道运营安全、离岸海中悬索桥设计与施工、堰筑段深基坑及东人工岛近接影响等多种挑战。本文在对深中通道工程面临的建设挑战进行详细梳理的基础上,按照问题导向、需求引领、吸收借鉴、创新提升、资源整合、高效组织的原则,对深中通道主要工程单元面临的关键科学问题与关键技术问题进行提炼与归纳,针对海洋环境超宽特长钢壳混凝土沉管隧道建设关键技术、饱和交通下钢壳沉管和互通隧道火灾防控及智能交通管控关键技术、离岸海域大型桥梁多灾害极端作用及安全性能控制研究、跨海集群工程全寿命管理及耐久性保障关键技术、跨海集群工程智能建造关键技术、起伏风化岩人工岛成岛及海域互通立交建设关键技术6大课题分别开展研究及创新规划,给出主要研究内容及创新点,形成详细的创新规划实施方案。     

深中通道隧道工程首个钢壳沉管顺利完成下水作业

正2020年4月12日,粤港澳大湾区"硬"联通重大战略项目——深中通道隧道工程首个钢壳沉管,从浅坞区缓缓横移至深坞区,顺利完成下水作业,为接下来的沉管隧道安装打下了坚实基础,也标志着深中通道项目建设迈上一个新台阶。深中通道是集"桥、岛、隧、水下互通"为一体的超大型跨海交通基础设施,沉管隧道全长达到6. 8 km,由32个管节加1个最终接头"搭积木"连接而成,为世界首例双向8车道海底沉管隧道,其标准管节长165 m、宽46 m、高10. 6 m。首个浇筑完成的E1管节为非标准管节,长123. 8 m,质量达6万t。     

钢壳-混凝土组合沉管结构抗剪试验

深中通道隧道段采用钢壳-混凝土组合沉管结构(简称SSC组合结构)作为其主结构,隧道横断面抗剪性能成为该结构关键问题。为揭示该结构抗剪机理,基于深中通道沉管顶板局部构造及尺寸,以钢隔板间距、钢腹板间距为变化参数,设计3个缩尺比例为1∶2.5的SSC组合结构试件,开展抗剪试验及数值模拟分析。结果表明：与钢壳格室长高比2.20的试件相比,长高比1.10的试件抗剪极限承载力提高约21.3%;与格室宽高比1.88的试件相比,宽高比0.94的试件单宽抗剪承载力提高约43.4%,减小钢腹板间距、隔板间距能够提高SSC组合结构抗剪承载力;格室长高比2.20的试件破坏为混凝土腹部出现多条从支点到加载点的对角斜裂缝,并伴随加载点和支点处局部混凝土压溃;长高比为1.10的结构破坏为近跨中格室混凝土对角斜压破坏;SSC组合结构抗剪承载力主要由钢腹板和混凝土两部分分担,当长高比从2.20减小至1.10时,钢腹板分担的剪力几乎不变,但混凝土主压应变角度从约29.4°增大至约37.6°,混凝土分担剪力明显增加;钢腹板间距减小后,靠近腹板40%～50%截面高度范围内混凝土的主压应力增大,该范围以外的应力基本不变,表明...     

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。