水中悬浮隧道研究现状

水中悬浮隧道是在水中穿越江河湖海的新型构筑物,具有其他水下隧道不可比拟的优势.介绍了悬浮隧道的研究历史、在结构分析方面的研究概况以及需要研究的重大课题.     

悬浮隧道实验工程研究

悬浮隧道借助水的浮力承载,是跨越更深和更宽水域的绿色桥梁,是连接未来漂浮城市与岛屿和大陆之间的通道,是地球可持续问题的工程解决方案的关键一环.然而,世界至今尚未建成一例.随着全球气候变暖、海平面加速上升与人口持续增长,建造实验工程的意义渐显重大.文中首次系统、全面地提出了悬浮隧道实验工程的建造方法,选址在弱水动力环境的...     

琼州海峡航标配布优化方案的研究

文中介绍了琼州海峡的自然条件,详细分析了船舶交通状况和航标配布现状,提出了改善琼州海峡船舶交通状况的航标配布优化方案。     

双管悬浮隧道水动力性能试验

利用波流水槽构建双管悬浮隧道（SFT）节段模型,对其水动力性能进行试验研究,详细研究其在波流环境下的水动力性能,并将所得结果与传统单管SFT的水动力性能进行对比。结果表明：随着波浪周期的增加,双管SFT没有出现明显的峰值,运动曲线保持平稳状态,原因可能是双管SFT结构的基频得到提升,有效避开了常规波流载荷共振的能量密集区;与传统的单管SFT相比,无论是波流联合作用,还是波流单独作用,双管SFT在横荡、垂荡和横摇方向上的运动响应和锚索缆力幅值均更小,安全平稳性更好,且随着波高的增加,该效果越明显。研究结果可为SFT和其他类似工程的开展提供参考。     

海流作用下悬浮隧道缆索的运动响应

考虑参数激励频率,利用涡激振动方程,应用伽辽金和龙格库塔数值积分法,计算出不同流速下参数激励对缆索1阶振动的影响;进一步计算隧道—缆索耦合作用下缆索的振动响应。计算结果表明参数激励为缆索固有频率2倍时,缆索响应最大;隧道对缆索振动有明显的抑制作用。     

中国南海波浪作用下悬浮隧道运动响应研究

通过采用光滑粒子法求解弱可压流体运动方程,建立波浪-悬浮隧道-系泊系统全耦合时域分析模型,研究波浪对悬浮隧道耦合作用下的动力响应。基于中国南海实测海洋环境数据,对波浪作用下悬浮隧道的整体受力、运动响应及系泊受力进行研究。结果表明：受雷诺数影响,隧道受到的波浪力与波浪强度呈非线性关系;系泊缆与海床夹角越小,隧道的纵摇幅值越小;当角度为45°时,隧道运动性能及系泊缆受力能够达到较好的平衡状态。研究结果能为悬浮隧道选型及系泊系统设计提供参考。     

洋流作用下悬浮隧道动力学行为试验研究

本研究根据相似准则和试验条件设计试验模型。在试验模拟的1节悬浮隧道管段上分别布置2组和3组锚索支撑,测试在不同流速条件下,悬浮隧道管体结构的环向应变、轴向应变及张力腿锚索的轴力。根据试验结果,初步分析悬浮隧道应力的空间分布特征和张力腿的轴力情况;给出在相同环境条件下,张力腿锚索数量对结构应力的影响、洋流速度对悬浮隧道管段结构变形和张力腿轴力的影响关系等。     

水中悬浮隧道受撞击作用的数值分析

针对水中悬浮隧道在偶然状况下受到的潜艇撞击问题,文章采用流固耦合方法,建立了撞击作用下浮筒式悬浮隧道的有限元动态模型,分别撞击跨中、隧道四分之一跨、浮筒,分析隧道变形、撞击力、连接钢管拉杆力、隧道端部约束力、隧道动能情况。结果表明:撞击作用下,隧道整体变形明显,结构内力大。不同撞击位置处,悬浮隧道在水下的结构变形和受力行为区别明显。对此,有必要考虑撞击位置进行悬浮隧道的抗撞击设计。     

悬浮隧道水动力问题研究概述

悬浮隧道作为一种新型的跨水域交通方式近年来引起各国学者广泛的关注,文章在介绍悬浮隧道研究背景与各国发展状况的基础上,首先梳理了悬浮隧道断面形式与管体连接方式的相关研究,分析了不同断面形式的优缺点,概述了管段之间连接、支撑悬浮系统连接以及隧道两端连接的相关成果。文章重点围绕悬浮隧道水动力问题,系统梳理了针对悬浮隧道水动力荷载、不同荷载作用下的运动响应及锚索系统的涡激振动及其抑制问题的研究,最后通过总结前人的研究成果,提出了悬浮隧道水动力研究方面需要进一步关注的问题。     

Morison公式在悬浮隧道波浪荷载计算中的运用研究

水下悬浮隧道是一种悬浮于水中的大型跨海交通工程,作为一种全新的水下结构,其在设计、施工、运维等阶段仍存在很多亟待解决的工程问题。以某工程案例为依托,采用Morison公式计算了悬浮隧道的波浪荷载,将计算结果与数值模拟的结果进行对比分析,验证了该方法的可行性,并对涉及计算的各计算因素进行了敏感性分析。结果表明:Morison公式与数值模拟的计算结果相差较小,采用Morison公式计算较为简单,适合在工程项目中推广使用;在一般的工程条件范围内,速度力系数C_D、海洋生物生长厚度等因素对计算结果影响不大;而惯性力系数C_m和是否考虑结构不同位置的波浪相位差对计算结果影响较大,实际工程运用中应予重点关注。     

悬浮隧道管体运动对锚索涡激振动的影响

根据锚索式悬浮隧道的运动特性,将锚索假设为两端铰接的非线性梁模型,在海流作用下,锚索会产生顺流向与横流向的涡激振动。当海流方向和管体轴向存在夹角时,管体运动可简化为作用在锚索上部端点的质点运动,并将质点运动沿锚索坐标系方向逐一分解。根据Hamilton原理建立锚索三向振动方程,并通过Galerkin方法和Runge-Kutta方法对该方程进行求解,选取典型悬浮隧道的结构进行数值分析。结果表明：当锚索上部端点的输入频率与锚索固有频率的比值为整数时,锚索会发生共振现象;如上部端点除锚索轴向方向外的某一方向质点运动与锚索振动方向一致,则锚索在该方向上的振动会出现显著变化,而对另一方向振动的影响较小;在多数情况下,锚索振动平衡位置的偏离与上部端点所输入的运动频率有紧密联系,但与幅值联系不大。     

正向规则波作用下悬浮隧道时域全局动力分析

应用Morison方程和有限元法,将悬浮隧道管体假定为与岸坡固定的Euler-Bernoulli梁结构,通过将锚索与悬浮隧道管体、海底平面铰接,实现了锚索、悬浮隧道管体以及岸坡三者之间的动力学耦合,将线性波浪理论应用于Morison方程计算波浪荷载,在时域内采用Newmark-β隐式时间积分法迭代求解悬浮隧道的运动控制方程,进而构建了水下悬浮隧道的三维动力学耦合数值模型。研究结果表明：在长周期波主导的海域,适当增大水平方向的系泊刚度,将有利于控制悬浮隧道整体的位移幅值;隧道近岸处的锚索由于边界条件的影响,在波浪条件下将承受更大的张力,工程中应适当增加或加粗近岸端部锚索,排除安全隐患;悬浮隧道的锚索布置间距宜固定在250～300 m的范围内。     

不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应试验

为研究不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应,设计对应的节段模型试验,分析考虑随机波作用的3种锚泊方式悬浮隧道的动力特性。根据相似准则,考虑波流水槽的尺寸,设计几何比尺为1∶150的物理模型试验。将数值模拟结果与试验结果相对比,验证试验结果的准确性和可靠性。开展不同工况下的模型试验,分析随机波作用下3种典型锚泊方式悬浮隧道管体结构的横荡、垂荡和横摇运动响应,以及锚索的受力情况。研究结果表明：锚泊方式1的抑振能力最差,锚索缆力最大,安全性最差;锚泊方式2在垂荡方向上具有较好的抑振能力,锚索缆力比锚泊方式1小;锚泊方式3在横荡、纵荡、横摇运动响应和锚索缆力方面的表现均较佳,安全性更好。该研究可供悬浮隧道工程及其他类似工程的锚泊设计提供参考。     

随机波流作用下不同截面形式悬浮隧道的动力响应

悬浮隧道是一种用以跨越长深水域的新型交通结构物,其动力响应是评价其安全性的关键性指标。不同截面形式悬浮隧道具有不同的水动力特性,为研究不同截面形式的悬浮隧道在海洋真实随机波浪及均匀流荷载环境下的动力响应,基于势流理论建立悬浮隧道有限元模型。为了验证计算理论的准确性,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明,该计算理论具有较高的准确性,可用于进一步的悬浮隧道动力响应分析。对不同截面类型悬浮隧道在不同工况下动力响应进行分析,结果表明：椭圆形截面悬浮隧道对波流的敏感性最高,安全性最差;矩形截面与八边形截面在大多数情况下的动力响应较为接近,但八边形对于有义波高的敏感性更高一些。研究结果可为悬浮隧道建设提供有效的建议。     

狮子洋隧道建设方案探讨

狮子洋隧道是广深港客运专线全线的重点和难点工程,确定为控制性工程,是国内第一条铁路水下隧道,也是国内第一条采用盾构法修建的最长隧道。本文主要对隧道工程的地形地貌、河势及水文情况进行分析,重点阐述工程纵断面特点及建设规模控制难点,进行对比分析,提出决策方案。     

波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应

为研究波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应,运用ANSYS/AQWA软件建立悬浮隧道及其锚泊系统的有限元模型.通过单元生死功能和时控法模拟锚索破断行为,对比分析不同波流条件对悬浮隧道局部锚索破断动力响应的影响.研究结果表明:锚索破断之后,会对剩余锚索产生冲击效应,缆力瞬态增量随着与破断位置距离的增加而逐步递减;规则波、均匀流和锚索破断作用引起的悬浮隧道动力响应具有不同的特征,规则波主要引起结构产生周期运动,均匀流主要引起结构产生大幅偏移和低频运动,锚索破断主要引起结构产生冲击效应和高频振动;锚索破断之后,剩余结构的阻尼增大、刚度降低,导致锚索破断前后的结构运动行为出现明显的不同.     

考虑多场耦合的碰撞载荷下水中悬浮隧道动力响应

水中悬浮隧道通过系泊系统使其悬浮在水下一定深度处,与潜器的碰撞可能会使隧道结构产生较大运动响应,呈现大幅度的非线性位移,会使隧道失去原有的稳定性甚至对隧道安全性产生较大的影响。因此,本文开展考虑多场耦合场景下碰撞载荷作用下,水中悬浮隧道的运动响应研究。通过与文献中试验结果的对比分析,验证数值模型的有效性。建立水中悬浮隧道及其系泊系统的三维运动模型,同时通过Abaqus建立水中悬浮隧道的碰撞场景与STAR-CCM+进行双向耦合联合仿真,开展水中悬浮隧道被潜器撞击后的运动响应研究,并分析不同碰撞场景下水中悬浮隧道的运动响应变化规律。     

三叶式后掠桨用于悬浮聚合时的搅拌特性和设计原则

搅拌条件对于悬浮聚合制备珠体粒径的控制十分重要。三叶式后掠桨具备较合适的剪切循环比,可使物料呈现稳定、均匀的整体循环,从而使聚合物的粒径、粒度控制在一个比较理想的范围。本文通过悬浮聚合成粒机理论述了三叶式后掠桨用于悬浮聚合时的优良特性,并且介绍了设计的一般原则。     

瓦斯隧道施工通风系统的可行性计算

瓦斯含量超过50%,会使人窒息死亡。瓦斯在新鲜空气中爆炸下限为5%～6%,上限为14%～16%,瓦斯含量在7%～8%时最易爆炸。瓦斯隧道施工的通风至关重要。     

帽檐式钢架在隧道拱顶塌方处理中的应用

以新建合福铁路客运专线闽赣Ⅱ标段棋盘山隧道进口拱顶坍塌处理为实例,详细介绍超前小导管加帽檐式钢架组合超前支护的处理方法。该方法充分利用施工现场现有的机械设备和材料,快速安全地穿越坍塌段,对类似工程有一定借鉴作用。