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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

复杂环境下沉管隧道接头渐进破坏模式探析

海底沉管隧道所处海床的地质与水力条件恶劣、受力情况复杂,接头部位易发生病害.复杂环境下不良地质与不利荷载共同作用下海底沉管隧道接头渐进破坏模式的研究目前处于起步阶段,通过广泛调研将沉管隧道接头病害分为接头错位、止水带破损、剪力键破坏、接头渗漏水等类型,并系统分析了具体成因,结合深中通道沉管隧道工程地质、水文、气象条件等...     

沉管隧道节段接头作用机理及构造形式探讨

节段式管节是一种适宜于深厚软土地层的沉管隧道结构,通过对节段式沉管隧道的接头构造进行分类研究,着重探讨了节段接头构造类型、功能及其作用机理。为保证节段式沉管隧道的接头构造能达到预期的密水性和可靠耐久性,提出了止水带的安装技术要求。     

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。     

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。     

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。     

港珠澳大桥岛隧工程建设的科技创新和运营后应关注的若干问题

针对当年为何在港珠澳大桥东侧主航道海域选用海底巨型沉管隧道,而摒弃不用桥梁或盾构隧道方案进行了阐释。总结了港珠澳大桥岛隧工程建设中几项位居国内外领先水平的创新科技,包括构筑人工岛时采用自稳式的巨型钢质圆筒作为施作基坑围护结构,大面积、超深度"挤密砂桩复合地基"加固处理技术,采用"半刚性管段接头","三明治"式钢-钢筋混凝土组合结构倒梯型最终接头,钢筋混凝土沉管结构的控裂和防腐耐久性设计,中国智慧、中国速度的建造技术,等等不一而足。指出了大桥沉管隧道在运营期间应关注的若干技术问题:1)大桥通车后,沉管隧道后续的工后沉降和差异沉降量是否会进一步发展?最终的收敛值又将有多大?如果超限,又应作何种管控对策? 2)如果发现有大/小管节/管段的接头张开,又该怎样应对处理?如何确保设计预期的沉管各节段间大小接头都要求做到"滴水不漏"?并提出了一些建议及管控对策:1)如果大接头工后沉降(尤其是差异沉降)超限,建议采用深水下的"微扰动注浆"进行后处理; 2)如果接头在底板处有因正弯矩值过大而张开的不测情况,认为只需截断管段顶板内的部分预应力筋,而使截面正弯矩值降低,即可将接头处已张开的底板接缝重新闭合,达到整治的效果。     

创新型注浆囊袋在沉管隧道不规则抗剪支撑体系中的应用

近年来,随着我国跨江跨海隧道工程的不断增加,沉管法施工得到越来越多的应用。管节接头是沉管隧道中很薄弱但非常关键的环节,管节的不均匀沉降会导致接头的错位与张开,对接头位置抗剪结构的施工造成了极大的不便,也对整个沉管隧道结构受力的安全产生巨大的威胁。一方面,沉管隧道内狭窄的作业空间限制了抗剪结构的施工方法;另一方面,不均匀沉降带来不规则位移,令抗剪结构难以完成刚性连接,抗剪性能面临失效风险。本文依托港珠澳大桥岛隧工程,介绍了创新型注浆囊袋在沉管隧道不规则抗剪支撑体系中的应用,有效解决了施工空间不足及抗剪结构失效的问题,为沉管隧道接头抗剪结构施工积累了宝贵经验。此外,本文为创新型注浆囊袋广泛应用于各类不规则支撑体系设计、施工提供了思路。     

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。     

沉管隧道柔性接头压缩性能研究

柔性管节接头是沉管隧道的重要组成部分，接头的压缩性能决定了沉管接头的水密性能及安全性，但目前针对沉管隧道柔性接头压缩性能的研究相对缺乏，接头压缩性能参数的取值缺乏试验结果的支撑。基于此，以港珠澳大桥沉管隧道为研究背景，设计了几何比尺为1：10的隧道管节和接头模型，并进行了大比尺结构试验和止水带材性试验。通过对沉管隧道管节柔性接头逐级施加轴向荷载，试验获得了接头轴向位移随轴向荷载的变化曲线，并与止水带材性试验结果进行了对比分析，揭示了柔性接头的非线性压缩性能：接头压缩性能受GINA止水带自身压缩性能影响；相比材性试验，结构试验结果中接头压缩量普遍偏小2~3 mm，相对差异可达21%。为了进一步验证试验结果，分别建立了二维和三维止水带有限元模型，通过对比试验结果与有限元计算结果，分析并量化了试验中支座摩擦、止水带长度、形状及其横向约束等对试验结果的影响规律。量化分析结果显示，支座摩擦、止水带长度及横向约束对试验结果影响较小，可忽略不计，但止水带纵向尺寸对结构压缩性能影响较为显著，结果相差最大达到8.8%。最后基于试验结果提出了一种可用于模拟沉管接头压缩性能的简化力学计算模型，亦可应用于其他柔性接头的轴向力学分析。     

沉管隧道管节结构选型

通过分析近年来国内外沉管隧道工程的发展现状,以在建的港珠澳大桥海底沉管隧道为研究对象,对整体式管节与节段式管节开展了管节结构内力、管节及节段接头的受力与变形特性的计算分析,结果表明相比于整体式管节,节段式管节的结构内力降低显著,且管节接头的张开量有所减小,而管节接头的竖向剪力键受力基本相当,局部荷载段的节段接头剪力则较大。综合分析后,认为港珠澳大桥沉管隧道采用180m长的节段式管节结构形式是可接受的,研究结论可为其他同类工程提供参考。     

港珠澳大桥6000 t级最终接头吊装技术研究

港珠澳大桥沉管隧道最终接头是一项复杂的系统工程,其结构组织和施工工艺在国际上均属于首创,无施工经验可寻。最终接头采用吊装的方式进行沉放对接,其吊装重量约为6 000t,是国内交通领域最大的吊装施工,为确保最终接头吊装过程中的稳定性和平衡性,项目部联合多家单位开展最终接头专项吊装技术研究,并成功研发出满足6 000t级超大型构件吊装技术,为后续同类型超大型构件吊装提供了有效的科学依据。     

港珠澳大桥已建隧道达5481m 距隧道全线贯通仅剩183m

正2017年2月19日港珠澳大桥E29沉管实现精准安装。截至目前,港珠澳大桥已建隧道总长达5 481 m,距大桥隧道的全线贯通仅剩183 m。E29沉管位于大桥最终接头西侧,为曲线非标准管节,长171.2 m,由8个节段组成,最后一个节段呈梯形,采用钢帽结构与最     

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。