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。     

深中通道沉管隧道主要建造技术

深圳至中山跨江通道是国家高速公路网G2518跨越珠江口的关键性工程,通过多方案比选,确定了桥、岛、隧组合的设计方案。项目线路全长约24 km,按双向8车道高速公路设计;其中,线路长度为6 845 m的水下隧道采用沉管法建造技术。通过试验研究和分析论证,确定矩形钢壳混凝土组合结构、先铺法基础碎石垫层、水下深层水泥搅拌桩的基础处理等关键技术的技术要求和施工工艺,并研发管节浮运安装一体船等施工专用设备。     

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。     

深中通道超宽钢壳混凝土沉管管节浇筑变形控制

深中通道沉管隧道是目前世界上单节管节最宽同时也是单个行车道孔最宽的公路沉管隧道,建设标准为双向八车道高速公路,部分超宽段甚至超过双向十车道,标准管节宽度为46 m,最宽管节的最大宽度达55.467 m。管节结构采用了在内外双层钢壳内填充高流动自密实混凝土的“三明治”复合结构形式,为此结构形式在中国的首次大规模应用。其管节预制精度要求高,在混凝土浇筑阶段的变形控制要求达毫米级。在混凝土浇筑过程中,为将管节内净空变形控制在10 mm以内,原设计要求在顶板浇筑过程中在管内行车道孔增设临时支撑杆措施。为此,应用精细三维有限元模拟管节的浇筑过程,考虑其三维力学效应及混凝土逐渐凝固后的承载能力,并结合混凝土浇筑布料设备的特点,寻求出满足变形验收条件和兼顾施工效率的最优浇筑顺序,并以此取消管内临时支撑杆措施的制约。最后,该浇筑顺序在首节管节E32(同时也是最宽管节)的浇筑预制中成功应用,实测结果与计算结果吻合,满足验收要求。该技术精准控制了管节浇筑阶段的变形,优化了管节预制和舾装的施工方案,取消了顶板浇筑过程的管内临时支撑杆措施,使每节管节内的一次舾装作业得以提前约1个月启动,并可与墙体和顶板浇筑作...     

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。     

沉管隧道钢壳高流动性混凝土浇筑施工技术

论文基于大量国内外调研和国内现有相关设计标准、规范、研究理论成果的基础上,总结了国内外三明治结构沉管结构设计施工的实践经验。通过大量国外设计施工调研、工艺试验参数论证、可行性检测类型的成套技术咨询,依托港珠澳大桥岛隧工程最终接头施工实例,采用"引进、吸收、转化、创新"的思想制订了一套适合最终接头施工的技术方法。     

深中通道钢壳管节自密实混凝土制备及浇筑技术

钢壳内浇筑的无法振捣的混凝土难以填充密实,尤其是混凝土与顶部钢壳无法密实接触,容易出现大面积脱空等问题。针对这种问题,在确保自密实混凝土工作性能指标满足施工要求的前提下进行配合比设计,配制出具有良好工作性能和体积稳定性能的自密实混凝土;并通过优化浇筑工艺和仓隔设计,实现管节高品质、高工效预制。模型试验结果表明:1)以大掺量粉煤灰和小掺量矿渣粉复掺的胶凝材料体系制备的自密实混凝土,拌合物满足工作性能要求,浇筑后混凝土内部匀质性好、填充密实;2)通过控制混凝土浇筑速率和下落高度,增加仓隔排气孔数量,钢壳与混凝土之间无大面积脱空产生。     

岛隧工程沉管隧道最终接头钢壳混凝土施工技术

基于钢壳混凝土施工在国内属于新工艺,暂无成熟可参考经验,鉴于日本在钢壳混凝土领域研究较完善,故本施工技术主要通过引进、吸收、转化、创新的思想,参考其相关经验和国内规范,通过工艺试验验证确定钢壳混凝土配合比、浇注孔排气孔布置、浇注速度的控制及品质管理等,最终达到合理浇注港珠澳大桥最终接头钢壳混凝土的目的。     

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     

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。     

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。     

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...     

深中通道特长海底沉管隧道应急救援及交通控制策略研究

为解决深中通道特长海底沉管隧道在火灾情况下人、车疏散救援难题,运用Pathfinder和Vissim数值仿真进行沉管隧道内人员逃生和车辆疏散研究,并提出沉管隧道火灾应急救援及交通控制策略。结果表明,沉管隧道匝道路段在烟囱效应影响下人员疏散可用时间较短,需要有效的通风排烟策略及应急救援策略;尽管东、西人工岛及三围互通救援站可满足救援相关时间要求,但火灾情况下人员疏散应采用弃车逃生的方式。基于应急资源配置及应急救援体系提出的应急救援及交通控制策略,能够满足沉管隧道内突发事故下应急救援需求。     

沉管隧道中管廊电缆通道隔断隔墙施工工艺

独立的薄壁混凝土结构在现代工程中由于其工序的繁琐、精度和成品质量控制难度大,逐渐被预制装配化施工替代。港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道中管廊电缆通道隔断隔墙因其位置的特殊,预制装配化施工难度较大,故仍采用钢筋混凝土现浇而成,使其与沉管隧道本体连接,在恶劣的环境下为沉管隧道打造了一条完美的海底脊梁。     

自航式双体船拖带沉管航道尺度分析研究——以深中通道沉管隧道为例

在受限水域内,针对带DP(dynamic positioning)动力定位系统的自航式双体船拖带沉管浮运航道的尺度,现行规范中没有可参照的设计原则和依据。为解决工程中存在的航道设计类似问题,结合航行模拟和计算,在总结分析现有技术资料和航道设计方法的基础上,提出采用复式航道设计的理念,根据船型、航道地质情况、航速等技术参数进行综合分析和计算,并采用模拟航行的方式,建立复式航道的设计原则和方法,得出航道设计过程中的关键技术影响参数。采用复式航道可以保障沉管和船舶行驶安全,也可有效降低受限水域航道开挖的疏浚量,对生态和海洋环境的保护起到了积极促进作用,同时可以实现资源的有效利用,节约环保,达到了预期的设计和使用效果。     

挖掘机定深系统在深中通道沉管隧道减载沉箱基床整平施工中的应用

为解决深中通道西人工岛岛隧结合部E1管节顶部减载沉箱基床整平施工中,因潮位低、流速大、施工条件错综复杂造成的水下人工整平存在的安全风险问题,研究开发挖掘机搭载GPS等自动定位测控系统进行减载沉箱碎石基床整平。该系统通过GPS、双轴倾斜仪计算获得驾驶室的位置、姿态,再通过各个摆臂上的单轴倾斜仪计算获得各个摆臂、挖斗的位置和姿态,以指导驾驶员进行基床整平施工。采用该系统对碎石基床整平后,碎石基床高程验收最大值为+4.2 cm,最小值为-3.5 cm,达到了设计及施工要求,提高了碎石基床整平精度。