大型沉管隧道管节接头刚度特性研究

沉管隧道管节接头具有调节沉管隧道受力性能以及适应隧道不均匀变形的功能,在隧道运营中起着非常重要的作用。文章以港珠澳沉管隧道管节接头为研究对象,建立了管节接头刚度的三维非线性有限元计算模型,对管节接头的受力变形特征进行了分析,分别得到了管节接头轴向压缩刚度、弯曲刚度与轴向压缩荷载、压缩弯矩之间的变化规律。结果表明:轴向压缩刚度随轴向压缩荷载增大而增大;轴向弯曲刚度随轴向荷载增大而增大,但在相同轴压下,弯曲刚度随弯矩增大而减小。此外,结合管节接头模型试验进一步研究了管节接头轴向压缩刚度和弯曲刚度的变化规律及影响因素,并对比分析了有限元计算结果与模型试验结果,模型试验得出的接头刚度变化规律与有限元模拟结果一致。研究得到的管节刚度对沉管隧道整体计算研究具有重要参考意义。     

考虑地基刚度不均匀影响的沉管隧道接头变形分析

沉管隧道接头是整个结构中最薄弱的环节,其刚度及变形特征对结构安全至关重要。当隧道下卧地层刚度不均匀时,接头变形将更加复杂,因此有必要对沉管隧道在不均匀地层条件下的接头特性进行深入分析。文章基于某沉管隧道工程,建立了三维精细化有限元模型,进行沉管隧道接头部件分析计算,对钢剪切键及混凝土剪切键的力学特性进行了深入研究,得到其剪切刚度取值。之后利用上述研究成果,建立三维壳-弹簧沉管管节模型,对隧道整体变形情况进行分析。考虑地基的不均匀性,进行多工况计算,分析沉管隧道接缝变形情况,验证接头结构的可靠性。     

基于有限元-无限元的沉管隧道三维动力响应分析

随着沉管隧道修建越来越多及近年来全球地震活动频发,沉管隧道及其接头在地震作用下的抗震性能成为目前研究的一大热点。文章立足于广州洲头咀沉管隧道工程的实际背景,基于ABAQUS软件有限元-无限元相结合的方法建立了沉管隧道-接头-场地土的三维实体模型,并通过在模型基底输入El Centro地震动时程,研究了不同接头连接刚度条件下沉管隧道不同接头处的动力响应特性。计算结果表明:隧道反应基本上呈对称分布,接头连接刚度越大,接头的内力(轴力、弯矩)也越大。在进行沉管隧道设计时,可以通过采用适当的接头刚度来控制接头的内力。     

沉管隧道节段接头剪力空间分布规律研究

为研究沉管隧道节段接头剪力键剪力沿纵向与横向的空间分布规律,文章以地基差异沉降作为试验控制变量,在沉降试验平台上进行了1∶4.69的大比尺沉管节段接头模型试验。同时,在考虑剪力键橡胶垫双线性材料特性及与沉管节段之间、节段与土体之间接触效应的情况下,开展了沉管隧道节段的足尺三维数值模拟。通过模型试验结果与数值模拟结果的对比分析,表明:节段接头剪力键横向剪力分布存在不均衡性,单纯按剪力键榫与剪力键槽接触面积或平均分配接头剪力的设计方法存在一定缺陷;沉管隧道节段接头剪力沿纵向均呈开口向上的二次曲线左半部分的形态进行传递,但随着差异沉降的增大,剪力的衰减速率也在增大;纵向差异沉降时,节段接头剪力影响范围为3个节段;横向差异沉降时,节段接头剪力影响范围为4个节段。相关研究方法与成果可以为沉管隧道接头研究及剪力键设计提供参考与依据。     

超长沉管隧道大型模型试验设计与应用

文章结合港珠澳大桥沉管隧道工程实例,采用局部相似装配式剪力键方案,对超长海底沉管隧道在不均匀沉降及不均匀荷载作用下的节段接头作用机理进行了研究。经材料配比与模型制作,进行了1:4.69的大型沉管节段模型试验;沉降模型试验平台经技术改造,能够满足试验过程中的模型搬运、对接、加载、复位等功能;控制试验平台底部千斤顶的差异沉降,可以模拟沉管节段接头纵向与横向的不均匀变位;采用钢筋计及压力盒对沉管结构钢筋应力、沉管结构与土体的接触压力进行测试,采用电阻应变花和光纤光栅应变花对剪力键表面及内部的应变进行测试。通过对所得试验数据的初步分析,得到了节段接头剪力键剪应力随差异沉降及剪应力沿沉管横截面的分布规律。     

静力作用下沉管隧道三维数值模拟

沉管隧道纵断面结构计算常采用弹性地基梁或弹性地基板法,但这些方法较难真实模拟沉管隧道的受力情况,特别是接头的受力情况。文章以三维实体单元出发,引入适当的假设,对沉管隧道静力作用下的受力、位移,特别是接头受力情况进行了详细的模拟分析,对沉管隧道结构纵向计算做了有益的探索,对类似工程有较强的指导意义。     

沉管隧道管段接头防水研究--数值模拟分析

从沉管隧道施工的特点可知,管段与管段之间的接头防水十分重要,若接头之间水密性不能得到保证,会危害整条隧道的安全使用.文章通过沉管隧道管段接头首道防线,也是最重要防线的GINA止水带的数值模拟研究,对GINA止水带不同压缩量下的防水能力、压缩剪切情况下的防水能力及耐久性等情况进行了模拟、计算、分析.望对今后类似的大型沉管隧道管段接头的设计、施工有所帮助.     

深层调蓄排水盾构隧道管片接头预埋件抗拉试验三维数值模拟研究

文章基于上海市深层调蓄排水盾构隧道管片接头预埋件抗拉试验进行数值模拟,研究适用于该隧道管片接头力学性能分析的数值方法。通过应用混凝土塑性损伤模型及非线性弹簧,建立了考虑接头预埋件的复杂形状和混凝土与锚筋粘接滑移作用的三维精细化数值模型。另外,单独建立三种不同精细化程度的预埋件模型并进行简单加载,通过比较计算结果并综合考虑计算花费时间与计算精度,确定了整体模型中所采用的预埋件简化形式。混凝土与锚筋之间采用非线性弹簧约束模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移作用,并且建立了锚筋与混凝土之间采用绑定约束和面-面接触的对比模型,三类模型均按照试验工况进行加载,并将数值计算结果与试验结果对比。结果表明,相比较于"面-面接触模型"及"绑定约束模型",考虑钢筋混凝土粘结滑移作用的"非线性弹簧模型"与试验结果更加吻合,模型也能很好地反映结构的破坏模式,本文采用的三维精细化建模方法适用于该类纯拉拔试验。     

沉管隧道结构耐火保护技术数值模拟研究

沉管隧道由于其结构特殊性,空间密闭,存在管节及节段接头,一旦发生火灾,给人员安全带来威胁的同时也会对隧道结构造成严重破坏。本文从数值模拟方面,分别针对沉管隧道局部1∶1结构、管节接头,在RABT升温曲线下,不同厚度防火板保护下模拟受火2h,进行了模拟计算,并对计算结果分析,通过分析可为以后相关科研及实际应用提供参考。     

沉管隧道结构耐火保护技术数值模拟研究

沉管隧道由于其结构特殊性,空间密闭,存在管节及节段接头,一旦发生火灾,给人员安全带来威胁的同时也会对隧道结构造成严重破坏。本文从数值模拟方面,分别针对沉管隧道局部1:1结构、管节接头,在RABT升温曲线下,不同厚度防火板保护下模拟受火2h,进行了模拟计算,并对计算结果分析,通过分析可为以后相关科研及实际应用提供参考。     

襄阳汉江沉管隧道设计关键技术北大核心CSCD

基于襄阳汉江沉管隧道的工程设计实践,针对该隧道强冲刷、强透水地层深厚、防洪要求高等特点,对隧道平纵布置、管节及接头止水结构、干坞选型及结构、沉管基础及回填、沉管最终接头及对接端止水结构等进行了研究。结果表明:(1)内河沉管隧道采用长距离双轴线干坞布置方式,通过格形地下连续墙、超深落底式帷幕、地下连续墙预应力锚索垂直支护和混凝土封底组合技术解决了强透水地层深基坑支护及隔水难题;(2)采用全断面顺浇技术进行整体式管节预制,实现了管节接头止水设施的全国产化;(3)在内河沉管隧道采用高精度浮式整平先铺卵石基础,并提出了强冲刷区管顶防冲保护解决方案;(4)采用了不设独立止推构造的陆域最终接头,并针对工程需求设置了大直径锁口钢管桩配合外侧止水墙的对接端支护结构及分片整体吊装双壁钢围堰二次止水结构。     

临时垫块支撑对沉管隧道结构受力影响的研究

在软土地区施工沉管隧道时,在基础层下添加临时垫块会造成管段内壁开裂等不利影响。基于此,文章采用MIDAS GTS软件对沉管隧道有垫块支撑和无垫块支撑工况进行了数值分析,并将两者的理论值进行了对比分析。分析结果表明:与无垫块支撑工况相比,在有垫块支撑位置处的管段弯矩值增加了近1倍,表明设计配筋偏危险;临时垫块的设置会使管段出现支点效应,对其运营期的内力分布影响较大,同时该处结构上部受拉,易出现裂缝;提出的有垫块支撑情况下管节纵截面的修正计算模型,具有一定可靠性,可为将来沉管隧道结构设计提供理论依据。     

上海外环沉管隧道设计（十一）——管段接头设计

介绍上海外环沉管隧道管段间柔性接头构造特点以及最终接头的设计思路和方法,重点对管段接头预应力钢拉索的设计、试验和安装方法进行论述,希望能为今后同类型隧道的设计施工提供有益的借鉴。     

大直径盾构隧道管片接头抗弯性能研究

基于我国沿海地区大直径盾构隧道的结构形式,根据接头实际受力特点,运用理论分析方法提出了大直径盾构隧道接头的抗弯刚度计算公式,并将其计算结果与上海盾构隧道接头抗弯试验结果进行了分析对比,结果表明本计算结果与试验值具有良好的吻合性.通过对目前几种常用管片、接头受力分析模型进行的比较也显示,此抗弯刚度计算方法运用到梁-弹簧模型中能够较好地预测与评价我国沿海地区大直径盾构隧道管片、接头的受力特点,对管片、接头结构设计有一定的参考价值.     

襄阳汉江沉管隧道设计关键技术

基于襄阳汉江沉管隧道的工程设计实践,针对该隧道强冲刷、强透水地层深厚、防洪要求高等特点,对隧道平纵布置、管节及接头止水结构、干坞选型及结构、沉管基础及回填、沉管最终接头及对接端止水结构等进行了研究.结果表明:(1)内河沉管隧道采用长距离双轴线干坞布置方式,通过格形地下连续墙、超深落底式帷幕、地下连续墙预应力锚索垂直支护...     

沉管隧道节段接头剪力键受力阶段与沉降控制标准研究

当沉管隧道节段下部的地基由于荷载或地层因素产生差异沉降时,剪力键是抵制节段接头张开与扭转的主要受力构件,也是接头防水的重要结构保证。文章在1∶4.69大比尺模型试验和有限元三维数值模拟中,将差异沉降作为可变荷载,对地基差异沉降下的沉管隧道节段接头剪力键受力规律进行了研究。试验及分析结果表明:在纵向与横向差异沉降下,沉管隧道节段接头剪力键的受力过程可以分为三个阶段。第一阶段为剪力键榫与剪力键槽间的缝隙及橡胶垫初步压缩阶段,应力增长速率较低;第二阶段为剪力键充分受力阶段,应力增长速率较高,当差异沉降达到一定量值后,节段接头会通过局部挤压或摩擦的方式帮助剪力键受力;第三阶段,剪力键进入屈服状态,此时剪力键仍能够继续受力,但已有微裂纹产生。根据剪力键在正常使用极限状态下的剪力值,所确定的沉管隧道节段允许纵向与横向差异沉降值分别为11.5 mm和11.1 mm。建议在沉管隧道沉放完成后,保留部分顶、底板位置的拉索,以提高节段接头剪力键的结构安全。     

沈家门港海底沉管隧道设计介绍

沉管法是修建水下隧道的一种先进施工方法,其设计需考虑结构、施工工艺、水文地质条件、运营等众多因素的影响。针对隧道工程和水文地质、沉管结构、管段沉放水流阻力等条件,以及系缆柱、接头防水、最终接头、工程耐久性等措施,对沈家门港海底沉管隧道工程的设计进行了分析。分析结果表明:沉管管段既要满足结构力学要求,又要满足施工中起浮运输及运营期抗浮、稳定性、耐久性要求,综合考虑各种因素才能设计出符合要求的沉管隧道结构。     

邻近既有深基坑的盾构法隧道施工地层变位分析

文章针对盾构隧道邻近深基坑推进的工况,进行室内缩尺模型试验,并建立了对应工况下的盾构隧道-土体-基坑围护结构三部分共同作用的三维有限元计算模型。通过对比同一工况下的室内模型试验和数值计算结果,验证了三维数值分析的可行性和可靠性;得到了邻近既有深基坑的盾构法隧道施工引起周边地表沉降的分布特点及其变化规律;分析了盾构隧道开挖引起的横断面不同深度处地层位移的特点;分析了隧道上方的地表沉降分布受邻近既有基坑的影响及沉降值随盾构隧道推进进度的变化规律,得到了盾构隧道对基坑围护结构的位移影响情况;并提出了盾构隧道施工过程中对周边地表沉降、地层变位及基坑围护结构位移与变形进行实时监测的建议。     

隧道紧急停车带流场和局部阻力数值模拟

基于N-S方程和k-ε湍流模型,采用CFD方法对隧道内风压、风速场进行了数值模拟及计算分析,得到了隧道纵向气流流动规律、速度和压力分布规律,计算出了隧道紧急停车带的局部阻力系数。与试验结果相对比,数值模拟结果与试验结果非常吻合。     

沉管隧道基础处理方法研究分析

为了给沉管隧道基础处理方法的选择提供相应的参考信息,文章调研了国内外沉管隧道基础施工技术和应用效果,并结合基础处理的方法和特点,从技术、经济、风险、工期等方面综合研究分析了沉管隧道采用先铺法和后铺法进行基础处理的优缺点。通过深入分析研究国内外工程实例,针对相应的施工环境和沉管结构等指标,提出了不同地质和工况等条件下选取基础处理方法的原则,并进一步提出了清淤装备开发的必要性。研究结果对沉管隧道工程设计与施工具有一定的借鉴意义。