大型沉管隧道柔性接头受力分析
大型沉管隧道柔性接头受力分析
大型沉管隧道柔性接头受力分析大型沉管隧道柔性接头受力分析□文/袁有为王艳宁摘要：橡胶止水带是沉管法隧道接头联接中的关键技术，GINA止水带的问世，使得水力压接法广泛应用于管节的联接并使水下沉管隧道的建
设有了巨大发展。天津海河隧道采用沉管法施工工艺，隧址位于8度区的软土地基上，管段接头在各种不利工况下的稳定性是整个工程安全的关键问题之一。依托天津滨海新区中央大道海河隧道工程，采用大型有限元软件Hypermesh，分析了沉管柔性接头在各种工况下的受力情况，对于GINA止水带的选型具有较强的指导意义。关键词：沉管；隧道；柔性；接头；GINA止水带；有限元；Hypermesh；受力沉管法是指在干坞内或大型驳船上先预制管段，再浮运到指定位置下沉、对接、固定，进而建成水下隧道或水下构筑物的施工方法。采用沉管法施工的隧道叫沉管隧道。1工程概况天津海河隧道路线全长4 132 m，隧道部分全长3 323 m，暗埋段全长2 988 m。穿越海河段采用沉管法施工工艺，沉管段全长255 m，由3节预制管段组成，单节管段长85 m，见图1和图2。图1海河隧道沉管段横断面图2海河隧道沉管段分节海河沉管隧道管段与管段之间以及沉管段与两岸暗埋段之间采用柔性接头形式相联接。柔性接头包括钢
剪切键、混凝土剪切键、剪切键橡胶支座、GINA止水带以及预应力拉索等多种构件，见图3。图3沉管隧道段横断面及管段接头布置海河隧道位于8度区IV类场地条件，属于抗震不利地段。从沉管隧道自身的结构特点和埋设位置来看，其受地震作用比较明显。沉管隧道是由多节位于水下的管段拼接而成，这对管段接头的密封防漏性能有着非常苛刻的要求。地震期间，由于埋设于土层中沉管隧道不太可能像桥梁那样发生垮塌式的结构破坏，其最容易出现问题并可能导致整个沉管丧失功能的薄弱环节就在于其接头联接的可
靠性。因此保证其接头在地震期间能够抵抗住地震力的破坏作用对沉管隧道整体的抗震性能具有决定性的意义。本文依托中央大道海河隧道工程，采用美国Altair公司的有限元分析软件Hypermesh，针对管段接头在各种工况下的受力进行全面的分析并指导关键构件的选型。2沉管柔性接头数值分析模型根据沉管的实际尺寸和土层分布建立，为减小人工边界的影响，模型底部取至地面以下80 m的粉砂层，其中沉管结构和土体采用8节点六面体单元，沉管之间的联接简化为弹簧单元计算，整体模型见图4。需说明的是，覆盖层-85 m处剪切波速达到500 m/s，以此为地震波输入面。图4结构整体分析模型 2.1计算参数 2.1.1管段接头参数本次计算中将接头简化为弹簧进行处理，根据工程实际，分别对钢拉索、水平剪切键、竖向剪切键以及GINA在相应
自由度方向上提供的刚度进行折算，然后将上述等效刚度在各自由度方向叠加在一起，利用Dyna中的非线性弹簧单元来定义简化弹簧的力学参数，简化所得计算模型见图5。图5模型中的接头1）接头钢拉索的抗拉刚度。单根钢拉索的抗拉刚度为4.7×107N/m，顶底板各设有26根钢拉索，折算后顶板和底板36.6 m范围内抗拉刚度为26×4.7×107÷36.6=3.34×107（N/m）。2）水平剪切键。根据设计资料，单组水平剪切键的水平抗剪刚度为2 750 000÷0.02=1.375×108（N/m）。其含义为产生0.02 m水平错动需要施加2 750 000 N的力，考虑2组水平剪切键同时作用，底板36.6 m范围内剪切刚度为2 750 000÷0.02×2÷36.6=3.64×107
（N/m）。3）垂直剪切键。考虑4组垂直剪切键同时受力，类似水平剪切键的折算方法，竖向范围（高6.9 m）剪切刚度为4×（1 000 000/0.02）÷6.9=1.375×107（N/m）。4）纵向限位装置。顶板36.6 m范围内共有13个纵向限位装置，抗压刚度为2000000/0.02×13/36.6=3.55×107（N/m）。5）GINA橡胶止水带压缩曲线。相邻两管节之间的管节接头是影响沉管隧道安全使用的关键部位之一，也是沉管隧道的关键技术所在。中央大道海河隧道水中的4处柔性接头是沉管隧道的重要环节，需要满足以下要求：（1）水密性，即在施工阶段和日后运营阶段不渗漏；（2）具有抵抗各种作用的能力，这些作用包括各种荷载和强迫变形，诸如地震、温
度和地基变形等；（3）受力明确，方便施工和保证施工质量。在橡胶制品的有限元分析中，一般用应变能函数描述橡胶的力学性能。采用具有广泛工程应用面的且最常见的Mooney-Rivlin橡胶材料模型，具体应变能函数形式式中：I1、I2、I3为格林应变不变量；A、B为材料常数为柏松比。GINA止水带的基本材质为橡胶，主要材料性能参数见表1。橡胶是高度非线性的弹性体，应力应变关系较为复杂，见图6。根据图6定义非线性弹簧单元并考虑初始压缩量为40 mm。表1GINA止水带性能参数止水带型号
GINA220-205f-c材质丁苯橡胶密度/（g·cm-3）1.14泊松比0.499 图6GINA压缩曲线2.1.2沉管混凝土参数沉管
隧道的管段除要满足结构强度的要求，还要满足管段起浮、浮运、沉放时的要求。因此，对管段制作的尺寸精度、预埋件安装精度、混凝土的重度和结构的防水要求相当高，以满足管段在强度、防渗、抗裂、干舷高度等方面的要求。本工程中管段混凝土为C40，抗渗等级为S10。具体参数见表2。表2混凝土C40主要性能参数混凝土型号C40密度/（g·cm-3）2.50泊松比0.16弹性模量/GPa 32.5 2.1.3地基土模型及参数沉管隧道的地震响应很大程度上受附近地基土影响，因此在计算中地基土模型的选取非常重要。地基土在地震载荷作用下的变形，一般包括弹性变形（可恢复）和塑性变形（不可恢复）两部分。工程中通常采用摩尔-库仑
（Mohr-Coulomb）屈服准则和德鲁克-普拉格
（Drucker-Prager）屈服准则来反映地基土的屈服和破坏情况，见图7。图7屈服面与摩尔-库仑屈服准则相比，德鲁克-普拉格屈服准则考虑静水压力可以引起岩土屈服的因素，另外避免摩尔-库仑准则屈服面在角棱处引起的数值计算上的困难，即避免了奇异点（singularity）。因此本次计算采用德鲁克-普拉格屈服准则。德鲁克-普拉格是一种经过修正的Mises屈服准则，其表达式为式中：J1为应力张量的第一不变量为应力偏张量的第二不变量为材料的内聚力，φ为材料的内摩擦角；k为材料的屈服应力。通常情况下，土层的物理化学性质具有非均匀性，动剪切模量G随着深度的变化也呈一定的趋势。比较好的函数表示方法是以指数函数来模拟动剪切模量随地基土深度的变化，计算模型为式中：G0为整体地基土的平均动剪切模量；Z为地基土的绝对深度。进行土体参数的选取，其中内聚力和内摩擦角根据勘查报告取值。动剪切模量式中：Es为压缩模量；v为泊松比。2.1.4地震波的选取根据地震安全性评价报告提供的场地设计地震动参数，本次计算采用的100 a超越概率为10%的地震动，加速度时程曲线见图8。加速度峰值为2.05 m/s2，与本工程的8度设防标准（最大加速度为0.2g）吻合。图8输入地震波为更加全面地分析了解沉管隧道在地震时的动力响应性能，将地震波采取不同的角度入射，具体为0°、
30°、45°和90°，对应每一个角度为一种工况，得到沉管在各种工况下的地震响应，然后加以比较，分析最不利工况下沉管的抗震性能。2.2边界条件由于考虑地震波为水平入射，模型底部所有节点竖向位移约束为零，水平方向自由度将施加地震波加速度。在进行动力分析时（以地震波响应为例），如果在四周施加常规的约束边界条件，当地震波传到边界时将会受到边界的反射作用，反射波与入射波叠加，将对模型的动力响应产生额外的附加的影响。为消除这种效应，有学者提出了用人工边界、边界元、无穷元、试函数等方法，取得了较好的效果。本文中将利用ls-dyna所提供的非反射边界来消除这种影响，具体方法见图9。图9非反射边界条件3计算结果中央大道海河隧道处于天津市海河流域的下游，该流域平均低潮位约0.52 m，50 a一遇的高潮位约3.65 m，沉管管段接缝处沿横断面一周的GINA止水带总长88.4 m，在不同计算水位下GINA的压缩量见表3。表3GINA止水带不同潮位下压缩量计算mm计算接头位置平均低潮位下GINA压缩量50 a一遇高潮位下的GINA压缩量北岸～E1E1～E2E2～E3E3-1～E3-2
102.0107.0109.0105.0 110.0115.0116.0112.0 GINA止水带的
压缩量除了受潮位高低影响较大外，还受到诸多其它因素的影响，诸如GINA自身松弛、干燥收缩、端面允许误差、基础沉降、温差收缩、地震等因素的影响，相关计算见表4。表
4GINA止水带轴向总偏差量计算mm计算接头位置松弛量干燥收缩引起的偏差北岸～E1E1～E2E2～E3E3-1～E3-2 1.651.731.741.68 2.555.104.953.33端面允差6.006.006.006.00基础沉降引起的偏差10.0010.0010.0010.00温差收缩引起的偏差8.5017.0016.5011.10地震引起的偏差
25.0025.0025.0025.00轴向总偏差53.7064.8364.1957.01 4
结论在对海河隧道沉管进行安全性评价时，管段间的接头是最薄弱的环节，也是重点关注的对象。沉管隧道在地震波载荷的作用下，最可能发生的情况就是沉管之间的接头部位会漏水，而GINA止水带是整个沉管最重要的密封装置，止水带的压缩量直接关系到沉管是否会漏水。从表3中可见，在平均潮位时，各管段接头处的GINA的压缩量为100～110 mm，足以满足防渗要求（一般GINA压缩量为20 mm就基本不会发生渗漏），在遇到50 a一遇的高潮位时，压缩量有7～8 mm的增加，更加有利于GINA的密封性能。而进行安全性评价时，关心的是在最不利工况下止水带是否会发生渗漏，当考虑各种不利因素共同作用时，引起的轴向总偏差有60 mm左右，这些因素包括松弛、干燥、温度、沉降、地震等，其中影响最显著的就是地震引起的轴向偏差，有限元分析结果为25 mm，其次是干燥收缩引起的偏差。在这些极端的最不利工况下，扣除总偏差，GINA的压缩量减小到了40～45 mm，这个压缩量值对防渗透来讲仍然是足够的，或者说
在极端不利的工况下，GINA的密封性能仍然满足要求。参考文献：［1］王艳宁，张兴业，袁有为，等.沉管隧道有限元与等效质点抗震分析比较［J］.地下空间与工程学报.2011，（5）：49-56. ［2］王艳宁，熊刚.沉管隧道技术的应用与现状分析［J］.现代隧道技术，2007，44（4）：1-4. ［3］韩大建，周阿兴，黄炎生.珠江水下沉管隧道的抗震分析与设计（Ⅰ）——时程响应法［J］.华南理工大学学报（自然科学版），1999，27（11）：115-121. ［4］韩大建，唐增洪.珠江水下沉管隧道的抗震分析与设计（Ⅱ）—行波法［J］.华南理工大学学报（自然科学版），1999，27（11）：122-130. ［5］陈韶章.沉管隧道设计与施工［M］.北京：科学出版社，2002. ［6］管敏鑫，严金秀，唐英.沉管隧道技术在我国的应用［J］.岩石力学与工程学报，1999，18（S1）：1000-1004. □王艳宁/天津市市政工程设计研究院。□中图分类号：U452 □文献标识码：C □文章编号：1008-3197（2016）04-58-04 □收稿日期：2016-06-07 □作者简介：袁有为/男，1980年出生，高级工程师，硕士，天津市市政工程设计研究院，从事道桥设计工作。□DOI编码：
10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.023
隧道结构受力分析提交
《工程结构破坏过程数值试验》 题目名称：隧道开挖支护结构受力分析 姓名：XXX 班级：XXX 学号：XXX 指导教师：XXX 日期：XXX
《工程结构破坏过程数值试验》 课程编号： 课程名称：工程结构破坏过程数值试验 学生班级： 学号： 目录： 1.题目0 2.问题描述0 3.数值分析对象，计算目的和拟解决的关键问题2 4.软件扼要介绍；确定运用的模型及其参数。2 5.计算模型边界条件及初始条件3 6.模拟荷载及荷载的动态变化7 7.确定计算的收敛评判依据9 8. 考察各环节简化的合理性9 9.模型中及水的相互作用10 10. 求解运算10 11.确定后处理方法或反分析11 12.数值分析结果15
1.题目 隧道开挖支护结构受力分析 2.问题描述 选取某新建铁路线上的隧道断面，该断面采用的支护结构如图1所示。为保证结构的安全性，采用了载荷-结构模型。 主要参数如下： ⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm，隧道仰拱衬砌厚度为85cm； ⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料； ⑶隧道围岩是IV级，洞跨是5.36m，深埋隧道； ⑷隧道仰拱下承受水压，水压0.2MPa。 图1 隧道支护结构断面图 隧道围岩级别是IV级，其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表1。 表1 C30钢筋混凝土的物理力学指标
表2 载荷计算表 根据《铁路隧道设计规范》，可计算出深埋隧道围岩的垂直
均布力和水平均布力，见表2。对于竖向和水平的分布载荷，其等效节点力分别近似取节点两相邻单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布载荷的总和。自重载荷通过ANSYS程序直接添加密度施加。隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向再置换为等效节点力，分解为水平竖直方向加载。 3.数值分析对象，计算目的和拟解决的关键问题 为了保证隧道施工和运行时间的安全性，必须对隧道结构进行受力分析。由于隧道结构是在地层中修建的，其工程特性、设计原则及方法及地面结构是不同的，隧道结构的变形受到周围岩土体本身的约束。从某种意义上讲，围岩也是地下结构的载荷，同时也是结构本身的一部分。因此，不能完全采用地面结构受力分析方法来对隧道结构进行分析。当前，对隧道支护结构体系一般按照载荷—结构模型进行演算，按照此模型设计的隧道支护结构偏于保守。再借助于有限元软件实现对隧道结构的受力分析。 4.软件扼要介绍；确定运用的模型及其参数。 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国
沉管隧道施工技术
沉管隧道施工技术 目录 第一节沉管隧道概述 第二节沉管隧道设计 第三节沉管隧道施工 第四节沉管隧道应用 第五节沉管隧道工程量清单 第一节沉管隧道概述 随着内河及远洋航运事业的发展，在江河下游、海湾（峡）通行轮船的吨位和密度越来越大，要求桥下通行的净空越来越高，跨度越来越大，使修建桥梁的造价及难度大增。因此，人们寻求另一种跨江河及海湾的新方式，即水下隧道的方式来实现。目前主要有如下几种方式： 盾构法 矿山法 围堰明挖法 悬浮法 沉管法 1.1 沉管法的概念 通过预制管段、浮运沉放修建水底隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水（或在坞内放水），使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖。 沉管隧道的主要分项工程包括：干坞施工、管节制作、基槽浚挖、管节防水、管节沉放、基础处理、回填覆盖、管内工程等施工工序。其中干坞施工、管段制作、基槽浚挖、管段的沉放、管段基础处理是沉管隧
道施工的关键工序。 沉管管段结构示意图 1.2 沉管隧道的适用条件 沉管隧道在施工时，将受气象、水文条件的制约，一定程度上影响航运。 选择沉管隧道要考虑以下原则： （1）与城市总体规划要求的两岸交通疏解方案相协调。要保证隧道与两岸所需衔接的道路具有良好的连接。 （2）具有较为合适的河（海）航道、水文及河（海）床条件。沉管隧道多在江河的下游修建，因下游河床较平坦，水流缓。水流急或不稳定，河床有深沟、陡壁，都会给管节的沉放与对接造成困难。 （3）施工条件满足要求。如航道能否有足够的水深和宽度实施浮运、转向和储放；隧址附近有无合适的干坞修建地带等。 1.3 沉管隧道的技术发展 1、沉管法隧道组成 一般由敞开段、暗埋段、岸边竖井与沉埋段等组成。 沉埋段两端通常设置竖井作为起讫点，竖井起到通风、供电、排水和监控等作用。根据两岸地形与地质条件，也可将沉埋段与暗埋段直接相接而不设竖井。
大型沉管隧道柔性接头受力分析
大型沉管隧道柔性接头受力分析 大型沉管隧道柔性接头受力分析大型沉管隧道柔性接头受力分析□文/袁有为王艳宁摘要：橡胶止水带是沉管法隧道接头联接中的关键技术，GINA 止水带的问世，使得水力压接法广泛应用于管节的联接并使水下沉管隧道的建设有了巨大发展。天津海河隧道采用沉管法施工工艺，隧址位于8 度区的软土地基上，管段接头在各种不利工况下的稳定性是整个工程安全的关键问题之一。依托天津滨海新区中央大道海河隧道工程，采用大型有限元软件Hypermesh ，分 析了沉管柔性接头在各种工况下的受力情况，对于GINA 止水带的选型具有较强的指导意义。关键词：沉管；隧道；柔性；接头；GINA 止水带；有限元；Hypermesh;受力沉管法是指在干坞内或大型驳船上先预制管段，再浮运到指定位置下沉、对接、固定，进而建成水下隧道或水下构筑物的施工方法。采用沉管法施工的隧道叫沉管隧道。 1 工程概况天津海河隧道路线全长4 13 2 m ，隧道部分全长 3 323 m ，暗埋段全长2 988 m。穿越海河段采用沉管法施工工艺，沉管段全长255 m，由3节预制管段组成，单节管段长85 m， 见图1和图2。图1 海河隧道沉管段横断面图2 海河隧道沉管段分节海河沉管隧道管段与管段之间以及沉管段与两岸暗埋段之间采用柔性接头形式相联接。柔性接头包括钢 剪切键、混凝土剪切键、剪切键橡胶支座、GINA 止水带以及预应力
拉索等多种构件，见图3。图3 沉管隧道段横断 面及管段接头布置海河隧道位于8 度区IV 类场地条件，属于抗震不利地段。从沉管隧道自身的结构特点和埋设位置来看，其受地震作用比较明显。沉管隧道是由多节位于水下的管段拼接而成，这对管段接头的密封防漏性能有着非常苛刻的要求。地震期间，由于埋设于土层中沉管隧道不太可能像桥梁那样发生垮塌式的结构破坏，其最容易出现问题并可能导致整个沉管丧失功能的薄弱环节就在于其接头联接的可靠性。因此保证其接头在地震期间能够抵抗住地震力的破坏作用对沉管隧道整体的抗震性能具有决定性的意义。本文依托中央大道海河隧道工程，采用美国Altair 公司的有限元分析软件Hypermesh，针对管段接头在各种工况下的受力进行全面的分析并指导关键构件的选型。2 沉管柔性接头数值分析模型根据沉管的实际尺寸和土层分布建立，为减小人工边界的影响，模型底部取至地面以下80 m 的粉砂层，其中沉管结构和土体采用8 节点六面体单元，沉管之间的联接简化为弹簧单元计算，整体模型见图4。需说明的是，覆 盖层-85 m处剪切波速达到500 m/s，以此为地震波输入面。图4 结构整体分析模型2.1 计算参数2.1.1 管段接头参数本次计算中将接头简化为弹簧进行处理，根据工程实际，分别对钢拉索、水平剪切键、竖向剪切键以及GINA 在相应 自由度方向上提供的刚度进行折算，然后将上述等效刚度在各自由度方向叠加在一起，利用Dyna 中的非线性弹簧单元来定义简化弹簧的力学参数，简化所得计算模型见图5。图5 模型中的接头1 )接头
扁平大断面隧道双侧壁导坑法施工受力分析及技术探讨
扁平大断面隧道双侧壁导坑法施工受力分析及技术探讨 引言：本文根据贵阳市建设的黔春大道黔灵山隧道的工程实践经验，采取工程类比与理论相结合的方式，在分析四车道大断面隧道力学特性、断面结构、施工方法、稳定性的基础上，从经济、安全、技术方面对隧道施工方案进行优化，研究适合西南地区喀斯特地貌四车道大断面隧道的施工方法。 1、工程概况： 贵阳市黔春大道1.5环黔灵山隧道，起于南垭路路口，止于黔灵湖大桥，左洞1039m，右洞1018m（IV级围岩长度71%、V级围岩长度29%），为双向八车道小净距隧道。为三心圆曲 墙结构，扁平率0.65，内轮廓拱顶高9.15ｍ，净宽18.5ｍ，最大开挖断面255m2，最大开挖高度14m，最大宽度21.65m。隧道建筑限界18.25x5m。左右洞隧道进口端分别位于半径 592m，632m的平面圆曲线上，出口端均为直线，隧道左右洞最小净距12m。纵坡设计为“人”字型双向坡，由小里程至大里程坡度分别为+2.95%和-0.3%。进出口洞门采用端墙式洞门，是目前贵州省最大跨度城市隧道。 图1 隧道结构断面图 2、水文气候地质 本隧址位于贵阳市云岩区黔灵山，属于高原亚热带气候特征，隧道穿越区域为残坡积台地及低山丘陵，支沟较发育，山体与隧道呈近似直角，边坡坡度约10°～35°，坡面植被茂盛，地表水体不发育，地下水的分布情况较复杂。 覆盖层由第四系坡残积土构成，岩层产状为307°∠75～317°∠85°，洞轴线走向与岩层走向 夹角为34°。基岩为灰岩及白云岩岩，岩体风化差异很大、节理裂隙发育、节理倾向变化较大、多呈张开状，多为泥质充填，胶结差，岩体总体较破碎。 3、施工方案 根据新奥法设计与施工技术原理大断面扁平隧道开挖，常采用环形分部开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、交叉中隔壁法等分部开挖法。现场施工时根据具体情况以一种方法为主，再辅以其他方法达到控制围岩稳定的目的。 黔灵山隧道IV、V级围岩开挖范围设计采取双侧壁导坑法开挖（软弱围岩处上导坑结合短台阶法分为多次开挖），初期支护采用双层结构，分次施工的方式，保证二次衬砌形成强度之前围岩及隧道结构稳定。 ⑴双侧壁导坑法施工工序 施工开挖过程： ①、开挖左侧上导坑； ②、施工左侧上导坑初期支护（含临时支护、仰拱、锁脚）； ③、开挖右侧上导坑； ④、施工右侧上导坑初期支护（含临时支护、仰拱、锁脚）； ⑤、开挖中部导坑上台阶； ⑥、施工拱部第一层初期支护；
港珠澳大桥隧道沉管技术
港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道新技术 姓名：x吉x 学号：616140xxxx 引言 随着陆上交通和内河、海洋航运事业的发展,对越江跨海通道的需求越来越大,而由于水上通行轮船的吨位和密度的增大,要求桥下通航净空越来越高,跨度越来越大,使得修建桥梁的成本和难度大增.同时,由于受到城市规划的限制,跨江越海桥梁的两岸接线条件随城市发展变得更为困难.因此,近十年来陆续出现了一批水下隧道,其断面不断增大水深不断加深,工程技术水平得到快速提升. 目前修建水下隧道主要有矿山法、盾构法、围堰明挖法和沉管法.其中沉管法是20 世纪初发展起来的一种专门修建水下隧道的工法,至今已有100年历史,适用条件较为苛刻1,而随着工程技术的发展,其适应性也越来越强.广州珠江和宁波甬江水下隧道的成功修建标志着我国沉管工法技术领域进入了新的发展阶段,继丹麦—瑞典的厄勒松海峡沉管隧道和韩国釜山—巨济沉管隧道之后,我国正在珠江口伶仃洋30万t主航道上修建一座港珠澳大桥沉管隧道,该隧道是港珠澳大桥建设的关键性工程,建成后将成为世界最长的双向6车道公路沉管隧道.为此,国内工程师们在实践过程中攻坚克难,借鉴国外技术与国内施工经验,自主创新,结合工程项目特点,在地质勘察、结构受力分析、耐久性设计、管节预制、地基与基础处理等方面发展了一些新技术. 工程概况 港珠澳大桥工程跨越珠江口伶仃洋海域, 是连接香港、珠海及澳门的大型跨海通道.工程范围包括海中桥隧工程, 香港、珠海和澳门三地口岸人工岛, 以及香港、珠海、澳门三地连接线.工程总长49.968 km, 其中主体大桥工程全长约29.6 km, 海底隧道长约6 km, 海中部分采用桥隧组合方式.港珠澳大桥建成后将成为世界最长的跨海连线工程(见图1). 图1 港珠澳大桥岛隧工程示意图 大桥及岛隧工程以公路桥隧的形式连接香港、珠海和澳门, 以6车道高速公
结构力学 静定结构的受力分析
第1节 静定平面桁架 一、桁架的内力计算方法 1、结点法 取结点为隔离体，建立平衡方程求解的方法，每个结点最多只能含有两个未知力。该法最适用于计算简单桁架。 根据结点法，可以得出一些结点平衡的特殊情况，能使计算简化： （1）两杆交于一点，若结点无荷载，则两杆的内力都为零（图2-2-1a ）。 （2）三杆交于一点，其中两杆共线，若结点无荷载，则第三杆是零杆，而共线的两杆内力大小相等，且性质相同（同为拉力或压力）(图2-2-1b)。 （3）四杆交于一点，其中两两共线，若结点无荷载，则在同一直线上的两杆内力大小相等，且性质相同（图2-2-1c ）。推论，若将其中一杆换成力F P ，则与F P 在同一直线上的杆的内力大小为F P ，性质与F P 相同（图2-2-1d ）。 F N3 F N3=0 F N1=F N2=0 F N3=F N4(a) (b)(c)F N4 (d)F N3=F P F P N1F F N2 F N1 F N2 F N1 F N2 F N1 F N2 F N3 F N3 F N1=F N2，F N1=F N2， F N1=F N2， 图2-2-1 （4）对称结构在正对称荷载作用下，对称轴处的“K ”型结点若无外荷载作用，则斜杆为零杆。例如 图2-2-2所示对称轴处与A 点相连的斜杆1、2都是零杆。 1A 2 F P F P A F P F P B F P F P B A (b)(a) X =0 图2-2-2 图2-2-3 （5）对称结构在反对称荷载作用下，对称轴处正对称的未知力为零。如图2-2-3a 中AB 杆为零杆，因为若将结构从对称轴处截断，则AB 杆的力是一组正对称的未知力，根据上述结论可得。 （6）对称结构在反对称荷载作用下，对称轴处的竖杆为零杆。如图2-2-4a 中AB 杆和B 支座的反力均为零。其中的道理可以这样理解：将图a 结构取左右两个半结构分析，对中间的杆AB 和支座B 的力，若左半部分为正，则根据反对称，右半部分必定为相同大小的负值，将半结构叠加还原回原结构后正负号叠加，结果即为零。 0B F P F P F P F P B － A' B' A － A (a) (b) 图2-2-4 2、截面法 截面法取出的隔离体包含两个以上的结点，隔离体上的外力与内力构成平面一般力系，建立三个平衡方程求解。该法一般用于计算联合桁架，也可用于简单桁架中少数杆件的计算。 在用截面法计算时，充分利用截面单杆，也能使计算得到简化。 截面单杆的概念：在被某个截面所截的内力为未知的各杆中，除某一杆外其余各杆都交于一点（或彼此平行），则此杆称为截面单杆。截面单杆的内力可从本截面相应隔离体的平衡条件直接求出。 截面单杆可分为两种情况： （1）截面只截断三根杆，且此三根杆不交于一点，则其中每一杆都是截面单杆。计算时，对其中两杆的交点取矩，建立力矩平衡方程，就可求出第三杆的轴力，如图2-2-5（a ）中，CD 、AD 、AB 杆都
隧道 结构计算分析
一、计算原则和依据 1、采用ANSYS有限元通用程序（注：该程序是目前唯一通过 ISO9001国际认证的有限元计算分析程序）对竹篱晒网隧道进行结构受力及变形分析。 2、采用地层-结构模型对暗挖隧道的受力和变形进行分析。 3、分析对象为纵向宽1m的隧道结构和地层。 4、依据《竹篱晒网隧道施工图设计文件》、《公路路隧道设计规范》等建立计算模型。 二、计算内容 对竹篱晒网隧道的计算，分别取洞口段、洞身段中V、IV、III级围岩进行计算，取断面计算如下： 1、出洞段KY2+760（V级围岩，采用双侧壁法施工）； 2、洞身段KY2+480（IV级围岩，采用环形台阶法施工）； 3、洞身段KY2+500（III级围岩，采用台阶法施工）。 三、结构计算模型、荷载 1、计算模型 采用隧道与地层共同作用的地层-结构模式，模拟分析施工过程地层和结构的受力及变形特点。计算模型所取范围是：水平方向取隧道两侧3倍洞跨，而竖直方向，仰拱以下地层，以洞跨的3倍为限，即从
仰拱至地层下3倍洞跨深度范围，隧道拱顶以上地层：V级围岩1 级围岩根据计算高度取值。计算中地层及初期支护III取至地面，IV、材料的弹塑性实体单元模拟，而DP（初衬喷砼及钢架除外）采用了、二次衬砌采用弹性梁模拟，为使点和点之间位移初衬（钢架喷砼）初衬和二衬之间用只传递轴初衬和地层之间用约束方程联系、协调，向压力的链杆连接。）来死”（ALIVE生”（KILL）、“ANSYS程序中，采用单元的“时，受力体系模拟衬砌和临时支撑的施作和拆除过程，当单元“死”，而后被激单元的应力、应变不计（即内力为0）不受其影响，“死”的单元只对以后的单元不计以前自身应变，也就是说，“活”“活”应力发生变化时产生作用。2、计算荷载毛洞”模拟开挖过程中，先计算初始应力，每开挖一步形成“时，释放一部分初始应力，施作支护时释放余下的初始应力。采用莫尔—库仑屈服准则对结构的开挖过程进行有限元计算中，）模型计算结构非线形（DP 弹塑性分析。也即采用Drucker-Prager 的变形特性。其等效应力为：??????T?????SMS3??m2??1????????T式中；11??2 ?????????00S1?11?0zymxm3??so2sin6c c；????????y??ni3s3sin33?? —材料的内聚力，MPa；—材料的内摩擦角。?c屈服准则为： 2 ??????T????0?3M?S?FS???ym2??计算时将地层以岩性和11??2 地质特点划分为几个不同的类别，各层计算时围岩的物理力学指标依据施工图中《地质详勘报告》加以选取。具体如表1所示。 有限元计算围岩物理力学参数 表1
沉管法施工工艺
沉管法施工工艺 铁工1401班第2组 组长：常博 组员:刘鹏赵昶王同祥 郭相凯袁自程
目录 一、优点和适用条件 (2) 二、管段制作 (3) 2.1容重控制技术 (3) 2.2几何尺寸控制 (3) 2.3结构裂缝预防 (3) 三、管段沉放 (3) 四、管段水下连接 (4) 五、基础处理 (5) 5.1（基础垫平）先铺法 (5) 5.2（基础垫平）后填法 (6) 六、总结 (6)
摘要：沉管法是在水底建筑隧道所使用的一种施工方法，较之于盾构法，其优势尤为突出。虽然沉管法在我国水底隧道修建中的应用起步较晚，但近年来得到了快速发展，据初步估算，沉管法在我国已建或在建隧道中的应用在15座以上。随着施工技术的发展，沉管法在隧道修建中的应用将越来越广泛。这种形势下，对沉管法技术进行深入研究，意义十分重大。只有充分掌握沉管法的优点及适用条件，并对隧道沉管法施工技术进行深入分析，才能确保水底隧道施工质量，为我国跨江河等水底隧道工程的发展提供强有力的技术职称。本文主要介绍沉管法的施工工艺以及相关的施工注意事项。 关键词：适用条件、施工工艺、注意事项 一、优点和适用条件 1.1 采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点。主要有： （1）容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长,接缝很少,漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。 （2）工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作,浮运费用比制造、运送大量的管片低得多;又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。 （3）在隧道现场的施工期短。因预制管段（包括修筑临时干坞）等大量工作均不在现场进行。 （4）操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业。 （5）适用水深范围较大。因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。 （6）断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型
港珠澳大桥沉管隧道接头防水技术
港珠澳大桥沉管隧道接头防水技术 2016-06-17 “超级工程”港珠澳大桥沉管隧道由33节巨型沉管对接而成，每个标准管节长180m，由8个节段构成，重约80000t，最大沉放深度超过45m，是目前世界上综合难度最大的沉管隧道工程之一。到目前为止，港珠澳大桥沉管隧道已经完成了三分之二的沉管浮运安装施工，并在施工完成的沉管隧道中表面没有湿迹，可见沉管隧道的防水、防渗设计要求之高。本刊记者有幸参观港珠澳施工现场，并邀请上海市隧道工程轨道交通设计研究院地下分院陆明副总工来介绍该工程的接头防水设计与施工技术。 工程概况 港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，连接香港、珠海和澳门，是一国两制三地的海上通道。项目东起香港大屿山石湾，西至珠海拱北和澳门明珠，总长约356km，包括3项工程内容：1)海中桥隧主体工程;2)香港口岸及珠海、澳门口岸;3)香港连接线、珠海连接线和澳门连接线。其中，海中桥隧主体工程东自粤港分界线，穿越铜鼓、伶仃西主航道以及青州航道、江海直达船航道、九洲航道，
止于珠澳口岸人工岛，总长约29.6km，岛隧工程为海中桥隧主体工程的控制性工程，长约6.7km。 本工程的海底隧道采用沉管法施工，是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一。沉管隧道全长5664m，东、西岛暗埋段各长163m，海中段采用W形布置，横断面宽度为37.95m，高度为11.4m，采用两孔一管廊布置，沉管隧道横纵断面图如图1、图2所示。 岛隧工程建设的主要难点： 1)建设标准高。①国家一级公路，双向6车道，设计时速100km/h;②设计使用寿命为120年;③地震基本烈度为Ⅶ度。 2)水文气象条件复杂。工程处于外海环境，台风频繁，海流、涌浪复杂，受冬季季风影响。
隧道结构力学分析计算书
有限元基础理论与 ANSYS应用 —隧道结构力学分析 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年12月
隧道结构力学分析
目录 目录 (2) 1. 问题的描述........................................................ 错误！未定义书签。 2. 建模.................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 定义材料....................................................................... 错误！未定义书签。 2.2 建立几何模型............................................................... 错误！未定义书签。 2.3 单元网格划分 (5) 3. 加载与求解 (6) 3.1 施加重力加速度 (6) 3.2 施加集中力、荷载位移边界条件 (6) 4. 后处理 (8) 4.1 初次查看变形结果 (8) 4. 2 除去受拉弹簧网格.............. (9) 4.3 除去弹簧单元网格 (10) 4. 4 查看内力和变形结果 (11) 4. 5 绘制变形图 (12) 5. 计算结果对比分析 (14) 6. 结语 (14) 7. 在做题过程中遇到的问题及解决方法 (16) 8. 附录 (16)
山岭隧道结构力学分析 1.问题的描述 已知双线铁路隧道总宽为13.3米，高为11.08米，以III级围岩深埋段为例，隧道而衬厚度为35cm，带仰拱，采用钢筋混凝土C30=25kN/m3，弹性模量为31GPa，泊松比为0.2，。该段该隧道的埋深为5米，围岩平均重度为23kN/m3,侧压力系数为0.3，计算围岩高度为6.588m，地层弹性抗力系数为500MPa/m。 试分析结构的应力和变形 图1双线铁路隧道断面（cm）
沉管法
沉管法：是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预 制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。 目录 简介 沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙
沉管法 密封后滑移下水(或在坞内放水)，使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后,向管段内加载,使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。50年代起，由于水下连接等关键性技术的突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施工方法。用这种方法建成的隧道称为沉管隧道。 历史与发展 19世纪末已用于排水管道工程。第一条用沉管法施工成功的是美国波士顿的雪莉排水管隧洞，于1894年建成，直径2.6米，长96米，由6节钢壳加砖砌的管段连接而成。20世纪初叶 沉管法 ,开始用于交通隧道,1910年美国建成了第一条底特律河铁路隧道，水下段由10节长80米的钢壳管段组成。至1927年，德国于柏林建成了一条总长为 120米的水底人行隧道。采用沉管法修建的第一条水底道路隧道为美国加利福尼亚州的奥克兰与阿拉梅达之间的波西隧道，建成于1928年,水下段长744米，使用12节62米长的管段。它是钢筋混凝土圆形结构，其外径为11.3米。该隧道采用圆形的双车道断面等许多重要特点，成了美国后来用沉管法的楷模。但从1930年建造的底特律—温莎隧道起又采用了钢壳制作的管段，而将其横断面的外形改为八角形。
结构受力分析
第9章组合变形 9.1 组合变形的概念 9.1.1 组合变形的概念 在工程实际中，由于结构所受载荷是复杂的，大多数构件往往会发生两种或两种以上的基本变形称这类变形为组合变形。如图9.1所示的挡土墙，除由本身的自重而引起压缩变形外，还由于土壤水平压力的作用而产生弯曲变形。在建筑和机械结构中，同时发生几种基本变形的构件是很多的。 图9.1 图9.2 图9.2所示，工业厂房中的柱子，由于承受的压力并不通过柱的轴线，加上桥式吊车的小车水平刹车力、风荷等，也产生了压缩与弯曲的联合作用；图9.3所示，屋架上的檩条，由于载荷不是作用在檩条的纵向对称平面内，因而产生了非平面弯曲变形；图9.4所示，直升飞机的螺旋杆承受拉伸与扭转的两种变形。雨篷过梁、圆弧梁也同时发生了扭转和弯曲两种变形。
图9.3 图9.4 当杆件的某一截面或某一段内，包含两种或两种以上基本变形的内力分量时，其变形形式称为组合变形。 9.1.2 组合变形的分析方法及计算原理 在小变形和材料服从胡克定律的前提下，处理组合变形问题的方法是，首先将构件的组合变形分解为基本变形；然后计算构件在每一种基本变形情况下的应力；最后将同一点的应力叠加起来，便可得到构件在组合变形情况下的应力。 解决组合变形计算的基本原理是叠加原理，即在材料服从胡克定律，构件产生小变形，所求力学量定荷载的一次函数的情况下，每一种基本变形都是各自独立、互不影响的。因此计算组合变形时可以将几种变形分别单独计算，然后再叠加，即得组合变形杆件的内力、应力和变形。本章着重讨论组合变形杆件的强度计算方法。 9.2 斜弯曲 9.2.1斜弯曲的概念 在前面章节已经讨论了平面弯曲问题，对于横截面具有竖向对称轴的梁，当所有外力或外力偶作用在梁的纵向对称面内（即主形心惯性平面）内时，梁变形后的轴线是一条位于外力所在平面内的平面曲线，因而称之为平面弯曲。如图9.5（a）所示屋架上的檩条梁，其矩形截面具有两个对称轴（即为主形心轴）。从屋面板传送到檩条梁上的载荷垂直向下，载荷作用线虽通过横截面的形心，但不与两主形心轴重合。如果我们将载荷沿两主形心轴分解（图9.5b），此时梁在两个分载荷作用下，分别在横向对称平面（oxz平面）和竖向对称平面（oxy平面）内发生平面弯曲，这类梁的弯曲变形称为斜弯曲，它是两个互相垂直方向的平面弯曲的组合。
港珠澳大桥沉管隧道接头防水技术完整版
港珠澳大桥沉管隧道接 头防水技术 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
港珠澳大桥沉管隧道接头防水技术 2016-06-17 “超级工程”港珠澳大桥沉管隧道由33节巨型沉管对接而成，每个标准管节长 180m，由8个节段构成，重约80000t，最大沉放深度超过45m，是目前世界上综合难度最大的沉管隧道工程之一。到目前为止，港珠澳大桥沉管隧道已经完成了三分之二的沉管浮运安装施工，并在施工完成的沉管隧道中表面没有湿迹，可见沉管隧道的防水、防渗设计要求之高。本刊记者有幸参观港珠澳施工现场，并邀请上海市隧道工程轨道交通设计研究院地下分院陆明副总工来介绍该工程的接头防水设计与施工技术。 工程概况 港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，连接香港、珠海和澳门，是一国两制三地的海上通道。项目东起香港大屿山石湾，西至珠海拱北和澳门明珠，总长约356km，包括3项工程内容：1)海中桥隧主体工程;2)香港口岸及珠海、澳门口岸;3)香港连接线、珠海连接线和澳门连接线。其中，海中桥隧主体工程东自粤港分界线，穿越铜鼓、伶仃西主航道以及青州航道、江海直达船航道、九洲航道，止于珠澳口岸人工岛，总长约29.6km，岛隧工程为海中桥隧主体工程的控制性工程，长约6.7km。 本工程的海底隧道采用沉管法施工，是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一。沉管隧道全长5664m，东、西岛暗埋段各长163m，海中段采用W形布置，横断面宽度为37.95m，高度为11.4m，采用两孔一管廊布置，沉管隧道横纵断面图如图1、图2所示。 岛隧工程建设的主要难点： 1)建设标准高。①国家一级公路，双向6车道，设计时速100km/h;②设计使用寿命为120年;③地震基本烈度为Ⅶ度。 2)水文气象条件复杂。工程处于外海环境，台风频繁，海流、涌浪复杂，受冬季季风影响。
隧道衬砌计算
第五章隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。
图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。
5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k MPa m =，计算摩擦角 045?=o ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f MP =；弯曲抗压强度：13.5cmd a f MP =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f MP ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算：
基础处理在沉管隧道中的方法探讨
基础处理在沉管隧道中的方法探讨 发表时间：2016-03-31T10:15:29.070Z 来源：《基层建设》2015年28期供稿作者：梁懋天 [导读] 广州打捞局随着经济的发展和工程建设技术的进步，隧道的数量不断增加，施工方法也不断丰富。 梁懋天 广州打捞局 摘要：沉管隧道在施工过程中会出现因基槽开挖导致基槽底不平整的问题，易引发地基受力不均现象，影响隧道的正常使用，因此在施工中需要进行基础处理。本文主要阐述了沉管隧道基础处理的处理方法和加固方法，介绍了覆土回填的工序。 关键词：基础处理；沉管隧道；方法 随着经济的发展和工程建设技术的进步，隧道的数量不断增加，施工方法也不断丰富，沉管法作为隧道施工明挖法的一种，主要用于建造水底隧道和海底隧道，由于施工过程中需要进行浚挖，槽底易出现凹凸不平的现象，容易使地基受力不均，影响施工或后续使用，所以要进行基础处理，并根据施工的需要选择有效的基础处理方法。 1.基础的处理方法 沉管隧道一般不需要构筑人工基础，但是槽底表面会由于设备浚挖而留有15-50cm的不平整，其中铲斗挖泥船可达100cm，致使槽底表面与管段面表面存在着众多不规则空隙，使地基土受力不均，出现不均匀沉降，导致管段结构受到较高局部的应力而开裂，需要对槽底进行平整，因此，施工时仍次要进行基础处理。目前，沉管处理的方法主要有先铺法和后铺法两大类。 1.1 先铺法 先铺法也称刮铺法，具体又分为刮砂法和刮石法。 先铺法施工程序包括以下五步：（1）在浚挖沟槽时超挖60~80cm；（2）为控制好坡度和高程，在沟槽两侧打数排短桩，以安置导轨；（3）向沟底铺垫材料，可以选择粗砂，也可以选择粒径不超过10cm的碎石，其中地震区应避免使用黄砂。铺垫材料部分宽度和长度要控制合理，宽度应比管段底宽1.5-2m，长度为一节管段长度。（4）按照导轨规定的高度、厚度和坡度，用刮铺机刮平。在刮铺机刮平时，对于刮平后的表面平整度，刮砂法和刮石法在厚度方面存在差异，用刮痧法，可在5cm上下浮动（±5cm左右），用刮石法，可在20cm上下浮动（±20cm左右）；（5）管段沉设完毕后，可以实施“压密”工序，目的是保证管底和垫层密贴。为了使垫层压紧密贴，“压密”可采用压石料或灌压载水的方法。 先铺法的缺点是平整度不高，且费工费时，影响施工效果和进度。因此，先铺法逐渐被后铺法所取代。 1.2 后铺法 后铺法，也称后填法。其施工程序包括以下三步：（1）浚挖沟槽时，需要超挖100cm左右；（2）在沟底安装设置临时支座；（3）管段沉设完毕后，将垫料回填至管底空间。后铺法又可分为灌砂法、喷砂法、灌囊法、压浆法及压砂法等。 1.2.1 灌砂法 灌砂法分为管内灌砂和管外灌砂。施工过程包括以下方面：（1）灌砂之前，进行灌砂设备试运转，检验灌砂设备的性能，获得灌砂的参数；（2）管段沉放前，测量基槽深度，估算灌砂量；（3）灌砂预留孔进行标识，并按照顺序依次灌砂，最后一排孔不灌；（4）检测灌砂砂盘，使灌砂压力在0.3Mpa以下，关注灌砂过程中的管段标高，防止管段被抬高。 1.2.2 喷砂法 喷砂法主要原理是砂、水混合料依靠水面上的砂浆深入管段底面下的喷管，继而向管段底下喷注，以此将管底空间或空隙填满。喷砂法所筑成的垫层，厚度一般为1m，喷砂材料的平均沙粒径为0.05cm，混合材料的含沙量在10%-20%之间，大部分控制在10%。此方法中数据控制的局限在于喷出的砂垫层空隙比高达40%-42%，导致砂垫层比较疏松。 1.2.3灌囊法 灌囊法就是在砂、石垫层面上，用砂浆囊袋将剩余空隙填充、垫密。施工工序包括三步：第一步，铺设一层砂、石垫层；第二步，垫层铺设完毕后沉设管段，管段沉设时，带着事先紧扣在管段底面下的空囊袋一起下沉；第三步，灌囊。管段沉设完毕后，用粘土、黄砂和水泥配成混合砂浆，并将混合砂浆从水面上向囊袋里灌注，使管底空隙全部消除。 1.2.4 压浆法 在选择压浆法进行基础处理时，有一个前提条件。即沉管沟槽需要先超挖1m左右，摊铺一层厚约40~60cm的碎石，待大致平整后，再设置临时所需要的碎石堆和临时支座，以此进行压浆法处理。 压浆法施工方法主要分两步进行：第一步，完成管段沉设后，沿管段两侧边缘及后端底部边缘堆筑封闭栏，材料选择砂、石，封闭栏高约1m左右，主要用来封闭管底周边；第二步，管段底板上设置直径为8cm的压浆孔，并用水泥、黄砂、膨润土和适量缓凝剂配成混合砂浆。在隧道内部，用砂浆设备通过管段底板上的压浆孔，向管底空隙压注混合砂浆。 1.2.5 压砂法 压砂法和压浆法相似，但是压砂法压入的是水和砂的混合料，而且沙粒的直径在0.15~0.27mm之间。具体工艺为：在管段内沿轴向铺设输料钢管，连接到水上砂源或岸边处，砂水混合物通过细料管进入到压浆孔，将单向阀门打开，把混合料打入管底空隙处，在水作用下，如果停止压砂，单向球阀自动关闭。 压砂法的优点在于工艺比较简单，容易掌握，设备不复杂，施工更方便。还有一方面，即受到气候的影响比较小，对航道的干扰较小。压浆法和压砂法的共同点在于不需要水上作业，对航道干扰较小，不需要大型的专用设备，操作简单，在施工作业时，不会受到水深、气候、流速和风浪的影响，而且不需要潜水作业，更安全。 2 基础的加固 2.1 沉管隧道基础加固 沉管隧道的地基需要坚实，如果过于软弱，仅做垫平处理时远远不够的，应高结合基槽地基的实际情况，对沉管隧道的基础进行加固，因此，需要进行地基基础加固工作。
详解港珠澳大桥沉管隧道新技术
详解港珠澳大桥沉管隧道新技术 1.工程概况与建设条件港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，连接香港、珠海和澳门，是一国两制三地的海上通道。项目东起香港大屿山石湾，西至珠海拱北和澳门明珠，总长约3 5 .6 km,包括3项工程内容：1）海中桥隧主体工程；2）香港口岸及珠海、澳门口岸；3）香港连接线、珠海连接线和澳门连接线。其中，海中桥隧主体工程东自粤港分界线，穿越铜鼓、伶仃西主航道以及青州航道、江海直达船航道、九洲航道，止于珠澳口岸人工岛，总长约2 9.6km，岛隧工程为海中桥隧主体工程的控制性工程，长约6.7km，海中隧道采用沉管工法，沉管段长约5.7km，人工岛各长625m，岛隧平面及纵断面图见图1。岛隧工程建设的主要难点： 1）建设标准高。①国家一级公路，双向6车道，设计时速 10 0km/h ;②设计使用寿命为120a ;③地震基本烈度为叫度。 2）水文气象条件复杂。工程处于外海环境，台风频繁，海流、涌浪复杂，受冬季季风影响。 3）海底软基深厚。工程所处海床面的淤泥质土、粉质黏土深厚，下卧基岩面起伏变化大，基岩埋深基本处于50?1 10m 范围。 4）受规划中的3 0万t航道（通航深度一2 9m）影响， 隧道水深、埋深（回淤量）大。 5）隧道距离超长。沉管段长约5.7km。
6）通航环境复杂。航线复杂，船舶流量大，最大日流量约4000 艘次。 7）环保要求高。工程穿越国家一级保护动物中华白海豚的保护区核心区。 8）珠江口防洪纳潮要求高，阻水率要求控制在10%以内。 因此，在如此苛刻的建设条件下建设大型海底沉管隧道，已有的内河沉管隧道建设技术和经验已远远不能满足工程需求，需要进行技术创新和突破。 2.地质勘察以往的沉管隧道一般位于河（海）床表面上，上覆荷载小，对地基承载力要求不高，即怕浮不怕沉。由于规划航道的通航要求，随着深埋回淤问题的出现，港珠澳大桥沉管隧道工程对地质勘察的要求并非以往海上桥梁地质勘察工作所能满足，而且传统钻探获取的土样不可避免地受到扰动而难以取得较为准确的物理力学参数。为了降低海床软土土体取样受扰动对勘察结果的影响、减少海上作业与通航运营船舶的相互干扰，港珠澳大桥沉管隧道工程采用了以静力触探CP Tu为主、传统钻探为辅的勘察技术°CPTu是带孔压的静力触探，主要适用于海、陆相交替的冲积层和沉积层，根据其仪器自动采集的端阻、侧阻和孔压等数据，可快速、准确地进行地质分层，见图2。与传统的钻探勘察不同，CP Tu主要是通过获取间接指标，以经验公式计算出变形参数，进而计算出地基沉降量。 我国静力触探技术应用历史短，经验少，相关的经验在2 0 世纪9 0年
ANSYS隧道结构受力实例分析
矿业软件与应用——Ansys考试试题 学院：资源与安全工程学院 指导老师：xxx
姓名：xxx 学号：xxxxxxxx 时间：2014年6月21日 ANSYS隧道结构受力实例分析某隧道工程为三心拱隧道，隧道位于地表以下10米处，洞直径10米，其具体尺寸见下图。根据工程地质勘探报告，岩土各参数为：密度为2700kg/m3，E=1.4×1010Pa，u=0.27，黏聚力c=2.72×106Pa，内摩擦角Φ=35°。地面上主要为交通荷载，根据估计每米有2.5吨的荷载直接作用于地基上。
计算要求如下： （1）交通载荷已经存在。 （2）计算结果报告中包括约束条件、荷载；位移、Y方向应力等值线图，塑性区等结果。进行力学特性分析。 （3）提供建模、计算过程地GUI命令。 操作过程 一、创建物理环境 ⒈在“开始”菜单中选取“所有程序>ANSYS Product launcher”并点击； ⒉选中File Management，在Working Directory栏输入工作目录“C:\Users\dell \李懿鑫”，在“Job Name”栏输入文件名“020*******”。 ⒊单击“RUN”按钮，进入ANSYS的GUI操作界面。 ⒋过滤图形界面：Main Menu>Preferences,弹出Preferences for GUI Filtering对话框，选中Structural来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤，如图1-1。
图1-1 ⒌定义工作标题：Utility Menu>File>Change Title，在弹出的对话框中输入020*******，单OK按钮，如图1-2。 图1-2 ⒍定义单元类型 1）定义PLANE82单元：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，单击Add按钮。弹出如图1-3所示对话框。在该对话框左边滚动栏中选择“Solid”，在右边的滚动栏中选择Quad 8node82单元。然后单击OK。 图1-3 2）设定PLANE82单元选项:Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，选中Type2 PLANE82，单击Option 按钮，弹出一个PLANE82element Type options对话框，如图1-4所示。在Element behavior K3栏后面的下拉菜单中选取Plane strain，其他栏后面的下拉菜单采用ANSYS默认设置就可以，单击OK按钮。