港珠澳大桥沉管隧道基础处理方案沉降分析 (1)

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1、港珠澳大桥沉管隧道基础处理方案沉降分析隗建波宁茂权莫阳春黄胜勘察设计港珠澳大桥沉管隧道基础处理方案沉降分析隗建波宁茂权莫阳春黄胜(中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院武汉430063)【摘要】沉管隧道的地基稳定、基础沉浮问题与一般地面建筑的情况截然不同，其基础处理的目的是解决基槽开挖作业所造成的槽底不平整问题，保证隧道在施工、使用阶段变形稳定性。叙述了目前国内外沉管隧道常用的基础处理方法，详细讨论了压砂法的机理。介绍了港珠澳大桥沉管隧道，对沉管隧道基础压砂方案做数值模拟分析。【关键词】港珠澳大桥沉管隧道基础处理沉降数值分析沉管隧道基础设计与处理是沉管隧道，特别是对航道的影响，并省去喷砂

2、法用的浮吊，20世纪70矩形沉管隧道的关键技术之一。沉管隧道的地基、基年代后期开始压砂法逐渐为各国采用,是目前常用础沉降问题与一般地面建筑的情况截然不同。沉管的施工方法之一（图1）。隧道在基槽开挖、管段沉放、基础处理和最后回填覆土后，抗浮系数仅1.1～1.2，作用在沟槽底面的荷载不会因设置沉管而增加，相反却有所减小。在沉管段基槽开挖时，无论采取何种挖泥设备，浚挖后沟槽底面总留有15～50cm的不平整度。沟槽底面与管段表面之间存在众多不规则的空隙，导致地基土受力不均匀，引起不均匀沉降，同时，地基受力不均也会使管段结构受到较高的局部应力，以至开裂，因此，必须进行适当的基础处理，以消除这些有

3、害空隙。沉管隧道基础处理主要是解决：①基槽开挖作图1压砂法示意图业所造成的槽底不平整问题；②地基土特别软弱或软硬不均等工况；③考虑施工期间基槽回淤或流砂图1中：(1)砂的输入；(2)混合流的形成；(3)形管涌等问题。成砂积盘；(4)混合物在水下斜坡上溢出；(5)砂的流失；(6)砂的沉积和斜坡形成。1沉管隧道基础处理的主要方法2工程概况沉管隧道基础处理的主要方法有灌砂法、喷砂法、灌囊法、压浆法、压砂法。主体工程采用桥隧组合方案，穿越伶仃西航道结合我国江河水文地质特点及世界沉管隧道和铜鼓航道段约6.786km采用隧道方案（含沉管段基础处理方法发展，我国沉管隧道多采用压砂法。和岛上段）。沉管

4、段方案为：长度从K6+961～压砂法(亦称砂流法)是荷兰在1975年修建韦K12+751，全长5664m。整个沉管段共分为33节管斯特谢尔德河沉管隧道时发明的。由于压砂法砂节，管节长度自东向西分别为90m+90m+180m×粒粒径要求比喷砂法低，又可避免河上的喷砂台架30+79m（总长5659m）（图2、图3）。铁道勘测与设计RAILWAYSURVEYANDDESIGN2011（6）9铁道勘测与设计图2项目总平面布置图3沉管隧道纵断面本隧道沉管基础置于中等压缩性～高压缩性至-75m的中砂层为沉管隧道提供了一个均匀、稳定地层上（即淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土等）。沉管的地基，地基沉降小。隧

5、道两端斜坡段，压缩性粘性土层（全新世土）非常中间段由于隧道埋深较深，其隧道顶部回淤量厚，达10～25m，下卧较硬的更新世粘土和中密砂很大，回淤荷载很大，由于砂层地基的刚度大，承载层。中间段埋深较深，隧道基础下为厚度小于5m力高，因此，该段隧道地基沉降量在可控范围；由于的较硬的更新世粘土层或中密砂层。勘察试验结人工岛上段隧道采用钻孔桩刚性基础，其沉降变形果为：全新世软土是正常固结的，而较硬的更新世非常小，在可控范围内；而在两端岛隧结合部斜坡土是超固结的，其下的中砂层为超固结的，属于中段，隧道基础下压缩性地层厚度大，隧道出露既有密至密实状，适合作为沉管隧道地基。标高为-50m海床面很多，其

6、附加荷载也大，因此隧道基础下地10铁道勘测与设计RAILWAYSURVEYANDDESIGN2011（6）港珠澳大桥沉管隧道基础处理方案沉降分析隗建波宁茂权莫阳春黄胜勘察设计层的沉降量大，本方案考虑对该段进行压砂处理，3.3模拟基槽开挖、沉放沉管、回於通过数值分析看沉降量是否满足要求。3基础压砂方案的数值模拟图6基槽开挖3.1典型断面的简化处理及模型的建立在建模时，需要对沉管进行简化处理。根据沉管隧道典型断面（图4）建立如图5所示的数值分析模型。图7基底砂换填并沉放沉管图8最终回淤图4沉管隧道典型断面模拟过程中，先沿着y轴方向基槽开挖。然后对基础进行压砂处理，沉放沉管，最后再回於。每步

7、开挖后，立即对模型进行求解，使其处于应力平衡状态（图6图8）。图5沉管隧道计算模型4模拟结果与分析3.2计算参数的确定围岩材料模型采用GTS中的弹性模型；开挖采用MidasGTS中的施工阶段分析；沉管采用Mid-asGTS中的梁单元；本构模型为弹性。岩体的初始地应力场只考虑自重应力。考虑压砂法换填砂加固处理对基础岩性的改善，在模拟时适当的提高加固区围岩的参数。具体围岩和支护材料力学参数如表1所示。表1围岩和支护结构力学参数图9基槽开挖后的位移分