海底沉管隧道长期沉降及受力性状研究.pdf

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1、管线工程器PipelineEngineering海底沉管隧道长期沉降及受力性状研究魏纲，魏新江(浙汀大学城市学院土小工程系，浙江杭州310015)摘要：在软土地基上，随着沉管隧道的长期使用，沉管隧道结构沿纵向容易发生不均匀沉降，从而在隧道部分及接头处产生较大的应力或位移，以致损坏管段和接头。对沉管隧道结构的受力、变形与沉降的国内外研究进展进行了综述，指出了目前研究的不足之处，提出了该领域中需要重点研究的课题。关键词：沉管隧道；沉降；受力中图分类号：U459．1文献标志码：B文章编号：1009—7767(2012)01—0061—04Re

2、searchonLong-termSettlementandForceCharacteristics0fSubmarineImmersedTunnelWeiGang，WeiXi~iang沉管法是在隧道需要穿越海底以及大江、大河时纵向不均匀沉降而导致一度漏水严重II。因此，对沉管使用的一种特殊施T方法。自1910年美国底特律河隧隧道长期沉降以及由此引起的结构内力变化的研究道施工首次采用沉管法以来，世界上已建、在建的沉具有重要意义管隧道已达120多座l1l。在海底建设隧道时，沉管法与1国内外研究现状盾构法和矿山法相比具有许多优点l21．这些

3、优点为沉沉管隧道结构的受力、变形与沉降一直是国内外管隧道的发展开创了广阔前景。随着我国沿海地区经学者研究的重要内容。与一般隧道工程相比，沉管段济的发展，上海、天津、广州、宁波、厦门、青岛、舟山、在修建过程中存在受力体系的转换复杂性，及外部荷贵港等地相继修建了一些沉管隧道，如宁波甬江隧道、载作用的不断变化性．因此在进行结构强度设计时需上海外环沉管隧道、广州生物岛一大学城沉管隧道、舟考虑多种计算工况。山沈家门港海底沉管隧道等。目前国内外沉管隧道在设计时．通常按荷载一结构以前工程技术人员一般都认为沉管隧道的危险状模式进行【，假定地基为温克尔地

4、基，地基弹性抗力系况是上浮．因此计算和构造措施也主要是针对于此，所数(简称地基系数)采用分层法计算。横断面计算时考以现在运营的沉管隧道的抗浮问题解决的较好。但随虑单一与不同组合地基系数的T况，利用一般的平面着沉管隧道的长期使用，通过监测发现有些隧道现杆系结构分析程序，即可算结构内力。纵向按弹性了不同程度的沉降，在软土地基上该问题尤其突出l3l。地基梁计算，假定沉管段的中心为不动点，不计土体由于沉管隧道的特点，隧道结构沿纵向容易发生不均的水平弹性抗力，仅考虑土体对沉管段轴向变形的摩匀沉降，从而在隧道部分及接头处产生较大的应力或擦阻力位移，

5、以致损坏管段和接头。例如铁路沉管隧道发生国内外许多学者采用该模式对沉管隧道进行研沉降后会使纵向铁路线的形状发生不连续变化，从而究，方法主要分为理论解l6_1和有限单元法l9_H1。理论解影响列车的正常运行。甚至有些隧道由于沉降过大造方面如宁茂权l6l和史先伟l7】分别研究了舟山沈家门港成管段开裂、渗漏等严重问题，直接影响隧道的寿命海底沉管隧道和广州鱼珠至长洲岛越江隧道的结构和安全。蒙庆辉等人l4l的研究表明：50ml／1的差异沉降受力。关安峰_8l研究了广州洲头咀沉管隧道工程在承已能使整体管段产生横向裂缝，这些裂缝很可能将贯载能力极限状

6、态下和正常使用极限状态下的地基最通底板的全厚。上海打浦路隧道就曾因地面超载引起大沉降量2012．~-1期(1竹)第30巷，{；荭技术61器管线工程PipelineEngineeringGokceI1采用有限元模拟了沉管隧道的温度和应之间。平均值为60mm．占最终沉降量的比例通常达到力。王贤辉Im1采用杆系有限元方法对沉管隧道的结50％～60％，相对较大：2)T后沉降主要由地基土层构优化进行研究。文献『11—14]采用维有限元进行研的再压缩变形引起，软土地基的固结变形量值较大、究，地基土均采用弹簧单元。其中。陈清军等人⋯探讨了历时较长，而

7、当土层条件相对较好时，其T后沉降量水位对沉管结构水土荷载值的影响，以及沉管板底与值较小、且很快趋于稳定。基础的部分脱空和沉管顶部覆土厚度等因素对沉管目前国内学术界对沉管隧道沉降计算方法的研结构内力的影响。刘建飞等人l12J采用维ANSYS有限究才刚刚起步[20,23,28,29J，多数研究比较简单，没有综合元模拟沉管隧道受力，沉管管段及各接头均采用8节点考虑引起沉降的原因，也没有研究沉降随时间的发展空间实体单元，地基土采用弹簧单元，考虑水土压力和和纵向产生的不均匀沉降。徐干成等人采用经验公温度作用组合，分析沉管隧道的弯矩、沉降及接头剪力

8、。式，根据室内或原位试验获得的土体压缩性指标，对基研究表明接头部分应力集中明显，但没有考虑沉管四槽开挖覆盖回填后地基土层产生的回弹和再压缩变周土体的弹塑性情况。刘霁等人_14J利用ANSYS有限元形以及基础