沉管隧道底板面材质对砂流法地基影响的模型试验研究

 通过沉管隧道足尺砂流法模型试验中采用不同模型板底面材质,获得砂盘扩展半径、压砂系统水压力、模型板底水压力随时间变化的关系曲线。分析表明：不同管节底面材质条件下,各方向试验砂盘半径扩展趋势均为二次曲线。光滑材质条件下,砂盘扩展速度较快,均衡性及充满度更佳,其砂盘最大半径可达879 cm,砂盘顶面充满度达99.3%;工程实践中为简化施工可适当增大砂盘设计半径。材质条件及砂盘扩展不影响压砂系统水压力,但对模型板底面处水压力有影响。     

沉管隧道地基砂流法处理的砂盘扩展规律试验与分析

 为探索沉管隧道砂流法地基处理过程中砂盘扩展的规律,建造砂流法足尺试验模型,并针对砂盘实时探测的困难自制砂盘探测器,通过8次试验得到砂盘形状及其扩展尺寸在不同试验条件下随时间的变化关系。分析表明：砂颗粒在喷口周围呈环状沉积并逐步形成冲积坑和砂盘;砂盘顶部形成流缝和流槽,基本沿砂盘径向延伸,周向随机分布;砂颗粒从流缝和流槽中带出并堆积于砂盘外缘面上形成斜层状纹理结构。砂水比、边界条件、基槽间隙和板底粗糙度主要对砂盘扩展过程产生影响,而对砂盘的最终尺寸及密实度的影响并不显著。该试验结果可为洲头咀沉管隧道地基处理提供有价值的设计与施工依据及建议。     

沉管隧道底面涂层对地基处理的影响

沉管隧道工程建设中的隧道管节防水层对砂流法地基处理的影响不容忽视。利用砂流法模型试验,通过在模型板底面打磨、涂抹环氧树脂来研究隧道底面涂层对砂流法地基处理的影响,获得了砂盘半径、模型板底水压力随时间变化的关系曲线。分析表明:环氧树脂涂层条件下的砂流法形成砂盘半径扩展趋势为二次曲线;树脂等光滑涂层对砂盘半径扩展有利,且砂盘半径越大,影响越明显;树脂涂层板底下的水压力瞬时峰值较大。工程实践中应提高管节底面施工平整度并采用摩擦系数小的防水层,如钢板、环氧树脂等涂层。     

砂流法施工致沉管隧道管段竖向位移的试验研究

利用足尺砂流法模型试验模拟了砂流法处理沉管隧道地基施工致使管节竖向位移的全过程,获得了管节模型的相对高程-时程曲线、竖向位移量及砂盘的形态特征。结果表明：模型在试验中先后经历了砂盘正常扩展、缓慢跳动位移、快速平稳位移3个阶段;模型在缓慢跳动位移过程中的位移量、位移速率均较快速平稳位移过程中的要小。模型板的竖向位移使得流缝区域缩小,流槽厚度变薄且密集分布于砂盘顶面（占砂盘顶面积的30%以上）;砂颗粒压积于砂盘顶部形成水平薄层状结构,是模型板竖向位移的直接原因;模型板竖向位移过程明显影响砂盘的半径扩展。工程实践中可适当利用管节的缓慢跳动位移过程减小流缝、流槽厚度,但需采取措施保证砂盘半径在管节产生竖向位移前达到设计值。     

沉管隧道地基砂流法处理的充满度试验及分析

针对沉管隧道砂流法地基处理过程中沉管上抬、沉管底板粗糙度及不同注砂顺序对砂盘最终扩展半径及间隙填充的影响,建立砂流法足尺试验模型,并通过测量计算砂盘顶面充满度、体积充满度及砂盘半径充满度,探讨上述工况对砂盘扩展均衡性及质量的影响。结合砂盘扩展规律分析表明：管段上抬对砂盘扩展不利,充满度较低,砂盘扩展均衡性及质量较差;管段底面采用光滑的材质,有利于砂盘扩展,充满度较高,可提高砂盘的扩展均衡性及质量;不同注砂顺序造成的适当的边界封堵,有益于提高砂盘的充满度,改善砂盘的扩展均衡性及质量,对最终砂盘扩展均衡性和间隙填充质量无不利影响。     

施工顺序影响沉管隧道基础灌砂模型试验

基础灌砂是沉管隧道工程施工中常用的基础处理方法。为了解决沉管隧道基础灌砂施工顺序的问题,通过对等比例灌砂模型灌砂实时观测试验,探讨了不同灌砂施工顺序对底板压力及砂积盘扩散的影响。研究表明:不同的灌砂顺序,对于灌砂效果有着明显的影响。先灌砂对后灌砂在特定方向上具有影响;后灌砂时,灌砂效果受先灌砂的影响,灌砂时间大大缩短,后灌砂会造成已灌砂完成的区域底板压力增大。     

沉管隧道离心模型试验及数值模拟

沉管隧道在开挖及回填过程中基底应力分布特征及其与沉管结构的变形特性分析在隧道工程中占重要地位。通过以港-珠-澳沉管隧道天然地基段某一横断面为研究对象,对整个施工过程进行不同垫层厚度的离心模型试验及有限元计算模拟,揭示沉管隧道天然地基开挖回弹及回填再压缩应力分布及变形特征、沉管结构的应变特征及垫层厚度对其影响,为沉管隧道的施工及地基处理方案设计提供参考。结果表明,开挖卸荷使基底产生拱形分布回弹。回填后基底应力呈马鞍形分布,仅中间部分应力随时间及回淤增加而增大;沉管底板应变呈马鞍形分布,工后应变量变化不大。垫层厚度变薄使基底应力分布匀化效果差,回填再压缩量及工后沉降量变大。     

海底沉管隧道基础层压缩特性模型试验研究

以舟山沈家门港海底沉管隧道为原型,取纵向30 m建立1∶10缩尺寸模型,试验模拟了海水环境下注砂基础层的形成过程,采用水荷载来模拟均匀分布的施工荷载,研究碎石层、砂垫层、砂石混合基础层、存在回淤的砂石混合基础层的压缩过程和压缩模量Es,对比分析差异和原因。研究结果表明:施工期间基础层沉降随时间基本呈线性变化,单独碎石基础层、注砂法形成的密实砂盘、砂石复合基础层和大量回淤条件下砂石混合基础层的平均压缩模量Es分别为0.67,0.80,3.26和1.85 MPa,各工况沉降量的大小与基础层密实度有很大关系;施工过程中砂石的相互作用能大大增加整体的压缩模量,约4.4倍于无相互作用影响的理论组合,而回淤则会削弱此影响,大大减小压缩模量。     

沉管隧道研究综述

对沉管隧道在管段预制、管段防水、地基处理、浮运沉放及隧道抗震等关键技术作了介绍,并从理论和试验研究两方面进展作了综述,介绍了理论上的计算方法及研究进展,还对简化的模型试验及现场试验方法进行了归类介绍。综述会对沉管隧道的施工有一定的借鉴意义。     

考虑回淤的沉管隧道基础层压缩模型试验研究

实测数据统计结果表明,沉管隧道施工期间的沉降占到总沉降的50%以上,而施工期间沉降主要由基础层压缩引起。以舟山沈家门港海底沉管隧道为原型,取纵向30 m建立1∶10缩尺寸模型,试验重点模拟海水环境下注砂基础层形成过程,并研究其在不同回淤条件下的整体压缩过程,评估回淤对压缩的影响。研究结果表明：无回淤条件下砂石基础层整体压缩模量为3.41 MPa,表明沉管隧道基础层的压缩性能较差;夹杂不同浓度的回淤层后,基础层整体压缩模量在1.54~3.89 MPa区间,集中在2.34 MPa附近,约为无回淤条件的0.69倍;回淤起到类似润滑剂的作用,增加了砂石的交错重叠量和垫层整体的塑性,会延长压缩稳定时间,增加基础层的压缩量,放大压缩区域的不均匀性。     

沉管隧道基础注浆效果模拟试验研究

随着城市交通的快速发展,在跨海、跨江等工程中逐渐引入了沉管隧道施工,但也出现了基础不均匀沉降、灌浆不严实等问题。针对海底沉管隧道基础注浆过程,浆液流动特性、注浆充填效果评价等复杂技术问题,以舟山沈家门港海底隧道工程为背景,采用1:10相似模型试验方法系统研究了在设定注浆压力条件下浆液流动特性以及不同垫层粒径、不同垫层坡度和不同淤泥厚度的影响。在此基础上根据相似原理将模型试验结果合理拓展,建立了实际工程条件下基槽灌浆扩散半径、注浆压力与时间的相关关系,以期为沉管隧道工程设计和施工提供依据。     

海底沉管隧道基础注浆扩散规律的试验研究

基础注浆的扩散规律是注浆基础沉管隧道注浆孔设计的重要依据。通过对舟山沈家门海底隧道注浆基础模型试验研究,分别记录了单孔注浆和双孔注浆模式下随注浆试验时间进程的浆液扩散距离和注浆量,分析了注浆浆液扩散距离与时间的关系以及注浆量与时间的关系,总结了注浆扩散的规律。试验结果表明,本文所选用注浆材料和注浆设备在较低注浆压力条件下,扩散半径可达600cm,确保隧道基底空间密实充填,并对注浆孔布置间距提出了建议。其对类似注浆基础沉管隧道工程的注浆扩散半径确定具有借鉴价值。     

沉管隧道基础灌砂的实时无损检测试验研究

灌砂法已成为沉管隧道基础处理的主要施工方法,在灌砂过程中实施监测并对灌砂效果进行评价对确保基础灌砂施工质量显得尤为必要。本文依托南昌红谷隧道工程等比例基础灌砂模型试验,采用冲击映像法和全波场法相结合的无损检测方法,对灌砂前、灌砂后以及灌砂过程中砂积盘的扩散状况进行了监测。通过在不同灌砂工况下波形、时频以及成像剖面的分析,比较平均冲击响应强度的变化,建立起沉管隧道基础灌砂施工的实时无损检测方法。通过定义充盈率指标,实现对灌砂施工效果的定量评价。本试验研究成果将为实际沉管隧道基础灌砂施工的监测提供依据与技术支撑。     

沉管隧道有限元与等效质点抗震分析比较

介绍了等效质点—弹簧模型和三维动态有限元方法在沉管隧道抗震分析中的发展和应用,结合天津海河沉管工程的例子,介绍了两种方法的基本原理、模型建立方法、模型简化方法、参数取值方法和实现步骤,最后通过比较两种方法中地震波的入射角度、接头最大轴向变形和接头最大横向剪切变形等计算结果,了解两种方法各自的的优缺点和适用范围。不仅对天津海河沉管工程项目开展有参考价值,同时得到的普遍性规律还可以为今后类似工程项目的抗震分析提供参考。     

沉管隧道注浆效果监测与评价的试验研究

为了探索沉管隧道管底注浆效果的监测方法和评价体系,在国内率先采用探地雷达和数字地震仪对舟山沈家门港海底隧道模型的注浆基础进行了测试研究。通过在注浆前、注浆过程中以及注浆完成2小时后所进行的现场检测,将采集到雷达波形和面波波形与模型中预先设置的观察窗现场观察的结果进行对比,确定注浆前、注浆过程中、注浆完成后三个阶段的典型波形,以判别和评价沉管隧道管底注浆基础效果。试验结果表明,探地雷达结合面波法的监测方法能作为在管底注浆施工时的停止注浆条件之一,可满足沉管隧道现场施工时管底注浆基础效果的监测和评价,进而可为沉管隧道的工程设计方案提供依据。     

沉管接头简化方法及三维抗震有限元分析

介绍了沉管隧道抗震研究的国内外发展情况,运用沉管接头的非线性弹簧元简化模型和三维有限元建模的抗震分析思路,结合天津海河沉管工程实例,通过大型有限元软件建模,计算得到沉管接头在地震荷载作用下的变形和内力响应情况.不仅对项目开展起到参考价值,同时得到的普遍性规律还可以作为今后类似的工程项目提供参考.     

上海外环沉管隧道最终接头施工技术

以上海外环沉管隧道江中最终接头施工为工程背景,对"止水板式"的最终接头的原理进行说明,对最终接头的流程及工艺进行介绍,最后分析最终接头施工过程中遇到的问题。     

沉管隧道结构纵向受力理论计算模型研究

考虑地基弹性抗力系数K随时间的变化,采用简支梁模型和弹性地基梁—简支梁复合模型,对沉管隧道管节沉放对接阶段结构纵向内力分布进行计算分析。改进半柔半刚性接头等效模型,采用定向支座结合剪切弹簧对接头进行模拟。考虑临时垫块的影响,对现有沉管隧道运营期结构受力计算方法进行修正。依托舟山沉管隧道,对管节结构纵向内力进行分析。研究结果表明:改进的接头模型可实现弯矩传递和两端位移差的限制,具有一定的合理性;某一管节沉放对接完成后,相邻的上一管节临时垫块部位的负弯矩发生较大幅度增大,可能引起该处顶板环向开裂;运营阶段管节临时垫块部位和桩基支承部位的负弯矩较大,需要重点监控。