车辆荷载下沉管隧道动力响应有限元分析

依托宁波甬江沉管隧道工程,利用MIDAS GTS NX软件建立沉管隧道三维有限元模型。采用非线性弹簧模拟接头,选取影响接头刚度的主要部件,依据各部件材料特性对接头各向刚度进行取值。通过对路床网格节点添加线性变化的荷载来模拟车辆行驶,对管节及接头产生的动力响应进行分析。结果表明,有限元计算结果与理论计算结果得到的管节中点竖向位移幅值接近,说明有限元模型的可靠性;江中段管节中点竖向位移较岸边段大,靠近岸边的接头两端竖向位移差较中间接头大;车辆荷载下沉管段最大主应力的最大值出现在沉管段北端的顶板处,且靠近岸边的接头剪力和弯矩大于中间接头,需要重点监测。     

地震作用下沉管隧道接头力学性能分析

根据沉管隧道地震反应分析的数学模型，建立了南京长江隧道的离散化分析模型，就管段刚性连接，铰接和弹性连接等3种情况对该隧道接头的动力性能进行了比较计算，分析了地基动弹模，地基抗力系数的变化 对管段接头力学性能的影响。     

火荷载下沉管隧道的温度场分析

以上海外环线越江沉管隧道为背景,用通用有限元程序模拟火荷载作用下沉管结构的稳态温度场的变化情况。采用三维有限元模型,分析温度场在不同空间的发展变化情况,从而更直观的掌握温度在隧道横截面上的分布情况,为隧道的防火设计和救灾工作提供依据。分析时考虑了混凝土热工参数随温度变化的非线性关系。     

火荷载下沉管隧道结构的热-力耦合分析

以上海外环线越江沉管隧道为背景,用有限元程序模拟火荷载作用下沉管隧道结构温度场及应力场,并将计算结果与试验数据对比分析,从而确定最佳的分析模型和边界条件,为该领域的研究提供参考依据。根据沉管隧道的结构形式及其特点建立有限元分析模型;参考隧道火灾的试验资料和研究成果确定模型边界条件;通过分析选取合理的混凝土和周围土体的本构模型;分析时还考虑到混凝土热工参数随温度的变化。通过对火灾时沉管隧道不同温度量级的稳态温度场和瞬态温度场分析,得出温度随空间和时间的变化规律,并把分析结果与试验结果进行对比分析。分别进行常温下和火灾时沉管隧道的热-力耦合分析,从而更直观地了解温度场对应力场的影响,得出沉管隧道各个部位在火灾发生时的应力分布情况以及随着不同温度量级的变化规律,以便更有效地为优化设计和防火救灾提供理论指导。最后根据计算结果,结合大量的隧道火灾资料总结火灾时隧道内部的温度场及应力场的危险区域。     

隧道爆破及车辆荷载耦合作用下公路振动研究

针对隧道下穿环城公路爆破开挖产生的振动效应,同时考虑公路上车辆瞬时荷载耦合作用,运用LS-DYNA分析环城公路的振动规律及响应特征,并与实际监测结果进行对比分析,研究结果表明:(1)公路中部位置的峰值应力为1.7 MPa,大于两边的峰值应力,随着爆破点与路面间水平距离的增大,峰值应力也逐渐增大;(2)在0.015 s到0.02 s这段时间内,振速幅值最大,随后,幅值降低,振动频率变小,振动趋于缓和,数值模拟的结果要普遍小于实际监测的振速峰值;(3)公路左侧振动的位移响应最大,但是公路中部位置会在之后的振动过程中产生二次峰值,造成更大的位移响应。研究可为相似工程设计提供一个参考。     

水底隧道沉船荷载的研究

从动量原理出发导出水底沉管隧道和盾构隧道的沉船荷载计算公式；以某河口附近可能沉船情况为例，计算沉管和盾构隧道的沉船荷载。     

浅谈混凝土沉管隧道防水

阐述了混凝土沉管隧道防水特点和混凝土管段的自防水措施,并对管段外防水结构形式和GINA外止水带的几种不同形式提出了观点,以提高混凝土沉管隧道的防水能力,推广混凝土沉管隧道的应用。     

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。     

沉管隧道管节接头专项检测及分析

沉管隧道管节接头作为整个隧道系统中最敏感、最薄弱的部分,其力学特性复杂,可靠性直接关系到整个隧道的运行安全.为规范沉管隧道管节接头检测工作,结合某座沉管隧道管节接头检测和监测数据,阐述了沉管隧道管节接头的检测内容,并对重点病害数据进行了综合分析,明确了管节接头的使用情况,同时提出了沉管隧道管节接头的相关检测和养护重点供...     

沉管隧道地震响应分析若干问题的研究

以高速铁路南京长江隧道为例，分析了利用弹簧．质量模型进行沉管隧道地震响应分析时，地基阻尼比、地基与隧道刚度之比以及管段不同联结方式等因素对沉管隧道地震响应的影响，得出了一些具有实际意义的结论。     

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。     

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。     

沉管隧道水下最终接头施工技术初探

简述了沉管隧道水下最终接头施工技术的应用现状，结合具体隧道工程实例，从外模工程、混凝土结构两方面介绍了最终接头施工技术，表明了该技术具有运用价值。     

地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响研究

为了更全面地了解地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响情况,以港珠澳沉管隧道工程为背景,系统开展了两种不同沉降工况下几何相似比为1∶4.69的大型模型试验,并利用有限元对实际沉管节段进行数值模拟,研究了地基沉降下节段接头剪力键力学性状和剪力的分布情况。试验结果表明:剪力键应力变化主要影响因素为地基沉降,接头内剪力键的空间组合对应力影响不明显;地基沉降过程中,水平剪力键应力值相对较小;中墙剪力键下部端角先于侧墙剪力键下部端角与剪力键槽挤压,且前者量值大于后者,中墙剪力键下部端角最先受压破坏;接头内剪力键根部剪力分布与剪力键布设方向关系紧密,节段横断面一侧地基下沉对另一侧节段产生横拉效应;同时提出了接头内最大剪力与地基沉降关系方程和各竖向剪力键的竖向剪力承担比例。     

甬江沉管隧道运营期接头监测数据安全性分析

沉管隧道接头的力学性能是其安全运营的关键。通过宁波甬江沉管隧道23 a的运营期接头沉降的监测数据分析,找出了沉管隧道在软土地基中产生的不均匀沉降与沉管隧道接头各种形变的关系,讨论了甬江沉管隧道在23 a运营期间的不均匀沉降的规律。其次,建立GINA止水带的受力模型,计算了由于接头变形导致的GINA止水带受力的问题,并检验了接头止水的安全性。最后,提出了在隧道运营期间,可通过强制位移法利用隧道沉降监测数据对结构进行安全性评估的方法。     

超长沉管隧道纵向地震响应频域分析方法

中国目前还没有专门的沉管隧道抗震规范,且以往的地震响应分析方法考虑的因素不够全面,比如通常忽略隧道惯性的影响、不能考虑复杂地基条件、不能考虑沉管底部非一致地震激励以及不能考虑土体动刚度系数和阻尼系数的外部激励频率相关性等。基于此考虑,在借鉴日本水下隧道抗震设计规范所推荐方法(响应位移法)的基础上,利用Winkler地基梁理论和快速Fourier变换技术,建立了动力Winkler地基梁频域分析方法。最后,分别采用响应位移法和本文所提之分析方法对港珠澳大桥海底沉管隧道工程进行了纵向地震响应计算,对两种计算方法作了讨论和评价,并提出了一些对港珠澳沉管隧道工程抗震设计具有参考价值的结论和建议。     

沉管隧道–接头–场地土振动台试验研究

为了解沉管隧道及其接头在地震作用下的动力响应,以中国广州洲头咀沉管隧道工程为背景,在北京工业大学九子振动台台阵系统上开展了1∶60比例尺大型沉管隧道–接头–场地土振动台模型试验。试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,其尺寸为7.7 m(长)×3.2 m(宽)×1.2 m(高),试验中输入地震动时程采用El Centro、Taft、天津及广州人工地震动记录,输入方向为水平横向和水平纵向一致地震动激励。设计了用于模拟沉管隧道接头的构件,并利用拉压传感器和激光位移计测得接头处所受轴向力及变形。结果表明:不同段模型结构测得的加速度及其傅立叶幅值谱有差别,且隧道结构地震响应不是随其自身特性振动,而是服从于周围土体的地震响应;不同强度地震动激励下,不同接头的受力情况可以为沉管隧道的抗震设计提供有价值的参考;不同强度地震激励下,不同接头的位移变化趋势基本上遵循J1接头位移最大,J3接头位移次之,J2接头位移最小,由于J2接头位于中间,这样的变化规律使得整个隧道沿纵向变形更加协调;水平纵向和水平横向一致地震激励下,每个接头的正反方向位移变化趋势基本平行,本次试验结果换算到原型结构,隧道接头止水带处于安全范围不会漏水。     

Comparative study on foundation treatment methods of immersed tunnels in China

Based on engineering practices of four typical traffic immersed tunnels built in China, this paper details the features of the four dominant foundation treatment methods for immersed tunnel construction: pile foundation, sand flow foundation, grouting foundation, and gravel bedding foundation. Subsoil stress time-history of different method are specified first, plus a summary of settlement assessment method for foundation quality control. Further, a comprehensive comparison of settlement and cost of these four foundation treatment methods is conducted to highlights the specific merits, disadvantages and conditions encountered in each foundation treatment method, based on real projects information. The findings of this article could henceforth be applied to foundation treatment work in immersed tube tunnel construction.