深埋长大沉管隧道沉降分析及控制措施研究
发布时间：2020-03-18 06:37
【摘要】：常规认识中,沉管隧道主要考虑结构抗浮问题,沉降、地基承载能力等问题不突出;但近年来诸多沉管隧道监测数据显示,运营期沉降实测值远大于理论预测值,而隧道结构开裂、渗漏等病害与沉降过大关系紧密;过大的绝对沉降和纵向不均匀沉降会使管节结构和接头受力变形超过允许值而发生损坏。尤其近年来外海深埋长大沉管隧道工程逐渐增多,其上部回淤荷载大,下部地基软弱的特点,更加大了人们对沉降问题的重视。如何合理计算预测结构沉降量,制定合理的沉降控制标准,采取有效措施控制结构沉降,避免隧道病害,成为沉管隧道建设中需慎重研究解决的问题。本文以港珠澳沉管隧道为背景,采用理论分析、数值模拟、模型试验、现场监测等研究手段,对深埋长大沉管隧道沉降分析和沉降控制问题进行系统研究。港珠澳大桥海底沉管隧道初步设计阶段提出了支撑桩—减沉桩—先铺法碎石垫层天然地基的纵向基础设计方案,施工图设计阶段优化为刚性桩复合地基—高压旋喷桩—挤密砂桩复合地基—块石振平+碎石垫层的天然地基基础方案。不论哪一种方案,都需要解决混合基础沿纵向的沉降控制和刚度过渡问题。要解决上述问题,需要首先从沉管隧道接头对沉降的控制要求,明确基础沉降的控制标准,掌握基础可接受的最大绝对沉降和最大不均匀沉降,这是基础选型的依据和沉降分析计算的目标。论文分析了沉管隧道沉降产生机理及沉降影响因素,研究接头剪力和接头张开量沉降控制考核指标,提出了接头剪力的荷载影响线及刚度影响线分析方法,并以此建立了基于结构体系的纵向差异沉降控制标准简化计算公式,确定不同基础方案的总沉降和纵向差异沉降控制标准。沉管沉放后的沉降主要由基础垫层的压缩量、土体的回弹再压缩沉降及次固结沉降三部分组成。土体的回弹再压缩沉降是总沉降中贡献最大的组成部分,该部分的沉降计算时对沉降进行准确分析的核心。论文基于JANBU切线模量法分析了基础回弹再压缩计算方法,对该方法的计算公式进行了分析,对基于室内试验和高精度原位CPTU测试的计算参数确定方法进行了分析,并与建规沉降计算方法、数值模拟计算方法进行对比验证,给出了数值模拟计算方法的沉降计算参数确定方法。港珠澳沉管隧道基础设计采用了先铺的碎石垫层,该基础方案的工程案例较少,尤其是隧道斜坡段支撑桩基础桩顶设桩帽,桩帽与沉管间设置碎石垫层,碎石垫层作为桩基与沉管结构间传力构造的工程实践经验极少;此外,桩基础采用碎石垫层传力的机理、理论分析研究甚少,同时沉管隧道碎石垫层及桩基在水中作业时存在夹淤泥、平整度、倾斜、偏位、桩周软弱下卧层等诸多不确定性需要分析。论文通过碎石垫层物理模型试验研究先铺碎石垄沟在不同工况下的物理力学性能,分析碎石垫层及桩基在水中作业时存在诸多因素组合情况下的受力变形特性,分析确定碎石的合理级配和压缩模量计算参数,分析碎石的极限承载能力,为碎石层沉降计算提供参数依据,判断碎石垫层用于深埋大荷载沉管隧道的合理性。论文基于对全线隧道的天然地基沉降计算分析,研究了沉管隧道地基刚度变化模式,提出混合地基刚度过渡的控制原则和常用控制技术,基于态势分析法(SWOT)分析基础选型的影响因素、基本原则和具体流程,研究挤密砂桩、PHC桩、高压旋喷桩、碎石桩等复合地基沉降控制技术的沉降计算方法。沉管隧道需在施工期和运营期开展较为完善的沉管沉降观测,以客观真实的掌握管节的沉降变位发展,掌握沉管隧道基础的变形及稳定状态,预测未来的沉降发展,对可能发生的不可接受风险提出预警,以便各方提前采取措施应对,避免事故发生。论文结合现场沉降监测实施,对监测数据进行统计分析,采用双曲线法推算最终沉降量和当前固结度,并与理论计算沉降进行对比分析,获取各土层实测与理论计算沉降比n,对沉降计算公式进行修正。总体而言,论文从沉降控制标准、沉降产生机理、土体力学参数高精度确定、土体回弹再压缩沉降计算方法、碎石垫层力学性能研究、沉降控制措施和现场沉降计算对理论计算修正等多个方面,对深埋长大沉管隧道沉降分析和沉降控制进行了系统研究,研究成果在港珠澳沉管隧道中得到了成功应用验证,研究成果具有较好的理论和现实价值,对于日后类似沉管隧道的建设具有较好的指导意义。
【图文】：
逦丨灄逡逑■晝安灥■７５邋５０逦８７８邋十＿＾＿．，．邋３７￥邋＾．丨两邋｜逡逑■■ｋ逦ＭＭＩＩＩＩｈｍｋｉｉｓｂ逡逑图１－３港珠澳沉管隧道结构标准横断面图（单位：ｃｍ）逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｉｍｍｅｒｓｅｄ邋ｔｕｎｎｅｌ邋ｉｎ邋Ｈｏｎｇ邋Ｋｏｎｇ－Ｚｈｕｈａｉ－Ｍａｃａｏ邋（ｕｎｉｔ：逡逑ｃｍ）逡逑管节接头共设４组水平向钢剪力键和４组竖向钢剪力键；管节接头采用由逡逑ＧＩＮＡ止水带、ＯＭＥＧＡ止水带组成的双道止水线。节段接头共设４组水平向钢筋逡逑混凝土剪力键和４组竖向钢筋混凝土剪力键；节段接头由中埋式可注浆钢边橡胶逡逑止水带、ＯＭＥＧＡ止水带组成双道止水线。逡逑隧道基槽边坡依据基槽开挖深度及地层稳定性情况进行设计，坡率采用１：邋７、逡逑１：邋５和１：邋２．５三种类型，基槽顶面两侧各约４０ｍ范围内表层２ｍ厚流泥予以清除。逡逑逦＾逦逦逦ｊ逡逑卢逦ＩＳｉＶ＊逦ｔ逡逑？——胆逦Ｊ；逡逑图１－４港珠澳沉管隧道基槽开挖典型横断面图（单位：ｃｍ）逡逑、逦Ｆｉｇ邋１邋－４邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ邋ｔｒｅｎｃｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｉｍｍｅｒｓｅｄ邋ｔｕｂｅ逡逑ｔｕｎｎｅｌ邋ｉｎ邋Ｈｏｎｇ邋Ｋｏｎｇ－Ｚｈｕｈａｉ－Ｍａｃａｏ邋（ｕｎｉｔ：邋ｃｍ）逡逑隧道中间段回填防护由锁定回填、一般回填、护面层回填三部分组成。逡逑５逡逑
＊？孙星－￣￣｜逦７７ｍ＾逡逑ｌ，ｉ．逦逦逡逑图１－５港珠澳沉管隧道回填防护典型横断面图（单位：ｃｍ）逡逑Ｆｉｇ邋１邋－５邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｂａｃｋｆｉｌｌ邋ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋ｉｍｍｅｒｓｅｄ邋ｔｕｎｎｅｌｓ邋ｉｎ邋Ｈｏｎｇ逡逑Ｋｏｎｇ－Ｚｈｕｈａｉ－Ｍａｃａｏ邋（ｕｎｉｔ：邋ｃｍ）逡逑１．２．２港珠澳沉管隧道基础工程建设条件及工程方案逡逑１、建设条件逡逑隧道各区段的地层地质情况分析如下：逡逑⑴柂道东段（Ｋ６＋４０６？Ｋ８＋１３５）逡逑隧道展布形态为斜坡段，直接相关的地基岩土层为第①大层、第②大层和第逡逑③大层。逡逑第①大层为淤泥、淤泥质黏土，工程性质差，，天然地基不能满足结构物地基逡逑强度及变形稳定的要求。第②大层为强度中等软？可塑状黏土，但较薄且仅局部逡逑发育，与沉管隧道地基直接关联度不强。第③大层为淤泥质土和软？可塑状黏土逡逑及粉质黏土，中等偏高压缩性，其中以③＾淤泥质土强度较差外，其余亚层亦只是逡逑中等强度。从地基土的空间分布形态、土质的均R缘确矫娣治銎兰郏冖鄞蟛沐义衔痪鹊鼗Ｓ绕湓谒淼阑∽菹蚯阈辈贾檬保捎诘鼗睾傻牟痪纫话愣藻义咸烊坏鼗那慷纫蟾摺Ａ淼鼗湫畏矫嬗捎诘鼗旧砦械绕哐顾跣缘牟诲义暇鹊鼗
本文编号：2588371
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