【摘要】：常規(guī)認識中,沉管隧道主要考慮結(jié)構(gòu)抗浮問題,沉降、地基承載能力等問題不突出;但近年來諸多沉管隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,運營期沉降實測值遠大于理論預測值,而隧道結(jié)構(gòu)開裂、滲漏等病害與沉降過大關(guān)系緊密;過大的絕對沉降和縱向不均勻沉降會使管節(jié)結(jié)構(gòu)和接頭受力變形超過允許值而發(fā)生損壞。尤其近年來外海深埋長大沉管隧道工程逐漸增多,其上部回淤荷載大,下部地基軟弱的特點,更加大了人們對沉降問題的重視。如何合理計算預測結(jié)構(gòu)沉降量,制定合理的沉降控制標準,采取有效措施控制結(jié)構(gòu)沉降,避免隧道病害,成為沉管隧道建設(shè)中需慎重研究解決的問題。本文以港珠澳沉管隧道為背景,采用理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗、現(xiàn)場監(jiān)測等研究手段,對深埋長大沉管隧道沉降分析和沉降控制問題進行系統(tǒng)研究。港珠澳大橋海底沉管隧道初步設(shè)計階段提出了支撐樁—減沉樁—先鋪法碎石墊層天然地基的縱向基礎(chǔ)設(shè)計方案,施工圖設(shè)計階段優(yōu)化為剛性樁復合地基—高壓旋噴樁—擠密砂樁復合地基—塊石振平+碎石墊層的天然地基基礎(chǔ)方案。不論哪一種方案,都需要解決混合基礎(chǔ)沿縱向的沉降控制和剛度過渡問題。要解決上述問題,需要首先從沉管隧道接頭對沉降的控制要求,明確基礎(chǔ)沉降的控制標準,掌握基礎(chǔ)可接受的最大絕對沉降和最大不均勻沉降,這是基礎(chǔ)選型的依據(jù)和沉降分析計算的目標。論文分析了沉管隧道沉降產(chǎn)生機理及沉降影響因素,研究接頭剪力和接頭張開量沉降控制考核指標,提出了接頭剪力的荷載影響線及剛度影響線分析方法,并以此建立了基于結(jié)構(gòu)體系的縱向差異沉降控制標準簡化計算公式,確定不同基礎(chǔ)方案的總沉降和縱向差異沉降控制標準。沉管沉放后的沉降主要由基礎(chǔ)墊層的壓縮量、土體的回彈再壓縮沉降及次固結(jié)沉降三部分組成。土體的回彈再壓縮沉降是總沉降中貢獻最大的組成部分,該部分的沉降計算時對沉降進行準確分析的核心。論文基于JANBU切線模量法分析了基礎(chǔ)回彈再壓縮計算方法,對該方法的計算公式進行了分析,對基于室內(nèi)試驗和高精度原位CPTU測試的計算參數(shù)確定方法進行了分析,并與建規(guī)沉降計算方法、數(shù)值模擬計算方法進行對比驗證,給出了數(shù)值模擬計算方法的沉降計算參數(shù)確定方法。港珠澳沉管隧道基礎(chǔ)設(shè)計采用了先鋪的碎石墊層,該基礎(chǔ)方案的工程案例較少,尤其是隧道斜坡段支撐樁基礎(chǔ)樁頂設(shè)樁帽,樁帽與沉管間設(shè)置碎石墊層,碎石墊層作為樁基與沉管結(jié)構(gòu)間傳力構(gòu)造的工程實踐經(jīng)驗極少;此外,樁基礎(chǔ)采用碎石墊層傳力的機理、理論分析研究甚少,同時沉管隧道碎石墊層及樁基在水中作業(yè)時存在夾淤泥、平整度、傾斜、偏位、樁周軟弱下臥層等諸多不確定性需要分析。論文通過碎石墊層物理模型試驗研究先鋪碎石壟溝在不同工況下的物理力學性能,分析碎石墊層及樁基在水中作業(yè)時存在諸多因素組合情況下的受力變形特性,分析確定碎石的合理級配和壓縮模量計算參數(shù),分析碎石的極限承載能力,為碎石層沉降計算提供參數(shù)依據(jù),判斷碎石墊層用于深埋大荷載沉管隧道的合理性。論文基于對全線隧道的天然地基沉降計算分析,研究了沉管隧道地基剛度變化模式,提出混合地基剛度過渡的控制原則和常用控制技術(shù),基于態(tài)勢分析法(SWOT)分析基礎(chǔ)選型的影響因素、基本原則和具體流程,研究擠密砂樁、PHC樁、高壓旋噴樁、碎石樁等復合地基沉降控制技術(shù)的沉降計算方法。沉管隧道需在施工期和運營期開展較為完善的沉管沉降觀測,以客觀真實的掌握管節(jié)的沉降變位發(fā)展,掌握沉管隧道基礎(chǔ)的變形及穩(wěn)定狀態(tài),預測未來的沉降發(fā)展,對可能發(fā)生的不可接受風險提出預警,以便各方提前采取措施應(yīng)對,避免事故發(fā)生。論文結(jié)合現(xiàn)場沉降監(jiān)測實施,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,采用雙曲線法推算最終沉降量和當前固結(jié)度,并與理論計算沉降進行對比分析,獲取各土層實測與理論計算沉降比n,對沉降計算公式進行修正。總體而言,論文從沉降控制標準、沉降產(chǎn)生機理、土體力學參數(shù)高精度確定、土體回彈再壓縮沉降計算方法、碎石墊層力學性能研究、沉降控制措施和現(xiàn)場沉降計算對理論計算修正等多個方面,對深埋長大沉管隧道沉降分析和沉降控制進行了系統(tǒng)研究,研究成果在港珠澳沉管隧道中得到了成功應(yīng)用驗證,研究成果具有較好的理論和現(xiàn)實價值,對于日后類似沉管隧道的建設(shè)具有較好的指導意義。
【圖文】：

邐丨灄逡逑■晝安灥■７５邋５０邐８７８邋十＿＾＿．，．邋３７￥邋＾．丨兩邋｜逡逑■■ｋ邐ＭＭＩＩＩＩｈｍｋｉｉｓｂ逡逑圖１－３港珠澳沉管隧道結(jié)構(gòu)標準橫斷面圖（單位：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）逡逑管節(jié)接頭共設(shè)４組水平向鋼剪力鍵和４組豎向鋼剪力鍵；管節(jié)接頭采用由逡逑ＧＩＮＡ止水帶、ＯＭＥＧＡ止水帶組成的雙道止水線。節(jié)段接頭共設(shè)４組水平向鋼筋逡逑混凝土剪力鍵和４組豎向鋼筋混凝土剪力鍵；節(jié)段接頭由中埋式可注漿鋼邊橡膠逡逑止水帶、ＯＭＥＧＡ止水帶組成雙道止水線。逡逑隧道基槽邊坡依據(jù)基槽開挖深度及地層穩(wěn)定性情況進行設(shè)計，坡率采用１：邋７、逡逑１：邋５和１：邋２．５三種類型，基槽頂面兩側(cè)各約４０ｍ范圍內(nèi)表層２ｍ厚流泥予以清除。逡逑邐＾邐邐邐ｊ逡逑盧邐ＩＳｉＶ＊邐ｔ逡逑？——膽邐Ｊ；逡逑圖１－４港珠澳沉管隧道基槽開挖典型橫斷面圖（單位：ｃｍ）逡逑、邐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）逡逑隧道中間段回填防護由鎖定回填、一般回填、護面層回填三部分組成。逡逑５逡逑

＊？孫星－￣￣｜邐７７ｍ＾逡逑ｌ，ｉ．邐邐逡逑圖１－５港珠澳沉管隧道回填防護典型橫斷面圖（單位：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港珠澳沉管隧道基礎(chǔ)工程建設(shè)條件及工程方案逡逑１、建設(shè)條件逡逑隧道各區(qū)段的地層地質(zhì)情況分析如下：逡逑⑴柂道東段（Ｋ６＋４０６？Ｋ８＋１３５）逡逑隧道展布形態(tài)為斜坡段，直接相關(guān)的地基巖土層為第①大層、第②大層和第逡逑③大層。逡逑第①大層為淤泥、淤泥質(zhì)黏土，工程性質(zhì)差，，天然地基不能滿足結(jié)構(gòu)物地基逡逑強度及變形穩(wěn)定的要求。第②大層為強度中等軟？可塑狀黏土，但較薄且僅局部逡逑發(fā)育，與沉管隧道地基直接關(guān)聯(lián)度不強。第③大層為淤泥質(zhì)土和軟？可塑狀黏土逡逑及粉質(zhì)黏土，中等偏高壓縮性，其中以③＾淤泥質(zhì)土強度較差外，其余亞層亦只是逡逑中等強度。從地基土的空間分布形態(tài)、土質(zhì)的均R緣確矯娣治銎蘭郟冖鄞蟛沐義銜瘓鵲鼗�。永@湓謁淼闌∽菹蚯閾輩賈檬保捎詰鼗睪傻牟瘓紉話愣藻義咸烊壞鼗那慷紉蟾�。另地基变形烦C嬗捎詰鼗舊砦械繞哐顧跣緣牟誨義暇鵲鼗

本文編號：2588371