【摘要】：大型海底沉管隧道的沉放是沉管隧道工程設(shè)計與施工中的一個重要環(huán)節(jié),也是整個施工過程中最危險、對技術(shù)要求最強(qiáng)的環(huán)節(jié)。復(fù)雜的海洋環(huán)境條件下,當(dāng)遇到較惡劣的施工環(huán)境(主要是風(fēng)、浪、流)時,過大的管段運(yùn)動響應(yīng)會直接影響沉管沉放定位的精準(zhǔn)性和安全性。研究駁船-沉管系統(tǒng)在管段沉放過程中的水動力特性以及沉放控制纜的受力特征,將有助于把握沉管沉放的穩(wěn)定性和施工安全性。目前國內(nèi)外對駁船抬吊沉管管段沉放運(yùn)動的水動力特性研究還很少�；诖�,本文進(jìn)行了對雙駁船沉放方式下沉管管段沉放運(yùn)動的試驗與數(shù)值模擬研究。開展了規(guī)則波作用下雙駁船抬吊沉放沉管管段運(yùn)動的模型試驗。試驗在大連理工大學(xué)海岸和近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室的海洋環(huán)境水槽中進(jìn)行,水槽試驗?zāi)Ｐ捅瘸邽?:50。采用雙目視覺非接觸式運(yùn)動姿態(tài)測量系統(tǒng)采集雙駁船和沉管管段模型六個自由度方向上的運(yùn)動響應(yīng),分析了不同波要素以及三個不同沉放深度條件下沉管管段的運(yùn)動幅值變化情況。試驗結(jié)果表明,錨碇沉管在雙駁船沉放作用下,管段的橫蕩、垂蕩運(yùn)動幅值較平臺沉放時明顯減小,橫搖運(yùn)動變大;雙駁船抬吊沉放方式錨碇沉管管段的運(yùn)動幅值隨著相對寬度B/L和沉放深度的增大而逐漸減小,隨波高的增大而增大;當(dāng)B/L較小時,波高及沉深對管段運(yùn)動響應(yīng)的影響較為明顯。錨碇纜對雙駁船沉管系統(tǒng)的運(yùn)動起到一定的約束作用,在波高和波浪周期較大時,錨碇纜對雙駁船沉管系統(tǒng)運(yùn)動幅度的制約更為明顯。開展了不規(guī)則波作用下雙駁船沉放沉管管段的試驗研究,討論了不規(guī)則波作用下沉管管段沉放運(yùn)動的動力響應(yīng)和吊纜張力特性,分析了雙駁船和沉管管段沉放過程中的運(yùn)動響應(yīng)頻譜特征,以及不同有效波高、譜峰周期和管段沉放深度對沉管沉放運(yùn)動響應(yīng)的影響;比較了雙駁船沉放與固定平臺沉放方式下沉管管段的運(yùn)動響應(yīng)頻譜特征,探討了雙駁船運(yùn)動對沉管沉放運(yùn)動的影響。試驗結(jié)果表明,雙駁船作用下沉管管段的運(yùn)動幅值隨沉放深度的增大而減小,沉管管段與雙駁船以及駁船-沉管系統(tǒng)的固有周期是影響沉管管段運(yùn)動特征的主要因素;對于管段的橫蕩低頻運(yùn)動,管段在波浪譜峰周期較小情形下低頻慢漂現(xiàn)象較為明顯,并隨著有效波高的增大而增大。建立了雙駁船抬吊沉管管段沉放運(yùn)動的時域數(shù)值計算模型,模擬海洋環(huán)境條件下沉管管段沉放運(yùn)動的動力響應(yīng)特性。應(yīng)用牛頓第二定律建立沉管管段沉放運(yùn)動的時域方程,采用滿足自由水面條件的格林函數(shù)建立邊界積分方程求解波浪力,應(yīng)用集中質(zhì)量法和莫里森方程對系泊系統(tǒng)的錨碇纜力進(jìn)行靜力和動力求解,采用四階龍格庫塔法迭代求解管段時域運(yùn)動方程。對靜水中雙駁船及沉管的自由衰減運(yùn)動以及規(guī)則波和不規(guī)則波作用下雙駁船抬吊沉管管段的運(yùn)動響應(yīng)進(jìn)行了計算,數(shù)值計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果吻合良好。應(yīng)用該數(shù)值模型計算了海洋環(huán)境下擴(kuò)展入射波周期范圍后的錨碇沉管管段沉放過程的運(yùn)動響應(yīng),并選取三組典型海況對雙駁船沉放沉管管段的動力響應(yīng)特性進(jìn)行模擬計算,給出了不規(guī)則波作用下沉管管段的運(yùn)動響應(yīng)計算結(jié)果和管段運(yùn)動的頻譜分析結(jié)果,數(shù)值計算的結(jié)果分析與模型試驗得到的結(jié)論基本一致。
【圖文】：

逑地上預(yù)制沉管管節(jié)，通過駁船將若干預(yù)制管節(jié)拖運(yùn)至現(xiàn)場，并配合定位系統(tǒng)將沉管管段逡逑逐節(jié)沉放至水底基槽中，，最后進(jìn)行水下對接和覆土回填［２Ｇ］。圖１．１為盾構(gòu)隧道、沉管隧逡逑道以及橋梁三者的施工長度比較情況［２１］。逡逑，邐．——二一一一、逡逑圖１．１不同施工方法的施工長度對比逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｌｅｎｇｔｈｓ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄｓ逡逑與“盾構(gòu)法”相比，“沉管法”具備以下優(yōu)勢Ｐ，１Ｑ］：逡逑（１）隧道頂部埋深較淺，方便兩岸道路銜接，一定程度上縮短了隧道長度（圖１．１），逡逑總工程量變小，工程造價降低；逡逑Ｃ２）管段可在千塢中提前預(yù)制，具有良好的防水性能，可交叉作業(yè)；逡逑（３）

１．２．２沉管隧道的沉放關(guān)鍵技術(shù)逡逑沉管隧道的施工過程一般可以概括為［４８＿５＜）］：邋１）海底基槽開挖與管段的預(yù)制；２）出逡逑塢與浮運(yùn)；３）管節(jié)的定點(diǎn)沉放與水下對接；４）覆土回填。沉管隧道的施工流程如圖１．２逡逑所示�？紤]到沉管隧道陸上預(yù)制與水下連接的施工特點(diǎn)，采用何種方式對管節(jié)進(jìn)行沉放逡逑■枿ｉｆ逡逑建成邐回填邐沉放逡逑圖１．２沉管隧道工程的施工流程示意逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｆｌｏｗ邋ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｉｍｍｅｒｓｅｄ邋ｔｕｎｎｅｌ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ逡逑－５邋－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U459.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2603244