考虑临时支撑垫块的沉管隧道管段结构静力计算方法研究

摘要

沉管隧道管段不均匀沉降和接头的不恰当处理，经常导致管段开裂、渗漏等问题。本文基于浙江省舟山沈家门港海底沉管隧道，首次考虑临时支撑垫块对沉管隧道内力的影响，主要通过实验分析、理论推导及有限元模拟对管段沉降及受力进行了深入分析。本文主要研究成果及创新点如下:
　　(1)针对半刚半柔性的连接方式，沉管隧道接头采用滑动支座和剪切弹簧形式，这样既能传递弯矩，同时也可以传递管段之间的接触力。在弹性地基梁法基础上考虑临时支撑垫块作用，提出了一个沉管隧道内力的理论计算模型。
　　(2)基于舟山市沈家门港海底沉管隧道，进行室内1∶10缩尺寸模型试验，分析一端固定一端自由、是否夹杂回淤、不同浓度砂水比三种不同工况对基础层压缩模量Es取值的影响。研究结果表明一端固定一端自由工况对Es取值影响最大、回淤工况其次、砂水比减小工况最小。
　　(3)分别对无临时支撑垫块工况和有临时支撑垫块工况沉管隧道管段内力计算结果进行比较，并且研究临时支撑垫块不同位置对沉管隧道管段内力的影响。研究结果表明有临时支撑垫块弯矩发生突变，改变了管段的受力，进而会导致管段开裂;采用固定支撑形式模拟临时支撑垫块更为合理;临时支撑垫块最不利位置为靠近管段1/4位置处，其次分别为1/2、1/3、1/5位置处。
　　(4)对舟山沈家门港沉管隧道纵截面内力、横截面内力和地基反力做了详细计算，结论如下:有临时支撑垫块的工况下，建议支撑处位置的管段设计按照临时支撑垫块的弯矩值进行计算;地基反力随时间的变化曲线基本不变，原因是沉管隧道管段较长，地基在经历了一段时间沉降后又恢复到了原来的位置。
　　(5)采用MIDAS/GTS软件对舟山沈家门港海底沉管隧道进行了三维数值模拟，分析各个管段的不均匀沉降，发现接头两端的沉降差约为无临时支撑垫块情况下的1.6倍，有临时支撑垫块的沉管隧道整体的沉降要大于无临时支撑垫块的工况。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 选题意义

1．2 沉管隧道介绍

1．2．1 沉管隧道定义

1．2．2 沉管隧道施工工序

1．2．3 沉管隧道接头介绍

1．2．4 沉管隧道发展历史

1．2．5 沉管隧道特点

1．3 国内外研究现状

1．3．1 模型试验研究

1．3．2 理论计算研究

1．3．3 有限元模拟分析研究

1．4 现有研究不足之处

1．5 本文主要研究内容

1．6 创新之处

第二章 现有沉管隧道管段结构静力计算方法介绍

2．1 现有沉管隧道结构静力计算流程

2．2 现有结构静力计算方法

2．2．1 地基沉降的计算理论

2．2．2 分层总和法

2．2．3 最终沉降量的计算

2．2．4 内力计算分析

2．3 传统结构静力计算方法不足之处

2．4 本文研究思路

第三章 考虑临时支撑垫块的沉管隧道结构静力计算方法研究

3．1 结构静力计算模型及参数选取

3．1．1 考虑临时支撑垫块的受力模型

3．1．2 地基基床系数K的取值

3．1．3 剪切弹簧ks的取值

3．2 结构静力理论计算分析

3．2．1 沉降计算分析

3．2．2 内力计算分析

3．3 本章小结

第四章 海底沉管隧道基础层压缩模量Es取值研究

4．1 模型试验的简介

4．2 试验工况及数据分析

4．2．1 模型试验工况分析

4．2．2 不同工况影响比较分析

4．2．3 Es取值理论推导

4．3 本章小结

第五章 舟山沈家门港海底沉管隧道内力计算分析

5．1 工程介绍

5．2 荷载取值及计算

5．3 沉降分析

5．4 管段纵截面受力分析

5．4．1 管段纵截面受力模型介绍

5．4．2 无临时支撑垫块条件下沉管隧道纵向结构受力分析

5．4．3 临时支撑垫块条件下沉管隧道纵向结构受力分析

5．4．4 临时支撑垫块位置改变对沉管隧道内力的影响

5．5 管段横截面受力计算

5．6 地基反力随时闻的变化曲线

5．6．1 基床系数k取值随时间的变化规律

5．6．2 地基反力F随时间的变化规律

5．7 本章小结

第六章 舟山海底沉管隧道三维有限元模拟

6．1 引言

6．2 三维有限元模型建立

6．2．1 基本假定

6．2．2 模型建立及参数取值

6．2．3 施工阶段步骤

6．3 有限元模拟结果分析

6．3．1 有限元模型网格划分图

6．3．2 管段沉降分析

6．3．3 管段应力对比分析

6．4 有限元沉降模拟与理论值、实测值的对比分析

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文主要成果及结论

7．2 进一步研究展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果