[發(fā)明專利]一種沉管隧道縱向差異沉降容許值的設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103334453A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐國平;付佰勇;李毅;柴瑞;劉洪洲;張志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司
• 主分類號: E02D29/07
• 分類號: E02D29/07;G06F17/50
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沉管隧道縱向差異沉降控制技術(shù)，特別是一種沉管隧道縱向差異沉降容許值的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

沉管隧道是在干塢中或在大型船臺上將隧道管節(jié)預(yù)制好，再浮拖至設(shè)計位置沉放對接而后連接成隧道的一種施工工法。自1910年沉管隧道在美國首次興建以來，在世界各國逐步發(fā)展起來。尤其是美國、荷蘭和日本等幾個國家，在沉管隧道技術(shù)領(lǐng)域積累了大量工程的實踐。我國自80年代末開始，逐步修建了廣州珠江隧道、寧波甬江隧道、寧波常洪隧道、上海外環(huán)線隧道和天津海河隧道等沉管隧道工程，沉管隧道技術(shù)逐步發(fā)展。目前正在建設(shè)的港珠澳大橋沉管隧道總長6km，建成后將成為最長的海底沉管隧道。

沉管隧道縱向差異沉降的控制，是沉管隧道的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接決定著沉管隧道的使用性能及結(jié)構(gòu)安全。國內(nèi)外已建成的一些沉管隧道工程中由于縱向差異沉降過大而出現(xiàn)了隧道漏水和結(jié)構(gòu)開裂的情況。因此多大的縱向差異沉降，接頭會發(fā)生破壞，如何確定縱向差異沉降的容許值就成為一個重要的研究課題。

沉管隧道縱向差異沉降容許值的確定是一個非常復(fù)雜的問題，是沉管隧道和周圍土體共同作用的高次超靜定問題，涉及到隧道結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)層、地基之間的相互作用。同時，隧道結(jié)構(gòu)還應(yīng)該滿足使用功能以及入們心理感覺等方面的要求。就目前的情況而言，用一般的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及土力學(xué)的分析方法，來分析探討一定地層條件下沉管隧道的確切的差異沉降容許值，非常困難。

因此以往對縱向容許差異沉降的研究多通過經(jīng)驗統(tǒng)計方法。Grantz(2001年)、邵俊江(2003年)通過對所收集的大量沉管隧道沉降記錄與損壞實況資料的分析，開展了縱向容許差異沉降的統(tǒng)計分析。但從現(xiàn)有文獻、專利和資料中，尚未見到關(guān)于從建立沉管隧道接頭受力與縱向地基剛度變化之間關(guān)系的角度，來推導(dǎo)沉管隧道縱向差異沉降容許值設(shè)計方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種沉管隧道縱向差異沉降容許值的設(shè)計方法，以解決在設(shè)計沉管隧道時的縱向差異沉降容許值的計算問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的沉管隧道縱向差異沉降容許值的設(shè)計方法，包括如下步驟：

1)構(gòu)建沉管隧道縱向計算簡化模型，該模型包括模擬隧道結(jié)構(gòu)的梁單元、模擬隧道接頭剪力鍵的接頭單元、縱向每隔單位長度設(shè)置的模擬地基支撐作用的彈簧以及作用在隧道上的荷載；

2)計算沉管隧道任意接頭處的容許剪力Q；

3)計算沉管隧道任意彈簧在基底平均荷載p作用下的基底平均沉降δ，并求得每個彈簧的地基剛度k；

4)計算對接頭剪力有影響的縱向地基剛度變化區(qū)間長度L₀；

5)求得L長度范圍內(nèi)全部n個彈簧的平均地基剛度，得到地基剛度變化比例α_i，根據(jù)地基剛度變化比例α_i的分布求得地基剛度變化的幅值[α]與變化模式因子β，繪制地基剛度變化模式圖；

6)利用剛度影響線法繪制接頭的剪力影響線，利用地基剛度變化模式圖與剪力影響線圖相乘，得到接頭容許剪力Q與地基剛度變化幅值[α]與模式的關(guān)系；

7)采用平均地基剛度k、平均沉降δ、地基剛度變化幅值[α]推導(dǎo)得到縱向長度L兩端的差異沉降值[Δ]；

8)結(jié)合步驟6)和步驟7)得到縱向差異沉降容許值[Δ]的計算公式；

9)根據(jù)所考察接頭兩側(cè)任意兩點的沉降δ_i-1、δ_i+1以及兩點的水平距離L_計算，求得考察接頭兩側(cè)實際發(fā)生的差異沉降Δ，當滿足Δ≤[Δ]時，設(shè)計的縱向差異沉降滿足接頭剪力鍵受力要求。

所述的設(shè)計方法，其中，步驟3)中每個彈簧的地基剛度k的計算公式為k=p·B/δ，式中B為隧道結(jié)構(gòu)的梁單元的橫向?qū)挾取?/p>

所述的設(shè)計方法，其中，步驟4）中縱向地基剛度變化區(qū)間長度L₀的計算公式為

式中EI為隧道結(jié)構(gòu)的梁單元的橫斷面抗彎剛度。

所述的設(shè)計方法，其中，步驟5）中L長度范圍內(nèi)全部n個彈簧的平均地基剛度k的計算公式為