[發明專利]沉管法修建海底隧道合理埋深計算方法

有效

• 申請號: 201810110913.7
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108385727B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 薛翊國;葛尚奇;高海東;李志強;陶宇帆;范旭陽;邱道宏;蘇茂鑫;張開
• 申請（專利權）人: 山東大學;中鐵十八局集團第一工程有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;E02D29/063;E02D33/00
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種沉管法修建海底隧道合理埋深的計算方法，包括以下步驟：確定擬建設沉管隧道區域氣象、水文和地質環境條件，并獲得水力學參數值和巖土體物理力學參數；獲取以往沉管隧道案例，分析擬建設沉管隧道區域存在的、影響埋深的因素；由工程類比法和數值計算方法，確定出各因素影響下的的不同埋深值；由權重分析法，計算出各評判因子所占權重值，得到最終的埋深值。

技術領域

本發明涉及一種沉管法修建海底隧道合理埋深計算方法。

背景技術

海峽、河口像天塹般，將大陸與大陸、大陸與海島、海島與海島之間隔開，給出行帶來諸多不便。水下隧道，能很好地解決這一問題。水下隧道主要有礦山法、盾構法、沉管法、圍堰明挖法等。隨著沉管施工工藝和壓接工藝的改進，相對于其他施工方法，沉管法具有施工質量易保證、對地層條件要求不高、防水性能好、可平行施工、作業安全、抗震和斷面形式靈活等特點，被國內外廣泛采用。自1910年美國修建第一條沉管隧道以來(穿越美國和加拿大之間的底特律河鐵路沉管隧道)，沉管法修建技術不斷發展，目前，我國大陸已經修建或正在修建十幾座沉管隧道，如：寧波甬江隧道、浙江舟山沈家門港海底隧道、港珠澳大橋海底隧道等。

在沉管隧隧道合理埋深問題上，存在以下問題：

一方面，對于一般傳統的沉管隧道，基槽開挖量不大，上覆荷載很小或沒有，怕浮不怕壓，對地基要求不高，主要考慮抗浮穩定性的問題。然而，每一條沉管隧道的建設，都有其特殊性，如港珠澳大橋沉管隧道建設，需要考慮大型船舶最低通航水位的要求，包括30萬噸級油輪不乘潮時滿載吃水最大水深、海底最大沖刷深度、施工超深、安全富裕深度及隧道頂面以上2m保護層的問題，因此，港珠澳大橋沉管隧道最大埋深達到45米，位于海床下20多米、近10層樓的高度,隧道頂板至原始海床的回淤厚度達23米的縱向長度約3千米，此時抗浮穩定性占比重較小，沉降問題是工程建設成敗的關鍵。

另一方面，傳統的沉管隧道計算，大多從一維彈性地基梁角度進行考慮，或者在此基礎上，再取典型橫截面進行平面受力分析，這種傳統的方法，不能合理的反映出沉管隧道空間內力分布，往往理論計算結果遠小于實際值，并且在沉管結構兩端區域，由于邊界條件多樣化，基于平面計算的橫截面假定無法適用。

再者，影響沉管隧道合理埋深的因素，除了以上所述的水土壓力和通航要求外，還要考慮海床的沖刷強度、沖刷規律、潮汐強度、海床地形和地質變化引起的不均勻沉降，海水腐蝕引起的淤泥和混凝土管段物理力學性質的軟化、地震等偶然荷載等因素。

總之，在設計和計算沉管隧道合理埋深方面，缺少系統的計算方法。將抗浮穩定性、地基沉降量、管段和接頭承受的水土壓力、結構內力值、結構變形量、通航要求、潮汐強度、海床沖刷強度、海床地形地貌特征、地質條件、水的侵蝕能力、隧道通行量、偶然荷載的結構響應與巖土層動力響應(沉船、爆炸、地震荷載)、工程經驗、工程造價、環境保護要求、工程安全和職業健康管理這些因素作為考慮條件，提出了一種沉管法修建海底隧道合理埋深的計算方法。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種沉管法修建海底隧道合理埋深的計算方法，本發明將各個因素考慮其中，分別計算出在工程經驗類比和數值計算下獲得的不同埋深，找出影響了影響埋深的主要因素作為評判因子，采用權重分析法對沉管隧道埋深評判因子進行權重計算，具有很好的適用性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種沉管法修建海底隧道合理埋深的計算方法，包括以下步驟：

(1)確定擬建設沉管隧道區域氣象、水文和地質環境條件，并獲得水力學參數值和巖土體物理力學參數；

(2)獲取以往沉管隧道案例，分析擬建設沉管隧道區域存在的、影響埋深的因素；

(3)由工程類比法和數值計算方法，確定出各因素影響下的不同埋深值；