深中通道沉管隧道预制推出式最终接头缩尺模型试验研究_宋神友.pdf
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1、公路 年月第期 基金项目:广东省重点领域研发计划项目,项目编号 收稿日期:文章编号:()中图分类号:文献标识码:深中通道沉管隧道预制推出式最终接头缩尺模型试验研究宋神友,郭亚唯,徐国平,金文良,付佰勇,宁进进(深中通道管理中心中山市 ;中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司北京市 ;中交公路规划设计院有限公司北京市 ;中交第一航务工程局有限公司天津市 )摘要:沉管隧道最终接头施工工艺作为深中通道工程建设重难点之一,“预制推出式”最终接头方案以其潜水作业的依赖性较小、施工难度低、施工速度较快等特点拟在实际工程中得到应用。依托深中通道沉管隧道最终接头实际项目,设计了缩尺模型试验,模拟最终接头推
2、出段推出过程,对顶推系统进行工程可行性验证。试验结果表明:通过缩尺模型试验,验证了千斤顶推出、横向纠偏工艺的可行性,为施工图设计参数提供了有力支撑。关键词:深中通道;沉管隧道;最终接头;千斤顶推出系统沉管隧道最终接头需要水下施工,影响因素复杂多变,其设计和施工是目前境内外学者关注的重点和难点。深中通道沉管隧道在调研世界范围内各种最终接头方案后,结合深中通道沉管隧道工程所处环境及工期要求,提出了“预制推出式”最终接头方案。“预制推出式”最终接头形式,其接头在陆上进行预制施工作业,易于质量控制,该方法减少了水下工作量,且施工工艺便捷,能大大提高工作效率,但超宽变宽也带来了诸多核心技术难题,包括:(
3、)大断面双钢板混凝土组合沉管隧道推出系统设计及施工工艺的可行性;()最终接头推出管节纠偏系统设计及纠偏工艺如何实施;()千斤顶推出系统、止水带构造在推出过程中是否能够正常运行;()最终接头在实施阶段如何保证各项量测控制精度等。为了更好地解决上述问题,本项目通过开展缩尺模型试验,模拟最终接头关键构造施工工艺,完整呈现最终接头水下推出过程,验证关键构造及施工工艺的工程可行性,最终根据模拟试验验证结果为优化完善相关构造提供依据,研究成果将在深中通道海底沉管隧道等项目中进行应用示范,为“一带一路”倡议中的海底沉管隧道建设提供技术支撑,为我国跨海峡通道工程(琼州海峡、渤海海峡、台湾海峡)提供技术储备。工
4、程概况经综合研究,确定深中通道沉管段的最终接头设于 管节与 管节间,长度为 ,最终接头处的水底缘水深 ,管节深圳端设置扩大段,最终接头推出段设置于 管节扩大段内,管节沉放后顶推推出段与 管节对接,完成最终接头施工,最终接头在隧道全线位置关系如图所示。单位:图预制推出式最终接头位置关系模型试验设计 试验模型设计 截面尺寸拟定根据试验平台实际条件,为充分反映最终接头 年第期宋神友等:深中通道沉管隧道预制推出式最终接头缩尺模型试验研究断面水环境作业特性,将最终接头设计截面大致按:等比例缩尺,同时考虑本项目试验重点为千斤顶推出工艺模拟,故试验模型中部分参数不作为模型设计控制条件,最终确定模型推出段和扩
5、大段截面见图所示。单位:图试验模型截面试验模型总长度,其中推出段长度,钢壳扩大段长度,模拟管节均为 。推出段、扩大段及 试验模型段均采用钢壳结构,钢板厚度取为。端封门采用双层钢板钢结构,总厚度 ,钢板厚度。端封门顶底面通过水密焊缝与试验模型相连接。原型结构与试验模型截面相似比如表所示。表原型结构与试验模型截面相似比类型模型宽高重量浮力惯性矩重心位置比例水头扩大段原结构 模型 相似比 推出段原结构 模型 相似比 千斤顶推出纠偏系统设计为模拟机械式推出形式,在推出段舱内设置纵向水平顶推千斤顶,实现推出段推出,同时设置钢套筒方式实现千斤顶穿端封门达到防水效果,顶推千斤顶布置形式见如图所示,千斤顶参数
6、见表所示。本试验在扩大段内壁两侧底部各设置两处千斤顶实现横向纠偏功能,纠偏系统预埋布置如图所示,纠偏千斤顶参数见表所示。止水带总体设计参照深中通道最终接头设计图,试验模型止水带包括型、型与 型等种。型充气止水带安装于模型扩大段内侧一圈,并与推出段外侧一圈形成面接触,在推出段和扩大段空隙中可实现单向滑动,形成类似“注射器针筒结构”;型止水带两端分别安装于扩大端端头一圈与推出端外侧一圈,止水带完全包裹推出段和扩大段空隙;型止水带安装于推出端端头一圈,在推出就位后,可与模拟管节实现封闭止水,止水带布置见图所示。试验加载及测点布置水下推出试验共计分为个加载工况,见表所示。试验测试主要内容包括。()顶推
7、纠偏值:单位:图顶推千斤顶布置表顶推千斤顶参数油缸最大推力 工作压力 油缸缸径最大拉力 缸径 ,杆径 单位:图纠偏系统布置表纠偏千斤顶参数型号负载 行程本体高度外径活塞直径重量 单位:图止水带总体布置纠偏千斤顶及顶推千斤顶顶力值。()位移:推出段纵向推出位移量。()水深:坑内水位、扩大段注水舱水位。()倾角:测试推出段推出过程管节下倾或上扬角度。()管节三维定位:测试推出管节两角点推出过程的三维变化情况。()视频监控:观测水下推出过程。试验测点布置如图所示。现场模型试验过程见图。表推出试验工况工况名称工况内容描述第一工况推出段匀速向前推进 ,静止后用全站仪进行观测记录。第二工况纠偏千斤顶从左往
8、右纠偏,静止后用全站仪进行观测记录。第三工况 匀速前推进 ,静止后用全站仪进行观测记录。第四工况 纠偏千斤顶进行纠偏,静止后用全站仪进行观测记录。第五工况 推出至管节就位,用全站仪进行观测记录。试验结果分析由图可以看出,初始推出过程中管节左右两 公路 年第期 年第期宋神友等:深中通道沉管隧道预制推出式最终接头缩尺模型试验研究图测点布置图现场模型试验过程侧位移速度不一致,考虑原因是滑板加工精度导致两侧摩阻力不同,后期推出过程中顶推千斤顶一定程度上发挥调整两侧位移同步作用。管节推出速度约为,推出过程总体较均匀。由图可知,整个推出过程中,推出管节最大上倾 ,推出管节横向偏转最大角度 ,推出过程总体稳
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