回淤及地基不均勻影響下沉管隧道力學性能分析

胡斌 廖榮

摘 要 目前沉管隧道接頭大多為柔性接頭，柔性接頭過大變形將影響隧道止水性能，威脅隧道運營安全，而其中地基不均勻和回淤作用對接頭差異沉降影響最大。本文對地基不均勻和回淤單獨作用、地基不均勻和回淤共同作用進行了數(shù)值模擬，得到了回淤及地基不均勻影響下沉管隧道力學性能變形規(guī)律，可為后期類似工程提供一些參考。

關鍵詞 沉管隧道;接頭變形;回淤;地基不均勻

引言

沉管法由于具有埋深淺、兩岸接線短特點，逐漸成為城市一江兩岸近岸過江交通的主要工法型式之一[1]。目前常用的沉管隧道均采用柔性接頭[2]，由于接頭剛度的不連續(xù)性，管節(jié)的不均勻沉降會導致接頭處的張開與錯動，使止水帶的防水效果降低甚至喪失，從而對隧道的安全運營造成極大的危害。引起管節(jié)不均勻沉降的影響因素很多[3]，其中最主要因素為地基剛度不均勻及管節(jié)頂部回淤厚度不均勻，目前國內外有關于回淤和地基剛度不均勻影響的研究[4]，但綜合考慮兩因素分析管節(jié)接頭受力的研究較少。

1模型概況

為整體分析回淤和地基剛度不均勻的影響，利用殼單元和土彈簧建立了沉管隧道四個管節(jié)整體模型，如圖1所示。同時對相關管節(jié)接頭參數(shù)包括鋼剪力鍵、混凝土剪力鍵的抗剪切剛度、GINA止水帶的抗壓剛度等進行了深入分析，并建立了細化模型進行數(shù)值仿真。

2回淤或地基不均勻單獨影響下接頭分析

結合管節(jié)接頭受力特點，回淤或地基不均勻單獨作用考慮4種最不利工況，分別為管段接頭和管段本體中間部位剛度和淤泥厚度發(fā)生突變，具體變化模式詳見圖2。數(shù)值模擬對隧道接頭變形和受力進行對比分析。

經計算，在剛度突變工況中，工況①地層反力在管段接頭位置存在突變，地層反力最大值為602Mpa，最小值為389Mpa，差值為213Mpa;工況②地層反力位于管段本體中間剛度突變處，地層反力最大值為782Mpa，最小值為15Mpa，差值為767Mpa。由計算結果可知，管段本體處的剛度突變相對接頭處的剛度突變對地基反力的影響更大，兩工況下管段接頭最大差異沉降相差不大，均約為1.5mm。

回淤不均勻工況下，工況③地層反力在管段接頭位置存在較大變化，地層反力最大值為460Mpa，最小值為286Mpa，差值為174Mpa;工況④地層反力在管段本體中間和接頭位置均存在較大變化，最大值為465Mpa，最小值為278Mpa，差值為187Mpa。由計算結果可知，兩工況下地基反力相近，即地基反力對回淤的作用不敏感，兩工況下管段接頭最大差異沉降均約為2mm。

3回淤及地基不均勻共同影響下接頭分析

回淤及地基不均勻共同影響下，考慮以下三種工況。

從上圖可知，在兩種作用共同影響下，工況①地層反力在管段接頭位置存在突變，工況②地層反力突變位置位于管段本體中間，工況③在管段接頭位置和管段中部均存在變化，但接頭為突變，管段中部地層反力存在曲線過渡段。三工況地層反力值均較單獨作用時更大。另三工況管段接頭最大差異沉降均約為6mm。

本文分析認為造成這種計算結果的原因為管節(jié)接頭剛度較小，當?shù)貙油蛔儠r，并不能引起接頭相互之間作用力的有效傳遞，而管節(jié)本體剛度較大，當出現(xiàn)地層變異時，本體在傳遞內力方面較為有效，從而地層反力出現(xiàn)較大的突變。

4結束語

本文分別對地基剛度不均勻和回淤不均勻單獨作用和共同作用下考慮管節(jié)接頭的沉管隧道進行了分析，結果顯示，兩種情況下地基剛度不均勻對管段接頭處地基反力的影響較大，而管段的地基反力對回淤作用不太敏感，另外回淤和地基剛度不均勻組合作用相比地基剛度不均勻和回淤不均勻單獨作用對接頭沉降的影響有放大作用。

參考文獻

[1] 林鳴，劉曉東，林巍，等.沉管隧道規(guī)劃綜述[J].中國港灣建設，2017，37（1）：1-7.

[2] 李瀚源.沉管隧道結構及接頭力學性能分析—以深中通道工程為例[D].北京：北京交通大學，2018.

[3] 魏綱，裘慧杰，楊澤飛，等.考慮回淤的沉管隧道基礎層壓縮模型試驗研究[J].巖土工程學報，2014，36（8）：1544-1552.

[4] 李景.外海大回淤沉管隧道地基回彈再壓縮機理與特性研究[D].西安：長安大學，2013.