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大型沉管隧道柔性接头受力分析大型沉管隧道柔性接头受力分析大型沉管隧道柔性接头受力分析□文/袁有为王艳宁摘要：橡胶止水带是沉管法隧道接头联接中的关键技术，GINA 止水带的问世，使得水力压接法广泛应用于管节的联接并使水下沉管隧道的建设有了巨大发展。
天津海河隧道采用沉管法施工工艺，隧址位于8 度区的软土地基上，管段接头在各种不利工况下的稳定性是整个工程安全的关键问题之一。
依托天津滨海新区中央大道海河隧道工程，采用大型有限元软件Hypermesh ，分析了沉管柔性接头在各种工况下的受力情况，对于GINA 止水带的选型具有较强的指导意义。
关键词：沉管；隧道；柔性；接头；GINA 止水带；有限元；Hypermesh;受力沉管法是指在干坞内或大型驳船上先预制管段，再浮运到指定位置下沉、对接、固定，进而建成水下隧道或水下构筑物的施工方法。
采用沉管法施工的隧道叫沉管隧道。
1 工程概况天津海河隧道路线全长4 132 m ，隧道部分全长3 323 m ，暗埋段全长2 988 m。
穿越海河段采用沉管法施工工艺，沉管段全长255 m，由3节预制管段组成，单节管段长85 m，见图1和图2。
图1 海河隧道沉管段横断面图2 海河隧道沉管段分节海河沉管隧道管段与管段之间以及沉管段与两岸暗埋段之间采用柔性接头形式相联接。
柔性接头包括钢剪切键、混凝土剪切键、剪切键橡胶支座、GINA 止水带以及预应力拉索等多种构件，见图3。
图3 沉管隧道段横断面及管段接头布置海河隧道位于8 度区IV 类场地条件，属于抗震不利地段。
从沉管隧道自身的结构特点和埋设位置来看，其受地震作用比较明显。
沉管隧道是由多节位于水下的管段拼接而成，这对管段接头的密封防漏性能有着非常苛刻的要求。
地震期间，由于埋设于土层中沉管隧道不太可能像桥梁那样发生垮塌式的结构破坏，其最容易出现问题并可能导致整个沉管丧失功能的薄弱环节就在于其接头联接的可靠性。
因此保证其接头在地震期间能够抵抗住地震力的破坏作用对沉管隧道整体的抗震性能具有决定性的意义。
沉管管段的接头技术嘿，咱今儿就来聊聊沉管管段的接头技术这档子事儿。
你说这沉管管段的接头，那可真是整个工程里的关键一环啊！就好比咱人身体上的关节，要是这关节出了问题，那还能好好活动吗？这沉管管段的接头也是一样的道理呀。
你想想看，那些巨大的沉管管段，要在水下稳稳地连接在一起，这可不是一件容易的事儿啊。
这接头技术要是不过关，那水不得哗啦啦地往里灌啊，那可就糟糕啦！就像家里水管接头没接好，那水漏得到处都是，能不闹心吗？这接头技术啊，有好多种方法呢。
就好像咱做饭有各种不同的做法一样，每一种都有它的特点和用处。
有的接头方式就特别牢固，能经得住各种折腾；有的呢，可能更适合一些特殊的环境和条件。
比如说有一种接头是用橡胶止水带来密封的。
这橡胶止水带就像个超级厉害的密封圈，把管段之间的缝隙给牢牢地封住，让水无缝可钻。
你说神奇不神奇？这就好比给沉管管段穿上了一层防水的“衣服”，把水都挡在外面啦。
还有的接头会用到一些特殊的结构，就像是给管段之间搭了一座坚固的“桥”，让它们稳稳地连接在一起。
这“桥”可不简单啊，得能承受住各种压力和力量，保证管段不会松动。
那在实际操作中，这接头技术可得小心谨慎地来。
工人们就像是一群细心的医生，要给这些沉管管段做好最完美的“手术”。
每一个步骤都不能马虎，稍有不慎，那后果可不堪设想啊！而且啊，这接头技术还得考虑到很多因素呢。
比如说水下的环境，水压的大小，还有管段本身的材质和尺寸等等。
这就像是做菜要考虑火候、调料和食材的搭配一样，得综合考虑各种因素，才能做出一道美味的菜肴。
你说这沉管管段的接头技术是不是很有意思？它可不是随随便便就能搞定的，得靠专业的技术和经验。
这就像是一门艺术，需要工匠们精心雕琢，才能呈现出完美的作品。
咱再想想，如果没有这些先进的接头技术，那我们的大桥怎么能在水上稳稳地架起来呢？那些海底隧道又怎么能顺利通行呢？所以说啊，这接头技术可真是太重要啦！它为我们的生活带来了很多便利和可能。
滨海新区中央大道海河隧道中央大道海河隧道经过六年施工建设于2015年01月23日全线试通行，海河隧道是继海门大桥、海河开启桥之后，又一连接海河南北两岸的交通隧道，大大缓解了该地区的交通压力。
简介中央大道的路线位于塘沽区、汉沽区、大港区三个行政区中轴线，大道北起汉沽区南外环，穿过汉沽区、塘沽区、大港区地界，南至大港区海景大道，与世纪大道相接，宽60米，长约53.11千米，主线设计为双向六至八车道。
中央大道海河隧道工程位于滨海新区于家堡中心商务区东南侧。
北起胜利路，南接津滨大道立交，路线总长4.2公里，其中隧道全长3.36公里，地下部分2.9公里，设计为双向六车道。
工程未建方案先变中央大道的走向与滨海新区的海洋经济发展带基本一致，海河隧道作为其中最重要的节点将大道南北两岸连在一起，使中央大道沟通汉沽、塘沽、大港三个行政区。
据隧道工程的相关工作人员介绍，在原先的设计方案中，隧道从于家堡地区下穿进入海河，直接沟通南北两岸，在海河南岸连接津沽公路接线立交桥，隧道全长2.88公里，设计时速为60公里，采用双向六车道断面。
原计划的进度是，在中央大道四号路地道及胜利路段实现通车之后，海河隧道工程就要开始动工。
其实，比起现存的海河、海门两座大桥，海河隧道的两端显得更加沉甸甸，北岸是滨海未来的金融中心于家堡，南岸则是临港工业区、天津港散货物流区并且能直通大港，有了海河隧道这一节点，中央大道才能真正称得上是滨海新区的交通大动脉。
隧道建设的核心技术海河隧道将采用目前国际上最先进的沉管施工工艺。
所谓沉管，其实是高约9.8米，宽36.6米，长85米，由钢筋混凝土做成的箱体建筑。
总的来说，整个工程首先要做的是在海河边建成一个面积为5.4万平方米的斗型干坞，它深10米，作用是把在岸边预制好的3节沉管调入其中，然后再将海河河水从干坞的一个口流入其中，使沉管利用自身浮力，漂在水面上。
此时，干坞与海河水面持平。
然后再由轮船将三节沉管依次拖入海河。
文章编号:1009-6582(2005)05-0066-05沉管隧道的一种最终接头形式及施工方法肖晓春 林家祥 何拥军 祝建伟(上海隧道工程股份有限公司,上海200080)摘 要 最终接头是整个沉管隧道中的关键工序之一,干地施工法是最常用的一种最终接头施工方法。
结合嘉兴电厂二期取水工程的具体特点,首次采用接头井的形式实现最终接头的干地施工。
工程实践表明,结构的强度、刚度、稳定性、水密性均满足干地施工要求,大大降低了最终接头的施工风险,确保了施工质量。
关键词 沉管隧道 最终接头 钢封门 止水中图分类号:U455.46 文献标识码:A1 引 言沉管隧道最后一节管段的最后一个端面连接之处称为最终接头[1]。
最终接头的位置可选择在水中或两岸与陆上隧道连接处,其结构形式可采用刚性或柔性两种形式,但无论最终将接头选择在何处,采用何种结构形式,都应考虑管段沉放的总体流程、施工时水文条件、航道情况、作业机械和完成后地基与基础的不均匀沉降、结构温度变化等诸多因素。
因此,最终接头是整个沉管隧道中的关键工序之一。
目前常见的最终接头施工方法有:干地施工法、水下混凝土施工法、防水板施工法、接头箱体施工法、V 型(楔形)箱体施工法、可移动套管施工法等多种。
我国大陆已建的几座交通沉管隧道中,宁波常洪隧道采用的干地施工方法,最终接头的位置选在干坞里,最后一节管段沉放就位后依托干坞围堰和管段顶部预浇的混凝土挡墙一起形成完整的挡水结构,将干坞内的水抽干,在坞内形成最终接头干地施工的环境[2]。
上海外环隧道采用的是水中接头方法[3]。
由上海隧道工程股份有限公司承建的嘉兴电厂二期(以下简称嘉电二期)取水工程也采用沉管工艺施工,取水隧道共两条,隧道为双孔矩形断面,外包尺寸为8.1m ×4.4m ,每孔的净空尺寸为3m ×3m ,隧道长约200m ,其中140m 左右为浮运沉放施工段,分6节管段,每节长度约23.4m 左右,取水隧道的末端有一只超大型的取水头。
中央大道海河沉管隧道基础注浆施工技术李秀华【摘要】基于天津市滨海新区中央大道海河隧道工程处于滨海相软土地质、高地震区进行设计与施工,为满足管段基础承载力与抗震性能要求,基础采用60 cm厚碎石与40 cm厚膨润土砂浆相结合.碎石基础在管段沉放前完成,浆液基础在管段沉放对接完毕后进行,基础施工分为三阶段,即管段预制、管段浮运沉放、基础注浆阶段,经历了管道预埋、水囊袋安装、管段碎石初步锁定、排气通道设置、管内注浆等工序环节,施工工艺复杂,水下施工安全影响因素多,质量控制难度大.在注浆过程中应用较为先进的冲击映像法监控技术进行综合评价,保证了施工质量安全,经后续施工部位验证以及监控测量,密实度达96％以上,满足了设计沉降量、密实度、强度等相关性能要求.【期刊名称】《国防交通工程与技术》【年(卷),期】2013(011)004【总页数】5页(P55-59)【关键词】大型沉管隧道;钠基膨润土砂浆;水囊袋;一次注浆孔;二次补充注浆;冲击映像法【作者】李秀华【作者单位】天津市成套设备工程监理有限公司,天津300222【正文语种】中文【中图分类】U455.46沉管隧道基础处理方法很多，大致可分为刮铺法、桩基法、喷砂法、砂流法、灌囊法和注浆法，其中喷砂法、砂流法、灌囊法和注浆法属于后填法，即先将管段沉放好，再设法将管段与基槽之间的空隙填实［1］。
灌囊法［2］是在沙石垫层面上用砂浆囊袋将剩余空隙垫实，采用这种方法沙石垫层与管段底部留出15～20cm 的空间，空囊（常用土工布制作）事先固定在管段底部与管段一起沉没，管段沉放到位后，即向囊袋内注入注浆材料，使囊的体积迅速膨胀，充填管段与下部地基之间的空隙。
预埋孔道管内注浆法［3-5］，是在灌囊法基础上发展起来的一种新颖基础处理方法，它省去了较贵的囊袋、繁复的安装工艺、水上作业和潜水作业。
通常做法是在浚挖基槽后，再在槽内铺垫40～60cm厚的碎石，平整度达±20 cm 即可。
中央大道海河隧道关键施工技术吴峰【摘要】基于我国华北地区首座沉管隧道——天津市滨海新区中央大道海河隧道工程施工,针对沉管隧道岸壁保护、干坞结构、沉管预制与浮运沉放以及基础处理等重要部位施工,通过采用锁口钢管桩坞口止水帷幕、水下碎石摊铺与基础注浆、首次采用聚脲外包防水、边管廊压载水箱以及二次注浆孔设置等关键施工技术,保证了工程施工质量安全,为今后类似工程设计与施工积累了丰富经验.【期刊名称】《国防交通工程与技术》【年(卷),期】2015(013)003【总页数】5页(P39-43)【关键词】沉管隧道;岸壁保护;轴线干坞;锁口钢管桩止水帷幕;聚脲防水;浮运沉放;水下碎石摊铺;水下注浆【作者】吴峰【作者单位】中铁十八局集团第五工程有限公司,天津300459【正文语种】中文【中图分类】U459.51 工程概况中央大道海河隧道工程，位于天津市滨海新区塘沽内，为天津市重点工程之一。
该工程全长4．2 km，隧道长3．38km，其中穿越海河255m采用沉管法施工工艺，称为沉管水中段（见图1），该沉管段分为“3＋1”节段进行预制，长度分别为85m、85m、（80＋5）m，采用“两孔三管廊”的双向六车道结构设计，设计时速60km／h，使用年限为100a。
图1 隧道沉管水中段平面图2 工程关键与难点技术分析2．1 岸壁保护工程（1）岸壁保护格构地连墙为国内最深结构，深度达52．5m，且穿越25m厚砂层施工，成槽施工难度大、易发生塌方事故。
（2）与之相连的坞口，距海河仅为6m左右，内侧即为26．5m深的沉管隧道陆地连接段深基坑，因此坞口具有稳定性与止水功能是关键，如何做到坞口不渗不漏是难点。
2．2 轴线干坞结构（1）轴线干坞为特大型超深临水基坑，位于滨海相软土地质上，使用时间长达2．5a，经历管段的预制、浮运与沉放施工，因此基坑的安全稳定很重要［1］。
（2）在干坞内预制的“3＋1”节管段单节重达3万t，管节混凝土预制裂缝宽度设计要求小于0．15 mm，因此对坞底承载力要求高，且基坑临近海河，坞底以下为粉砂土、细砂层、砂层结构，属于高透水地质层，也因此实现坞底地下水顺畅循环以及管段安全起浮是难点。
天津市海河隧道工程沉管施工关键技术王朝辉【摘要】对中央大道海河隧道工程沉管施工关键技术进行了分析研究,阐述了沉管接头抗震分析、管段预制及沉放、干坞稳定性分析以及护岸结构稳定性分析等关键技术,为我国北方地区、高震区修建类似工程积累经验.【期刊名称】《国防交通工程与技术》【年(卷),期】2017(015)002【总页数】4页(P74-77)【关键词】软土地质;高震区;沉管隧道【作者】王朝辉【作者单位】中铁十八局集团第五工程有限公司,天津300456【正文语种】中文【中图分类】U455.46中央大道海河隧道工程位于天津市滨海新区于家堡中心商务区和东西沽地区，是一座穿越海河的市政公路隧道工程，过河段采用沉管法施工工艺，沉管段设计里程为K28+492.0～K28+747.0，由3节管段组成，长度分别为85 m、85 m、(80+5)m，断面尺寸为36.6 m×9.65 m，管段接头采用柔性接头体系，按照八度抗震设防。
沉管工程(平面见图1)主要包括岸壁保护结构、干坞、管段预制、河槽浚挖、管段基底处理、岸边连接段施工等主要工序。
本工程位于滨海相软弱地质层，地质层主要由淤泥层(3～12 m)、淤泥质土、黏土、夹粉土、粉质黏土、粉砂、细砂(20～25 m)等组成，具体见图2，土层含水量大，渗透系数小，稳定性差。
2.1 沉管柔性接头体系管段接头采用柔性接头[1]体系(图3),主要由GINA橡胶止水带和OMEGA橡胶止水带形成两道防水线，管段接头处设剪切键和钢拉索限位装置。
沉管隧道在地震波载荷的作用下，沉管之间的接头部位可能被破坏，导致沉管漏水。
为确保计算的有效性，须探索出沉管隧道计算新方法，以确保高地震条件下沉管隧道的受力性能，合理进行柔性接头各组成部分的结构设计。
2.2 沉管隧道基础处理本工程位于滨海相软土地质条件下，以及华北平原地震带上，抗震设防为八度，工程基础要求抗震性能好、沉降量不能过大或者产生不均匀沉降，在地震发生时基础不能产生液化。
