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洲头咀沉管隧道施工稳定性与可操纵性研究

刘慧  
【摘要】:随着城市交通的不断发展,沉管隧道作为跨越江河的另一种建设方式悄然兴起,沉管技术有着百年的发展历史,施工中的许多难题已被克服,但沉管的浮运、安装仍是沉管隧道技术的重点难点。本文从广州市洲头咀隧道项目着手,主要围绕项目沉管浮运、安装的施工稳定性及可操纵性进行研究,对管段进行动力学性能的分析,对于各种不利工况下如何进行浮运、安装施工提供了参考依据,对整个施工过程中的特点及难点进行了总结归纳,并提供了相应的措施及对策。 通过对沉管隧道的发展历史及世界各地沉管隧道技术的了解,在类似的施工条件下采取的浮运、安装方案进行类比,可以确定在航道狭窄、洲头咀隧道中使用的最佳浮运、沉放方式是岸上绞车拖运和拖轮顶推管段浮运法。 为了验证使用岸上绞车拖运和拖轮顶推管段浮运法来浮运管段的稳定性,建立力学模型,对管段在施工过程中的受力状态进行计算分析,主要分析管段在浮运过程中的运动学和动力学性能,包括测定水流速度、管段的运动速度与航向、管段的浮体运动自由度;测定和计算管段在水面运动受到的各种阻力(形状阻力、摩擦阻力、兴波阻力等)、水流横向作用力以及浮体定倾高度,确定最佳浮态、最佳干舷值以及所需的管段拖曳阻力;测定管段浮运过程中各钢丝缆索的拉力(拖曳缆索的拉力、制动缆索的张紧力等)、拖轮给予管段的顶推作用力,分析和调节各钢丝缆索的拉力和张力分配的均衡性,使管段能以适当的速度平稳运动。发现影响沉管稳定性的关键是水的阻力系数Cw,一般根据管段的形状尺寸、水流速度、浮运路线来取值,变化范围很大,在有利条件下为1.5,通常为3~4,特别不利时可达到6。因此在不同的水阻力系数下,沉管的稳定性也随之而改变,根据模拟软件与实际浮运效果对比发现,Cw取值为1.5时最接近实际的浮运效果,也最能保证沉管浮运过程中的稳定性。 研究管段在沉放、对接过程中的精度控制,包括选择适合本工程自然条件、航道条件的沉放方案、管段实时定位测量、管段水下结合处精度控制。通过对隧道过程中管节对接操作步骤分解分析,确定管节对接的重点及难点在于管节系泊、初步对接、拉合对接、稳定压载四个环节,并提出模拟管节系泊试验、选择合适的沉放时机、潜水员探摸接头等相应的解决措施。通过这些措施,更好的完成沉管浮运、安装过程中的精度控制。


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