韓 強(qiáng)

（遵義經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)新興產(chǎn)業(yè)投資有限公司，貴州 遵義 563000）

1 什么是沉管隧道

沉管隧道目前在全世界范圍內(nèi)應(yīng)用，主要采用多孔箱形框架的矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，由于縱向較長(zhǎng)，橫向尺寸較小，計(jì)算時(shí)一般以縱向?yàn)閱挝?，根?jù)基礎(chǔ)的砂碎層的特性及開(kāi)挖地質(zhì)基地槽道的情況，運(yùn)用溫克爾彈簧地基公式，使用分層法計(jì)算。而接頭情況的計(jì)算，往往是將其處理成一般鋼接的連接方式，與實(shí)際情況存在一定的差距。

2 沉管隧道的特點(diǎn)

沉管隧道法施工中，要求頂面距離江河要達(dá)到1m 以上才可以進(jìn)行作業(yè)，隧道的長(zhǎng)度無(wú)形中減少了，周期也就短了，對(duì)于橫截面也沒(méi)要求那么嚴(yán)，圓形和矩形均符合要求，方便靈活，可以輕松做成低級(jí)別四車(chē)道的隧道，減少建筑開(kāi)挖量，沉管隧道法在施工中，基槽、地基開(kāi)挖方面，拖運(yùn)沉放工作都可以放在平行面進(jìn)行作業(yè)，縮短了施工周期；平面作業(yè)時(shí)，沉管隧道法接頭數(shù)大大減少，采用水力壓接技術(shù)防水性能大大加強(qiáng)。沉管隧道的長(zhǎng)度減少了，周期縮短，航運(yùn)能力得到保障；減少橋面影響，施工平面作業(yè)，與水中作業(yè)相比，更加快捷自如，工程費(fèi)用降低了很多。

3 什么是沉管隧道節(jié)段接頭

沉管隧道的接頭方式可以分為合攏中間接頭；岸坡接頭等。岸坡接頭又分為大接頭和小接頭，港珠澳大橋的隧道接頭就是有大接頭和小接頭組成的。沉管接頭需要考慮隧址情況、是否處于地震帶、是否方便施工等。一般情況下，沿江河海洋，系數(shù)變化較小時(shí)，選用半剛半柔技術(shù)最為實(shí)際。半剛半柔性接頭的主要有連接件、垂直剪切鍵等。半剛性接頭不同于半剛半柔性，組成為混凝土等。柔性接頭有鋼索、水平及垂直剪切鍵等，三者之間為彼此區(qū)分的。

4 研究試驗(yàn)沉管隧道節(jié)段接頭

接頭，本身我們從實(shí)際的生活中也知道，接頭往往是物與物之間，接觸最為薄弱的部位，當(dāng)一邊受力不均的話，特別容易出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象，同時(shí)節(jié)段接頭在沉管隧道的位子是無(wú)比重要的，結(jié)合港珠澳大橋沉管隧道工程建設(shè)設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，中國(guó)大學(xué)都有對(duì)接頭力學(xué)理論解析表達(dá)式推導(dǎo)進(jìn)行大量的研究，對(duì)一系列問(wèn)題進(jìn)行了深入探討，取得了較滿(mǎn)意的成果，例如：研究港珠澳沉管隧道尺管節(jié)接頭壓彎試驗(yàn)；力學(xué)模型及解析表達(dá)式；紅外對(duì)接頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)；劉鵬提出的相應(yīng)的力學(xué)模型及其參數(shù)確定管節(jié)接頭的方法；其他學(xué)者也對(duì)沉管隧道節(jié)段接頭進(jìn)行了研究，謝永利教授利用三維有限元對(duì)接頭剪力鍵破壞情況展開(kāi)研究，唐英等雙框箱形截面技術(shù)，描述沉管隧道接頭的設(shè)計(jì)與理論；劉千偉介紹了制作剪切鍵的方法，講解了沉管隧道最終接頭的施工情況，讓我們了解方法。在建設(shè)港珠澳大橋的時(shí)候，施工方也對(duì)大橋作了詳細(xì)介紹。為我們今后的設(shè)計(jì)、施工提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

我們?cè)谶M(jìn)行接頭試驗(yàn)時(shí)， 需要注意以下幾項(xiàng)：

1） 注意接頭的各項(xiàng)功能是否明確，是否符合實(shí)際需求，還要考慮價(jià)格因素；模型的施工性好，保證質(zhì)量。綜合考慮試驗(yàn)平臺(tái)的適應(yīng)性、是否滿(mǎn)足沉載的需要、千斤頂偏心受壓及承載力是否容許和試驗(yàn)工況制約，進(jìn)而確定和原型幾何相似比。

2） 按照相似定律，根據(jù)量綱建立模型，確定幾何相似比的前提下，要求與原型的相似性，明確彈模的比例，采用尺寸、材料、強(qiáng)度與原材料保持一致或者相似的材料進(jìn)行試驗(yàn)。

3） 采用石灰、石骨料，提高砂率，摻入減水劑，粉煤灰，纖維等材料進(jìn)行調(diào)配混凝土，對(duì)模型進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試30 天，看是否符合要求，達(dá)到強(qiáng)度高，彈模量低的材料，滿(mǎn)足剪力鍵的更換需求。

相對(duì)于澆筑模型時(shí)間長(zhǎng)，花費(fèi)大，使用較少的特點(diǎn)。剪力鍵很好地解決了這些問(wèn)題，在沉管建設(shè)過(guò)程中，做好移動(dòng)、抬升、對(duì)接過(guò)程中發(fā)生破壞的預(yù)想，模型受壓過(guò)大，襯砌主體發(fā)生裂縫或破壞。剪力鍵位于模型的端頭部位，當(dāng)剪力鍵被破壞時(shí)，嚴(yán)重影響試驗(yàn)的結(jié)果。

采用變態(tài)相似法，對(duì)剪力鍵進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)物理模型數(shù)值與沉管原型數(shù)值比較，推算出模型與原型之間的數(shù)值聯(lián)系。但數(shù)據(jù)量胖大，且可靠性還需要論證。用高強(qiáng)度、低彈模的配置混凝土進(jìn)行澆注，保證彈模量相似，但相似材料強(qiáng)度在8MPa-10MPa 之間時(shí)，剪力鍵在試驗(yàn)過(guò)程中易發(fā)生破壞。更有甚者危機(jī)試驗(yàn)人員和設(shè)備的安全。保證模型在試驗(yàn)過(guò)程中的強(qiáng)度，采用較高強(qiáng)度、低彈?；炷翝沧⒓袅︽I。采用楔形混凝土，進(jìn)行應(yīng)力傳遞，加以鋼板封口，實(shí)現(xiàn)可更換剪力鍵完全重合。

沉管隧道節(jié)段接頭力學(xué)行為的物理模型目標(biāo)就是研究剪力鍵的剛化點(diǎn)，考慮時(shí)間，經(jīng)費(fèi)及可行性探討等原因，采用拼裝式完全相似方案，對(duì)可更換式剪力鍵進(jìn)行驗(yàn)證。采用三有限元軟件對(duì)數(shù)值模擬進(jìn)行，分析水平剪力鍵，在局部在水平荷載的數(shù)值，對(duì)剪力鍵一側(cè)的襯砌施加水平均布荷載，單向約束其余邊界。采用相同材料，多次試驗(yàn)，保證了試驗(yàn)測(cè)試的可操作性，觀察受力的影響，觀察接縫的影響。若接縫對(duì)其受力影響可見(jiàn)，再驗(yàn)證采用不同的材料，觀察剪力鍵受力接縫的情況。確保了試驗(yàn)剪力鍵的安全可靠，在后續(xù)數(shù)據(jù)處理過(guò)程將變得非常簡(jiǎn)單。

5 結(jié)語(yǔ)

我們分析沉管隧道時(shí)，接頭力學(xué)的研究是非常需要的，進(jìn)行模擬，研究數(shù)值，論證模型，將能在未來(lái)的沉管隧道施工，最大限度地減小和避免接頭對(duì)沉管隧道的影響，對(duì)于普通百姓都是一件要緊的事情。