【摘要】：大型海底沉管隧道的沉放是沉管隧道工程設(shè)計與施工中的一個重要環(huán)節(jié),也是整個施工過程中最危險、對技術(shù)要求最強的環(huán)節(jié)。復雜的海洋環(huán)境條件下,當遇到較惡劣的施工環(huán)境(主要是風、浪、流)時,過大的管段運動響應會直接影響沉管沉放定位的精準性和安全性。研究駁船-沉管系統(tǒng)在管段沉放過程中的水動力特性以及沉放控制纜的受力特征,將有助于把握沉管沉放的穩(wěn)定性和施工安全性。目前國內(nèi)外對駁船抬吊沉管管段沉放運動的水動力特性研究還很少�；诖�,本文進行了對雙駁船沉放方式下沉管管段沉放運動的試驗與數(shù)值模擬研究。開展了規(guī)則波作用下雙駁船抬吊沉放沉管管段運動的模型試驗。試驗在大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室的海洋環(huán)境水槽中進行,水槽試驗模型比尺為1:50。采用雙目視覺非接觸式運動姿態(tài)測量系統(tǒng)采集雙駁船和沉管管段模型六個自由度方向上的運動響應,分析了不同波要素以及三個不同沉放深度條件下沉管管段的運動幅值變化情況。試驗結(jié)果表明,錨碇沉管在雙駁船沉放作用下,管段的橫蕩、垂蕩運動幅值較平臺沉放時明顯減小,橫搖運動變大;雙駁船抬吊沉放方式錨碇沉管管段的運動幅值隨著相對寬度B/L和沉放深度的增大而逐漸減小,隨波高的增大而增大;當B/L較小時,波高及沉深對管段運動響應的影響較為明顯。錨碇纜對雙駁船沉管系統(tǒng)的運動起到一定的約束作用,在波高和波浪周期較大時,錨碇纜對雙駁船沉管系統(tǒng)運動幅度的制約更為明顯。開展了不規(guī)則波作用下雙駁船沉放沉管管段的試驗研究,討論了不規(guī)則波作用下沉管管段沉放運動的動力響應和吊纜張力特性,分析了雙駁船和沉管管段沉放過程中的運動響應頻譜特征,以及不同有效波高、譜峰周期和管段沉放深度對沉管沉放運動響應的影響;比較了雙駁船沉放與固定平臺沉放方式下沉管管段的運動響應頻譜特征,探討了雙駁船運動對沉管沉放運動的影響。試驗結(jié)果表明,雙駁船作用下沉管管段的運動幅值隨沉放深度的增大而減小,沉管管段與雙駁船以及駁船-沉管系統(tǒng)的固有周期是影響沉管管段運動特征的主要因素;對于管段的橫蕩低頻運動,管段在波浪譜峰周期較小情形下低頻慢漂現(xiàn)象較為明顯,并隨著有效波高的增大而增大。建立了雙駁船抬吊沉管管段沉放運動的時域數(shù)值計算模型,模擬海洋環(huán)境條件下沉管管段沉放運動的動力響應特性。應用牛頓第二定律建立沉管管段沉放運動的時域方程,采用滿足自由水面條件的格林函數(shù)建立邊界積分方程求解波浪力,應用集中質(zhì)量法和莫里森方程對系泊系統(tǒng)的錨碇纜力進行靜力和動力求解,采用四階龍格庫塔法迭代求解管段時域運動方程。對靜水中雙駁船及沉管的自由衰減運動以及規(guī)則波和不規(guī)則波作用下雙駁船抬吊沉管管段的運動響應進行了計算,數(shù)值計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果吻合良好。應用該數(shù)值模型計算了海洋環(huán)境下擴展入射波周期范圍后的錨碇沉管管段沉放過程的運動響應,并選取三組典型海況對雙駁船沉放沉管管段的動力響應特性進行模擬計算,給出了不規(guī)則波作用下沉管管段的運動響應計算結(jié)果和管段運動的頻譜分析結(jié)果,數(shù)值計算的結(jié)果分析與模型試驗得到的結(jié)論基本一致。
【圖文】：

逑地上預制沉管管節(jié)，通過駁船將若干預制管節(jié)拖運至現(xiàn)場，并配合定位系統(tǒng)將沉管管段逡逑逐節(jié)沉放至水底基槽中，，最后進行水下對接和覆土回填［２Ｇ］。圖１．１為盾構(gòu)隧道、沉管隧逡逑道以及橋梁三者的施工長度比較情況［２１］。逡逑，邐．——二一一一、逡逑圖１．１不同施工方法的施工長度對比逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｌｅｎｇｔｈｓ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄｓ逡逑與“盾構(gòu)法”相比，“沉管法”具備以下優(yōu)勢Ｐ，１Ｑ］：逡逑（１）隧道頂部埋深較淺，方便兩岸道路銜接，一定程度上縮短了隧道長度（圖１．１），逡逑總工程量變小，工程造價降低；逡逑Ｃ２）管段可在千塢中提前預制，具有良好的防水性能，可交叉作業(yè)；逡逑（３）

１．２．２沉管隧道的沉放關(guān)鍵技術(shù)逡逑沉管隧道的施工過程一般可以概括為［４８＿５＜）］：邋１）海底基槽開挖與管段的預制；２）出逡逑塢與浮運；３）管節(jié)的定點沉放與水下對接；４）覆土回填。沉管隧道的施工流程如圖１．２逡逑所示�？紤]到沉管隧道陸上預制與水下連接的施工特點，采用何種方式對管節(jié)進行沉放逡逑■枿ｉｆ逡逑建成邐回填邐沉放逡逑圖１．２沉管隧道工程的施工流程示意逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｆｌｏｗ邋ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｉｍｍｅｒｓｅｄ邋ｔｕｎｎｅｌ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ逡逑－５邋－逡逑
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U459.5

【參考文獻】

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本文編號：2603244