回淤及地基不均匀影响下沉管隧道力学性能分析

胡斌 廖荣

摘 要 目前沉管隧道接头大多为柔性接头，柔性接头过大变形将影响隧道止水性能，威胁隧道运营安全，而其中地基不均匀和回淤作用对接头差异沉降影响最大。本文对地基不均匀和回淤单独作用、地基不均匀和回淤共同作用进行了数值模拟，得到了回淤及地基不均匀影响下沉管隧道力学性能变形规律，可为后期类似工程提供一些参考。

关键词 沉管隧道;接头变形;回淤;地基不均匀

引言

沉管法由于具有埋深浅、两岸接线短特点，逐渐成为城市一江两岸近岸过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头[2]，由于接头刚度的不连续性，管节的不均匀沉降会导致接头处的张开与错动，使止水带的防水效果降低甚至丧失，从而对隧道的安全运营造成极大的危害。引起管节不均匀沉降的影响因素很多[3]，其中最主要因素为地基刚度不均匀及管节顶部回淤厚度不均匀，目前国内外有关于回淤和地基刚度不均匀影响的研究[4]，但综合考虑两因素分析管节接头受力的研究较少。

1模型概况

为整体分析回淤和地基刚度不均匀的影响，利用壳单元和土弹簧建立了沉管隧道四个管节整体模型，如图1所示。同时对相关管节接头参数包括钢剪力键、混凝土剪力键的抗剪切刚度、GINA止水带的抗压刚度等进行了深入分析，并建立了細化模型进行数值仿真。

2回淤或地基不均匀单独影响下接头分析

结合管节接头受力特点，回淤或地基不均匀单独作用考虑4种最不利工况，分别为管段接头和管段本体中间部位刚度和淤泥厚度发生突变，具体变化模式详见图2。数值模拟对隧道接头变形和受力进行对比分析。

经计算，在刚度突变工况中，工况①地层反力在管段接头位置存在突变，地层反力最大值为602Mpa，最小值为389Mpa，差值为213Mpa;工况②地层反力位于管段本体中间刚度突变处，地层反力最大值为782Mpa，最小值为15Mpa，差值为767Mpa。由计算结果可知，管段本体处的刚度突变相对接头处的刚度突变对地基反力的影响更大，两工况下管段接头最大差异沉降相差不大，均约为1.5mm。

回淤不均匀工况下，工况③地层反力在管段接头位置存在较大变化，地层反力最大值为460Mpa，最小值为286Mpa，差值为174Mpa;工况④地层反力在管段本体中间和接头位置均存在较大变化，最大值为465Mpa，最小值为278Mpa，差值为187Mpa。由计算结果可知，两工况下地基反力相近，即地基反力对回淤的作用不敏感，两工况下管段接头最大差异沉降均约为2mm。

3回淤及地基不均匀共同影响下接头分析

回淤及地基不均匀共同影响下，考虑以下三种工况。

从上图可知，在两种作用共同影响下，工况①地层反力在管段接头位置存在突变，工况②地层反力突变位置位于管段本体中间，工况③在管段接头位置和管段中部均存在变化，但接头为突变，管段中部地层反力存在曲线过渡段。三工况地层反力值均较单独作用时更大。另三工况管段接头最大差异沉降均约为6mm。

本文分析认为造成这种计算结果的原因为管节接头刚度较小，当地层突变时，并不能引起接头相互之间作用力的有效传递，而管节本体刚度较大，当出现地层变异时，本体在传递内力方面较为有效，从而地层反力出现较大的突变。

4结束语

本文分别对地基刚度不均匀和回淤不均匀单独作用和共同作用下考虑管节接头的沉管隧道进行了分析，结果显示，两种情况下地基刚度不均匀对管段接头处地基反力的影响较大，而管段的地基反力对回淤作用不太敏感，另外回淤和地基刚度不均匀组合作用相比地基刚度不均匀和回淤不均匀单独作用对接头沉降的影响有放大作用。

参考文献

[1] 林鸣，刘晓东，林巍，等.沉管隧道规划综述[J].中国港湾建设，2017，37（1）：1-7.

[2] 李瀚源.沉管隧道结构及接头力学性能分析—以深中通道工程为例[D].北京：北京交通大学，2018.

[3] 魏纲，裘慧杰，杨泽飞，等.考虑回淤的沉管隧道基础层压缩模型试验研究[J].岩土工程学报，2014，36（8）：1544-1552.

[4] 李景.外海大回淤沉管隧道地基回弹再压缩机理与特性研究[D].西安：长安大学，2013.