[发明专利]沉管法修建海底隧道合理埋深计算方法

权利要求书

1.一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)确定拟建设沉管隧道区域气象、水文和地质环境条件，并获得水力学参数值和岩土体物理力学参数；

(2)获取以往沉管隧道案例，分析拟建设沉管隧道区域存在的、影响埋深的因素；

(3)由工程类比法和数值计算方法，确定出各因素影响下的不同埋深值；

利用有限元分析软件计算沉管内发生接触、非接触爆炸时，主要考虑受爆炸荷载作用时，不同埋深条件下，地基沉降量、内部衬砌结构的变化、沉管上覆土震动速度、加速度，验证沉管上覆土层厚度的合理性；

利用有限元分析软件建立水、土体、沉管管节和止水带整体分析模型，进行动力学计算，分析管节和接头部位的应力和位移，计算地基沉降量；

考虑地基土层整体初始应力平衡和地基辐射阻尼效应的影响，基于黏弹性人工边界理论，在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界，来考虑海水与海床的流固耦合动力反应，将震动的输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入；

通过提取管节横截面关键点，分析在地震波作用下，海水深度、沉管隧道的埋置深度和海床土的弹性模量对沉管隧道结构地震反应的影响；

(4)由权重分析法，计算出各评判因子所占权重值，得到最终的埋深值。

2.如权利要求1所述的一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：所述步骤(1)中，查阅工程地质报告资料，分析拟建设沉管隧道区域气象、水文和地质环境条件，进行水文、岩土体力学试验，获得水力学参数值和岩土体物理力学参数，或进行沉管模型试验，模拟在原始自然环境下，沉管隧道模型应力、变形和地基模型应力、沉降分布变化。

3.如权利要求1所述的一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：所述步骤(2)中，影响因素包括：抗浮稳定性、地基沉降量、接头和管节承受的水土压力、结构内力值、结构变形量、通航要求、潮汐强度、海床冲刷强度、海床地形地貌特征、地质条件、水的侵蚀能力、隧道通行量、偶然荷载的结构响应与岩土层动力响应、工程经验、工程造价或/和环境保护要求。

4.如权利要求1所述的一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：所述步骤(3)中，数值计算具体包括抗浮稳定性决定的埋深，具体的影响因素包括：

1)基本荷载：水、土压力、沉管自重荷载，按最小混凝土比重、最小混凝土体积和最大海水比重；

2)临时荷载：温度应力的影响、车辆活载和工程临时荷载；

3)偶然荷载：沉船荷载、地震荷载和爆炸荷载。

5.如权利要求4所述的一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：所述水压，包括实测最高潮位、时测最低水位、历史最高潮位、历史最低水位、平均低水潮和平均高水潮，验算不同受力条件下，典型横截面抗浮安全系数，必须大于1.05，算出满足抗浮稳定性的合理埋深。

6.如权利要求4所述的一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：沉船荷载计算采用最大满载船只抛锚计算，分别计算沉船荷载对沉管隧道顶部产生的静压力和冲击压力，冲击压力由动量原理计算，接触面积由沉管纵轴线与隧道轴线之间的夹角确定，分析管节和接头部位的应力和位移，计算地基沉降量。

7.如权利要求1所述的一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：所述步骤(4)中，将得到的埋深计算结果分别对应的主因素：工程经验、抗浮稳定性、地基沉降量、结构内力值、结构变形量、沉船荷载、爆炸荷载和地震荷载作用下的结构响应与岩土层动力响应和通航要求作为评判因子，进行权重计算；

通过实际工程样本，结合《沉管法隧道设计规范》、《沉管法隧道施工与质量验收规范》，建立权重计算标准，求解权重。

8.如权利要求1所述的一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，其特征是：所述步骤(4)中，根据评价等级向量，等级个数，评价指标向量、评价指标的个数和评价指标的权重向量，建立评价指标和评价等级之间的映射关系，对于由评价指标、评价指标的权重及函数关系求评价等级为正问题，已知评价等级求取评价指标、评价指标的权重及函数关系的问题为反问题。