[发明专利]沉管法修建海底隧道合理埋深计算方法

说明书

本发明公开了一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，包括以下步骤：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；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；由工程类比法和数值计算方法，确定出各因素影响下的的不同埋深值；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。

技术领域

本发明涉及一种沉管法修建海底隧道合理埋深计算方法。

背景技术

海峡、河口像天堑般，将大陆与大陆、大陆与海岛、海岛与海岛之间隔开，给出行带来诸多不便。水下隧道，能很好地解决这一问题。水下隧道主要有矿山法、盾构法、沉管法、围堰明挖法等。随着沉管施工工艺和压接工艺的改进，相对于其他施工方法，沉管法具有施工质量易保证、对地层条件要求不高、防水性能好、可平行施工、作业安全、抗震和断面形式灵活等特点，被国内外广泛采用。自1910年美国修建第一条沉管隧道以来(穿越美国和加拿大之间的底特律河铁路沉管隧道)，沉管法修建技术不断发展，目前，我国大陆已经修建或正在修建十几座沉管隧道，如：宁波甬江隧道、浙江舟山沈家门港海底隧道、港珠澳大桥海底隧道等。

在沉管隧隧道合理埋深问题上，存在以下问题：

一方面，对于一般传统的沉管隧道，基槽开挖量不大，上覆荷载很小或没有，怕浮不怕压，对地基要求不高，主要考虑抗浮稳定性的问题。然而，每一条沉管隧道的建设，都有其特殊性，如港珠澳大桥沉管隧道建设，需要考虑大型船舶最低通航水位的要求，包括30万吨级油轮不乘潮时满载吃水最大水深、海底最大冲刷深度、施工超深、安全富裕深度及隧道顶面以上2m保护层的问题，因此，港珠澳大桥沉管隧道最大埋深达到45米，位于海床下20多米、近10层楼的高度,隧道顶板至原始海床的回淤厚度达23米的纵向长度约3千米，此时抗浮稳定性占比重较小，沉降问题是工程建设成败的关键。

另一方面，传统的沉管隧道计算，大多从一维弹性地基梁角度进行考虑，或者在此基础上，再取典型横截面进行平面受力分析，这种传统的方法，不能合理的反映出沉管隧道空间内力分布，往往理论计算结果远小于实际值，并且在沉管结构两端区域，由于边界条件多样化，基于平面计算的横截面假定无法适用。

再者，影响沉管隧道合理埋深的因素，除了以上所述的水土压力和通航要求外，还要考虑海床的冲刷强度、冲刷规律、潮汐强度、海床地形和地质变化引起的不均匀沉降，海水腐蚀引起的淤泥和混凝土管段物理力学性质的软化、地震等偶然荷载等因素。

总之，在设计和计算沉管隧道合理埋深方面，缺少系统的计算方法。将抗浮稳定性、地基沉降量、管段和接头承受的水土压力、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(沉船、爆炸、地震荷载)、工程经验、工程造价、环境保护要求、工程安全和职业健康管理这些因素作为考虑条件，提出了一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，本发明将各个因素考虑其中，分别计算出在工程经验类比和数值计算下获得的不同埋深，找出影响了影响埋深的主要因素作为评判因子，采用权重分析法对沉管隧道埋深评判因子进行权重计算，具有很好的适用性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沉管法修建海底隧道合理埋深的计算方法，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；