河床冲刷对大断面水下隧道变形影响

王乐明; 罗基伟; 张宇亭; 孟庆余; 左殿军; 马志富; 安晓宇; 孟毅; 赵跃

doi:10.11779/CJGE2024S10002

河床冲刷对大断面水下隧道变形影响 English Version

1.
中国铁路设计集团有限公司, 天津 300308
2.
交通运输部天津水运工程科学研究院港口水工建筑技术国家工程研究中心, 天津 300456

基金项目:

国家重点研发计划项目 2022YFB2602800

国家自然科学基金青年基金项目 52308401

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目 K2022G057

详细信息

作者简介:
王乐明(1985—)，男，硕士，高级工程师，主要从事隧道工程研究工作。E-mail: sdswangleming@126.com

通讯作者:
罗基伟, E-mail: luojiweim@126.com

中图分类号: TU411
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2024-04-28
- 刊出日期: 2024-07-31

Influences of riverbed erosion on deformation of large cross-section underwater tunnels

1.
China Railway Design Corporation, Tianjin 300308, China
2.
National Engineering Research Center of Port Hydraulic Construction Technology, Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering, M.O.T., Tianjin, 300456, China

摘要

摘要: 河床冲刷是水下隧道长期运营中面临的一个新问题。受径流量变化、河床泥沙条件等因素影响，上覆河床冲刷会导致隧道埋深和荷载变化，使其产生不均匀变形，影响隧道安全。本研究围绕河床冲刷下大断面过江隧道的变形响应问题，采用离心试验研究多次冲刷后隧道变形发展进程，分析了内部衬砌增大结构刚度来抵抗冲刷卸载变形的机理；分析了不同冲刷深度下隧道变形增长的非线性行为，揭示了冲刷过程中淤泥质地层对隧道变形的不利影响；分析了河道冲刷引起的盾构管片衬砌环缝张开变形特征，明确了内部衬砌有利于避免管片衬砌环缝张开的不利影响。
- 盾构 /
- 水下隧道 /
- 河床冲刷 /
- 卸载 /
- 变形
Abstract: The riverbed erosion caused by runoff changes and sediment conditions has become a new problem for underwater tunnels during its long-term operation. The riverbed erosion overlying the tunnel can lead to changes in burial depth and load, which can cause significant uneven deformation and affect tunnel safety. This study focuses on the deformation response of large cross-section underwater tunnels caused by erosion. The centrifugal test method is used to study the deformation of tunnels caused by multiple erosions. According to the model tests, the internal lining increases the structural stiffness and resists deformation of tunnels caused by erosion unloading. The nonlinear growth of deformation with different erosion depths is analyzed. The muddy clay layer is unfavorable for deformation of tunnels during erosion development. The gap opening of shield segments caused by erosion is analyzed. The internal lining is beneficial for avoiding the disadvantage of segment opening.
- shield tunneling /
- underwater tunnel /
- riverbed erosion /
- unload /
- deformation

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图 1 隧道横断面示意图

Figure 1. Schematic diagram of tunnel cross-section

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图 2 盾构管片与隧道模型

Figure 2. Shield segments and tunnel models

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图 3 试验模型箱示意图

Figure 3. Schematic diagram of test model box

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图 4 工况1-1（有内衬）隧道位移

Figure 4. Tunnel displacements of case 1-1 (with internal lining)

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图 5 工况1-2（无内衬）隧道位移

Figure 5. Tunnel displacements of case 1-2 (without internal lining)

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图 6 工况2-1（有内衬）隧道位移

Figure 6. Tunnel displacements of case 2-1 (with internal lining)

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图 7 工况2-2（无内衬）隧道位移

Figure 7. Tunnel displacements of case 2-2 (without internal lining)

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图 8 冲刷深度及土体性质对隧道变形影响

Figure 8. Impact of erosion depth and soil properties on deformation

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图 9 环向管片接缝变形（单位：mm）

Figure 9. Deformation of circumferential segment joints (Unit: mm)

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表 1 离心模型试验模拟工况

Table 1 Cases of centrifugal model tests

工况	极限冲深/m	单次冲深/m	衬砌方案	现状埋深/m
1-1	24	8	有内衬	43.2
1-2	24	8	无内衬	43.2
2-1	16	8	有内衬	27.8
2-2	16	8	无内衬	27.8

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表 2 工况1和工况2试验土层参数

Table 2 Parameters of test soils for cases 1 and 2

工况	土层	按原型换算重塑土控制指标
工况	土层	孔隙比	相对密实度	干密度/(g·cm^-3)
1	粉砂	0.78	0.32	1.52
	粉土	0.95	0.38	1.39
	细砂	0.65	0.55	1.57
	粗砂	0.69	0.65	1.58
	细砂	0.65	0.61	1.57
2	粉砂	0.78	0.32	1.52
	淤泥质粉质黏土	1.14	—	1.26
	粉土	0.65	0.55	1.36
	细砂	0.65	0.61	1.57
	粗砂	0.69	0.65	1.58

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