Particle Swarm-Based Translation Control for Immersed Tunnel Element in the Hong Kong–Zhuhai–Macao Bridge Project

Immersed tunnel is an important part of the Hong Kong–Zhuhai–Macao Bridge(HZMB) project. In immersed tunnel floating, translation which includes straight and transverse movements is the main working mode. To decide the magnitude and direction of the towing force for each tug, a particle swarm-based translation control method is presented for non-power immersed tunnel element. A sort of linear weighted logarithmic function is exploited to avoid weak subgoals. In simulation, the particle swarm-based control method is evaluated and compared with traditional empirical method in the case of the HZMB project. Simulation results show that the presented method delivers performance improvement in terms of the enhanced surplus towing force.

盾构隧道深基坑开挖对邻近超高压燃气管道的影响研究

以珠海隧道始发井及车架段深基坑开挖工程为背景,利用数值模拟,研究基坑开挖引起的地表沉降对邻近既有燃气管道内力的影响。利用有限元方法,将监测得到的燃气管道沉降数据作为数值模型的边界条件,反算燃气管道的内力变化。根据数值模拟结果,选取管道局部内力突变与内力较高的部位,进行现场监测。模拟结果表明,地层沉降引起的燃气管道内力增加有限。现场监测结果也证明,管道整体内力水平处于安全范围内,暂不需要对燃气管道采取防护措施。

地震波斜入射下港珠澳大桥沉管隧道地震响应分析

斜入射地震波引起的非一致性地震动对地下管廊、沉管隧道等细长结构影响明显。在细长结构抗震中,需要考虑地震动的非一致性。针对港珠澳大桥沉管隧道,采用黏弹性人工边界的方法建立三维有限元模型,对比分析P波、SV波和SH波在不同角度斜入射下的隧道动力响应。研究结果表明:不同的入射波、不同的角度在隧道中的响应差别显著。P波、SH波作用下结构加速度随入射角的变化先增大后减小,SV波作用下结构加速度随入射角增大而减小。相较于自下而上的垂直入射,地震波斜入射下结构应力响应被明显放大且不同入射波下结构应力响应的分布特点不同,P波在隧道顶、底板的中部的应力较大,SV波作用下结构纵向非一致性表现得更明显,SH波在隧道侧墙、中隔墙与顶底板相交的角点区以及两个斜向板块应力较大。随着入射角度增大,P波、SV波应力逐渐增大,SH波应力逐渐减小。

沉管隧道渗漏水红外自主检测技术

针对港珠澳大桥沉管隧道内行车道及排烟道可能产生的渗漏水病害现象,采用搭载于巡检机器人的红外热成像阵列,进行图像识别。红外热成像阵列能够应对大视场、远测距、高分辨率的工作场景;图像处理算法包含预处理、图像分割、轮廓检测及决策判断等步骤,同时,当满足气象条件及轮廓内像素灰度阈值时,视为可能存在渗漏病害区域。研究结果可实现沉管隧道内主要设施巡检覆盖率达90%以上,最小渗漏检测面积0.1 m×0.1 m的技术指标,并开展实验室测试及天津中试场地实验验证指标及检测系统有效性。

港珠澳大桥岛隧工程建造技术

港珠澳大桥是世界最长的跨海大桥,主通航孔临近中国香港机场,为了不影响中国香港机场,采用了6.7km沉管隧道方案,在隧道两端各修建了一个人工岛实现桥隧转换,港珠澳大桥沉管隧道是我国第一次建设的大型跨海沉管隧道.岛隧工程是港珠澳大桥的控制性工程,工程位于开散海域,水文气象地质条件复杂;珠江口是世界最繁忙的通航海域之一,安全风险很大.同时,工程需要穿越中华白海豚核心保护区,在生态环境保护方面具有很大挑战性,对港珠澳大桥采用设计施工总承包模式进行建设,并研发了快速筑岛和跨海沉管隧道成套技术.结果表明,在岛隧工程7a的大规模海上工程建设中,实现了安全零伤亡,珠江口白海豚保护区的生物种群和生态环境得到了良好的保护.

港珠澳大桥对粤港澳大湾区区域旅游一体化发展影响的计量研究

立足于旅游供需空间系统视角,运用旅游流引力模型及GIS集成方法分析港珠澳大桥建成前后粤港澳大湾区城市旅游竞争力和居民出游力的格局,探讨粤港澳大湾区的区域旅游一体化趋势。研究表明:1)港珠澳大桥的开通使得珠江口东西两岸的旅游流潜力分布更加均衡,有利于珠江口两岸地区的均衡发展,推动港珠澳大桥绿色政策通道建设,打破行政壁垒以实现旅游要素的自由流通,是推动粤港澳大湾区旅游从均衡发展走向区域协同一体化发展的关键。2)大湾区11个城市旅游竞争力和居民出行力的变化幅度与大桥开通后交通可达性的提升幅度显著相关,并呈现明显的空间距离衰减特征;大桥的开通降低了两岸之间的旅游抗阻力,显著加强了珠江口两岸城市的旅游合作关系,尤其是东西岸城市群(中国香港、深圳、中国澳门和珠海)之间的资源优势互补。3)港珠澳大桥影响下,粤港澳大湾区旅游竞争力和居民出游力的变化在空间分布上呈现显著的聚集特征,高值集聚区主要分布在大桥直接连接的中国香港、中国澳门和珠海;中山及珠海的部分区域被高值邻居包围,受扩散的机会较大;而广佛和深莞的部分区域为低值聚集区,呈现一定的边缘化趋势。大桥对港澳核心城市群优势的加强作用明显,广州及附近区域的相对地位被削弱,大湾区的旅游格局从以广州为中心的核心集聚向多中心辐射转变。

循环荷载作用下珠海隧道饱和黏土软化试验研究

通过对珠海隧道正常固结饱和粉质黏土和淤泥质黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究循环荷载作用下土体软化情况。根据软化指数定义,得到土体软化指数曲线;分析了循环荷载过程中土体割线剪切模量发展规律;探讨动应力对土体软化的影响。结果表明:试样在每一循环次数中都存在临界屈服应变εp;循环次数较少时,土体刚度软化现象明显,随循环次数逐渐增加,土体刚度软化程度降低甚至不发生刚度软化;相对于加载波形为正弦波而言,半正弦波提高了土体刚度软化程度;动应力的提高增加了土体软化的程度。

公路沉管隧道的发展及其关键技术

为使隧道工程建设者们对沉管隧道工法的历史、关键技术及发展等有更全面的认识与了解,便于作出较科学合理的判断,按照建设时序、地域和主要技术特点等因素对世界范围内既有的公路沉管隧道事例进行分析梳理,总结出目前沉管隧道所历经的3个主要发展阶段及其典型技术特征,并对公路沉管隧道的纵断面、结构横断面、地基基础及隧道接头等关键技术进行探讨与归纳。最后,以我国在建的超大型港珠澳沉管隧道工程为例,分析了我国外海首座公路沉管隧道设计中的关键技术问题及其解决对策,可为我国公路水下隧道的方案制订及设计研究提供有益借鉴。

港珠澳大桥沉管隧道基槽泥沙回淤研究总述及创新实践

港珠澳大桥海底隧道施工采用沉管工法,在E15节沉管施放中发生了基槽异常回淤,迫使沉管返航,造成了巨大的工程损失。明确异常回淤机理,实现基槽泥沙回淤的精确预报具有重大的工程意义。通过开展大量自主创新性研究工作,揭示了基槽异常回淤的原因,开发了沉管基槽多因素、复合型基槽回淤预报模型系统,实现了沉管基床上泥沙回淤的精细化预报,保障了E15~E33节沉管的顺利安放。研究成果从基础理论、模拟技术、预警预报模式等多个方面均取得了开创性突破,对我国工程建设和泥沙研究的理论具有极大的提升和促进意义。

管幕冻结法积极冻结方案模型试验研究

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程预支护体系采用管幕法与人工冻结技术相结合的全新"管幕冻结法"施工。根据工程实际情况,首次提出了在管幕钢管内部布置"圆形主力冻结管"、"异形加强冻结管"和"升温盐水限位管"三种特殊管路构成的冻结方案。为了研究该冻结方案的有效性与可控性,进行了大型物理模型试验。文章主要介绍了模型试验概况,重点分析了开挖前积极冻结阶段冻结的试验效果。试验结果表明,积极冻结阶段冻土帷幕发展显现了预期规律,冻结效果显著;管幕间形成良好的冻土帷幕,可确保良好的止水效果。

沉管节段接头剪力键三维数值力学特性研究

基于ANSYS有限元软件,构建沉管节段三维数值模型,在节段接头处定义接触单元,采用只受压的杆单元模拟橡胶支座,并定义其为双折线材料。调节沉管下部土层的弹性模量与泊松比,模拟沉管隧道在不均匀荷载及沉降条件下的纵向弯曲与扭转工况。通过分析节段接头剪力键的应力及剪力分布特征,研究沉管接头剪力键在上述工况下的受力特性。并将数值结果与大比例尺节段接头剪力键模型试验结果相对比。主要结论:两类工况中,竖向剪力键承担了几乎全部的竖向剪力,但对水平方向的抗剪基本不起作用,而水平剪力键在两类工况中都产生了水平剪力;扭转工况中,地层较软一侧竖向剪力键剪力较大;在剪力键端头角点及与节段衔接处局部应力较大。

港珠澳大桥岛遂工程桂山沉管预制厂总平面设计

介绍了世界范围内第2个、我国第1个大型沉管预制厂——港珠澳大桥岛遂工程桂山沉管预制厂总平面设计过程中遇到的难题及解决方案。提供灵活多变、具体问题具体分析的总平面设计思路,为未来类似工程的平面布置提供有益的参考。

港珠澳大桥海底沉管隧道基础垫层选型与总体设计

对港珠澳大桥海底沉管隧道可选的基础垫层进行多方面比选分析,提出了采用先铺碎石垫层作为隧道结构与地基之间的过渡构造。通过与国外类似工程设计进行比对,结合垫层受力作用机理,从横向、纵向及竖向3个维度对垄沟相间碎石垫层的几何参数进行设计,并通过物理模型试验确定了碎石垫层的物理力学指标。工程实践检测表明,先铺碎石垫层各项指标均能满足设计要求,施工工序衔接合理,是一种可检、可达、可修的沉管隧道垫层,可在类似工程中推广应用。

港珠澳大桥沉管隧道新技术

沉管法是20世纪初发展起来的一种专门修建水下隧道的工法,适用条件较为苛刻,随着工程技术的发展,其适应性越来越强。继丹麦—瑞典的厄勒松海峡沉管隧道和韩国釜山—巨济沉管隧道修建之后,我国正在珠江口伶仃洋30万t主航道下修建港珠澳大桥沉管隧道,借鉴了国外技术与国内施工经验,自主创新,结合工程项目特点,在地质勘察、结构分析、耐久性设计、管节预制、地基与基础处理等方面发展了一些新技术,并对这些新技术进行了探讨和总结。

港珠澳大桥沉管隧道合拢口水动力条件数值模拟研究

港珠澳大桥海底隧道采用沉管法施工,最终接头安装前会在两节沉管中间形成合拢口。龙口往往形成水流集中、流速急剧增加的现象,给最终接头的安装施工增加一定难度。本文通过建立沉管合拢口局部水域的3维水流数学模型,模拟了“水下龙口”区域特有的水流结构,分析了龙口水流流速与珠江口径流、潮差的相关关系。数值模拟研究结果表明:合拢口纵断面流速分布具有“表层大、底层小,落潮大、涨潮小”的分布特点;同级别径流条件下龙口水流随潮差的增大而增加,相同潮差条件下龙口水流会随上游径流量的增大而增加;最终接头安装使用的起重船距离龙口仅30 m,船头挑流作用使得龙口西侧局部水域流速急剧增加,但对龙口区域的水流条件影响较小。根据沉管合拢口区域的水动力条件数值模拟结果,论证了最终接头安装施工期间的外部水情条件与对应的时间窗口,为港珠澳大桥沉管隧道的最终贯通提供了技术支撑。

沉管隧道曲线段管节水力压接GINA不均匀压缩分析

港珠澳大桥沉管隧道部分管节位于路线设计的平曲线上,管节结构在平面上设计成近似曲线的形状。曲线段管节对接部位的GINA是均匀材质,由于管节结构不对称,水力压接作业时管节受力不均匀,最终导致GINA压缩不均。为确保工程线形可控,在曲线段管节设计中必须分析和解决该问题。文章通过力学分析计算GINA的压缩量,深化了对曲线段管节水力压接时GINA压缩问题的认识,可供类似工程参考。

港珠澳大桥沉管隧道基槽异常回淤分析与数值模拟

港珠澳大桥沉管隧道E15管节基槽发生异常回淤,海底隧道沉管安装被迫中止。为查明E15管节基槽发生异常回淤的原因,先后开展了现场水文泥沙观测、遥感影像资料分析和数值模拟等多种技术手段。采用水沙数学模型反演了内伶仃岛上游采砂活动形成的浑水团在潮流作用下的扩散输移过程,沙源在数学模型中以面源形式模拟。模拟结果表明,采砂活动形成的浑水团在一个大潮期间的落潮过程中可输移扩散至基槽水域,其中E15—E27管节基槽日淤厚在采砂活动影响下将增加43.8%。数值模拟结果为查明E15管节基槽异常回淤的泥沙来源提供了佐证。E15管节以东基槽水域水沙环境复杂,天然淤积已经接近临界回淤允许值,基槽上游水域的采砂活动对沉管基槽回淤将带来不可控因素,采砂活动对周边水域产生的泥沙回淤影响应引起足够重视。

港珠澳大桥沉管隧道运行情况

通过监测数据分析论述港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道自2013年5月—2017年10月整个施工期的运行状况,监测内容包括沉降、差异沉降、管节纵向结构挠度、管节接头张合量、节段接头张合量、节段接头水压以及隧道整体情况。结果表明,沉管管节实际差异沉降得到较好的控制,复合地基+组合基床使得沉降得到改善,隧道整体运行情况与结构反应良好,整体与接头基本没有渗漏水情况。

大直径曲线管幕顶进过程中地层变形控制及监测

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段下穿珠海拱北口岸,采用"曲线管幕+冻结"作为开挖预支护。由于隧道地理位置敏感、地质条件复杂、施工方法特殊,对曲线管幕施工引起的地层变形控制要求极高。文章通过对管幕施工引起地层变形影响因素的分析,提出地层变形的控制措施,包括:选择合适的顶管机械和配套设备、动态控制顶进参数、洞口止水控制、始发接收止水控制、钢管挠度要求、泥浆置换等。根据现场监测数据,从地表变形、地表沉降槽和地表沉降累积效应三方面分析了大直径曲线管幕顶管引起的地层变形规律,为工程建设的安全和合理性提供实测依据,并为今后类似工程项目提供参考和借鉴。

重大工程团队动态创新能力演化动力模型研究——以港珠澳大桥岛隧项目为例

重大工程是我国强国战略的根基所在,其关键核心技术攻关的重点在于形成和发展项目团队的动态创新能力。基于港珠澳大桥岛隧工程项目的单案例研究,通过扎根理论研究方法提炼出重大工程团队动态创新能力演化动力要素,对行动学习、自组织和适应性领导力影响机制进行了梳理,构建重大工程团队动态创新能力演化动力模型。在研究过程中发现行动学习、自组织和适应性领导力从驱动力、创造力、影响力等方面揭示了重大工程团队动态创新能力演化动力的关键影响因素,进一步丰富和深化了动态创新能力的理论研究,也为重大工程团队进行动态创新实践提供理论参考。