沉管隧道砂流法地基处理中施工边界影响机制及工艺参数研究

This subject aims at the foundation treatment method of immersed tube tunnel using sand flow method, adopting model-test method and the two-phase flow theory, a variety of construction boundary conditions on the impact of the mechanism and technical parameters of the sand flow will be researched. The research contents are as follows: (1) a variety of construction boundary conditions on ground handling sand flow method impact mechanism analysis; (2), technology parameters for the treated foundation by sand flow method and the research of control methods (3), analysis of construction subsidence performance of sand tray foundation..Improved test simulates sand flow method models through different processes of sand flow method under boundary conditions, the measured take sand tray dynamic characteristics and process parameters at the boundary; numerical simulation analysis based Fluid Flow Multi boundary conditions are different sand tray shape when, To investigate the flow pattern at the boundary of construction required for molding sand tray; based on two-phase flow theory, for the construction of sand flow at the border a "separation-coupled stepwise approach" method to establish short-term flow of sand within the sand particles and particle velocity field trajectory; explore the boundary conditions on the sand flow method processes influencing mechanism, proposed an effective method of foundation treatment of sand flow control methods and process parameters, providing a theoretical basis and direction for the optimization of construction sand flow method to set boundaries..This study has some innovation, and this work has significant theory meanings and broad application outlooks.

本课题针对沉管隧道砂流法地基处理，采用模型试验方法及两相流理论，研究多种施工边界条件对砂流的影响机制及工艺参数。主要研究内容：（1）、多种施工边界条件对砂流法地基处理的影响机制分析；（2）、砂流法地基处理工艺参数及控制方法研究；（3）、砂盘地基的施工沉降性能参数分析。.通过改进的砂流法模型试验模拟不同边界条件下的砂流法过程，测取边界处的砂盘动态特征及工艺参数；采用数值仿真方法分析多边界条件下不同砂盘形态时的基槽流场，探讨施工边界处砂盘成型所需的流场形态；基于两相流理论，针对施工边界处的砂水流采用“分离—耦合逐步逼近”方法建立短时域内砂水流中砂颗粒的速度场及颗粒运动轨迹；探讨边界条件对砂流法处理过程的影响机制，提出有效的砂流法地基处理控制方法和工艺参数，为优化砂流法施工边界设置提供理论依据及方向。.本研究具有较好的创新性，成果具有切实的理论意义和广阔的应用前景。

随着我国社会经济快速发展，江、河、海峡（湾）两岸城市的发展与交通运输的矛盾日益凸显，建设水下隧道已成为国内外跨河（海）交通载体的一个趋势。沉管隧道以其优越性而成为水下隧道建设的主要型式，砂流法是目前先进的沉管隧道的地基处理方法，工程应用广泛。前人针对工程实践进行了系列砂流法试验研究并获得了一定的成果，但至今没获得边界条件的影响机制、工艺参数及控制方法、砂盘地基成型密实度，无法对砂盘的扩展尺寸、充满度、密实度、水压力等参数给出合理解释，从而制约了砂流法的设计、施工技术的发展。.针对上述沉管隧道地基砂流法技术中存在的问题，本研究选取沉管隧道砂流法地基为研究对象，考虑抛石封填、临近已成型砂盘及阻淤措施等基槽边界，通过改进的砂流法模型试验模拟不同边界条件下的砂流法过程，测取了边界处的砂盘动态特征及工艺参数；采用数值仿真方法分析多边界条件下不同砂盘形态时的基槽流场，探讨了施工边界处砂盘成型所需的流场形态；分析了边界条件对砂流法处理过程的影响机制，提出有效的砂流法地基处理控制方法和工艺参数，为优化砂流法施工边界设置提供理论依据及方向：（1）边界封堵对砂流法系统水压力及模型板底水压力峰值均没有明显影响，但影响封堵侧水压力的发展趋势。工程中适当的边界封堵可“迫使”砂盘形成近似矩形砂堆，提高砂盘充满度，节省工期。（2）砂流法过程先后经历了砂盘的“形成”和“扩展”两个主要阶段。砂流法在基槽中形成砂盘、冲积坑、流缝、流槽、斜层状纹理等结构，砂颗粒主要通过“冲积坑—流缝—流槽”进行长距离输送并在砂盘外围形成斜层状纹理。（3）流缝、流槽的时空分布决定砂盘各向的输砂量，是影响砂盘扩展均衡性的因素之一。（4）砂流法形成砂盘密实度介于稍密-中密状态，密实度并不受边界条件影响。.研究成果适应我国水下隧道建设需求，在沉管隧道地基处理理论、设计及施工等领域均具有切实的理论意义和广阔的应用前景。