【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及沉管隧道，特别地是一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法。
技术介绍
1、沉管隧道要经过大量复杂的水中作业，包括浮运、沉放、对接等，各阶段的作用荷载、组合效应、施工工况与其它隧道工法相比有很大的差异。由于受到水流力和不同阶段施工荷载的作用，其受力过程是一个动态的变化过程。
2、等截面直线和大半径曲管段的起浮、浮运和沉放等工序已有较为成熟的经验可供借鉴，且施工难度相对较低、风险小，然而，对于变截面管节，其特性如下：
3、一、变截面管节的特殊性
4、截面变化：变截面管节的截面宽度不是恒定的，而是随着长度方向逐渐变化。这种变化使得管节在浮运过程中的受力情况变得复杂。
5、重心与浮心不对称：由于截面宽度的变化，变截面管节的纵横向重心和浮心往往不重合，这增加了管节在浮运过程中的不稳定性。
6、流体动力特性复杂：变截面管节在浮运过程中会受到水流、波浪等多种流体动力的作用，这些力的作用点和大小都会随着管节截面的变化而变化，进一步增加了管节的倾覆风险。
7、二、倾覆原因分析
8、流体动力不平衡：当变截面管节在浮运过程中受到不均匀的流体动力作用时，如一侧受到较大的水流冲击力或波浪力，而另一侧受力较小或不受力，就会导致管节产生倾覆力矩。
9、重心偏移：由于管节重心与浮心的不重合，当管节受到外力作用时(如水流、波浪、风等)，重心容易发生偏移，进而引发管节的倾覆。
10、操作不当：在浮运过程中，如果操作不当(如拖航速度过快、转向过急等
11、然而对于变截面管段，截面特性沿纵向变化，浮心和重心位置难以确定和控制，易引起管段在水中横向倾斜，并出现负值定倾高度，若继续倾斜超过一定角度后，难以保障管段稳性。沉管定倾高度是指管节运行时，沉管水平向一侧倾斜，直至液体超出侧壁而进入外侧的稳定位置时的高度。在管节设计和运行过程中，了解和控制沉管定倾高度是非常重要的，因为它直接影响着管节的稳定性和安全性。定倾高度的定义与其作用如下：
12、一、定倾高度的定义与作用
13、定倾高度是指物体在受到外力作用时，能够保持一定稳定状态的高度或距离。在沉管隧道工程中，定倾高度与管段的浮心与重心之间的距离密切相关。增加定倾高度，可以减小管段在浮运过程中的横倾风险，提高管段的稳定性。
14、二、定倾高度对倾覆问题的影响
15、减小浮心与重心距离：通过调整管段的设计，增加其定倾高度，可以减小管段浮心与重心之间的距离。这有助于降低管段在受到外力作用时产生的倾覆力矩，从而提高管段的抗倾覆能力。
16、提高初稳性：增加定倾高度还可以改善管段的初稳性，即管段在受到较小外力作用时能够迅速恢复稳定状态的能力。这有助于减少管段在浮运过程中因轻微扰动而发生的横倾现象。
17、综上所述，确定定倾高度是缓解变截面管节在浮运过程中倾覆问题的一种有效手段，沉管定倾高度的重要性在于它直接影响了管节的稳定性。当管节侧倾时，沉管内的液体会向外侧倾斜，同时压力也会产生不平衡，从而导致管节的运行不稳定。如果沉管定倾高度过低，影响管节的安全性和稳定性。设计师需要合理地确定沉管定倾高度，确保管节在各种情况下都能保持稳定。对于变截面管节没有一种明确的定倾高度计算手段来保证浮运安全，也无规范针对变截面的沉管隧道计算定倾高度的方法，综上，针对特殊的变截面沉管管节结构，确定定倾高度是十分有必要的。因此，提出一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法，可以规范计算变截面的沉管隧道的定倾高度，合理地确定沉管定倾高度，确保管节在各种情况下都能保持稳定。
2、本专利技术通过以下技术方案实现的：
3、一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法，其中，包括以下步骤：
4、步骤1：建立不同变截面沉管管节的平面形式；不同变截面沉管管节的平面形式分别有等截面-变截面形式、等截面-变截面-等截面形式以及变截面-等截面形式；
5、步骤2：采用理论公式计算变截面沉管管节的定倾高度；
6、步骤3：定倾高度分为浮运阶段无压舱水与浮运阶段有压舱水两个方面。进一步作为本专利技术技术方案的改进，浮运阶段：无压舱水：
7、形式一：所述步骤2中定倾高度的计算公式为：
8、
9、
10、式中：h为管段结构高度(m)；h为干舷值(m)；b1、b2分别为变截面沉管管节的两端直径；l1、l2分别为变截面沉管管节不同截面的轴向长度；hf为管段浮心与重心之间的距离(m)，hwdl为定倾高度(m)，管段重心位于浮心之上为正；在管节倾斜度小于10°的前提下，式中干舷高度可通过下式计算：
11、
12、式中：gk为管段自重标准值(kn)；ga为管段舾装及临时构件重量标准值(kn)；h1为防锚层调节厚度(m)；γw为水重度(kn/m3)，s为变截面管段投影面积；
13、形式二：
14、
15、式中：h为管段结构高度(m)；h为干舷值(m)；b1、b2分别为变截面沉管管节的两端直径；l1、l2、l3分别为变截面沉管管节不同截面的轴向长度；
16、形式三：
17、
18、式中：h为管段结构高度(m)；h为干舷值(m)；b1、b2分别为变截面沉管管节的两端直径；l1、l2分别为变截面沉管管节不同截面的轴向长度；
19、形式四：
20、
21、式中：h为管段结构高度(m)；h为干舷值(m)；b1为变截面沉管管节的一端直径；b2为变截面沉管管节的另一端在b1直径的基础上向下倾斜的垂直高度；b3为变截面沉管管节的另一端在b1直径的基础上向上倾斜的垂直高度；l1、l2分别为变截面沉管管节不同截面的轴向长度。
22、进一步作为本专利技术技术方案的改进，浮运阶段：有压舱水：
23、形式一：所述步骤2中定倾高度的计算公式为：
24、
25、式中：h为管段结构高度(m)；h为干舷值(m)；b1、b2分别为变截面沉管管节的两端直径；l1、l2分别为变截面沉管管节不同截面的轴向长度；hf为管段浮心与重心之间的距离(m)，hwdl为定倾高度(m)，∑iw为管段各部分压舱水的水面分别绕各自轴的惯性矩之和，管段重心位于浮心之上为正；式中干舷高度可通过下式计算：
26、
27、式中：gk为管段自重标准值(kn)；ga为管段舾装及临时构件重量标准值(kn)；h1为防锚层调节厚度(m)；γw为水重度(kn/m3)，s为变截面管段投影面积；
28、形式二：
29、
30、中：h为管段结构高度(m)；h为干舷值(m)；b1、b2分别为变截面沉管管节的两端直径；l1、l2、l3分别为变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法，其特征在于：浮运阶段：无压舱水：
3.根据权利要求1所述的一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法，其特征在于：浮运阶段：有压舱水：
【技术特征摘要】
1.一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种变截面沉管管节定倾高度的确定方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨春山，魏立新，杨勇，刘力英，林志威，欧振锋，黄雪阳，
申请(专利权)人：广州市市政工程设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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