一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型及试验方法

本发明涉及沉管隧道出坞试验，特别是涉及一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型及试验方法。

背景技术：

1、随着陆上交通和内河、海洋航运事业的发展，对越江跨海通道的需求越来越大，而由于水上通行轮船的吨位和密度的增大，要求桥下通航净空越来越高，跨度越来越大，使得修建桥梁的成本和难度大增。同时，由于受到城市规划的限制，跨江越海桥梁的两岸接线条件随城市发展变得更为困难。因此，近十年来陆续出现了一批水下隧道。

2、沉管隧道出坞物理模型试验可论证管节出坞方案和系泊方案的合理性，并提出优化建议，现有技术中尚且缺乏针对水流作用下沉管隧道的出坞研究。

3、因此，亟需一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型及试验方法，用来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型，包括：

3、试验水池；

4、试验模型，包括船坞模型和沉管隧道模型，所述船坞模型和所述沉管隧道模型分别设置在所述试验水池内，所述沉管隧道模型通过若干缆绳分别与所述船坞模型和若干拖轮连接，若干所述拖轮用于拖动所述沉管隧道模型进行出坞；

5、造流系统，包括若干造流件，若干所述造流件沿轴向设置在所述试验水池一侧，所述造流件用于模拟水流；

6、数据获取系统，包括监测装置和测量装置，所述监测装置和所述测量装置分别设置在所述试验水池上，所述监测装置用于获取所述沉管隧道模型的试验数据，所述测量装置用于获取所述缆绳的试验数据。

7、优选的，所述造流件包括水泵本体，所述水泵本体安装在所述试验水池上，所述试验水池内固定连接有两导流板，若干所述水泵本体的输出端均伸入到所述试验水池内且位于两所述导流板之间。

8、一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型试验方法，包括以下步骤：

9、根据实际参数设计和制作所述船坞模型、所述沉管隧道模型和所述缆绳；

10、通过若干所述造流件进行水流要素率定；

11、将所述船坞模型、所述沉管隧道模型和所述缆绳摆放至研究阶段位置，进行模拟试验；

12、通过所述监测装置和所述测量装置获取试验数据；

13、调整所述沉管隧道模型的出坞阶段，进行重复模拟试验。

14、优选的，所述沉管隧道模型的尺寸根据实际沉管参数等比缩放；所述缆绳的受力-伸长曲线与实际缆绳相同。

15、优选的，水流要素率定包括：

16、s1、将所述试验水池加水到设定的试验水位，并安装流速仪；

17、s2、待所述试验水池内的水面稳定后，开启所述水泵本体开始造波，并打开流速仪，测定测点流速；

18、s3、通过调整所述水泵本体的位置与流速，达到满足试验要求的高流速梯度。

19、优选的，若干所述拖轮分别与所述沉管隧道模型前端的若干缆绳连接，所述船坞模型内部两侧分别与所述沉管隧道模型后端两侧的所述缆绳连接。

20、优选的，所述沉管隧道模型上设置有标志点，所述监测装置用于监测所述标志点。

21、优选的，所述缆绳的受力-伸长曲线公式如下：

22、

23、式中：tm为模型缆绳拉力(n)；cp为原型缆绳弹性系数；dp为原型缆绳直径(m)；δs/s为原型缆绳相对伸长；η为指数。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

25、本发明提供的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型及试验方法，在试验水池内注水，通过设置的造流系统模拟水流，船坞模型、沉管隧道模型和缆绳通过比例进行制作将其放置在试验水池内进行沉管隧道的出坞试验，模拟沉管隧道出坞各阶段运动响应及系缆力，得出在不同出坞阶段，沉管隧道在水流作用下，管节运动位移、姿态、加速度和受力变化规律，缆绳受力变化规律，保证试验精度，为管节出坞方案和系泊方案的合理性提供数据。本发明能更准确地模拟沉管隧道出坞过程，更合理反应高流速梯度作用下沉管运动响应与系缆力。

技术特征：

1.一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型，其特征在于：所述造流件包括水泵本体(5)，所述水泵本体(5)安装在所述试验水池(1)上，所述试验水池(1)内固定连接有两导流板(6)，若干所述水泵本体(5)的输出端均伸入到所述试验水池(1)内且位于两所述导流板(6)之间。

3.一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型试验方法，适用于权利要求2所述的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型试验方法，其特征在于：所述沉管隧道模型(3)的尺寸根据实际沉管参数等比缩放；所述缆绳(4)的受力-伸长曲线与实际缆绳相同。

5.根据权利要求3所述的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型试验方法，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型试验方法，其特征在于：若干所述拖轮分别与所述沉管隧道模型(3)前端的若干缆绳(4)连接，所述船坞模型(2)内部两侧分别与所述沉管隧道模型(3)后端两侧的所述缆绳(4)连接。

7.根据权利要求3所述的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型试验方法，其特征在于：所述沉管隧道模型(3)上设置有标志点，所述监测装置用于监测所述标志点。

8.根据权利要求4所述的一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型试验方法，其特征在于：

技术总结本发明涉及沉管隧道出坞试验技术领域，公开了一种高流速梯度作用下沉管隧道出坞物理模型及试验方法，包括试验水池；试验模型，包括船坞模型和沉管隧道模型，船坞模型和沉管隧道模型分别设置在试验水池内，沉管隧道模型通过若干缆绳分别与船坞模型和若干拖轮连接，若干拖轮用于拖动沉管隧道模型进行出坞；造流系统，包括若干造流件，若干造流件沿轴向设置在试验水池一侧，造流件用于模拟水流；数据获取系统，包括监测装置和测量装置，监测装置和测量装置分别设置在试验水池上，监测装置用于获取沉管隧道模型的试验数据，测量装置用于获取缆绳的试验数据。本发明能准确模拟沉管隧道出坞过程，更合理反应高流速梯度作用下沉管运动响应与系缆力。技术研发人员：张金凤,李明宇,张庆河,刘光威,陈伟,霍文斌,罗赤宇,李雪莲,陈海斌受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12