沉管隧道管节浮运操纵运动模拟

作者：季沈华　陈锦标　肖英杰　周伟

来源：《科技视界》2012年第32期

        【摘 要】针对港珠澳沉管隧道工程中管节浮运方式部分，本文基于MMG建模思想建立了管节和拖轮的运动数学模型。采用VC++开发软件平台对管节各个阶段拖航进行仿真，并对实验结果进行分析，研究结果比较客观地描述了管节拖航系统运动特性，对驾驶人员安全拖带管节有着实际上的指导意义。

        【关键词】沉管隧道；数学模型；VC++；运动仿真

        0 引言

        近年来，沉管隧道以其独特的优势发展迅猛。管节的浮运又是整个岛隧工程中至关重要的环节。一般来说管节浮运面临的几个重大的瓶颈是管节尺寸较大、多艘拖轮共同拖航操控较难、施工水域水深有限制、水上交通繁忙、海况复杂等。管节浮运操控试验的研究可以保障浮运过程的安全进行，减少人力资源和资金的消耗浪费，对整个工程的建设有较大的意义。本文主要研究沉管隧道管节的模型建立和仿真并对模型的误差进行分析。

        1 项目背景

        本文以港珠澳沉管隧道工程为背景，研究管节在航道、转向区、基槽内浮运的操控性。港珠澳大桥，跨越珠江口伶仃洋海域，是集路、桥、岛、隧为一体的工程。全长49.968公里，总投资为729.4亿（追加至900亿）。港珠澳大桥岛隧工程是港珠澳大桥主体工程技术最复杂、建设难度最大的部分。为适应沉管隧道各部分管节顺利浮运与沉放，工程预制两条浮运航线，现截取其中基槽转向的某一段重点研究。

        2 模型建立

        基于MMG建模思想，考虑了管节尺度、拖轮性能、拖带方式、风、浪、流、浅水效应等主要因素，建立了一个包含拖船、管节的三自由度数学模型。建模的框架如下图所示。

        由作用在管节上的外力及外力矩[3]代可以推出以下基本公式：

        m（■-vr）=X■+X■+X■+X■m（■+ur）=Y■+Y■+Y■+Y■I■■=N■+N■+N■+N■ （1）

沉管隧道管节浮运操纵运动模拟