[发明专利]节岛型自平衡式阿基米德桥

说明书

技术领域

本发明涉及一种悬浮在水中的隧道，即阿基米德桥。

背景技术

阿基米德桥自从十九世纪八十年代提出以来，作为一种新的交通概念早已经被接受，世界上有许多国家都投入巨资进行研究，并已经取得大量的科研成果，当年的科学幻想在逐渐变成现实。但是，由于阿基米德桥这一交通概念涉及领域广泛，需要解决的问题众多，因此，到目前为止世界上还未建成一座实用的阿基米德桥。

已经提出的用于车辆交通问题的阿基米德桥结构形式如下：阿基米德桥的顶面位于水面以下20-40米；主要由分段管体、管体之间连接部分、管体与两岸的连接部分以及锚固系统组成；管体通过锚固在水域(海、河、湖)底床锚桩上的缆索来约束定位。此种结构为保持波浪作用下桥体的稳定性，必须确保管体浮力总是大于重力，浮重比一般在1.2至1.5之间，甚至超过1.5，造成在不利工况下负荷较大，提高了建造成本。也有提出水底立柱支承的，立柱在管体下方，仅对管体起向上支承的作用。此种结构管体重力大于浮力，浮重比一般小于0.8，同样在不利工况下负荷较大，建造成本较高。还有完全自由式、浮筒锚固式和浮托式的，因稳定性较差，不适宜用于解决大流量交通运输问题(如铁路运输)。

发明内容

本发明是水中悬浮隧道(即阿基米德桥)的一种新的结构形式，称为节岛型自平衡式阿基米德桥。总体结构由正桥、引桥及监控管理系统组成，正桥如图1所示，由节岛1、连接桥段2、标准桥段3、轮胎式密封圈4、约束环5、隔振装置6、桥段导轨7、约束环导轨8及其它装置(如安全逃生装置等)组成。为便于桥段安装，可在节岛旁边设辅助支墩9，并用隔振装置10隔离支墩与桥段之间的动力响应。

节岛建筑在水底基础上，设置在标准桥段的连接处，分为微型、小型、中型、大型、特大型5种，中型以上高出水面，面积超过500平方米，形如岛屿，故称节岛。

与锚索不能有效约束桥段(标准桥段或连接桥段)下沉及立柱支承不能有效约束桥段上浮的约束特点不同，节岛可同时对桥段提供除轴向外上、下、左、右四个方向的约束力。由于节岛面积大，抗弯刚度大，这种双向约束可以确保桥段工作时的稳定性，克服了锚索及立柱支承为单向约束的不足。由于交通、洋流、波浪等可变因素作用在桥段上的荷载远小于重力及浮力，此种结构可将桥段的浮重比控制在0.9至1.1甚至0.95至1.05之内而仍保持稳定，从而可以大大降低不利工况时的负荷峰值，有利于增大跨度和降低成本。由于标准桥段所受浮力和重力几乎处于自相平衡的状态，故称之为自平衡式。因为节岛面积大，内部为空心结构，对基础的压力大为减轻，甚至可低于无桥时的水压。一般可使桥段浮重比大于1.0，节岛浮重比小于1.0，将整个结构的浮重比控制在0.9至1.0之间，接近自平衡状态。就整体来说，节岛主要提供横向约束，竖向约束的重要性有所降低，不再处于支配地位。这样一来，即使个别节岛因意外原因失效，也不会立即导致全桥崩溃，可获得宝贵的救援时间，减少损失。

为节省成本，水深超过100米的节岛，可考虑采用张力腿平台(Tension Leg platform，TLP)技术或多柱式平台(Cell Spar Platform)技术。此时节岛悬浮在水中，为确保对桥段下沉时提供约束，锚索向下的总张力应大于桥段对节岛最大压力的1.2倍。虽然同样采用锚索结构，但因为锚索并不直接作用在桥段上，此结构仍可将桥段的浮重比控制在0.9至1.1甚至0.95至1.05之内而仍保持稳定，只需加大节岛的浮重比即可，因而与已知技术有明显不同，有利于增大桥段跨度或降低成本。

约束环安装在桥段上，横截面可为方形、圆形或长圆形环，如图2所示，两边有凸缘1、内表面接近两端处各有多个环形密封槽2(一般为3-9个)、内表面圆弧位置对称设置4-8个轴向槽3(用于安装滑动导轨)。约束环可在监控管理系统的控制下沿轴向移动，使约束环同时套住两个桥段，凸缘进入节岛上相应的卡槽，从而实现桥段与桥段、桥段与节岛的联结，分离过程则与之相反。约束环的驱动采用防水机械装置，从桥段内遥控，也可采用直线电机，短初级线圈安装在桥段上，长次级线圈安装在约束环上(也可预埋)。增强型聚四氟乙烯导轨有良好的防腐性能和自润滑性能，为约束环的运动提供导向功能。

轮胎式密封圈固定在桥段两端的多个密封槽内，可在监控管理系统的控制下充入高压气体或液体，用于实现桥段与约束环之间的密封，同时传递约束环与桥段之间的约束力，隔离二者之间的动力响应。