[發明專利]節島型自平衡式阿基米德橋

無效

• 申請號: 201010144423.2
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN101798818A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 徐友良;徐衛
• 申請（專利權）人: 徐友良;徐衛
• 主分類號: E02D29/067
• 分類號: E02D29/067;E04B1/98;E02B17/02
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技術領域

本發明涉及一種懸浮在水中的隧道，即阿基米德橋。

背景技術

阿基米德橋自從十九世紀八十年代提出以來，作為一種新的交通概念早已經被接受，世界上有許多國家都投入巨資進行研究，并已經取得大量的科研成果，當年的科學幻想在逐漸變成現實。但是，由于阿基米德橋這一交通概念涉及領域廣泛，需要解決的問題眾多，因此，到目前為止世界上還未建成一座實用的阿基米德橋。

已經提出的用于車輛交通問題的阿基米德橋結構形式如下：阿基米德橋的頂面位于水面以下20-40米；主要由分段管體、管體之間連接部分、管體與兩岸的連接部分以及錨固系統組成；管體通過錨固在水域(海、河、湖)底床錨樁上的纜索來約束定位。此種結構為保持波浪作用下橋體的穩定性，必須確保管體浮力總是大于重力，浮重比一般在1.2至1.5之間，甚至超過1.5，造成在不利工況下負荷較大，提高了建造成本。也有提出水底立柱支承的，立柱在管體下方，僅對管體起向上支承的作用。此種結構管體重力大于浮力，浮重比一般小于0.8，同樣在不利工況下負荷較大，建造成本較高。還有完全自由式、浮筒錨固式和浮托式的，因穩定性較差，不適宜用于解決大流量交通運輸問題(如鐵路運輸)。

發明內容

本發明是水中懸浮隧道(即阿基米德橋)的一種新的結構形式，稱為節島型自平衡式阿基米德橋。總體結構由正橋、引橋及監控管理系統組成，正橋如圖1所示，由節島1、連接橋段2、標準橋段3、輪胎式密封圈4、約束環5、隔振裝置6、橋段導軌7、約束環導軌8及其它裝置(如安全逃生裝置等)組成。為便于橋段安裝，可在節島旁邊設輔助支墩9，并用隔振裝置10隔離支墩與橋段之間的動力響應。

節島建筑在水底基礎上，設置在標準橋段的連接處，分為微型、小型、中型、大型、特大型5種，中型以上高出水面，面積超過500平方米，形如島嶼，故稱節島。

與錨索不能有效約束橋段(標準橋段或連接橋段)下沉及立柱支承不能有效約束橋段上浮的約束特點不同，節島可同時對橋段提供除軸向外上、下、左、右四個方向的約束力。由于節島面積大，抗彎剛度大，這種雙向約束可以確保橋段工作時的穩定性，克服了錨索及立柱支承為單向約束的不足。由于交通、洋流、波浪等可變因素作用在橋段上的荷載遠小于重力及浮力，此種結構可將橋段的浮重比控制在0.9至1.1甚至0.95至1.05之內而仍保持穩定，從而可以大大降低不利工況時的負荷峰值，有利于增大跨度和降低成本。由于標準橋段所受浮力和重力幾乎處于自相平衡的狀態，故稱之為自平衡式。因為節島面積大，內部為空心結構，對基礎的壓力大為減輕，甚至可低于無橋時的水壓。一般可使橋段浮重比大于1.0，節島浮重比小于1.0，將整個結構的浮重比控制在0.9至1.0之間，接近自平衡狀態。就整體來說，節島主要提供橫向約束，豎向約束的重要性有所降低，不再處于支配地位。這樣一來，即使個別節島因意外原因失效，也不會立即導致全橋崩潰，可獲得寶貴的救援時間，減少損失。

為節省成本，水深超過100米的節島，可考慮采用張力腿平臺(Tension?Leg?platform，TLP)技術或多柱式平臺(Cell?Spar?Platform)技術。此時節島懸浮在水中，為確保對橋段下沉時提供約束，錨索向下的總張力應大于橋段對節島最大壓力的1.2倍。雖然同樣采用錨索結構，但因為錨索并不直接作用在橋段上，此結構仍可將橋段的浮重比控制在0.9至1.1甚至0.95至1.05之內而仍保持穩定，只需加大節島的浮重比即可，因而與已知技術有明顯不同，有利于增大橋段跨度或降低成本。

約束環安裝在橋段上，橫截面可為方形、圓形或長圓形環，如圖2所示，兩邊有凸緣1、內表面接近兩端處各有多個環形密封槽2(一般為3-9個)、內表面圓弧位置對稱設置4-8個軸向槽3(用于安裝滑動導軌)。約束環可在監控管理系統的控制下沿軸向移動，使約束環同時套住兩個橋段，凸緣進入節島上相應的卡槽，從而實現橋段與橋段、橋段與節島的聯結，分離過程則與之相反。約束環的驅動采用防水機械裝置，從橋段內遙控，也可采用直線電機，短初級線圈安裝在橋段上，長次級線圈安裝在約束環上(也可預埋)。增強型聚四氟乙烯導軌有良好的防腐性能和自潤滑性能，為約束環的運動提供導向功能。

輪胎式密封圈固定在橋段兩端的多個密封槽內，可在監控管理系統的控制下充入高壓氣體或液體，用于實現橋段與約束環之間的密封，同時傳遞約束環與橋段之間的約束力，隔離二者之間的動力響應。