[發(fā)明專利]一種預(yù)拉力海底真空管道結(jié)構(gòu)及其拉伸方法

有效

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• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112878373B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張耀平
• 申請（專利權(quán)）人: 西京學(xué)院
• 主分類號: E02D29/063
• 分類號: E02D29/063
• 代理公司: 西安眾和至成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 強宏超

本發(fā)明公開了一種預(yù)拉力海底真空管道結(jié)構(gòu)及其拉伸方法，能夠提高海底真空管道剛度，使懸跨管道中部下垂最小化，保證行車平穩(wěn)與安全，結(jié)構(gòu)包括海底真空管道和多個墩臺，海底真空管道固定支撐于墩臺的頂部，墩臺具有彈性強度，海底真空管道包括依次設(shè)置的多個真空管道管段，真空管道管段具有拉伸強度，相鄰的兩個真空管道管段的相對端設(shè)置有法蘭，相鄰的兩個真空管道管段的法蘭之間間隔設(shè)置有間隙，且相鄰的兩個真空管道管段的法蘭之間通過拉緊機構(gòu)連接；拉伸方法包括多個真空管道管段進行局部分組后采用排序拉伸法進行拉伸，且采用分步拉伸法，使每一個真空管道管段分步拉伸，相鄰的兩個真空管道管段的法蘭之間的間隙分步拉伸閉合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海底真空管道交通以及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)拉力海底真空管道結(jié)構(gòu)及其拉伸方法。

背景技術(shù)

高速鐵路、磁浮列車因受到空氣阻力、氣動噪聲、氣動振動等制約，難以進一步提高速度。飛機和汽車除受空氣阻力影響外，能耗高、碳排放量大，未來發(fā)展會受到限制。真空管道高速磁浮交通克服上述缺點，能達到超高速度，且能耗低、環(huán)境影響小，可望開創(chuàng)人類交通運輸?shù)男戮置妗?/p>

真空管道交通由管道、車輛、供電、通訊、驅(qū)動與控制、真空泵組、監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，運行時，管道內(nèi)抽成一定真空，然后車輛在其中行駛。

真空管道交通除了可在陸地上建設(shè)運行，還適合建在海底。海底環(huán)境對真空管道具有特別的優(yōu)越性，海水可以為真空管道降溫，提供恒溫環(huán)境，還可為管道提供均勻浮力，抵消管道自身重力作用，降低結(jié)構(gòu)強度要求，減少工程費用。因此，海底真空管道將成為跨海越洋的新型交通方式。

海底真空管道的基本形式為，在海床上修建固定墩臺，然后通過水下施工方法，把真空管道管段按要求的精度架設(shè)在墩臺上，再用水下密封連接方法把所有管道固定連接。

根據(jù)是否允許海水進入管道，海底真空管道鋪設(shè)施工有兩種方法。一種是管段沉入水中時，兩端封閉，海水不能進入管段，稱為不注水施工法；另一種是管段兩端不封閉，海水可以進入管段，稱為注水施工法。

不注水施工法的優(yōu)點是，海底真空管道全線路鋪設(shè)完畢后，不需要專門為真空管道排水。缺點是，需要設(shè)計制造專用封頭，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，而且施工完畢后要從管道內(nèi)部拆除封頭，增加施工環(huán)節(jié)和工程成本。另外，為使管段沉入水下，還需要在管段內(nèi)部增加配重，在施工完畢后再移除配重，從而進一步增加工程成本。

注水施工法的優(yōu)點是，管段沉入水中時海水進入管段內(nèi)部，不需要增加封頭，結(jié)構(gòu)簡單；也不需要額外設(shè)置配重，操作過程重量輕，方便施工，且免除了管道鋪設(shè)完畢后移除配重的環(huán)節(jié)，施工費用省。缺點是，管道鋪設(shè)完畢后要排出管道內(nèi)部的海水。

不論上述哪種施工方法，海底管段安裝都面臨準(zhǔn)確拼接難題。主要問題在于，被夾在兩管段中間的一段管道的嵌入與對接。如果管段為負偏差，即管段長度略小于設(shè)計尺寸，對接后就會殘留縫隙；如果管段為正偏差，即管段長度略大于設(shè)計尺寸，就會面臨管段無法嵌入的問題。

海底真空管道尚未實施，海底管道以何種方式、何種工藝施工未有實施例，較接近的可以參照的工程案例是海底沉管隧道。為了避免拼接困難，海底沉管隧道都是從兩端順序延伸鋪設(shè)，最后一段銜接兩端的沉管設(shè)計成楔形，以保證順利置于兩端的沉管之間。

雖然海底真空管道也可采用從兩端順序拼接延伸的鋪設(shè)方法，但由于線路一般很長，短則上百公里，長則上千公里。從兩端順序拼接將延長工期，使工期不可調(diào)整、不可控。傳統(tǒng)的長大隧道施工中，為加快工程進度，往往都在中間開挖一個或多個豎井或斜井，增加掘進面。

為了加快海底真空管道鋪設(shè)進度，最好沿線路安排多個施工點同步鋪設(shè)。為保證管段順利銜接，最好管段均制作成負偏差管道，即略小于設(shè)計長度。

另一方面，海底真空管道墩臺之間跨度較大，懸跨管道中部會有撓屈下垂，當(dāng)真空管道車輛通過時，下垂幅度會增大，影響行車穩(wěn)定與安全。如何提高管道剛度，使懸跨管道中部下垂最小化，則需要通過創(chuàng)造性設(shè)計予以解決。