一种基于刚性载体深海潜水式隧道，属于深海跨线交通和联通工程，是一种将传统海底隧道、渡槽和桥梁相结合并改进，形成一种具有刚度较大并可拼装拆卸的潜水式隧道。潜水式隧道的管体采用节段拼装法并嵌套于支撑渡槽内，隧道管体节段端口接头的设计使管体后期可替换或拆卸并浮运回陆地维修。隧道管体节段端口的闸门设计使部分管体拆卸维修使避免隧道管体发生渗水。因此，本次发明专利技术的一种基于刚性载体深海潜水式隧道是一种通过增大结构的载体刚度使其适应于深海并具有较大跨越能力，且具有可拆卸替换功能的潜水式隧道。
【技术实现步骤摘要】
一种基于刚性载体深海潜水式隧道
本专利技术涉及一种基于刚性载体深海潜水式隧道，是一种将传统海底隧道、渡槽和桥梁相结合并改进，形成一种具有刚度较大并可拼装拆卸的潜水式隧道。本专利技术的一种基于刚性载体深海潜水式隧道所属深海高架隧道、水中悬浮隧道、海底悬跨管道及深海管涵
本专利技术的结构特点包括隧道管体、隧道载体和支撑结构及连接装置。本专利技术的技术特点不仅可以有效地增大潜水式隧道在海中的刚度并避免深海层流或洋流的作用而产生过大变形，还能增大潜水式隧道的跨越能力，使潜水式隧道能适用于崎岖或有较深海沟分布的海床。因此，本次专利技术的一种基于刚性载体深海潜水式隧道是一种通过增大结构的载体刚度使其适应于深海并具有较大跨越能力，且具有可拆卸替换功能的潜水式隧道，可应用于深海跨线交通和联通工程。
技术介绍
目前，国内外对水下隧道的主要研究内容如下：1.国内研究1)水中悬浮隧道，专利号ZL200820111967.7，一种水中悬浮隧道，包括隧道本体和钢绳，隧道本体由至少三段管段前后连接而成，钢绳一端与隧道本体的下端固定连接，钢绳的另一端与位于水底的隧道基础固定连接，所述隧道本体的横截面呈层状结构，包括钢铁内层、混凝土中层和铝制外层，该技术提供一种抗腐蚀性能强、延长使用寿命的水中悬浮隧道。缺点：固定连接结构为钢绳，其柔性较大，导致深海中长度较大的隧道在层流或洋流作用下会出现较大变形。2)悬浮法海底隧道，申请号200510034306.X，一种适用于深海水域的海底隧道及施工方法，隧道由若干节横截面为椭圆环的管段连接而成，隧道始终被搁置在海底锚垫上的下坠力人于管段上浮力的2个下坠锚牵引着，处于悬浮状态，当管段受到水流冲激时，若干对稳定锚能将管段锚定在水中。缺点：连接隧道的结构特点柔性较大，导致深海中长度较大的隧道在层流或洋流作用下会出现较大变形，竖向牵引锚的牵引线长度没有考虑到因存在地形复杂或海沟分布的海床导致牵引线长度差太大而使隧道在海流作用下出现较大变形差。3)一种浮力可调节的水中悬浮隧道，申请号200810223702.0，该专利技术公开了一种浮力可调节的水中悬浮隧道，包括隧道管体、锚固系统、浮力调节系统，隧道管体通过锚固系统稳定悬浮在水中，所述浮力调节系统由气体压缩机、导气管、浮力调节箱构成，通过气体压缩机改变浮力调节箱中的进水量以实现对隧道管体浮力的调节。缺点：连接隧道的结构特点柔性较大，导致深海中长度较大的隧道在层流或洋流作用下会出现较大变形。4)自平衡式阿基米德桥，申请号201110031936.7，该专利技术由正桥、引桥及监控管理系统组成，正桥由约束平台、桥段、约束环、隔振装置、轮胎式密封圈、及其它装置组成，其特征在于约束平台可通过约束环对桥段提供上、下、左、右四个方向的约束，克服了锚索及立柱支承为单向约束的不足。缺点：锚固系统的结构设计和布置方式没有考虑到因存在地形复杂或海沟分布的海床。除了以上提及专利，国内还有深海高架隧道CN201320103058.X、阿基米德桥的安全逃生装置200510105226.9、带有防护外壳的阿基米德桥ZL03209319.5、海中隧道201010560050.7、浮托式观光阿基米德桥ZL200420049622.5、环岸型阿基米德桥ZL03209574.0、节岛型自平衡式阿基米德桥201O1O144423.2、曲线型观光阿基米德桥200510105785.X等。目前国内专利研究的不足有：(1)锚固连接系统柔性较大，导致悬浮隧道不适合在流速较大的深海或存在大海沟及地形复杂的海床；(2)管状隧道的设计及其支撑和连接设计没有考虑到当隧道长度与管径比较大时会出现较大柔性特征；(3)深海高架隧道的刚性水下支撑墩设计使支撑隧道的结构跨越能力有限，在具有大海沟及地形复杂的海床，墩的长短变化对结构柔性的影响将很明显；(4)隧道功能区、避险区和逃生区没有统一组合设计，没有考虑到隧道管体的拆卸替换或拆卸时端口连接和闸门布置设计。2.国外研究1)SUBMERGEDFLOATINGTUNNELWITHCABLE-STAYEDSUPERLONG-SPANANDCONSTRUCTIONMETHODTHEREOF，专利号KR20120042141(A)，该专利技术为浸入式悬浮隧道与斜拉桥组合结构具有超长跨度，并提供一种将其布置在海底的潜水墩，并连接具有浮力的水下桥墩隧道单元的施工方法。一个水下超长跨度斜拉桥悬浮隧道包括一个或多个潜水墩，空心通道，以及多个连接构件，潜水桥墩被安装在海底。中空隧道由具有浮力，以彼此连接的隧道部形成的。2)SUBMERGEDFLOATINGTUNNEL，专利号KR20100104138(A)，该专利技术为一种悬索式悬浮隧道，以提高结构的稳定性，并通过最大限度地减少系泊点来系泊隧道，从而显着降低建设成本。该专利技术包括海底主塔，悬索，隧道，以及多个受拉构件。潜艇主塔被布置在海底以均匀的间隔。该悬浮液电缆被安装在一个圆弧形的潜水艇主塔。隧道是隧道单元通过受拉构件固定在悬索上。3)Footbridgeorimmersedtunnel,hashollowboxconnectedtoeachotherbytractionstructuretoformcirculationpathtoallowimmersionofpartofboxunderwaterlineaccordingtototalweightofbox，专利号CH706389(A1)。该隧道通过浸渍中空箱彼此连接形成循环路径，根据空箱水位线和盒子的总重量的调整使空箱浸渍水中。箱子由第一牵引构件形成的部分和第二牵引结构连接在一起，后者牵引结构形成是由一个第三牵引结构组装在一起，以形成隧道的子集。国际上最早研究并专利技术相关悬浮隧道专利的国家是挪威等北欧国家，但到目前国外研究和新建的悬浮隧道均为柔性连接结构为锚固连接装置的悬浮隧道，其特点是柔性较大，不适合超长跨越和超深跨越。前述提及国外专利中1)和2)均为韩国申请专利，两个专利最大特点是将传统悬索桥和斜拉桥的结构特点应用于悬浮隧道的锚固连接体系，两者都没考虑到水上悬索桥和斜拉桥结构在重力作用下索的受力特点和水下悬索桥和斜拉桥结构在重力、浮力和流体力共同作用索的受力特点的区别，即两者的单索面布置及柔性结构特点增大了隧道结构的柔性，两者都不适在深海、大海沟海床、洋流海流复杂区域建设。3)中为法国专利技术专利，其特点是锚固连接系统和隧道管体连接系统均为柔性构造，欲通过增大自身结构的柔性以分散海流作用下产生的应力，但其构造只能减低隧道超长跨越和超深跨越的能力。综述，通过国内外专利的研究，可知未来深海隧道需具有的特点是：1)具有刚性较大的载体，即空心式隧道管体的柔性需要刚性较大的载体弥补其强度；2)刚性支撑结构具有超长跨越和超深跨越能力；3)支撑结构和隧道管体均可预制拼装；4)隧道管体连接端设计可基于密闭性具有可拆卸替换性能；5)隧道满足抗渗抗腐要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服目前在深海水中隧道的研究和设计还存在一定缺陷和不足这一情况，设计出一种基于刚性载体深海潜水式隧道，本专利技术的结构特征、原理和操作方法如下：1.一种基于刚性载体深海潜水式隧道结构特征本专利技术结构由支撑结构3、载体结构1和隧道管体2组成，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于刚性载体深海潜水式隧道结构，其特征在于：其由支撑结构(3)、载体结构(1)和隧道管体(2)组成，支撑结构(3)、载体结构(1)和隧道管体(2)均采用高抗腐蚀抗渗透材料制作，支撑结构(3)作用在海床上,载体结构(1)作用在支撑结构(3)上，隧道管体(2)嵌套在载体结构(1)上共同组成一种基于刚性载体深海潜水式隧道；支撑结构(3)包括：主拱圈(4)、副拱圈(5)、横梁(40)、浅水墩(48)和基础(6)，其中基础(6)埋置于海床，主拱圈(4)布置在深水区并作用基础(6)上，浅水墩(48)布置在浅水区也作用在基础(6)上，副拱圈(5)作用在主拱圈(4)上组成分叉式双拱肋双层拱结构，横梁(40)分别将主拱圈(4)和副拱圈(5)左右两条拱肋连接成稳定结构，副拱圈(5)和主拱圈(4)组成的分叉式双拱肋双层拱结构的特点：其顺桥向为跨度能力大的双层拱结构，横向为稳定的三角形结构，以承受深海处较大洋流作用；载体结构(1)包括：槽型载体(47)、扣盖层(32)、上部隔水圈(33)、上预紧头(34)、下预紧头(35)、下部隔水圈(36)，其中下预紧头(35)、下部隔水圈(36)附属于槽型载体(47)，槽型载体(47架设在主拱圈(4)、副拱圈(5)和浅水墩(48)上，上部隔水圈(33)、上预紧头(34)附属于扣盖层(32)，扣盖层(32)通过上预紧头(34)与下预紧头(35)间的连接作用罩在槽型载体(47)之上，处于该状态时，上部隔水圈(33)和下部隔水圈(36)就形成隧道连接端口的闭合隔水圈，上部隔水圈(33)和下部隔水圈(36)均为气密性膨胀隔水圈，其中上部隔水圈(33)内贴于扣盖层(32)凹面，下部隔水圈(36)内贴于槽型载体(47)凹面；隧道管体(2)分为主部结构、端部结构和功能区：1)主部结构为隧道管体(2)主要构件，包括：隧道外层(7)、隧道内层(8)、侧隔墙(10)、底板(15)、底隔墙(18)、横向分板(19)、行车区隔墙(20)、竖向分板(22)，其中隧道外层(7)和隧道内层(8)构成隧道管体(2)的椭圆管结构，隧道外层(7)为隧道管体(2)的高抗腐蚀抗渗透层与海洋直接接触；隧道内层(8)为隧道管体(2)的结构强化层内衬于隧道外层(7)；横向分板(19)和竖向分板(22)分别为隧道管体(2)的椭圆管结构的长径向和短经向构造隔墙，用于支撑和加强隧道管体(2)；行车区隔墙(20)布置于横向分板(19)并分别在竖向分板(22)两侧，用于划分出行车区(21)；侧隔墙(10)布置于隧道管体(2)两侧，用于将行人区(9)和逃生舱布置区(13)与隧道内层(8)管壁隔开；底板(15)和底隔墙(18)均布置在横向分板(19)下部区域，底隔墙(18)用于划分出轨道交通逃生区(14)、轨道交通运行区(16)，底板(15)为轨道交通逃生区(14)和轨道交通运行区(16)的底部平台；2)端部结构为隧道管体(2)的端部隔水构件，包括：顶伸头(37)、顶头隔水带(38)、端口隔水带(39)、横断隔墙(41)、侧圆孔(42)、底圆孔(43)、闸门(44)、顶圆孔(45)、圆孔封盖(46)、逃生舱通道孔(49)，隧道管体(2)的每个节段端口的隧道外层(7)和隧道内层(8)为错层布置，且节段端口的隧道外层(7)和隧道内层(8)的端部都布置顶伸头(37)，顶伸头(37)顶部布置顶头隔水带(38)，错层内侧布置端口隔水带(39)；在隧道管体(2)的每个节段端口处横断面均布置横断隔墙(41)，用于将各功能区的不规则断面截成圆形和方形规则断面，使圆形端口断面和矩形端口断面分别布置具有翻页式开闭功能的圆孔封盖(46)；顶部的横断隔墙(41)将顶侧孔(23)横断为顶圆孔(45)，侧部的横断隔墙(41)将侧边孔(11)横断为侧圆孔(42)；行车区隔墙(20)下的横断隔墙(41)将行车区(21)上部的不规则梯形截面横断，使行车区(21)变成矩形规则断面；底部的横断隔墙(41)将底侧孔(17)横断为底圆孔(43)；逃生舱布置区(13)处的横断隔墙(41)将逃生舱布置区(13)的不规则孔横断为逃生舱通道孔(49)；当在隧道管体(2)连接端口需做隔水处理时，所有圆孔封盖(46)都关闭使隧道管体(2端口处于全封闭隔水状态；3)功能区是根据交通行为和人类活动划分并由隧道管体(2)的主结构划分出来的区域，包括：行人区(9)、侧边孔(11)、逃生隔离舱(12)、逃生舱布置区(13)、轨道交通逃生区(14)、轨道交通运行区(16)、底侧孔(17)、行车区(21)、顶侧孔(23)、A逃生孔(24)、B逃生孔(25)、C逃生孔(26)、底部逃生梯(27)、D逃生孔(28)、侧部逃生梯(29)、行车道(30)、轨道(31)，其中行车区(21)布置在行车竖向分板(22)两侧的区隔墙(20)围成区域内...
【技术特征摘要】
1.一种基于刚性载体深海潜水式隧道结构，其特征在于：其由支撑结构(3)、载体结构(1)和隧道管体(2)组成，支撑结构(3)、载体结构(1)和隧道管体(2)均采用高抗腐蚀抗渗透材料制作，支撑结构(3)作用在海床上,载体结构(1)作用在支撑结构(3)上，隧道管体(2)嵌套在载体结构(1)上共同组成一种基于刚性载体深海潜水式隧道；支撑结构(3)包括：主拱圈(4)、副拱圈(5)、横梁(40)、浅水墩(48)和基础(6)，其中基础(6)埋置于海床，主拱圈(4)布置在深水区并作用在基础(6)上，浅水墩(48)布置在浅水区也作用在基础(6)上，副拱圈(5)作用在主拱圈(4)上组成分叉式双拱肋双层拱结构，横梁(40)分别将主拱圈(4)和副拱圈(5)左右两条拱肋连接成稳定结构，副拱圈(5)和主拱圈(4)组成的分叉式双拱肋双层拱结构的特点：其顺桥向为跨度能力大的双层拱结构，横向为稳定的三角形结构，以承受深海处较大洋流作用；载体结构(1)包括：槽型载体(47)、扣盖层(32)、上部隔水圈(33)、上预紧头(34)、下预紧头(35)、下部隔水圈(36)，其中下预紧头(35)、下部隔水圈(36)附属于槽型载体(47)，槽型载体(47)架设在主拱圈(4)、副拱圈(5)和浅水墩(48)上，上部隔水圈(33)、上预紧头(34)附属于扣盖层(32)，扣盖层(32)通过上预紧头(34)与下预紧头(35)间的连接作用罩在槽型载体(47)之上，此时上部隔水圈(33)和下部隔水圈(36)就形成隧道连接端口的闭合隔水圈，上部隔水圈(33)和下部隔水圈(36)均为气密性膨胀隔水圈，其中上部隔水圈(33)内贴于扣盖层(32)凹面，下部隔水圈(36)内贴于槽型载体(47)凹面；隧道管体(2)分为主部结构、端部结构和功能区：主部结构为隧道管体(2)主要构件，包括：隧道外层(7)、隧道内层(8)、侧隔墙(10)、底板(15)、底隔墙(18)、横向分板(19)、行车区隔墙(20)、竖向分板(22)，其中隧道外层(7)和隧道内层(8)构成隧道管体(2)的椭圆管结构，隧道外层(7)为隧道管体(2)的高抗腐蚀抗渗透层与海洋直接接触；隧道内层(8)为隧道管体(2)的结构强化层内衬于隧道外层(7)；横向分板(19)和竖向分板(22)分别为隧道管体(2)的椭圆管结构的长径向和短径向构造隔墙，用于支撑和加强隧道管体(2)；行车区隔墙(20)布置于横向分板(19)并分别在竖向分板(22)两侧，用于划分出行车区(21)；侧隔墙(10)布置于隧道管体(2)两侧，用于将行人区(9)和逃生舱布置区(13)与隧道内层(8)管壁隔开；底板(15)和底隔墙(18)均布置在横向分板(19)下部区域，底隔墙(18)用于划分出轨道交通逃生区(14)、轨道交通运行区(16)，底板(15)为轨道交通逃生区(14)和轨道交通运行区(16)的底部平台；端部结构为隧道管体(2)的端部隔水构件，包括：顶伸头(37)、顶头隔水带(38)、端口隔水带(39)、横断隔墙(41)、侧圆孔(42)、底圆孔(43)、闸门(44)、顶圆孔(45)、圆孔封盖(46)、逃生舱通道孔，隧道管体(2)的每个节段端口的隧道外层(7)和隧道内层(8)为错层布置，且节段端口的隧道外层(7)和隧道内层(8)的端部都布置顶伸头(37)，顶伸头(37)顶部布置顶头隔水带(38)，错层内侧布置端口隔水带(39)；在隧道管体(2)的每个节段端口处横断面均布置横断隔墙(41)，用于将各功能区的不规则断面截成圆形和方形规则断面，使圆形端口断面和矩形端口断面分别布置具有翻页式开闭功能的圆孔封盖(46)；顶部的横断隔墙(41)将顶侧孔(23)横断为顶圆孔(45)，侧部的横断隔墙(41)将侧边孔(11)横断为侧圆孔(42)；行车区隔墙(20)下的横断隔墙(41)将行车区(21)上部的不规则梯形截面横断，使行车区(21)变成矩形规则断面；底部的横断隔墙(41)将底侧孔(17)横断为底圆孔(43)；逃生舱布置区(13)处的横断隔墙(41)将逃生舱布置区(13)的不规则孔横断为逃生舱通道孔；当在隧道管体(2)连接端口需做隔水处理时，所有圆孔封盖(46)都关闭使隧道管体(2)端口处于全封闭隔水状态；功能区是根据交通行为和人类活动划分并由隧道管体(2)的主结构划分出来的区域，包括：行人区(9)、侧边孔(11)、逃生舱(12)、逃生舱布置区(13)、轨道交通逃生区(14)、轨道交通运行区(16)、底侧孔(17)、行车区(21)、顶侧孔(23)、A逃生孔(24)、B逃生孔(25)、C逃生孔(26)、底部逃生梯(27)、D逃生孔(28)、侧部逃生梯、行车道、轨道，其中行车区(21)布置在行车竖向分板(22)两侧的行车区隔墙(20)围成区域内，其底面布置行车道供机动车行驶；行人区(9)布置在行车区(21)两侧供非机动车、行人及逃生疏散使用；逃生舱布置区(13)布置在行人区(9)正下...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈壮，张文学，汪振，刘啸，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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