节岛型自平衡式阿基米德桥制造技术

节岛型自平衡式阿基米德桥，属于水中悬浮隧道的一种新形式，由正桥、引桥及监控管理系统组成，正桥由节岛、连接桥段、标准桥段、轮胎式密封圈、约束环、隔振装置、及其它装置（如安全逃生装置等）组成，其特征在于节岛可通过约束环对桥段提供上、下、左、右四个方向的约束。此种结构可将桥段的浮重比控制在０．９至１．１之内而仍保持稳定，克服了锚索及立柱支承为单向约束的不足。约束环套装在桥段端部外面，可沿轴向移动，实现与节岛或其它桥段之间的联接或分离。必要时，桥段可脱离约束浮出水面，以便救援或维修、更换。轮胎式密封圈固定在桥段两端的密封槽内，内部可充入高压气体或液体，实现桥段与约束环之间的密封，传递约束力，隔离动力响应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种悬浮在水中的隧道，即阿基米德桥。
技术介绍
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)。
技术实现思路
本专利技术是水中悬浮隧道(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。当桥段发生严重故障，比如出现破裂进水等状况时，监控管理系统及时做出反应， 先卸去轮胎式密封圈内压力，使密封圈缩入桥段的密封槽内，然后推动约束环沿轴向移动， 将出现故障的桥段脱离。脱离约束的桥段通过抛出压舱重物浮出水面，以便救援或维修、更换。为便于上浮，桥段除受约束环约束外，不再直接和缆索、立柱等锚固系统相联系。 桥段两端设密封装置，用于装配或脱离前对桥段进行密封，防止水进入桥段内部。隔振装置使节岛与桥段之间、桥段与桥段之间的动力响应相互隔离，可改善结构 在交通负载、洋流、波浪作用下的动力性能，也可将地震、海啸、意外冲击的损害大为降低。为节省建造成本，微型和小型节岛处不设连接桥段，由约束环实现标准桥段之间 的联结，可在监控管理系统的控制下实现与节岛的联结和分离。微型节岛由于尺寸较小，只 提供标准桥段之间的联结装配功能，不提供分离功能。当桥段出现故障浮出水面时，至少需 要两个以上标准桥段一同浮出。这可以延缓桥段内水位上涨，对救援有利。对小型和微型节岛，即使水深不足100米，也可考虑采用张力腿平台(Tension LegpIatform,TLP)技术或多柱式平台(Cell Spar Platform)技术，但可以简化结构，缩小 规模，不必建造水面平台。中型以上节岛处的连接桥段固定安装在节岛上(但轴向并不刚性固定)，安装在 标准桥段上的约束环在监控管理系统的控制下实现与连接桥段的联结和分离。此时标准桥 段之间不再直接相连。标准桥段一旦脱离节岛和连接桥段的约束即可实现上浮。中型以上节岛高出水面，有利于改善桥段内的通风换气条件。中型以上节岛面积 在500平方米以上，以便常驻服务人员，提供检修、维修、安全、救援、医疗、卫生、科学考察 等服务。大型以上节岛设车站，提供旅游、购物、停车、餐饮、休闲等服务。特大型节岛设通讯基站、码头、救援直升机停机坪等设施。必要时可在特大型节岛 上设置弯道，以使全桥路线符合水文地质条件的需要。无论何种节岛，均不对连接桥段、标准桥段和约束环沿轴线方向的移动或伸缩提 供刚性约束，只通过安装于节岛内部的减振装置提供阻力和阻尼。这样，所有正桥部分的桥 段沿轴线方向均处于半自由可伸缩的状态，可以有效降低温度应力的影响。由于桥段之间 并不直接相连，轴向动力响应也处于相互隔离的状态。 附图说明图1为本专利技术的主体结构图，主要表示出了节岛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、辅助支墩9、隔振装置10等组成 部分。图2为约束环的一种具体结构图，横截面为长圆形，两边有凸缘1、内表面两端各 有3-9个环形密封槽2、圆弧部分对称分布4-8个用于安装导轨的轴向槽3。具体实施例方式正桥具体施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种节岛型自平衡式阿基米德桥，由正桥、引桥及监控管理系统组成，正桥由节岛、标准桥段、连接桥段、约束环、轮胎式密封圈、隔振装置、安全逃生装置等组成，其特征在于：节岛可同时对桥段提供上、下、左、右四个方向的约束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友良，徐卫，
申请(专利权)人：徐友良，徐卫，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]