專利名稱：自平衡式阿基米德橋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸浮在水中的隧道，即阿基米德橋。
背景技術(shù)：
阿基米德橋自從十九世紀(jì)八十年代提出以來，作為一種新的交通概念早已經(jīng)被接受，世界上有許多國(guó)家都投入巨資進(jìn)行研究，并已經(jīng)取得大量的科研成果，當(dāng)年的科學(xué)幻想在逐漸變成現(xiàn)實(shí)。但是，由于阿基米德橋這一交通概念涉及領(lǐng)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(shí)用的阿基米德橋。已經(jīng)提出的用于車輛交通問題的阿基米德橋結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(jié)構(gòu)為保持波浪作用下橋體的穩(wěn)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(fù)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(duì)管體起向上支承的作用。此種結(jié)構(gòu)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(fù)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(wěn)定性較差，不適宜用于解決大流量交通運(yùn)輸問題(如鐵路運(yùn)輸)。
發(fā)明內(nèi)容一、要解決的技術(shù)問題1、在橋段所受浮力和重力接近平衡的情況下，保證橋段在動(dòng)力載荷作用下的穩(wěn)定性。2、出現(xiàn)意外事故時(shí)，方便逃生和救援。3、損壞或性能下降時(shí)便于維修和更換零部件。二、采用的技術(shù)方案本發(fā)明是水中懸浮隧道(即阿基米德橋)的一種新的結(jié)構(gòu)形式，由于浮力與重力接近相等，故稱為自平衡式阿基米德橋?？傮w結(jié)構(gòu)由正橋、引橋及監(jiān)控管理系統(tǒng)組成，正橋如圖1所示，由約束平臺(tái)1、橋段2、約束環(huán)3、輪胎式密封圈4、隔振裝置5及其它裝置(如安全逃生裝置等)組成。為便于橋段安裝，約束平臺(tái)上設(shè)有輔助支墩6，并用隔振裝置7隔離支墩與橋段之間的動(dòng)力響應(yīng)。該技術(shù)方案的主要特征是1、每?jī)蓚€(gè)橋段的連接處設(shè)有一個(gè)能提供上、下、左、右四個(gè)方向剛性約束的約束平臺(tái)。2、約束平臺(tái)與橋段之間通過約束環(huán)連接。3、約束平臺(tái)上設(shè)有兩個(gè)以上約束卡槽8。4、約束環(huán)上設(shè)有兩個(gè)以上凸緣9，這些凸緣可插入約束平臺(tái)上的卡槽內(nèi)。5、約束平臺(tái)的卡槽內(nèi)裝有隔振裝置。[0016]6、橋段兩端各有3至9個(gè)環(huán)形槽10，槽內(nèi)裝有輪胎式密封圈。7、約束平臺(tái)可采用鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)，用繃緊索錨固于水底或岸邊。如圖2。8、約束平臺(tái)可采用鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)，用建造于水底的鋼筋混凝土桁架結(jié)構(gòu)支撐。如圖3。9、約束平臺(tái)可采用直接建筑在水底基礎(chǔ)上的鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)。如圖4。三、有益效果1、降低成本。2、提高安全性能。3、提高維修性能。四、對(duì)該技術(shù)方案如何解決技術(shù)問題及實(shí)現(xiàn)有益效果的說明與錨索不能有效約束橋段下沉及立柱支承不能有效約束橋段上浮的約束特點(diǎn)不同，約束平臺(tái)可通過約束卡槽同時(shí)對(duì)橋段提供除軸向外上、下、左、右四個(gè)方向的約束力。由于約束平臺(tái)體積大，抗彎剛度大，這種雙向約束可以確保橋段工作時(shí)的穩(wěn)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(yuǎn)小于重力及浮力，此種結(jié)構(gòu)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(nèi)而仍保持穩(wěn)定。由于保證了穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)橋段時(shí)就可在接近于1的范圍內(nèi)確定浮重比。這樣設(shè)計(jì)的橋段浮力和重力接近平衡，可以大大降低不利工況時(shí)的負(fù)荷峰值，從而可以降低成本、 增加跨距。而跨距的增加，不但可以進(jìn)一步降低成本，還可以減少對(duì)水底交通的影響，減少撞擊事故等。因?yàn)榧s束平臺(tái)面積大，內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，對(duì)基礎(chǔ)的壓力大為減輕，甚至可低于無橋時(shí)的水壓。一般可使橋段浮重比大于1.0，約束平臺(tái)浮重比小于1.0，將整個(gè)結(jié)構(gòu)的浮重比控制在0. 9至1. 0之間，接近自平衡狀態(tài)。就整體來說，約束平臺(tái)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(gè)別約束平臺(tái)因意外原因失效， 也不會(huì)立即導(dǎo)致全橋崩潰，可獲得寶貴的救援時(shí)間，減少損失。約束環(huán)套裝在橋段上，內(nèi)孔與橋段外形相適應(yīng)，外形可為方形、圓形或長(zhǎng)圓形，兩邊有凸緣。約束環(huán)可在監(jiān)控管理系統(tǒng)的控制下沿軸向移動(dòng)，使約束環(huán)同時(shí)套住兩個(gè)橋段，凸緣進(jìn)入約束平臺(tái)上相應(yīng)的約束卡槽，從而實(shí)現(xiàn)橋段與橋段、橋段與約束平臺(tái)的聯(lián)結(jié)，分離過程則與之相反。輪胎式密封圈固定在橋段兩端的多個(gè)密封槽內(nèi)，可在監(jiān)控管理系統(tǒng)的控制下充入高壓氣體或液體，用于實(shí)現(xiàn)橋段與約束環(huán)之間的密封，同時(shí)傳遞約束環(huán)與橋段之間的約束力，隔離二者之間的動(dòng)力響應(yīng)。當(dāng)橋段發(fā)生嚴(yán)重故障，比如出現(xiàn)破裂進(jìn)水等狀況時(shí)，監(jiān)控管理系統(tǒng)及時(shí)做出反應(yīng)， 先卸去輪胎式密封圈內(nèi)壓力，使密封圈縮入橋段的密封槽內(nèi)，然后推動(dòng)約束環(huán)沿軸向移動(dòng)， 將出現(xiàn)故障的橋段脫離。脫離約束的橋段通過拋出壓艙重物浮出水面，以便救援或維修、更換。為便于上浮，橋段除受約束環(huán)約束外，不再直接和纜索、立柱等錨固系統(tǒng)相聯(lián)系。 橋段兩端設(shè)密封裝置，用于裝配或脫離前對(duì)橋段進(jìn)行密封，防止水進(jìn)入橋段內(nèi)部。隔振裝置使約束平臺(tái)與橋段之間、橋段與橋段之間的動(dòng)力響應(yīng)相互隔離，可改善結(jié)構(gòu)在交通負(fù)載、洋流、波浪作用下的動(dòng)力性能，也可將地震、海嘯、意外沖擊的損害大為降低。約束平臺(tái)可有微型、小型、中型、大型、特大型五種類型。中型以上約束平臺(tái)高出水面，有利于改善橋段內(nèi)的通風(fēng)換氣條件。面積在500平方米以上，以便常駐服務(wù)人員，提供檢修、維修、安全、救援、醫(yī)療、衛(wèi)生、科學(xué)考察等服務(wù)。大型以上約束平臺(tái)設(shè)車站，提供旅游、購物、停車、餐飲、休閑等服務(wù)。特大型約束平臺(tái)設(shè)通訊基站、碼頭、救援直升機(jī)停機(jī)坪等設(shè)施。必要時(shí)可設(shè)置彎道，以使全橋路線符合水文地質(zhì)條件的需要。

圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)圖。正橋由約束平臺(tái)1、橋段2、約束環(huán)3、輪胎式密封圈 4、隔振裝置5及其它裝置組成。約束平臺(tái)上有輔助支墩6，隔振裝置7，約束卡槽8。約束環(huán)上有凸緣9，橋段兩端有環(huán)形槽10。圖2為用繃緊索錨固的約束平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。由平臺(tái)主體1、主支墩2、約束卡槽3、輔助支墩4、錨固索5組成。圖3為用桁架結(jié)構(gòu)支撐的約束平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。圖4為直接建造在水底基礎(chǔ)上的約束平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
該發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，可先制造標(biāo)準(zhǔn)件，然后按圖1所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配。其中約束平臺(tái)、約束環(huán)、橋段、減振裝置、輪胎式密封圈都可以制成標(biāo)準(zhǔn)件。實(shí)施例對(duì)要求雙線鐵路、6車道公路的大規(guī)模交通運(yùn)輸要求，標(biāo)準(zhǔn)橋段可采用圖 1所示的形狀，外形高12米、寬48米、長(zhǎng)420米，采用鋼骨鋼筋混凝土薄壁加肋結(jié)構(gòu)。約束環(huán)、約束平臺(tái)的尺寸則與之相適應(yīng)。在水深70米以上地方，采用圖2所示約束平臺(tái)，50到 70米的地方采用圖3所示的約束平臺(tái)，50米以下則采用圖4所示的約束平臺(tái)。正橋具體施工時(shí)可分四個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，在選定約束平臺(tái)位置的海底建設(shè)基礎(chǔ)，同時(shí)在岸邊船塢預(yù)制約束平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)件；第二階段，將約束平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)件組裝后運(yùn)到施工位置，安裝定位后完成錨固施工，同時(shí)在岸邊船塢預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)橋段、約束環(huán)；第三階段，將橋段、約束環(huán)裝配到約束平臺(tái)上，可按如下步驟進(jìn)行先借助浮力將約束環(huán)套在橋段上并拖運(yùn)到施工位置，再灌水下沉，借助輔助支墩橫向定位，然后排水使浮力平衡重力，在接近平衡狀態(tài)下軸向移動(dòng)定位，并將約束環(huán)沿軸向推入約束平臺(tái)上的約束卡槽內(nèi)，最后向輪胎式密封圈中通入高壓氣體或液體，完成裝配和密封；第四階段，安裝調(diào)試各種附屬設(shè)施。
權(quán)利要求1.一種阿基米德橋，由正橋、引橋及監(jiān)控管理系統(tǒng)組成，正橋由約束平臺(tái)、橋段、約束環(huán)、輪胎式密封圈、隔振裝置、安全逃生裝置等組成，其特征在于每?jī)蓚€(gè)橋段的連接處設(shè)有一個(gè)能提供上、下、左、右四個(gè)方向剛性約束的約束平臺(tái)。
2.按照權(quán)利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺(tái)與橋段之間通過約束環(huán)連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺(tái)上設(shè)有兩個(gè)以上約束卡槽。
4.按照權(quán)利要求3所述的阿基米德橋，其特征在于約束環(huán)上設(shè)有兩個(gè)以上凸緣，這些凸緣可插入約束平臺(tái)上的卡槽內(nèi)。
5.按照權(quán)利要求3所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺(tái)的卡槽內(nèi)裝有隔振裝置。
6.按照權(quán)利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于橋段兩端各有3至9個(gè)環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有輪胎式密封圈。
7.按照權(quán)利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺(tái)為鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)， 用繃緊索錨固于水底或岸邊。
8.按照權(quán)利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺(tái)為鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)， 用建造于水底的鋼筋混凝土桁架結(jié)構(gòu)支撐。
9.按照權(quán)利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺(tái)為直接建筑在水底基礎(chǔ)上的鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)。
專利摘要自平衡式阿基米德橋，屬于水中懸浮隧道的一種新形式，由正橋、引橋及監(jiān)控管理系統(tǒng)組成，正橋由約束平臺(tái)、橋段、約束環(huán)、隔振裝置、輪胎式密封圈及其它裝置組成，其特征在于約束平臺(tái)可通過約束環(huán)對(duì)橋段提供上、下、左、右四個(gè)方向的約束，克服了錨索及立柱支承為單向約束的不足，因而可將橋段的浮重比控制在0.9至1.1之內(nèi)而仍保持穩(wěn)定。約束環(huán)套裝在橋段兩端外部，可沿軸向移動(dòng)，其上的凸緣與約束平臺(tái)上的卡槽相配合，實(shí)現(xiàn)橋段與平臺(tái)之間的聯(lián)接或分離。必要時(shí)橋段可脫離約束浮出水面，以便救援或維修、更換。輪胎式密封圈固定在橋段兩端的密封槽內(nèi)，內(nèi)部可充入高壓氣體或液體，實(shí)現(xiàn)橋段與約束環(huán)之間的密封，傳遞約束力，隔離動(dòng)力響應(yīng)。
文檔編號(hào)E02D29/067GK202090366SQ20112003142
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者徐衛(wèi), 徐友良 申請(qǐng)人:徐衛(wèi), 徐友良