一种基于刚性载体深海潜水式隧道的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明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。本发明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技术领域。本发明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。本发明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，本次发明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。
【背景技术】
[0002]目前，国内外对水下隧道的主要研宄内容如下:
[0003]1.国内研宄
[0004]I)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，该实用新型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。
[0005]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。
[0006]3) 一种浮力可调节的水中悬浮隧道，申请号200810223702.0，该发明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。
[0007]4)自平衡式阿基米德桥，申请号201110031936.7，该发明由正桥、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。
[0008]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201010144423.2、曲线型观光阿基米德桥200510105785.X等。目前国内专利研宄的不足有:
[0009](I)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；
[0010](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；
[0011](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；
[0012](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。
[0013]2.国外研宄
[0014]dsubmerged floating tunnel with cable-stayed super long-span and
CONSTRUCT1N METHOD THEREOF,专利号KR20120042141 (A)，该发明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。
[0015]2) SUBMERGED FLOATING TUNNEL,专利号 KR20100104138 (A)，该发明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。该发明包括海底主塔，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。
[0016]3)Footbridge or immersed tunnel,has hollow box connected to each otherby tract1n structure to form circulat1n path to allow immers1n of part ofbox under water line according to total weight of box，专利号 CH706389 (Al)。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。
[0017]国际上最早研宄并发明相关悬浮隧道专利的国家是挪威等北欧国家，但到目前国外研宄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I)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)中为法国发明专利，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。
[0018]综述，通过国内外专利的研宄，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。
【发明内容】
[0019]本发明的目的是克服目前在深海水中隧道的研宄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，本发明的结构特征、原理和操作方法如下:
[0020]1.一种基于刚性载体深海潜水式隧道结构特征
[0021]本发明结构由支撑结构3、载体结构I和隧道管体2组成，支撑结构3、载体结构I和隧道管体2均具有高抗腐蚀抗渗透性能，支撑结构3作用在海床上，载体结构I作用在支撑结构3上，隧道管体2嵌套在载体结构I上共同组成一种基于刚性载体深海潜水式隧道。
[0022]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，可以承受深海处较大