水中悬浮隧道防撞结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水中悬浮隧道的防护结构，特别涉及一种水中悬浮隧道的防撞结构。
【背景技术】
[0002]水中悬浮隧道，又称阿基米德桥，是一种新的穿越水域的交通方式。其通过结构的自重、浮力和锚固系统的共同作用来维持在水中的平衡和稳定。由于水中悬浮隧道这一交通概念涉及领域广泛，需要解决的问题尚多，因此目前世界上还未建成一座实用的水中悬浮隧道。但悬浮隧道作为一种新型的交通方式，由于其自身所具有的经济性和环保性，一旦投入使用，将会拥有非常广泛的应用前景。
[0003]水中悬浮隧道是一种水下结构物，其安全性能尤为突出，不同于陆地上道路、桥梁的安全事故只会影响局部，悬浮隧道结构安全问题是全局性的，一旦隧道结构断裂或开裂，隧道周围高压水会迅速渗入隧道内部，造成严重危险。
[0004]悬浮隧道作为一种巨型水下交通设施，在设计寿命内有可能会遭遇到偶发荷载撞击，尽管发生概率很小，但设计理论框架必须充分考虑。在没有特殊安全防护的情况下，若遇到突发的海上事故:如沉船、坠机等可能直接撞击悬浮隧道，造成损坏。已有的防护措施中，以铝制套管包裹于隧道外壁尽管有一定的防撞效果，但吸收撞击能量的能力非常有限，若遇到重型沉船撞击，悬浮隧道的安全性难以得到保证，关于冲击荷载作用下悬浮隧道结构的安全性迄今未见相关报导。
【发明内容】
[0005]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用于水中悬浮隧道的弹性大、耐腐蚀并能承受大吨位沉船等撞击、充分吸收冲击能量的水中悬浮隧道防撞结构。
[0006]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明水中悬浮隧道防撞结构的特点是:所述防撞结构是覆盖在悬浮隧道外壁上的防撞消能套管，所述防撞消能套管在轴向分段设置为可独立拆装的各防撞管段，所述防撞管段在悬浮隧道外壁上沿圆周分片设置为各管片，所述各管片与悬浮隧道外壁通过高强螺栓固定连接，所述轴向是指水中悬浮隧道的通行方向；所述各管片为多层复合式结构，所述多层复合式结构包括处在表层的聚氨酯弹性面板和处在里层的消能垫层，在所述聚氨酯弹性面板和消能垫层之间形成有密闭的承压水腔，所述承压水腔中注入有承压水；
[0008]本发明水中悬浮隧道防撞结构的特点也在于:在所述聚氨酯弹性面板上呈矩阵的形式分布各排水孔，在所述排水孔中设置有单向排水阀，单向导通的单向排水阀使承压水腔中注入的承压水可以在设定的压力时排出承压水腔。
[0009]本发明水中悬浮隧道防撞结构的特点也在于:所述聚氨酯弹性面板是硬度在邵氏60D?7?的浇注型聚氨酯橡胶CPU ;所述消能垫层是以增韧型环氧乙烯基酯树脂EVER为基体材料，在所述基体材料中布设有弧形钢板；在所述高强螺栓的表面以及在所述单向排水阀的表面均涂覆有聚氨酯防腐涂层。
[0010]本发明水中悬浮隧道防撞结构的特点也在于:对于所述基体材料采用液态环氧基封端丁腈橡胶ETBN进行增韧。
[0011]本发明水中悬浮隧道防撞结构的特点也在于:所述基体材料中的弧形钢板沿管片轴向等间距环绕排布。
[0012]本发明与现有技术相比，有益效果体现在:
[0013]1、作为水中悬浮隧道的防撞结构，本发明采用多层复合式消能套管结构，具有吸能能力强、变形能力强的特点，对比现有的铝制防撞套管，能够最大限度减小突发事故(如沉船、坠机等)对悬浮隧道管体造成的损伤。
[0014]2、本发明中设置承压水腔，在隧道遭受撞击时，通过多个单向阀控制的排水孔释放内部承压水来达到削弱冲击能量的目的，并在撞击过后，可通过抽水装置利用海水填充承压水腔，充分利用隧道所处的海底环境，节能环保。
[0015]3、本发明中消能垫层质轻、强度高，通过橡胶弹性体增韧并结合弧形钢板结构，可有效减弱冲击荷载，且保证在单次大吨位沉船等的撞击下，其自身不会出现较大的变形和破裂。
[0016]4、本发明中在消能垫层中布置的弧形钢板结构能很好地削弱来自不同方向的冲击能量，大大提高消能套管的防撞能力，进一步减弱传递到悬浮隧道管体的能量，减少冲击能量对悬浮隧道管体的破坏。
[0017]5、本发明中各个防撞管段相互独立，且管段中的各个管片之间也相互独立，采用螺栓连接成整体，安装拆卸方便快捷。若防撞管段发生损坏，可仅对受损的单个管片进行更换，大大节约工程维护费用。
【附图说明】
[0018]图1为本发明结构示意图；
[0019]图2为本发明结构的横截面示意图；
[0020]图3为本发明中防撞管段结构示意图；
[0021]图4为本发明的防撞管段横截面结构示意图；
[0022]图5为本发明中单向阀结构示意图；
[0023]图中标号:1聚氨酯弹性面板，2承压水腔，3消能垫层，3a基体材料，3b弧形钢板，4悬浮隧道管壁，5高强螺栓，6路面，7路基，8张力腿，9水面，10车辆，11防撞管段，12锚固装置，13单向排水阀，14弹簧。
【具体实施方式】
[0024]参见图1和图2，本实施例中水中悬浮隧道防撞结构是覆盖在悬浮隧道外壁4上的防撞消能套管，防撞消能套管在轴向分段设置为可独立拆装的各防撞管段11，相邻各防撞管段11之间间隔0.3?0.6m。
[0025]如图3所示，本实施例中，防撞管段11在悬浮隧道外壁4上沿圆周分片设置为呈扇形的各管片，各管片整周环绕覆盖或为在悬浮隧道的顶面和侧面形成覆盖，各管片与悬浮隧道外壁4通过高强螺栓5固定连接，轴向是指水中悬浮隧道的通行方向；各管片为多层复合式结构，多层复合式结构包括处在表层的聚氨酯弹性面板I和处在里层、紧密贴合于悬浮隧道管壁4的消能垫层3，在聚氨酯弹性面板I和消能垫层3之间形成有密闭的承压水腔2，承压水腔2中注入有承压水，该多层复合式结构能够很好地达到消能减震的目的。
[0026]防撞管段11的直径具体根据悬浮隧道管壁4的外径设置，最外层的聚氨酯弹性面板I能够达到第一层消能的目的，同时与消能垫层3形成密封环境，即承压水腔2，在承压水腔2中填充海水后即组成通过由多个单向阀13控制的泄水孔，以泄水来削弱撞击能量的承压水腔2，最后通过第三层消能垫层3的隔振减振，减小最终作用于管壁4上的冲击能量。
[0027]图3所示，本实施例中在聚氨酯弹性面板I上呈矩阵的形式分布各排水孔，在排水孔中设置有单向排水阀13，单向导通的单向排水阀13使承压水腔2中注入的承压水可以在设定的压力时排出承压水腔2。
[0028]具体实施中，聚氨酯弹性面板I是硬度在邵氏60D?75D的浇注型聚氨酯橡胶CPU ;消能垫层3是以增韧型环氧乙烯基酯树脂EVER为基体材料3a，具体是采用液态环氧基封端丁腈橡胶ETBN进行增韧；在基体材料3a中布设有弧形钢板3b，基体材料3a中的弧形钢板3b沿管片轴向等间距环绕排布。
[0029]为了以避免海水和海洋微生物腐蚀，可以在高强螺栓5的表面以及在单向排水阀13的表面均涂覆聚氨酯防腐涂层。
[0030]如图2所示，具体实施例中，水中悬浮隧道通过张力腿8通过锚固装置12固定在水域底部，悬浮隧道位于水面9下一定深度处，在水中悬浮隧道中铺设路基7和路面6，以供车辆10和行人通过。
[0031]如图5所示，正常状态下，单向阀13处于关闭状态，但当受到撞击时，承压水腔中水压增高，弹簧14克服弹簧力和摩擦力使单向阀13开启，压缩水流按图中箭头方向流动，单向阀13能够保证防撞套管的正常工作，在撞击时通过控制承压水的泄流方向达到消能减震的目的。
[0032]在陆地上预制好管片后，进行水下安装，选择若干个管片，沿悬浮隧道管壁4的圆周及轴向分片、分段安装，安装完成后，本发明能够在发生海上沉船等突发事故时起到良好的消能减振作用，大大减弱传递到隧道管体上的冲击能量，保护水中悬浮隧道管体以及车辆10和人员的安全，在事故后，仅需对受到冲击的防撞管段11及其相邻管段进行检测，若发现套管发生明显变形或破裂，仅需更换单个受损管片即可。
[0033]本实施例是以水中悬浮隧道为模型，相应的结构设置也可以是海洋石油、天然气运输管道等长细结构。
【主权项】
1.一种水中悬浮隧道防撞结构，其特征是:所述防撞结构是覆盖在悬浮隧道外壁(4)上的防撞消能套管，所述防撞消能套管在轴向分段设置为可独立拆装的各防撞管段(11)，所述防撞管段(11)在悬浮隧道外壁(4)上沿圆周分片设置为各管片，所述各管片与悬浮隧道外壁(4)通过高强螺栓(5)固定连接，所述轴向是指水中悬浮隧道的通行方向；所述各管片为多层复合式结构，所述多层复合式结构包括处在表层的聚氨酯弹性面板(I)和处在里层的消能垫层(3)，在所述聚氨酯弹性面板(I)和消能垫层(3)之间形成有密闭的承压水腔(2)，所述承压水腔(2)中注入有承压水。
2.根据权利要求1所述的水中悬浮隧道防撞结构，其特征是:在所述聚氨酯弹性面板(I)上呈矩阵的形式分布各排水孔，在所述排水孔中设置有单向排水阀(13)，单向导通的单向排水阀(13)使承压水腔(2)中注入的承压水可以在设定的压力时排出承压水腔(2)。
3.根据权利要求2所述的水中悬浮隧道防撞结构，其特征是:所述聚氨酯弹性面板(I)是硬度在邵氏60D?75D的浇注型聚氨酯橡胶CPU ;所述消能垫层(3)是以增韧型环氧乙烯基酯树脂EVER为基体材料(3a)，在所述基体材料(3a)中布设有弧形钢板(3b);在所述高强螺栓(5)的表面以及在所述单向排水阀(13)的表面均涂覆有聚氨酯防腐涂层。
4.根据权利要求3所述的水中悬浮隧道防撞结构，其特征是:对于所述基体材料(3a)采用液态环氧基封端丁腈橡胶ETBN进行增韧。
5.根据权利要求3或4所述的水中悬浮隧道防撞结构，其特征是:所述基体材料(3a)中的弧形钢板(3b)沿管片轴向等间距环绕排布。
【专利摘要】本发明公开了一种水中悬浮隧道防撞结构，其特征是：防撞结构是覆盖在悬浮隧道外壁上的防撞消能套管，防撞消能套管在轴向分段设置为可独立拆装的各防撞管段，防撞管段在悬浮隧道外壁上沿圆周分片设置为各管片，各管片与悬浮隧道外壁通过高强螺栓固定连接，轴向是指水中悬浮隧道的通行方向；各管片为多层复合式结构，多层复合式结构包括处在表层的聚氨酯弹性面板和处在里层的消能垫层，在聚氨酯弹性面板和消能垫层之间形成有密闭的承压水腔，承压水腔中注入有承压水。本发明应用于水中悬浮隧道，其弹性大、耐腐蚀并能承受大吨位沉船等撞击、充分吸收冲击能量。
【IPC分类】E02B3-26, E02D29-067
【公开号】CN104727344
【申请号】CN201510148526
【发明人】董满生, 张嫄, 林志, 蒋树屏, 李科, 徐忠江, 唐飞, 孙志彬
【申请人】合肥工业大学, 招商局重庆交通科研设计院有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月31日