專利名稱：自平衡式阿基米德橋的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種懸浮在水中的隧道，即阿基米德橋。
背景技術：
阿基米德橋自從十九世紀八十年代提出以來，作為一種新的交通概念早已經被接受，世界上有許多國家都投入巨資進行研究，并已經取得大量的科研成果，當年的科學幻想在逐漸變成現實。但是，由于阿基米德橋這一交通概念涉及領域廣泛，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用的阿基米德橋。已經提出的用于車輛交通問題的阿基米德橋結構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。此種結構為保持波浪作用下橋體的穩定性，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，僅對管體起向上支承的作用。此種結構管體重力大于浮力，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，因穩定性較差，不適宜用于解決大流量交通運輸問題(如鐵路運輸)。
發明內容
一、要解決的技術問題1、在橋段所受浮力和重力接近平衡的情況下，保證橋段在動力載荷作用下的穩定性。2、出現意外事故時，方便逃生和救援。3、損壞或性能下降時便于維修和更換零部件。二、采用的技術方案本發明是水中懸浮隧道(即阿基米德橋)的一種新的結構形式，由于浮力與重力接近相等，故稱為自平衡式阿基米德橋。總體結構由正橋、引橋及監控管理系統組成，正橋如圖1所示，由約束平臺1、橋段2、約束環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，約束平臺上設有輔助支墩6，并用隔振裝置7隔離支墩與橋段之間的動力響應。該技術方案的主要特征是1、每兩個橋段的連接處設有一個能提供上、下、左、右四個方向剛性約束的約束平臺。2、約束平臺與橋段之間通過約束環連接。3、約束平臺上設有兩個以上約束卡槽8。4、約束環上設有兩個以上凸緣9，這些凸緣可插入約束平臺上的卡槽內。5、約束平臺的卡槽內裝有隔振裝置。
6、橋段兩端各有3至9個環形槽10，槽內裝有輪胎式密封圈。7、約束平臺可采用鋼筋混凝土空心結構，用繃緊索錨固于水底或岸邊。如圖2。8、約束平臺可采用鋼筋混凝土空心結構，用建造于水底的鋼筋混凝土桁架結構支撐。如圖3。9、約束平臺可采用直接建筑在水底基礎上的鋼筋混凝土空心結構。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、對該技術方案如何解決技術問題及實現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不同，約束平臺可通過約束卡槽同時對橋段提供除軸向外上、下、左、右四個方向的約束力。由于約束平臺體積大，抗彎剛度大，這種雙向約束可以確保橋段工作時的穩定性，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小于重力及浮力，此種結構可將橋段的浮重比控制在0. 9至1. 1甚至0. 95至1. 05之內而仍保持穩定。由于保證了穩定性，設計橋段時就可在接近于1的范圍內確定浮重比。這樣設計的橋段浮力和重力接近平衡，可以大大降低不利工況時的負荷峰值，從而可以降低成本、 增加跨距。而跨距的增加，不但可以進一步降低成本，還可以減少對水底交通的影響，減少撞擊事故等。因為約束平臺面積大，內部為空心結構，對基礎的壓力大為減輕，甚至可低于無橋時的水壓。一般可使橋段浮重比大于1.0，約束平臺浮重比小于1.0，將整個結構的浮重比控制在0. 9至1. 0之間，接近自平衡狀態。就整體來說，約束平臺主要提供橫向約束，豎向約束的重要性有所降低，不再處于支配地位。這樣一來，即使個別約束平臺因意外原因失效， 也不會立即導致全橋崩潰，可獲得寶貴的救援時間，減少損失。約束環套裝在橋段上，內孔與橋段外形相適應，外形可為方形、圓形或長圓形，兩邊有凸緣。約束環可在監控管理系統的控制下沿軸向移動，使約束環同時套住兩個橋段，凸緣進入約束平臺上相應的約束卡槽，從而實現橋段與橋段、橋段與約束平臺的聯結，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密封槽內，可在監控管理系統的控制下充入高壓氣體或液體，用于實現橋段與約束環之間的密封，同時傳遞約束環與橋段之間的約束力，隔離二者之間的動力響應。當橋段發生嚴重故障，比如出現破裂進水等狀況時，監控管理系統及時做出反應， 先卸去輪胎式密封圈內壓力，使密封圈縮入橋段的密封槽內，然后推動約束環沿軸向移動， 將出現故障的橋段脫離。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，橋段除受約束環約束外，不再直接和纜索、立柱等錨固系統相聯系。 橋段兩端設密封裝置，用于裝配或脫離前對橋段進行密封，防止水進入橋段內部。隔振裝置使約束平臺與橋段之間、橋段與橋段之間的動力響應相互隔離，可改善結構在交通負載、洋流、波浪作用下的動力性能，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。中型以上約束平臺高出水面，有利于改善橋段內的通風換氣條件。面積在500平方米以上，以便常駐服務人員，提供檢修、維修、安全、救援、醫療、衛生、科學考察等服務。大型以上約束平臺設車站，提供旅游、購物、停車、餐飲、休閑等服務。特大型約束平臺設通訊基站、碼頭、救援直升機停機坪等設施。必要時可設置彎道，以使全橋路線符合水文地質條件的需要。
圖1為本發明的主體結構圖。正橋由約束平臺1、橋段2、約束環3、輪胎式密封圈 4、隔振裝置5及其它裝置組成。約束平臺上有輔助支墩6，隔振裝置7，約束卡槽8。約束環上有凸緣9，橋段兩端有環形槽10。圖2為用繃緊索錨固的約束平臺結構圖。由平臺主體1、主支墩2、約束卡槽3、輔助支墩4、錨固索5組成。圖3為用桁架結構支撐的約束平臺結構圖。圖4為直接建造在水底基礎上的約束平臺結構圖。
具體實施例方式該發明具體實施時，可先制造標準件，然后按圖1所示的結構進行裝配。其中約束平臺、約束環、橋段、減振裝置、輪胎式密封圈都可以制成標準件。實施例對要求雙線鐵路、6車道公路的大規模交通運輸要求，標準橋段可采用圖 1所示的形狀，外形高12米、寬48米、長420米，采用鋼骨鋼筋混凝土薄壁加肋結構。約束環、約束平臺的尺寸則與之相適應。在水深70米以上地方，采用圖2所示約束平臺，50到 70米的地方采用圖3所示的約束平臺，50米以下則采用圖4所示的約束平臺。正橋具體施工時可分四個階段進行。第一階段，在選定約束平臺位置的海底建設基礎，同時在岸邊船塢預制約束平臺標準件；第二階段，將約束平臺標準件組裝后運到施工位置，安裝定位后完成錨固施工，同時在岸邊船塢預制標準橋段、約束環；第三階段，將橋段、約束環裝配到約束平臺上，可按如下步驟進行先借助浮力將約束環套在橋段上并拖運到施工位置，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，在接近平衡狀態下軸向移動定位，并將約束環沿軸向推入約束平臺上的約束卡槽內，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，安裝調試各種附屬設施。
權利要求
1.一種阿基米德橋，由正橋、引橋及監控管理系統組成，正橋由約束平臺、橋段、約束環、輪胎式密封圈、隔振裝置、安全逃生裝置等組成，其特征在于每兩個橋段的連接處設有一個能提供上、下、左、右四個方向剛性約束的約束平臺。
2.按照權利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺與橋段之間通過約束環連接。
3.按照權利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺上設有兩個以上約束卡槽。
4.按照權利要求3所述的阿基米德橋，其特征在于約束環上設有兩個以上凸緣，這些凸緣可插入約束平臺上的卡槽內。
5.按照權利要求3所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺的卡槽內裝有隔振裝置。
6.按照權利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于橋段兩端各有3至9個環形槽，槽內裝有輪胎式密封圈。
7.按照權利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺為鋼筋混凝土空心結構， 用繃緊索錨固于水底或岸邊。
8.按照權利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺為鋼筋混凝土空心結構， 用建造于水底的鋼筋混凝土桁架結構支撐。
9.按照權利要求1所述的阿基米德橋，其特征在于約束平臺為直接建筑在水底基礎上的鋼筋混凝土空心結構。
全文摘要
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、引橋及監控管理系統組成，正橋由約束平臺、橋段、約束環、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可通過約束環對橋段提供上、下、左、右四個方向的約束，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之內而仍保持穩定。約束環套裝在橋段兩端外部，可沿軸向移動，通過其上的凸緣與約束平臺上的卡槽配合來實現橋段與平臺之間的聯接或分離。必要時，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，內部可充入高壓氣體或液體，實現橋段與約束環之間的密封，傳遞約束力，隔離動力響應。
文檔編號E02D29/067GK102312448SQ20111003193
公開日2012年1月11日 申請日期2011年1月30日 優先權日2011年1月30日
發明者徐衛, 徐友良 申請人:徐衛, 徐友良