CN108661081A - 一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构 - Google Patents

一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构。本发明包括隧道管体、管体连接段、限位锚吊索、主缆锚碇、反张式主缆。密闭式隧道管体承受的浮力大于其自身的重力，并通过限位锚吊索承受的张力平衡隧道管体剩余的浮力和后期运营荷载。限位锚吊索上端通过套筒固定在隧道管体上，下端通过索夹与主缆结构相连接，主缆结构利用两岸的重力式锚碇将限位锚吊索的荷载传递至两岸基础中；两岸的隧道管体连接段主要起连接岸边陆地隧道与水中悬浮管段的作用。本发明有效避免或减少了较深水域的锚固基础施工，增大了深水水域下的航行净空，增加了这种悬浮隧道结构的整体刚度及稳定性。

Description

一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构
技术领域
本发明涉及一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构。
背景技术
悬浮隧道又名阿基米德桥，是一种新型的跨水域交通构筑物。其主要利用隧道管体所受的浮力来平衡重力和运营交通荷载。悬浮隧道体系自上个世纪50年代被提出以来，引起了世界上诸如丹麦、意大利、挪威、日本、美国和中国等国家的重视。随着科研工作者不断地研究和推动，其概念得以广泛的传播而被人们所接受。然而，因其本身所处复杂的环境和未知的结构性能等原因，世界上还未有成功建成的悬浮隧道结构。
现有的悬浮隧道结构根据支承方式的不同可以划分为水下墩柱支承式悬浮隧道、浮筒支承式悬浮隧道和分布式锚索锚固悬浮隧道。水下墩柱支承式悬浮隧道施工难度大，且修筑后将限制水下潜浮体自由航行；浮筒支承式悬浮隧道的浮筒漂浮在水(海)平面上，结构柔性大，不适宜在水流复杂的水域(或海域)修建；分布式锚索锚固悬浮隧道具有施工工艺相对方便，结构稳定性强等优势，而成为结构工程师主要选择的形式。然而，分布式锚索锚固悬浮隧道需沿其纵向每隔一定间距设置限位锚固索和锚碇基础来约束隧道管体，造成水下净空浪费且对横跨水域地质条件要求较高；对于一些海峡或海湾两端水域相对较浅、而中部水域较深、无法修建中部锚固装置或修建锚固装置费用较高的情况，有必要提出一种新型的反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，既增加这种悬浮隧道结构的整体刚度及稳定性，又能方便特殊的水域或地质情况的施工。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足。提出一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明包括隧道管体、管体连接段、反张式主缆、限位锚吊索、主缆锚碇等部分；
密闭式隧道管体承受的浮力大于其自身的重力，且将浮力控制在重力的1.2～1.4倍范围内；并通过限位锚吊索承受的张力平衡隧道管体剩余的浮力和后期运营荷载；限位锚吊索上端通过套筒固定在隧道管体上，下端通过索夹与反张式主缆结构相连接，主缆结构利用两岸的深锚碇将限位锚吊索的荷载传递至两岸基础中；两岸的隧道管体连接段主要起连接岸边陆地隧道与水中悬浮管段的作用，在其位置处基础做强化处理，以分担结构所受荷载。
主缆锚碇采用水下爆扩及局部开挖的方式进行施工。对于两岸水下岩体地基，可通过水下爆扩技术在岩体地基上产生腔体，去除风化层及碎岩后，浇注水下高强混凝土，形成岩体重力式锚碇基础；对于两岸水下非岩体地基，需清理海床面，需清理海床面，并浮运、沉放混凝土块件，完成重力式锚碇基础的浇注。在锚碇上预留主缆锚固连接装置，从而为反张式主缆提供约束支撑。
隧道管体通过爆破开挖技术和管体浮运拼接技术实施。通过爆破开挖技术安放隧道管体，贯穿海岸后的管体端口做密封处理，换用管体浮运拼接技术实施后续工作。
主缆结构由高强抗腐蚀的碳纤维材料编成索股缠绕而成。主缆呈反张空间倾斜平面锚固在主缆锚碇上并通过预先施加预张力使其产生一定的刚度。
隧道管体采用高强抗腐蚀性好、抗渗性强的高性能混凝土和高延性的金属夹层(铝合金)配合模板预制而成，隧道管体的结构内设置有行车道、逃生通道、通风通道、防渗漏涌水和压仓的空间。
限位锚吊索需要配合水下潜水员对隧道管体和反张式主缆进行搭接和张拉，限位锚吊索根据需要可采用具有水下防腐措施的高强钢缆绳或耐腐蚀性强的高强碳纤维材料等制成。
根据设计荷载确定主缆锚碇所承载的荷载大小，从而确定锚碇的尺寸和构造；通过隧道管体线性和主缆应力进行主缆张拉力控制；预制浇注主缆锚碇时，应注意混凝土浇筑过程中过大的水化热影响，需采取相应的防治措施。
本发明的有益效果如下：
(1)该悬浮隧道结构，通过一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，有效避免或减少了较深水域的锚固基础施工，增大了深水水域下的航行净空，增加了这种悬浮隧道结构的整体刚度及稳定性，特别适合于两端水域相对较浅，而中部水域较深、无法修建中部锚固装置或对水下潜体通行有要求的深长(水深在100m以上，长度在2000m以上)水域。
(2)该悬浮隧道，由于主缆或锚吊索材料采用高强抗腐蚀性好的碳纤维材料编成索股缠绕而成，其结构的耐久性和抗疲劳性能大为加强；管体采用高强抗腐蚀性好、抗渗性强的高性能混凝土预制和高延性金属夹层(铝合金)组合材料制作，结构的整体刚度和抗冲击性能得到了显著的提升。
附图说明
图1(a)为一般锚索体系支撑悬浮隧道体系立面图。
图1(b)为一般锚索体系支撑悬浮隧道体系横断面图。
图1(c)为一般锚索体系支撑悬浮隧道体系平面图。
图2(a)为本发明的反张式锚索体系支撑悬浮隧道体系立面图。
图2(b)为本发明的反张式锚索体系支撑悬浮隧道体系横断面图。
图2(c)为本发明的反张式锚索体系支撑悬浮隧道体系平面图。
图中，隧道管体连接段1；限位锚吊索2；反张式主缆3；水域4；隧道管体5；水域地质条件6；主缆锚碇7；隧道管体强化基础8；海岸9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1(a)-图2(c)所示，一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，包括隧道管体连接段1；限位锚吊索2；反张式主缆3；隧道管体5；主缆锚碇7；隧道管体强化基础8。
密闭式隧道管体5承受的浮力大于其自身的重力，且将浮力控制在重力的1.2～1.4倍范围内；并通过限位锚吊索2承受的张力平衡隧道管体5剩余的浮力和后期运营荷载。限位锚吊索2上端通过套筒固定在隧道管体5上，下端通过索夹与反张式主缆3相连接，反张式主缆3利用两岸的深锚碇7将限位锚吊索2的荷载传递至两岸基础中。两岸的隧道管体连接段1主要起连接岸边陆地隧道与水中悬浮管段的作用，在其位置处基础8做强化处理，分担结构所受的自重、浮体力及车流等荷载，同时应防止结构产生过大的位移而发生渗漏。
主缆锚碇7采用水下爆扩及局部开挖的方式进行施工。通过地质勘测在海峡或海湾沿岸附近确定主缆锚碇位置；对于两岸水下岩体地基，可通过水下爆扩技术在岩体地基上形成腔体，配合水下开挖和砂石运输船去除地基风化层及碎岩后，并浇注水下高强混凝土，形成岩体重力式锚碇基础；对于两岸水下非岩体地基，需清理海床淤泥质面，通过浮运、沉放混凝土块件进行基础处理，再浇注水下高强混凝土，进行水下重力式锚碇基础施工。重力式锚碇施工完成后，预留主缆锚固连接装置，最后实现主缆结构的固定，为反张式主缆提供约束支撑。
隧道管体5通过爆破开挖技术和管体浮运拼接技术实施。在隧道管体贯穿位置处设置排水围堰，进行封底抽水作业，将水位下降至工作水位。通过爆破开挖技术安放隧道管体，在安放的过程中有对靠近两岸的隧道管体连接段位置处基础8进行强化处理，贯穿海岸后的管体端口做密封处理。水下隧道管体5通过海上运输船将管体浮运至设计位置，并通过水下拼接技术，实现隧道管体5之间相互拼装连接。
反张式主缆3由高强抗腐蚀的碳纤维材料编成索股缠绕而成，锚固在主缆锚碇7上，通过连接装置预先施加预张力使其产生一定的刚度。反张式主缆3的尺寸和预张力需要根据结构的设计荷载而定，但在张拉过程中需根据隧道管体的线性和主缆应力对主缆张拉力控制。
隧道管体5采用高强抗腐蚀性好、抗渗性强的高性能混凝土和高延性的金属夹层(铝合金)配合模板预制而成，隧道管体的结构内设置有行车道、逃生通道、通风通道、防渗漏涌水和压仓的空间。在水域流速较小时，将存泊区的隧道管体浮运和沉放至相应的位置，拆除止水带保护罩，实现隧道管体之间的水压对接，对接完成后需保证结构具备一定的密闭性和连续性。
限位锚吊索2需要配合水下潜水员对隧道管体5和反张式主缆3进行搭接和张拉。限位锚吊索根据需要可采用具有水下防腐措施的高强钢缆绳或耐腐蚀性强的高强碳纤维材料等制成。

Claims (7)

1.一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，其特征在于包括隧道管体、管体连接段、反张式主缆、限位锚吊索、主缆锚碇；
密闭式隧道管体承受的浮力大于其自身的重力，且将浮力控制在重力的1.2～1.4倍范围内；并通过限位锚吊索承受的张力平衡隧道管体剩余的浮力和后期运营荷载；限位锚吊索上端通过套筒固定在隧道管体上，下端通过索夹与反张式主缆结构相连接，主缆结构利用两岸的深锚碇将限位锚吊索的荷载传递至两岸基础中；两岸的隧道管体连接段主要起连接岸边陆地隧道与水中悬浮管段的作用，在其位置处基础做强化处理，以分担结构所受流荷载。
2.根据权利要求1所述的一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，其特征在于对两岸为水下岩体地基，其主缆锚碇可采用采用水下爆扩及局部开挖的方式进行施工。对于两岸水下岩体地基，可通过水下爆扩技术在岩体地基上产生腔体，去除风化层及碎岩后，浇注水下高强混凝土，形成岩体重力式锚碇基础；对于两岸水下非岩体地基，需清理海床面，并浮运、沉放混凝土块件，完成重力式锚碇基础的浇注。在锚碇上预留主缆锚固连接装置，从而为反张式主缆提供约束支撑。
3.根据权利要求1所述的一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，其特征在于两岸隧道管体通过爆破开挖技术和管体浮运拼接技术实施。通过爆破开挖技术安放隧道管体，贯穿海岸后的管体端口做密封处理，换用管体浮运拼接技术实施后续工作。
4.根据权利要求1所述的一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，其特征在于主缆结构由高强抗腐蚀的碳纤维材料编成索股缠绕而成。主缆呈反张空间倾斜平面锚固在主缆锚碇上并通过预先施加预张力使其产生一定的刚度。
5.根据权利要求1所述的一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，其特征在于隧道管体采用高强抗腐蚀性好、抗渗性强的高性能混凝土和高延性的金属夹层配合模板预制而成，隧道管体的结构内设置有行车道、逃生通道、通风通道、防渗漏涌水和压仓的空间。
6.根据权利要求1所述的一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，其特征在于限位锚吊索需要配合水下潜水员对隧道管体和反张式主缆进行搭接和张拉，限位锚吊索根据需要可采用具有水下防腐措施的高强钢缆绳或耐腐蚀性强的高强碳纤维材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种反张式锚索体系支撑悬浮隧道结构，其特征在于根据设计荷载确定主缆锚碇所承载的荷载大小，从而确定锚碇的尺寸和构造；通过隧道管体线性和主缆应力进行主缆张拉力控制；预制浇注主缆锚碇时，应注意混凝土浇筑过程中过大的水化热影响，需采取相应的防治措施。
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