CN109537631A

CN109537631A - 一种自潜悬浮式水下隧道装置

Info

Publication number: CN109537631A
Application number: CN201910014383.0A
Authority: CN
Inventors: 于铠奇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2019-03-29

Abstract

一种自潜悬浮式水下隧道装置。一种自潜悬浮式水下隧道建造的方法及装置。隧道由多节具有自潜功能可拆分的模块化双层管道组装而成，隧道悬浮在水面下固定深度。双层管道由内外两层管道通过水密舱隔仓壁连接组装在一起。内层管道中部偏下位置安装行车道路。内层管道和外层管道之间的空间装配成为上部的全密封水密仓和下部的水量调节水密仓，水量调节水密仓可以控制隧道上浮及下潜。双层管道顶部安装管道水平位置调节器，保持隧道水平方向稳定。隧道制作简单、组装快捷、建造周期短，维修、维护方便，建造成本以及运行成本低。隧道建造以及运行不破坏环境、对环境影响小。隧道的双层结构以及水密仓设置可以增强运行安全性。

Description

一种自潜悬浮式水下隧道装置

技术领域

本发明涉及一种自潜悬浮式水下隧道，属于交通工程以及海洋工程技术领域，涉及到一种在海洋或江河、湖泊水下建造隧道的方法，特别涉及到一种在海洋或江河、湖泊水下建造隧道的装置。

背景技术

世界上有许多海峡、海湾和江河、湖泊，这些水域阻隔交通，影响人类社会的生产、生活。早期在这些地方，除比较狭窄的河流上可以架桥连通或比较浅的海峡可以填筑堤坝连通，其余的水域只能在陆地上绕行或通过船舶完成人员、货物的运输，效率低、成本高。随着工程技术的进步以及隧道施工能力的不断完善，人类可以通过在海底或水底开凿隧道的方法连通比较宽阔水域的两侧。

目前跨越海峡、海湾及江河的隧道主要有两种。一种是在海底或水底土石内部开凿隧道，大部分的跨江河隧道都是这种形式，这种形式的海底隧道有英吉利海峡海底隧道等。此种形式的隧道施工难度大、施工周期长、建造成本高、日常维修以及维护难度大。第二种是沉管式海底隧道，此种形式的隧道需将隧道在岸上分节预制，再将预制的单节隧道拖运至固定位置并沉入海底在水下进行连接组装。沉管式隧道对施工精度要求高、施工难度大，主要适用于水深较浅、海底地形起伏小的水域实施，对地质条件要求高。并且沉管式隧道安装时对隧道基础的材质及隧道覆盖物的重量要求严格。中国的港珠澳大桥海底隧道是这种形式。第三种是水下建设隧道的方法，包括在海底或水底建造墩台或支架、在墩台或支架上架设隧道，或是通过锚索将悬浮在海中的隧道连接固定至放置在海底的锚定块建造隧道，或是在海底建设竖塔、将隧道通过悬索连接在竖塔上建造隧道，或是在水面安装浮漂、将隧道通过悬索悬挂在浮漂上建造隧道的方法等。在海底或水底建造墩台或支架建造隧道的方法、锚定块锚定建造隧道的方法以及竖塔悬索建造隧道的方法对海底或水底地质条件、水况以及水深要求较高，水面浮漂悬索建造隧道方法则受风浪、潮汐等影响较大。

申请号200810223702的发明是一种浮力可调节的水中悬浮隧道，该发明公开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，通过浮力系统实现对隧道管体浮力的调节。其锚固系统对海底或水底的地质条件要求较高，且受水深影响较大；其浮力调节系统与隧道管体是分体的，二者通过刚性结构连接在一起，整个系统结构复杂，建造安装操作性差，浮力调节系统容易受外力影响导致其安全性差。

针对交通运输需求的不断增大，打破海洋、江河湖泊对交通运输的阻隔，开发便捷、高效及低成本的水下隧道系统具有积极的意义。

发明内容

本发明提供了一种自潜悬浮式水下隧道装置，为建造隧道的双层管道。该装置由具有自潜功能多节可拆分的模块化双层管道组装而成，隧道悬浮在海面或水面下水中设定的固定深度。

本发明采用的技术方案如下：

一种自潜悬浮式水下隧道装置，悬浮的隧道通过安装在双层管道左右的两条管道固定索连接至海底或水底的固定索锚。管道固定索可伸缩，对悬浮的隧道起辅助固定作用，并保证隧道相对稳定。

双层管道由内外两层管道通过水密舱纵向隔仓壁以及水密舱横向隔仓壁连接组装在一起。其中内层管道中部偏下位置安装行车道路，行车道路以上为车辆通行区域，行车道路以下为其它辅助通道。内层管道和外层管道之间的空间由内层管道、外层管道和水密舱纵向隔仓壁、水密舱横向隔仓壁装配成多个全密封水密仓和水量调节水密仓，上部为全密封水密仓，下部为水量调节水密仓。水量调节水密仓通过在外层管道下部安装的水密仓放水阀门与隧道的双层管道外部连接。在隧道运行时可根据需要打开水密仓放水阀门放水进入水量调节水密仓或将水排出水量调节水密仓，调整水量调节水密仓中的水量增加或减少，使隧道下潜或向上浮。每个水量调节水密仓的水密仓放水阀门独立控制，当车辆驶入隧道的双层管道时，双层管道荷载增大，可以通过水密仓放水阀门将该部位水量调节水密仓中的部分水排出水量调节水密仓。当车辆驶离该部位时，可以控制该部位水密仓放水阀门将水注入水量调节水密仓。通过调节每个水量调节水密仓中的水量动态调节隧道不同部位的载荷，保持隧道垂直方向稳定。

每节双层管道外层管道和内层管道两端端头部位之间使用水密仓横向隔仓壁密封。每节双层管道内层管道两端端头部位设置可以根据需要打开、关闭的管道端头上密封门和管道端头下密封门，双层管道的管道端头上密封门和管道端头下密封门关闭时可以使双层管道的内层管道处于密封状态。组装在一起的相邻双层管道在外层管道外缘设置管道接口密封环。当隧道的多节双层管道组装在一起运行时，管道端头上密封门为打开状态，车辆可以在内层管道内行车道路上行驶，管道端头下密封门可以根据需要打开或关闭。当隧道某个部位需要维修或维护时，该部位的双层管道以及与其前后相邻的双层管道的管道端头上密封门、管道端头下密封门同时关闭，该部位单节或数节双层管道可在这种状态下从隧道上拆卸分离，通过水密仓放水阀门将水排出水量调节水密仓使拆卸的双层管道上浮至海面或水面，以进行维修维护。

每节双层管道顶部在垂直双层管道轴线方向安装管道水平位置调节器，用以抵抗海面下洋流、潮汐或水面下水流以及风浪的影响，保持隧道水平方向稳定。水平位置调节器也可以根据需要安装在双层管道的底部等其它部位。水平位置调节器可以是叶轮式或喷水式等形式。

隧道双层管道的内层管道、外层管道以及水密仓纵向隔仓壁、水密仓横向隔仓壁可以使用钢筋混凝土、钢材以及有机材料制作，也可以使用复合材料等材料制作。

隧道双层管道横截面可以根据具体情况设置为圆形、椭圆形或其它形状。

建造隧道的双层管道统一在工厂内制作完成，单节成品双层管道在管道端头上密封门和管道端头下密封门关闭状态下运送至隧道组装场地进行组装。隧道可以在海面或水面进行组装，也可以在陆地、船坞或半潜船上进行组装，也可以在水下进行组装。全部或部分双层管道组装在一起后，拖运至指定位置，通过水密仓放水阀门将水放入双层管道水量调节水密仓，使双层管道下潜至固定深度。全部双层管道组装在一起并下潜至固定深度，使用管道固定索连接至海底或水底的固定索锚，打开每节双层管道端头的管道端头上密封门使所有双层管道行车道路贯通，完成隧道建造。

本发明的自潜悬浮式水下隧道的双层管道可以在工厂内统一模块化制作，运送至指定地点组装。双层管道制作、组装可以分多组同时进行，可以缩短建造工期。隧道双层管道制作简单、方便，建造成本低，双层管道组装简单、快捷，双层管道制作、隧道安装可以全部在海面或水面进行，不受海底或水底地质条件或水深影响，材料成本、建造成本以及运行成本低。隧道建造以及运行不扰动海底或水底岩土，不破坏环境、对环境影响小。隧道可以在水中通过调节水量调节水密仓中的水量进行上下浮动，隧道可以在水下进行维修、维护，也可以将隧道全部或部分上浮出水面进行维修、维护，隧道维修、维护方便，维修、维护时间短，维修、维护成本低。建造隧道的双层管道双层结构可以增强隧道的强度。隧道悬浮在水中，由多节可以单独密封的双层管道组装而成，当隧道出现故障时，隧道可以在极短的时间内浮出水面，隧道运行安全性高。当隧道出现故障时，每节双层管道或多节双层管道可以单独密封以保障安全，同时双层管道双层结构以及全密封水密仓、水量调节水密仓的设置也是隧道运行安全的重要保障。

附图说明

图1是本发明隧道示意图。

图2是本发明隧道横截面示意图。

图3是本发明隧道纵截面示意图。

图中：11海面或水面；12海底或水底；13隧道；14管道水平位置调节器；15水密仓放水阀门；16管道固定索；17固定索锚；21双层管道；22、外层管道；23内层管道；24行车道路；25全密封水密舱；26水量调节水密仓；27水密仓纵向隔仓壁；31水密仓横向隔仓壁；32管道端头上密封门；33管道端头下密封门；34管道接口密封环。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

在图1中，是本发明隧道示意图。本发明提供了一种自潜悬浮式水下隧道13建造的方法以及实现上述方法所需要的装置，本发明的装置为建造隧道13的双层管道21。本发明的自潜悬浮式深海隧道13由多节可拆分的模块化双层管道21组装而成，隧道13悬浮在海面或水面11下水中设定的固定深度。悬浮的隧道13通过安装在双层管道21左右的两条管道固定索16连接至海底或水底12的固定索锚17。管道固定索16可伸缩，对悬浮的隧道13起辅助固定作用，并保证隧道13相对稳定。

在图2、图3中，是本发明隧道横截面示意图及纵截面示意图。双层管道21由内层管道23和外层管道22通过水密舱纵向隔仓壁27以及水密舱横向隔仓壁31连接组装在一起。其中内层管道23中部偏下位置安装行车道路24，行车道路24以上为车辆通行区域，行车道路24以下为其它辅助通道。内层管道23和外层管道22之间的空间由内层管道23、外层管道22和水密舱纵向隔仓壁27、水密舱横向隔仓壁31装配成多个全密封水密仓25和水量调节水密仓26，上部为全密封水密仓25，下部为水量调节水密仓26。水量调节水密仓26通过在外层管道下部安装的水密仓放水阀门15与隧道13的双层管道21外部连接。在隧道13运行时可根据需要打开水密仓放水阀门15放水进入水量调节水密仓26或将水排出水量调节水密仓26，调整水量调节水密仓26中的水量增加或减少，使隧道13向下运行或向上运行。每个水量调节水密仓26的水密仓放水阀门15独立控制，当车辆驶入隧道13的双层管道21时，双层管道21荷载增大，可以通过水密仓放水阀门15将该部位水量调节水密仓26中的部分水排出水量调节水密仓26。当车辆驶离该部位时，可以控制该部位水密仓放水阀门15将水注入水量调节水密仓26。通过调节每个水量调节水密仓26中的水量动态调节隧道13不同部位的载荷，保持隧道13垂直方向稳定。

每节双层管道21外层管道22和内层管道23两端端头部位之间使用横向水密仓隔仓壁31密封。每节双层管道21内层管道23两端端头部位设置可以根据需要打开、关闭的管道端头上密封门32和管道端头下密封门33，双层管道21的管道端头上密封门32和管道端头下密封门33关闭时可以使双层管道21的内层管道23处于密封状态。组装在一起的相邻双层管道21在外层管道22外缘设置管道接口密封环34。当隧道13的多节双层管道21组装在一起运行时，管道端头上密封门32为打开状态，车辆可以在内层管道23内行车道路24上行驶，管道端头下密封门33可以根据需要打开或关闭。当隧道13某个部位需要维修或维护时，该部位的双层管道21以及与其前后相邻的双层管道21管道的端头上密封门32、管道端头下密封门33同时关闭，该部位单节或数节双层管道21可在这种状态下从隧道13上拆卸分离，通过水密仓放水阀门15将水排出水量调节水密仓26使拆卸的双层管道21上浮至海面或水面11，以进行维修维护。

每节双层管道21顶部在垂直双层管道21轴线方向安装管道水平位置调节器14，用以抵抗海面下洋流、潮汐或水面下水流以及风浪的影响，保持隧道13水平方向稳定。水平位置调节器14也可以根据需要安装在双层管道21的底部等其它部位。水平位置调节器14可以是叶轮式或喷水式等形式。

隧道13双层管道21的内层管道23、外层管道22以及水密仓纵向隔仓壁27、水密仓横向隔仓壁31可以使用钢筋混凝土、钢材以及有机材料制作，也可以使用复合材料等材料制作。

隧道13双层管道21横截面可以根据具体情况设置为圆形、椭圆形或其它形状。

建造隧道13的双层管道21统一在工厂内制作完成，单节成品双层管道21在管道端头上密封门32和管道端头下密封门33关闭状态下运送至隧道13组装场地进行组装。隧道13可以在海面或水面11进行组装，也可以在陆地、船坞或半潜船上进行组装，也可以在水下进行组装。全部或部分双层管道21组装在一起后，拖运至指定位置，通过水密仓放水阀门15将水放入双层管道21水量调节水密仓26，使双层管道21下潜至固定深度。全部双层管道21组装在一起并下潜至固定深度，使用管道固定索16连接至海底或水底的固定索锚17，打开每节双层管道21端头的管道端头上密封门32使所有双层管道21行车道路24贯通，完成隧道13建造。

Claims

1.一种自潜悬浮式水下隧道，由多节具有自潜功能可拆分的模块化双层管道组装而成，隧道悬浮在海面或水面下水中设定的固定深度；其特征在于，双层管道由内外两层管道通过水密舱纵向隔仓壁以及水密舱横向隔仓壁连接组装在一起；其中内层管道中部偏下位置安装行车道路，行车道路以上为车辆通行区域，行车道路以下为其它辅助通道；内层管道和外层管道之间的空间由内层管道、外层管道和水密舱纵向隔仓壁、水密舱横向隔仓壁装配成多个全密封水密仓和水量调节水密仓，上部为全密封水密仓，下部为水量调节水密仓；每节双层管道外层管道和内层管道两端端头部位之间使用水密仓横向隔仓壁密封；每节双层管道内层管道两端端头部位设置根据需要打开、关闭的管道端头上密封门和管道端头下密封门，双层管道的管道端头上密封门和管道端头下密封门关闭时使双层管道的内层管道处于密封状态；组装在一起的相邻双层管道在外层管道外缘设置管道接口密封环；当隧道的多节双层管道组装在一起运行时，管道端头上密封门为打开状态，车辆在内层管道内行车道路上行驶，管道端头下密封门根据需要打开或关闭；每节双层管道顶部在垂直双层管道轴线方向安装管道水平位置调节器；

水量调节水密仓通过在外层管道下部安装的水密仓放水阀门与隧道的双层管道外部连接；在隧道运行时可根据需要打开水密仓放水阀门放水进入水量调节水密仓或将水排出水量调节水密仓，调整水量调节水密仓中的水量增加或减少，使隧道下潜或上浮；每个水量调节水密仓的水密仓放水阀门独立控制，当车辆驶入隧道的双层管道时，双层管道荷载增大，通过水密仓放水阀门将该部位水量调节水密仓中的部分水排出水量调节水密仓；当车辆驶离该部位时，控制该部位水密仓放水阀门将水注入水量调节水密仓；通过调节每个水量调节水密仓中的水量动态调节隧道不同部位的载荷，保持隧道垂直方向稳定；

隧道某个部位需要维修或维护时，该部位的双层管道以及与其前后相邻的双层管道的管道端头上密封门、管道端头下密封门同时关闭，该部位单节或数节双层管道在这种状态下从隧道上拆卸分离，通过水密仓放水阀门将水排出水量调节水密仓使拆卸的双层管道上浮至海面或水面，以进行维修维护。

2.根据权利要求1所述的一种自潜悬浮式水下隧道，其特征还在于，水平位置调节器用以抵抗海面下洋流、潮汐或水面下水流以及风浪的影响，保持隧道水平方向稳定；水平位置调节器根据需要安装在双层管道的底部；水平位置调节器是叶轮式或喷水式。

3.根据权利要求1或2所述的一种自潜悬浮式水下隧道，其特征还在于，隧道双层管道的内层管道、外层管道、水密仓纵向隔仓壁、水密仓横向隔仓壁、使用钢筋混凝土、钢材以及有机材料制作，或使用复合材料制作。

4.根据权利要求3所述的一种自潜悬浮式水下隧道，其特征还在于，隧道双层管道横截面根据具体情况设置为圆形、椭圆形或其它形状。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种自潜悬浮式水下隧道，其特征还在于，建造隧道的双层管道统一在工厂内制作完成，单节成品双层管道在管道端头上密封门和管道端头下密封门关闭状态下运送至隧道组装场地进行组装；隧道组装可以在海面或水面进行，或在陆地、船坞或半潜船上进行；全部或部分双层管道组装在一起后，拖运至指定位置，通过水密仓放水阀门将水放入双层管道水量调节水密仓，使双层管道下潜至固定深度；全部双层管道组装在一起并下潜至固定深度，使用管道固定索连接至海底或水底的固定索锚，打开每节双层管道端头的管道端头上密封门使所有双层管道行车道路贯通，完成隧道建造。