CN113997963B - 一种悬浮隧道汽车有轨载运系统及其快速通行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种悬浮隧道汽车有轨载运系统及其快速通行方法，包括陆上交通段与水下悬浮隧道段，两个陆上交通段分别设置在水下悬浮隧道段的入口和出口两端，陆上交通段至少为双层结构，上层为汽车路面层，下层为轨道层，在轨道层上铺设有轨道，在轨道的末端设置有载车平台供应站与和检修站，水下悬浮隧道段为管状结构，水下悬浮隧道段包括有隧道主体与斜坡段。本发明结合了传统公路和铁路运输方式的技术优点，可通过有轨的方式快速的将汽车从深水海峡的一岸运送至对岸，大幅提高了悬浮隧道的通行能力，提升了人员、物资的运送效率，大幅减少了因长时间在密闭空间行车的压抑感，提高了行车的舒适性。

Description

一种悬浮隧道汽车有轨载运系统及其快速通行方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种悬浮隧道汽车有轨载运系统及其快速通行方法。

背景技术

水下悬浮隧道是建设悬浮于水中的一种大型跨海交通构筑物，是继跨海大桥、海底隧道后又一种人类未来实现深海峡湾跨越的重大交通运输工程。与传统的超深水大型跨海通道相比，悬浮隧道理论上可建设在长跨度、大水深、陡峭底床的水域，是实现超长跨度、超深水海峡联通的有效途径，具有巨大的工程应用价值，近年来得到了国内外学术界和工程界的广泛关注，是近年来研究的热点。

隧道由于悬浮在水中，在海浪和洋流的冲击下，隧道结构本身必然会随之运动，而如何保证车辆的安全平稳通行、提高行驶的舒适度、减缓驾驶员或乘客的不适感是重大技术难点。为解决该问题，除在设计之初提高结构的刚度，或从结构、水动力、材料角度减小悬浮隧道运动量的方法之外，另一种行之有效的办法是尽可能提高车辆的通行的速度、缩短车辆在水下悬浮隧道段通行的时间、尽可能减小移动目标的质量，并使得车辆质量、行驶速度与隧道自身的动力特性相匹配，确保不发生灾害性共振现象，降低安全风险。

目前，国内外还没有针对悬浮隧道的运载系统。目前现有的隧道运载方式一般有公路或铁路两种，但这两种方式对于悬浮隧道而言主要存在以下两个方面的问题：一是，对于公路，由于采用无轨设计，从安全角度出发汽车设计时速一般不大，通行效率太低，也大大增加了在密闭空间内行车道的压抑感。二是对于铁路而言，由于火车的质量巨大，在高速行驶过程中，将大幅改变悬浮隧道本身的动力特性，进而产生强烈的结构振动，威胁悬浮隧道结构体系及通行系统的安全。

因此，从安全性、平稳性、舒适性等角度出发，悬浮隧道内部不宜采用以上两种传统的运载方式。

对此，本申请特提出一种悬浮隧道汽车有轨载运系统及其快速通行方法以解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供了一种悬浮隧道汽车有轨载运系统及其快速通行方法，本发明结合了传统公路和铁路运输方式的技术优点，可通过有轨的方式快速的将汽车从深水海峡的一岸运送至对岸，大幅提高了悬浮隧道的通行能力，提升了人员、物资的运送效率，大幅减少了因长时间在密闭空间行车的压抑感，提高了行车的舒适性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种悬浮隧道汽车有轨载运系统，包括陆上交通段与水下悬浮隧道段，两个陆上交通段分别设置在水下悬浮隧道段的入口和出口两端，所述陆上交通段至少为双层结构，上层为汽车路面层，下层为轨道层，在轨道层上铺设有轨道，在轨道的末端设置有载车平台供应站与检修站，所述水下悬浮隧道段为管状结构，所述水下悬浮隧道段包括有隧道主体与斜坡段，斜坡段分别连接在隧道主体的两端，隧道主体通过两个斜坡段与对应的两个陆上交通段相互联通，所述水下悬浮隧道段轨道与对应的陆上交通段的环形轨道首尾相接，形成闭环，在轨道上设置有载车平台；

所述载车平台包括有载车板、驱动装置、车轮与轮胎固定装置，车轮与驱动装置均连接在载车板的下端，车轮与驱动装置之间相互连接，驱动装置用于控制载车平台的四个车轮运动，轮胎固定装置安装在载车平台的上端；

所述轮胎固定装置用于将相对静止的汽车轮胎进行锁定，轮胎固定装置包括有固定平台与车轮阻挡器，固定平台设置在汽车轮胎的下端，在固定平台的上端设置有多个用于感知汽车是否偏移或是否满足汽车前后轮轴距的压力传感器，车轮阻挡器通过连接轴与固定平台的两侧相互转动连接，当汽车定位完成后，车轮阻挡器升起，从而将车轮夹紧；

所述载车平台的底部安装有伸缩轴，伸缩轴用于调整载车平台的长度；

所述水下悬浮隧道段采用单管或双管的任意一种，所述水下悬浮隧道段悬浮于水中，外部通过锚索或水下桩基连接至海床，或利用浮筒支撑于水面。

进一步，所述水下悬浮隧道段的隧道主体长度大于2km，所述隧道主体铺设在水面以下30m~40m深的位置。

进一步，所述水下悬浮隧道段的轨道底部铺设有电缆，在水下悬浮隧道段的顶部安装有通风照明系统。

一种悬浮隧道汽车有轨载运系统快速通行方法，包括以下步骤：

步骤1：首先根据交通通行效率指标、载车平台的设计时速以及水下悬浮隧道主体所能承受的最大安全车辆数量，综合确定轨载车平台的数量；

步骤2：启动电源总开关，按照设计时速和设计数量将载车平台送入轨道，载车平台通过闭环轨道源源不断从A站行驶至B站，又从B站行驶至A站；

步骤3：设A站为始发站，B站为终点站，当载车平台行驶至A站时，开始减速，并在接驳口A1处将载车平台停机，等待汽车驶入；

步骤4：在A站的汽车行驶至接驳口A1处停车，并作好上台准备，待载车平台停机完毕后，启动汽车驶入载车平台；

步骤5：对汽车进行定位，通过轮胎固定装置上设置的压力传感器感知汽车是否偏移，或是否满足车辆的前后轮轴距；

步骤6：汽车车辆定位完成后，车轮阻挡器升起，车轮阻挡器可前后移动，将汽车车轮进行夹紧；

步骤7：通过驱动装置驱动载车平台的四个车轮在轨道上高速行驶，利用计算机程序控制在轨载车平台和汽车的车速和间距，将汽车从A站安全运送至B站；

步骤8：待汽车进入B站后，载车平台减速，并在接驳口B1处停车，将载车平台的车轮阻挡器放下，解除对汽车车轮的锁定，并回复原始状态；

步骤9.汽车驶出载车平台，进入B站的汽车路面层，并行使其下一目的地，当载车平台完成从A到B站的运送任务后，通过环形的轨道行驶至接驳口B2处停机，载车平台的A站至B站的单程运送过程结束。

进一步，所述步骤5中汽车当出现位置偏移或不满足车辆前后轴距的情况时，对固定平台进行长度和宽度方向双向移动调整，直至汽车车轮处于固定装置的中心位置。

本发明的优点在于：本发明提供了一种悬浮隧道汽车有轨载运系统及其快速通行方法，具有以下优点：

1.本发明所提供的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统，结合了传统公路和铁路运输方式的技术优点，可通过有轨的方式快速的将汽车从深水海峡的一岸运送至对岸，大幅提高了悬浮隧道的通行能力，提升了人员、物资的运送效率，大幅减少了因长时间在密闭空间行车的压抑感，提高了行车的舒适性。

2.本发明采用较小质量的载车平台代替较大质量传统列车行驶在轨道上，大幅降低了移动荷载对悬浮隧道结构系统本身的影响，避免了隧道产生强烈的结构振动，提高隧道本身的安全性和耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中水下悬浮隧道车载系统的立体结构示意图；

图2为本发明中水下悬浮隧道车载系统的主视结构示意图；

图3为本发明中的陆上交通段立体结构示意图；

图4为本发明中水下悬浮隧道段的立体结构示意图；

图5为本发明中陆上交通段和水下悬浮隧道段轨道运行示意图；

图6为本发明中陆上交通段上层汽车路面与下层轨道接驳示意图；

图7为本发明中载车平台的立体结构示意图；

图8为本发明中载车平台的结构示意图；

图9为本发明中载车平台上轮胎固定装置的结构示意图；

图10为本发明中水下悬浮隧道段的内部结构示意图；

图11为本发明中水下悬浮隧道车载系统通行方法示意图；

其中：

1、陆上交通段； 101、维修间； 102、载车平台供应站；

103、汽车路面层； 2、水下悬浮隧道段； 201、隧道主体；

202、斜坡段； 203、水面； 204、锚索；

205、水下桩基； 206、浮筒； 207、海床；

3、轨道； 4、载车平台； 401、载车板；

402、驱动装置； 403、车轮； 404、伸缩轴；

405、轮胎固定装置； 4051、固定平台； 4052、压力传感器；

4053、车轮阻挡器； 5、汽车； 501、轮胎；

6、电缆； 7、通风照明装置； 8、i号载车平台；

9、j号汽车； 10、接驳口A1； 11、接驳口B1；

12、接驳口B2； 13、接驳口A2； 14、A站；

15、B站。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

图1为本发明中水下悬浮隧道车载系统的立体结构示意图，图2为本发明中水下悬浮隧道车载系统的主视结构示意图，图3为本发明中的陆上交通段1立体结构示意图，图4为本发明中水下悬浮隧道段2的立体结构示意图，图5为本发明中陆上交通段1和水下悬浮隧道段（2）的轨道3运行示意图，图6为本发明中陆上交通段1上层汽车5路面与下层轨道3接驳示意图，图10为本发明中水下悬浮隧道段2的内部结构示意图，如图1，图2，图3，图4，图5与图6与图10所示的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统，包括陆上交通段1与水下悬浮隧道段2，两个陆上交通段1分别设置在水下悬浮隧道段2的入口和出口两端，所述陆上交通段1至少为双层结构，上层为汽车路面层103，下层为轨道层，在轨道层上铺设有轨道3，轨道3为环形轨道3，环型轨道3需具有一定的设计半径，以满足载车平台4的转弯以及因载车平台4减速后形成的机车积压，在轨道3的末端设置有载车平台供应站102与和检修站，载车平台供应站102可根据实际需要调度轨道3上载车平台4的数量，检修站用于载车平台4的定期维修和临时检修。

实施例2：

图1为本发明中水下悬浮隧道车载系统的立体结构示意图，图2为本发明中水下悬浮隧道车载系统的主视结构示意图，图3为本发明中的陆上交通段1立体结构示意图，图4为本发明中水下悬浮隧道段2的立体结构示意图，图5为本发明中陆上交通段1和水下悬浮隧道段（2）的轨道3运行示意图，图6为本发明中陆上交通段1上层汽车5路面与下层轨道3接驳示意图，图10为本发明中水下悬浮隧道段2的内部结构示意图，如图1，图2，图3，图4，图5与图6与图10所示的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统，包括陆上交通段1与水下悬浮隧道段2，所述水下悬浮隧道段2为管状结构，所述水下悬浮隧道段2包括有隧道主体201与斜坡段202，斜坡段202分别连接在隧道主体201的两端，隧道主体201通过两个斜坡段202与对应的两个陆上交通段相互联通，所述水下悬浮隧道段（2）的轨道3至少为双车道四条轨道结构，四条轨道与对应的陆上交通段1的环形轨道3首尾相接，形成闭环，本发明中的下悬浮隧道段的隧道主体201长度在2km以上，铺设在水面以下约35m以深位置，悬浮隧道段可以为单管，也可为双管，在悬浮隧道段内部铺设轨道3，悬浮隧道段悬浮于水中，外部通过锚索204或水下桩基205连接至海床207，或利用浮筒206支撑于水面203。本发明中的陆上交通段1的汽车路面层103高程与的载车平台4的顶高程相当，但前者需略高于后者，允许绝对高差不高于10cm，或放坡不低于1:5，汽车5可以从汽车路面层103驶入载车平台4，本发明可以通过上述载运结构实现通过有轨的方式快速的将汽车5从深水海峡的一岸运送至对岸，提高了悬浮隧道的通行能力，提升了人员、物资的运送效率。

实施例3：

图7为本发明中载车平台4的立体结构示意图，图8为本发明中载车平台4的结构示意图，如图7与图8所示的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统中的载车平台4结构，载车平台4包括有载车板401、驱动装置402、车轮403与轮胎固定装置405，车轮403与驱动装置402均连接在载车板401的下端，车轮403与驱动装置402之间相互连接，驱动装置402可以控制载车平台4的四个车轮403运动，从而使载车平台4在轨道3上进行运行，在载车平台4的底部安装有伸缩轴404，伸缩轴404可以对载车平台4的长度进行调整，本发明采用较小质量的载车平台4结构代替了较大质量传统列车行驶在轨道3上，大幅降低了移动荷载对悬浮隧道结构系统本身的影响，避免了隧道产生强烈的结构振动，提高了隧道本身的安全性和耐久性。

实施例4：

图9为本发明中载车平台4上轮胎固定装置405的结构示意图，如图9所示的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统中载车平台4结构的轮胎固定装置405，该轮胎固定装置405安装在载车平台4的上端，所述轮胎固定装置405用于将相对静止的汽车轮胎进行锁定，轮胎固定装置405包括有固定平台4051与车轮阻挡器4053，固定平台4051设置在所述车轮403的下端，在固定平台4051的上端设置有多个压力传感器4052，多个压力传感器4052用于感知汽车5是否偏移或是否满足车辆的前后轮轴距的压力传感器4052，如果位置有偏移或不满足车辆前后轴距，固定平台4051可进行长度方向和宽度方向双向移动，直至汽车5车轮403处于固定平台4051的中心位置，车轮阻挡器4053通过连接轴与固定平台4051的两侧相互转动连接，当车辆定位完成后，车轮阻挡器4053升起，（车轮阻挡器4053可前后移动）从而将车轮403夹紧，本发明可以通过轮胎固定装置405上设置的压力传感器4052感知汽车5是否偏移，或是否满足车辆的前后轮轴距，汽车5车辆定位完成后，可以通过车轮阻挡器4053将汽车5车轮403进行夹紧，定位方便快捷。

实施例5：

图11为本发明中水下悬浮隧道车载系统通行方法示意图，如图11所示的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统的快速通行方法，包括以下步骤：

步骤1：首先据交通通行效率指标、载车平台4的设计时速以及水下悬浮隧道主体201所能承受的最大安全车辆数量，综合确定在轨载车平台4的数量；

步骤2：启动电源总开关，按照设计时速和设计数量将载车平台4送入轨道3；载车平台4通过闭环轨道3源源不断从A站14行驶至B站15，又从B站15（15）行驶至A站14；

步骤3：设A站14为始发站，B站15为终点站，当第i号载车平台8行驶至A站14时，开始减速，并在接驳口A110处停机，等待汽车5驶入；

步骤4：在A站14的第j号汽车9行驶至接驳口A110处停车，并作好上台准备，待载车平台4停机完毕后，启动汽车5驶入载车平台4；

步骤5：轮胎固定装置405压力传感器4052感知汽车5是否偏移，或是否满足车辆的前后轮轴距，如果位置有偏移或不满足车辆前后轴距，固定平台4051可进行长度和宽度方向双向移动调整，直至汽车5车轮403处于固定装置的中心位置（如本说明书附图3所示）。

步骤6：当汽车5车辆定位完成后，车轮阻挡器4053升起，阻挡器可前后移动，将汽车5车轮403夹紧。

步骤7：通过驱动装置402驱动第i号载车平台8的四个车轮403在轨道3行驶高速行驶，利用计算机程序控制在轨载车平台4和汽车5的车速和间距，将第j号汽车9从A站14安全运送至B站15；

步骤8：待第j号汽车9进入B站15后，载车平台4减速，并在接驳口B111处停车，载车平台4的车轮阻挡器4053放下，解除对第j号汽车9车轮403的锁定，并回复原始状态；

步骤9：第j号汽车9驶出第i号载车平台8，进入B站15正常汽车5路面，并行使其下一目的地；

步骤10：第i号载车平台8完成从A站14到B站15的运送任务后，通过环形的轨道3行驶至接驳口B212处停机，至此，第i号载车平台8的A站至B站的单程运送过程结束，采取同样的步骤，可以完成从B到A站14的运送任务；

如果短期内无运送任务或在紧急情况，所有载车平台4可以驶入载车平台供应站102随时待命；如果载车平台4发生故障，维修人员可通过岔口进入维修间101，对载车平台4进行维修。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种悬浮隧道汽车有轨载运系统，包括陆上交通段（1）与水下悬浮隧道段（2），两个陆上交通段（1）分别设置在水下悬浮隧道段（2）的入口和出口两端，

其特征在于：所述陆上交通段（1）至少为双层结构，上层为汽车路面层（103），下层为轨道层，在轨道层上铺设有轨道（3），在轨道（3）的末端设置有载车平台供应站（102）与检修站，所述水下悬浮隧道段（2）为管状结构，所述水下悬浮隧道段（2）包括有隧道主体（201）与斜坡段（202），斜坡段（202）分别连接在隧道主体（201）的两端，隧道主体（201）通过两个斜坡段（202）与对应的两个陆上交通段（1）相互联通，所述水下悬浮隧道段（2）的轨道与对应的陆上交通段（1）的环形轨道（3）首尾相接，形成闭环，在轨道（3）上设置有载车平台（4）；

所述载车平台（4）包括有载车板（401）、驱动装置（402）、车轮（403）与轮胎固定装置（405），车轮（403）与驱动装置（402）均连接在载车板（401）的下端，车轮（403）与驱动装置（402）之间相互连接，驱动装置（402）用于控制载车平台（4）的四个车轮（403）运动，轮胎固定装置（405）安装在载车平台（4）的上端；

所述轮胎固定装置（405）用于将相对静止的汽车轮胎进行锁定，轮胎固定装置（405）包括有固定平台（4051）与车轮阻挡器（4053），固定平台（4051）设置在汽车轮胎的下端，在固定平台（4051）的上端设置有多个用于感知汽车（5）是否偏移或是否满足汽车（5）前后轮轴距的压力传感器（4052），车轮阻挡器（4053）通过连接轴与固定平台（4051）的两侧相互转动连接，当汽车（5）定位完成后，车轮阻挡器（4053）升起，从而将车轮（403）夹紧；

所述载车平台（4）的底部安装有伸缩轴（404），伸缩轴（404）用于调整载车平台（4）的长度；

所述水下悬浮隧道段（2）采用单管或双管的任意一种，所述水下悬浮隧道段（2）悬浮于水中，外部通过锚索（204）或水下桩基（205）连接至海床（207），或利用浮筒（206）支撑于水面（203）。

2.根据权利要求1所述的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统，其特征在于：所述水下悬浮隧道段（2）的隧道主体（201）长度大于2km，所述隧道主体（201）铺设在水面（203）以下30m~40m深的位置。

3.根据权利要求1所述的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统，其特征在于：所述水下悬浮隧道段（2）的轨道（3）底部铺设有电缆（6），在水下悬浮隧道段（2）的顶部安装有通风照明系统。

4.基于权利要求1所述的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统的快速通行方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先根据交通通行效率指标、载车平台（4）的设计时速以及水下悬浮隧道主体（201）所能承受的最大安全车辆数量，综合确定轨载车平台（4）的数量；

步骤2：启动电源总开关，按照设计时速和设计数量将载车平台（4）送入轨道（3），载车平台（4）通过闭环轨道（3）源源不断从A站（14）行驶至B站（15），又从B站（15）行驶至A站（14）；

步骤3：设A站（14）为始发站，B站（15）为终点站，当载车平台（4）行驶至A站（14）时，开始减速，并在接驳口A1（10）处将载车平台（4）停机，等待汽车（5）驶入；

步骤4：在A站（14）的汽车（5）行驶至接驳口A1（10）处停车，并作好上台准备，待载车平台（4）停机完毕后，启动汽车（5）驶入载车平台（4）；

步骤5：对汽车（5）进行定位，通过轮胎固定装置（405）上设置的压力传感器（4052）感知汽车（5）是否偏移，或是否满足车辆的前后轮轴距；

步骤6：汽车（5）车辆定位完成后，车轮阻挡器（4053）升起，车轮阻挡器（4053）可前后移动，将汽车（5）车轮（403）进行夹紧；

步骤7：通过驱动装置（402）驱动载车平台（4）的四个车轮（403）在轨道（3）上高速行驶，利用计算机程序控制在轨载车平台（4）和汽车（5）的车速和间距，将汽车（5）从A站（14）安全运送至B站（15）；

步骤8：待汽车（5）进入B站（15）后，载车平台（4）减速，并在接驳口B1（11）处停车，将载车平台（4）的车轮阻挡器（4053）放下，解除对汽车（5）车轮（403）的锁定，并回复原始状态；

步骤9.汽车（5）驶出载车平台（4），进入B站（15）的汽车路面层（103），并行使其下一目的地，当载车平台（4）完成从A站（14）到B站（15）的运送任务后，通过环形的轨道（3）行驶至接驳口B2（12）处停机，载车平台（4）的A站（14）至B站（15）的单程运送过程结束。

5.基于权利要求4所述的一种悬浮隧道汽车有轨载运系统的快速通行方法，其特征在于：所述步骤5中汽车（5）当出现位置偏移或不满足车辆前后轴距的情况时，对固定平台（4051）进行长度和宽度方向双向移动调整，直至汽车（5）车轮（403）处于固定装置的中心位置。

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