CN114059587A - 一种防震式海底悬浮隧道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海底隧道技术领域，具体公开了一种防震式海底悬浮隧道，包括隧道节、隧道端口、隧道连接组件和牵引组件，所述隧道端口设于隧道节两端，所述隧道连接组件与与隧道端口可拆卸连接，所述牵引组件设于隧道节和隧道端口上下两侧。本发明通过排气机构控制隧道内的气压变化，来使得隧道内的水排出与注入，来实现隧道的上浮和下沉，并通过上下两个方向的拉力使得悬浮隧道的稳定，隧道内还设有密封板用于隧道内的密封，使得隧道形成密闭空间和防止进水的目的，并且隧道在安装和拆分时也很方便，通过一个电机实现密封板和锁定结构的同时运行，避免在拆分时水进入隧道内。

Description

一种防震式海底悬浮隧道

技术领域

本发明涉及海底隧道技术领域，具体公开了一种防震式海底悬浮隧道。

背景技术

水中悬浮隧道又称为阿基米德桥，是一种新的跨越水域的交通方案，其浸没于水面以下， 利用浮力支撑隧道重量和交通载荷。对于水域跨度太大或有环境保护要求地区，水中悬浮隧 道是跨越水域连接的优选方式。从动力稳定性考虑，水中悬浮隧道的浮力大于重力和交通载 荷之和，剩余浮力(即浮力减去重力和交通载荷)由连接于隧道和水底基础的缆索来承担；水 中悬浮隧道作为一种新型的穿越水域的交通形式设想，一般通过结构的自重、浮力和设置在 水底基础的锚固系统共同作用，以维持悬浮隧道在水中的平衡和稳定。悬浮隧道由于结构和 工况环境非常复杂，目前世界上并没有成功建成的先例，关于悬浮隧道的技术还停留在技术 构想和试验阶段；但是磁悬浮桥需要连接钢索，用于稳定悬浮隧道，但是在发生地震时，钢 索可能因为震幅的原因而断裂，伴随地震的一般会形成波浪，而断裂的钢索导致悬浮隧道的 抗风浪性减小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防震式海底悬浮隧道，以解决---的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防震式海底悬浮隧道，包括隧道节、隧道端口、隧道连接组件和牵引组件，所述隧 道端口设于隧道节两端，所述隧道连接组件与与隧道端口可拆卸连接，所述牵引组件设于隧 道节和隧道端口上下两侧。

优选的，所述牵引组件包括浮力拉伸结构和海底拉伸结构，所述浮力拉伸结构和海底拉 伸结构均设有拉索，所述浮力拉伸结构和海底拉伸结构与隧道节通过拉索连接。海底拉伸结 构为一个台座，台座固定于海底，通过混凝土的方式打桩固定台座，胎座内设有电缆恒阻力 收放器，电缆恒阻力收放器包括电动机、联轴器、收放器和收放轮，所述电动机与联轴器通 过轴固定连接，所述联轴器与收放器通过轴固定连接，所述收放器与收放轮固定连接，收放 器内还包括轴套、压板、轴承、卷筒、定恒距离合器、带轮、V形带和第二带轮。

优选的，所述浮力拉伸结构包括悬浮壳、浮子和拉伸结构，所述浮子设于悬浮壳的内壁， 所述浮子中间设有中空仓，所述拉伸结构设于中空仓内。所述悬浮壳上侧设有连接器，所述 连接器呈圆柱状，所述连接器下侧与悬浮壳上侧固定连接，所述连接器中间设有穿孔，穿孔 可以通过锁链把多个浮力拉伸结构连接起来，使得结构可以抗击更大的风浪，拉伸结构内设 有电机、齿轮组、转轴和钢索轮，所述电机与齿轮组通过轴连接，所述齿轮组与转轴同轴连 接，所述钢索轮套设于转轴上，电机为双向转动电机，此设计通过电机转动通过轴和齿轮组 使得转轴转动，进而使得钢索轮转动，实现钢索的收放，使得浮力拉伸结构的浮力能够作用 到隧道上。

优选的，所述隧道端口与隧道连接组件连接处设有卡设结构，所述卡设结构设于隧道端 口上且与隧道端口固定连接，所述卡设结构内设有锁定机构和伸缩板机构。锁定机构包括第 二电机、第一竖直齿轮、第一横向齿轮和锁定杆，所述第二电机与第一竖直齿轮通过轴连接， 通过第二电机工作带动第一竖直齿轮转动，又因为第一竖直齿轮与第一横向齿轮啮合，所以 第一横向齿轮转动，并且第一横向齿轮与锁定杆通过螺纹连接，所以锁定杆实现上下移动， 当锁定杆向下移动时，锁定隧道端口与隧道连接组件，当锁定杆向上移动时，打开锁定结构， 隧道端口与隧道连接组件可拆分。

优选的，所述伸缩板机构包括第二竖直齿轮、第二横向齿轮、第一联动轴、第三横向齿 轮、第三竖直齿轮、丝杆齿轮、丝杆和移动块，所述第二竖直齿轮与第一竖直齿轮啮合，所 述第二竖直齿轮还与第二横向齿轮啮合，所述第二横向齿轮与第三横向齿轮通过第一联动轴 连接，所述第三横向齿轮与第三竖直齿轮啮合，第三竖直齿轮与丝杆齿轮连接，所述丝杆齿 轮与丝杆连接，所述丝杆与移动块通过螺纹连接。此结构中还包括有可以伸缩的密封板，密 封板由凸板和凹板组成，凸板和凹板均设有两块，两块凸板和凹板交叉连接，并且凸板的突 出部分上设有滑槽，使得突出的板子部分可以缩回另一边的板子中去，在凸出的板子后侧设 有有弹簧，用于板子回缩时的动力来源，并且四块板子均可以回收至卡设结构内，密封板的 设置是为了使得悬浮隧道内形成一个密闭环境，便于调控隧道内的压力，进而调整隧道的浮 力，还可以起到密封的作用。

优选的，所述隧道连接组件固定于两岸的石壁内，所述隧道连接组件上设有锁环结构， 所述锁环结构设有四个，四个所述锁环结构设于隧道连接组件的四周。四个锁环结构分别带 有向外扩张的角度，使得上侧有水渗漏会直接渗漏至隧道连接组件内，而不会进入隧道内， 锁环结构为伸缩钢筋和伸缩气缸，伸缩钢筋的末端与伸缩气缸的伸缩杆连接，通过伸缩气缸 的运动，带动伸缩钢筋的运动，并且伸缩钢筋的头端设有开槽，开槽实现了锁定杆的下落， 使得隧道端口与隧道连接组件的固定连接。

优选的，所述隧道节包括内腔和外腔，所述内腔套设于外腔内，所述内腔内铺设有路面， 所述内腔与外腔之间的间隙处设有防拉板，所述防拉板设有两个，两个所述防拉板设于上下 两端，所述内腔内壁与路面之间的间隙设有排气机构。隧道节与隧道端口的结构差异为卡设 结构，其余的结构均一致，内部都铺设有路面，并且路面与内腔的间隙也设有排气机构用于 隧道内的排气，隧道端口时设于隧道的两端用于与悬浮隧道连接的隧道的连接。

优选的，所述排气机构包括气缸、活塞、叶轮、进气阀和排气阀，所述气缸与活塞活动 连接，所述叶轮设于活塞右侧，所述叶轮设有两个，两个叶轮上设有进气阀和排气阀。排气 机构的下侧设有单向气动阀，该阀门只能允许空气通过，并且为单向性，空气智能向外排出， 不能经过次排气阀进入隧道内，再隧道内还可以设置进水口，再隧道下沉时，可以通过往隧 道路面下侧的空间灌水，使得隧道的重力增加，使得隧道下沉。

本方案的工作原理及有益效果在于：

本发明通过排气机构控制隧道内的气压变化，来使得隧道内的水排出与注入，来实现隧 道的上浮和下沉，并通过上下两个方向的拉力使得悬浮隧道的稳定，隧道内还设有密封板用 于隧道内的密封，使得隧道形成密闭空间和防止进水的目的，并且隧道在安装和拆分时也很 方便，通过一个电机实现密封板和锁定结构的同时运行，避免在拆分时水进入隧道内。

附图说明

图1为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例的立体结构示意图；

图2为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中部分组件的结构示意图；

图3为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中隧道端口的侧视图；

图4为图3A-A的剖视图；

图5为图4C处的放大示意图；

图6为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中隧道连接组件的侧视图；

图7为图6B-B的剖视图；

图8为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中密封板的侧视图；

图9为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中密封板的正视图；

图10为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中浮力拉伸结构的侧视图；

图11为图10D-D处的剖视图；

图12为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中排气机构的示意图；

图13为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中拉伸结构的示意图；

图14为本发明一种防震式海底悬浮隧道实施例中海底拉伸结构的侧视图；

图15为图14E-E处的剖视图；

附图中标记如下：

隧道节1、内腔101、外腔102、防拉板103、排气机构104、气缸1041、活塞1042、叶 轮1043、进气阀1044、排气阀1045；

隧道端口2、卡设结构201、锁定机构2011、第二电机2012、第一竖直齿轮2013、第一横向齿轮2014、锁定杆2015、伸缩板机构2021、第二竖直齿轮2022、第二横向齿轮2023、 第一联动轴2024、第三横向齿轮2025、第三竖直齿轮2026、丝杆齿轮2027、丝杆2028、移 动块2029、密封板203、凸板2031、凹板2032；

隧道连接组件3、锁环结构301、伸缩钢筋3011、伸缩气缸3012、开槽3013；

牵引组件4、浮力拉伸结构401、悬浮壳4011、浮子4012、拉伸结构4013、连接器4014、 齿轮组4015、转轴4016、钢索轮4017、电机4018、海底拉伸结构402、电缆恒阻力收放器 4021、电动机4022、联轴器4023、收放器4024、收放轮4025。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例

如图1-15所示,一种防震式海底悬浮隧道，包括隧道节1、隧道端口2、隧道连接组件3 和牵引组件4，隧道端口2设于隧道节1两端，隧道连接组件3与与隧道端口2可拆卸连接， 牵引组件4设于隧道节1和隧道端口2上下两侧。

浮力拉伸结构401和海底拉伸结构402均设有拉索，浮力拉伸结构401和海底拉伸结构402与隧道节1通过拉索连接。进一步说明，海底拉伸结构402为一个台座，台座固定于海 底，通过混凝土的方式打桩固定台座，胎座内设有电缆恒阻力收放器4021，电缆恒阻力收放 器包括电动机4022、联轴器4023、收放器4024和收放轮4025，电动机与联轴器通过轴固定 连接，联轴器与收放器通过轴固定连接，收放器与收放轮固定连接，收放器内还包括轴套、 压板、轴承、卷筒、定恒距离合器、带轮、V形带和第二带轮。

悬浮壳4011上侧设有连接器4014，连接器4014呈圆柱状，连接器4014下侧与悬浮壳 4011上侧固定连接，连接器4014中间设有穿孔，穿孔可以通过锁链把多个浮力拉伸结构401 连接起来，使得结构可以抗击更大的风浪，拉伸结构4013内设有电机4018、齿轮组4015、 转轴4016和钢索轮4017，电机4018与齿轮组4015通过轴连接，齿轮组4015与转轴4016 同轴连接，钢索轮4017套设于转轴4016上，电机4018为双向转动电机，此设计通过电机 4018转动通过轴和齿轮组4015使得转轴4016转动，进而使得钢索轮4017转动，实现钢索的收放，使得浮力拉伸结构401的浮力能够作用到隧道上。

锁定机构2011包括第二电机2012、第一竖直齿轮2013、第一横向齿轮2014和锁定杆 2015，第二电机2012与第一竖直齿轮2013通过轴连接，通过第二电机2012工作带动第一竖直齿轮2013转动，又因为第一竖直齿轮2013与第一横向齿轮2014啮合，所以第一横向 齿轮2014转动，并且第一横向齿轮2014与锁定杆2015通过螺纹连接，所以锁定杆2015实 现上下移动，当锁定杆2015向下移动时，锁定隧道端口2与隧道连接组件3，当锁定杆2015 向上移动时，打开锁定结构，隧道端口2与隧道连接组件3可拆分。

第二竖直齿轮2022与第一竖直齿轮2013啮合，第二竖直齿轮2022还与第二横向齿轮 2023啮合，第二横向齿轮2023与第三横向齿轮2025通过第一联动轴2024连接，第三横向齿轮2025与第三竖直齿轮2026啮合，第三竖直齿轮2026与丝杆齿轮2027连接，丝杆齿轮2027与丝杆2028连接，丝杆2028与移动块2029通过螺纹连接。进一步说明，此结构中还 包括有可以伸缩的密封板203，密封板203由凸板2031和凹板2032组成，凸板2031和凹板 2032均设有两块，两块凸板2031和凹板2032交叉连接，并且凸板2031的突出部分上设有 滑槽，使得突出的板子部分可以缩回另一边的板子中去，在凸出的板子后侧设有有弹簧，用 于板子回缩时的动力来源，并且四块板子均可以回收至卡设结构201内，密封板203的设置 是为了使得悬浮隧道内形成一个密闭环境，便于调控隧道内的压力，进而调整隧道的浮力， 还可以起到密封的作用。

隧道连接组件3固定于两岸的石壁内，隧道连接组件3上设有锁环结构301，锁环结构 301设有四个，四个锁环结构301设于隧道连接组件3的四周。进一步说明，四个锁环结构301分别带有向外扩张的角度，使得上侧有水渗漏会直接渗漏至隧道连接组件3内，而不会进入隧道内，锁环结构301为伸缩钢筋3011和伸缩气缸3012，伸缩钢筋3011的末端与伸缩气缸3012的伸缩杆连接，通过伸缩气缸的运动，带动伸缩钢筋3011的运动，并且伸缩钢筋3011的头端设有开槽3013，开槽3013实现了锁定杆2015的下落，使得隧道端口2与隧道 连接组件3的固定连接。

内腔101套设于外腔102内，内腔101内铺设有路面，内腔101与外腔102之间的间隙处设有防拉板103，防拉板103设有两个，两个防拉板103设于上下两端，内腔101内壁与 路面之间的间隙设有排气机构104。进一步说明，隧道节1与隧道端口2的结构差异为卡设 结构201，其余的结构均一致，内部都铺设有路面，并且路面与内腔的间隙也设有排气机构104用于隧道内的排气，隧道端口2时设于隧道的两端用于与悬浮隧道连接的隧道的连接。

气缸1041与活塞1042活动连接，叶轮1043设于活塞1042右侧，叶轮1043设有两个，两个叶轮1043上设有进气阀1044和排气阀1045。进一步说明，排气机构104的下侧设有单向气动阀，该阀门只能允许空气通过，并且为单向性，空气智能向外排出，不能经过次排气阀进入隧道内，再隧道内还可以设置进水口，在隧道下沉时，可以通过往隧道路面下侧的空间灌水，使得隧道的重力增加，使得隧道下沉。

上述的一种防震式海底悬浮隧道的使用方法，包括以下步骤：

S1,先将海底拉伸结构402通过打混凝土的方式安装完成，再将隧道节1和隧道端口2 连接，再连接牵引组件4，此时内腔101的路面与内腔101之间先加入一定量的水，通过电 缆恒阻力收放器4021收紧钢索，使得悬浮桥在自身重力和拉力的作用下慢慢下沉，在下沉 的过程中，排气机构104工作，排出一定量的空气，使得隧道底部的压力减小，使得悬浮隧 道的排水量减小，进而使得悬浮隧道达到平衡，在下沉的过程中浮力拉伸结构401缓慢的放 钢索，直至平衡，平衡后，浮力拉伸结构401与海底拉伸结构402的钢索紧绷；

S2,在遇到地震时，密封板203打开，使得隧道内形成密封环境，在密封板203打开的 同时，第二电机2012转动，通过第一竖直齿轮2013和第一横向齿轮2014使得锁定杆2015向上运动，打开锁定结构，此时，伸缩气缸3012回缩，带动伸缩钢筋3011回缩，四个伸缩 钢筋3011均回缩完后，隧道端口2与隧道连接组件3完成拆分；

S3,在隧道端口2与隧道连接组件3完成拆分后，排气机构104工作，排出所有的空气， 使得隧道底部的压力再次减小，此时间隙内的大气压加水压大于海里的压强，使得隧道低保 户的水排出，水排出后，隧道的浮力增加，向上浮动，在隧道上浮的过程中，电缆恒阻力收 放器4021放钢索，使得钢索完全处于松弛的状态，浮力拉伸结构401里面的拉伸结构4013 收紧钢索，此时，隧道向上浮动，又因为海底拉伸结构402的钢索处于松弛状态，所以地震 不会影响到悬浮隧道。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描 述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若 干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本 发明的实用性。

Claims (8)

1.一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：包括隧道节、隧道端口、隧道连接组件和牵引组件，所述隧道端口设于隧道节两端，所述隧道连接组件与与隧道端口可拆卸连接，所述牵引组件设于隧道节和隧道端口上下两侧。

2.根据权利要求1所述的一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：所述牵引组件包括浮力拉伸结构和海底拉伸结构，所述浮力拉伸结构和海底拉伸结构均设有拉索，所述浮力拉伸结构和海底拉伸结构与隧道节通过拉索连接。

3.根据权利要求2所述的一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：所述浮力拉伸结构包括悬浮壳、浮子和拉伸结构，所述浮子设于悬浮壳的内壁，所述浮子中间设有中空仓，所述拉伸结构设于中空仓内。

4.根据权利要求1所述的一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：所述隧道端口与隧道连接组件连接处设有卡设结构，所述卡设结构设于隧道端口上且与隧道端口固定连接，所述卡设结构内设有锁定机构和伸缩板机构。

5.根据权利要求4所述的一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：所述伸缩板机构包括第二竖直齿轮、第二横向齿轮、第一联动轴、第三横向齿轮、第三竖直齿轮、丝杆齿轮、丝杆和移动块，所述第二竖直齿轮与第一竖直齿轮啮合，所述第二竖直齿轮还与第二横向齿轮啮合，所述第二横向齿轮与第三横向齿轮通过第一联动轴连接，所述第三横向齿轮与第三竖直齿轮啮合，第三竖直齿轮与丝杆齿轮连接，所述丝杆齿轮与丝杆连接，所述丝杆与移动块通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：所述隧道连接组件固定于两岸的石壁内，所述隧道连接组件上设有锁环结构，所述锁环结构设有四个，四个所述锁环结构设于隧道连接组件的四周。

7.根据权利要求1所述的一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：所述隧道节包括内腔和外腔，所述内腔套设于外腔内，所述内腔内铺设有路面，所述内腔与外腔之间的间隙处设有防拉板，所述防拉板设有两个，两个所述防拉板设于上下两端，所述内腔内壁与路面之间的间隙设有排气机构。

8.根据权利要求7所述的一种防震式海底悬浮隧道，其特征在于：所述排气机构包括气缸、活塞、叶轮、进气阀和排气阀，所述气缸与活塞活动连接，所述叶轮设于活塞右侧，所述叶轮设有两个，两个叶轮上设有进气阀和排气阀。

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