CN115787728A - 一种组合式的水中悬浮隧道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式的水中悬浮隧道，包括相互连接的多段隧道管体，多段隧道管体的结构包括承压墩柱段管体、锚索段管体和浮筒段管体中的两种或三种结构；每段管体的尾端设有GINA止水带，相邻两段管体首尾相连，在首尾相连处设有连接结构，连接结构包括分别设置在每段管体两端外回转表面上的两个连接耳板，相邻管体之间通过两对连接耳板拉紧有两个连接预应力钢索，两段管体连接端的外回转表面处焊接有柔性防水套管；根据国际标准定义的海况确定水中悬浮隧道的多段隧道管体的结构；每种结构管体的节数根据修建悬浮隧道海域水深范围的离岸距离和单管节的长度来确定。本发明同时达到适应复杂水域、适应通航区、降低成本的目的。

Description

一种组合式的水中悬浮隧道

技术领域

本发明属于跨海通道工程技术领域，具体是一种组合式的水中悬浮隧道与安装方法。

背景技术

为了促进国民经济增长、推动区域协调发展，如何快速安全地跨越江河湖海是交通运输建设中的重点问题。目前，桥梁仍然是跨越式结构的主要形式，但由于其对两岸的地形要求较高，在一些险峻的地方无法实现桥梁通行。沉管隧道作为新兴的跨越式结构，受海况条件和地震载荷冲击作用较大，极易损坏，无法实现海况复杂以及地震多发的水域的通行。水下悬浮隧道(Submerged Floating Tunnel，简称SFT)是一种新型的跨越式交通建筑物，主要解决的是人类未来实现深水、宽水域跨越问题。其结构的特殊性也可以有效避免地震载荷的作用，适用于复杂海况的通行。悬浮隧道通过合理设计管段自重，借助其在水中的浮力及支撑系统约束可以悬浮于水中。由于悬浮隧道完全浸没于水中，其受台风、大雪、浓雾等恶劣自然环境影响小，不会影响船舶通航，能够确保安全、稳定的通行效率，且能最大限度地降低施工建设对生态环境的影响。

水中悬浮隧道按照不同的锚固方式分为三类：承压墩柱式悬浮隧道、锚索式悬浮隧道、和浮筒式悬浮隧道。其中承压墩柱式悬浮隧道适用于浅水区(50m以内)的水深，由于使用了承压墩柱作为支撑结构，具有良好的稳定性，但随着水深的增加，施工难度巨大。锚索式悬浮隧道适用于中等水深(50m-200m)的水深，且可适应地震多发和海床条件恶劣的水域，但面临风浪较大的恶劣海况时，整体隧道的稳定性较差且易诱发振动。浮筒式悬浮隧道适用于深水(200m以上)，随水深的增加，建造和运维费用变化差异很小，十分具有经济优势，但面临风浪较大的恶劣海况时，浮筒会受到较大影响从而给隧道带来较大的横向位移。由于浮筒结构的存在会影响船舶的通行，因此浮筒式悬浮隧道无法适用于海上通航区域。目前对于悬浮隧道的设计均为单一形式，仅适用于较为简单的海况条件，无法满足深水、宽水域、跨越通航区的要求，且面临着施工难度大，建造成本昂贵的问题。目前对于悬浮隧道的安装没有完整的技术流程，大多数参考沉管隧道的安装方法进行借鉴。然而沉管隧道的安装方法十分依赖海床的铺设，不适用于组合式悬浮隧道的浮式安装。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种组合的水中悬浮隧道，针对某些水域环境较为复杂、隧道跨度较大、离岸水深和地质条件差异显著的地区，采用组合式的悬浮隧道可有效的整合多种隧道形式的优势，对环境水域的适应性强，适用隧道跨度较大、离岸水深和地质条件差异显著的地区，可降低建造难度及建设成本。从而达到适应复杂水域、适应通航区、降低成本的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种组合式的水中悬浮隧道，包括相互连接的多段隧道管体，所述多段隧道管体的结构包括承压墩柱段管体、锚索段管体和浮筒段管体中的两种或三种结构；每段管体的尾端设有GINA止水带，相邻两段管体首尾相连，在首尾相连处设有连接结构，所述连接结构包括分别设置在每段管体两端外回转表面上的两个连接耳板，相邻管体之间通过两对连接耳板拉紧有两个连接预应力钢索，两段管体连接端的外回转表面处接有柔性防水套管；根据国际标准定义的海况确定水中悬浮隧道的多段隧道管体的结构；每种结构的管体单管节的长度为200m；每种结构管体的节数根据修建悬浮隧道海域水深范围的离岸距离和单管节的长度来确定。

进一步讲，本发明所述的组合式的水中悬浮隧道，其中：

针对所述的承压墩柱段管体，承压墩柱的施工参照港口工程桩基规范(JYJ245-98)进行建造，位于贯穿承压墩柱的管体的两端均分别至少比承压墩柱的侧面长出1m。

设置在每段管体两端外回转表面上的两个连接耳板在周向上按照180°分布；两个连接耳板上通孔的径向距离大于所述柔性防水套管的外径，所述柔性防水套管由抱合的两个半环箍构成，所述柔性防水套管的轴向尺寸大于所述GINA止水带的宽度且小于相邻两段管体上两个连接耳板之间的轴向距离。

利用所述连接结构实现相邻两段管体的连接过程是：按照首尾对接固定好两段管体后，通过千斤顶拉紧两段管体之间的连接预应力钢索达到预张力，拉紧过程中，通过压缩GINA止水带实现相邻管段对连处的水密，然后，将两个半环箍呈抱合状焊接在相邻管段对接处的外回转面上从而实现整体加固密封。

所述海况包括年平均海况等级下的不同离岸水深范围、海床条件和是否地震频发；根据上述的海况确定多段隧道管体中包括的结构种类及其布置的位置，有以下几种情形：

情形1、年平均海况等级为1-3级，包括：

1-1)离岸水深50m以内，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体，如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是承压墩柱段管体；

1-2)离岸水深在50m-200m，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；

1-3)离岸水深在200m以上，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是浮筒段管体；

情形2、年平均海况等级为3-6级，包括：

2-1)离岸水深50m以内，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体，如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是承压墩柱段管体；

2-2)离岸水深在50m-200m，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；

2-3)离岸水深在200m以上，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是浮筒段管体；如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；

情形3、年平均海况等级为6-9级，包括：

3-1)离岸水深50m以内，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体，如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是承压墩柱段管体；

3-2)离岸水深在50m-200m，如果海床条件为松软粘土基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；如果海床条件为坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是承压墩柱段管体；

3-3)离岸水深在200m以上，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过结合多种悬浮隧道的结构形式，使悬浮隧道建设适用更为复杂的水域环境，降低建设难度和建筑成本，使悬浮隧道具有更强的适用性和更广阔的推广应用前景。在浅水区(50m以内)的水深，便于施工和维修，选择承压墩柱段管体，具有良好的稳定性，且可以给深水区的管段提供纵向刚度，在风浪来袭时，尽可能减小隧道管体的横向位移。在中等水深(50m-200m)或者地震多发和海床条件恶劣的水域，选择锚索段管体，原本直接作用在隧道结构上的地震荷载可以经由锚索而得到缓冲，相对于传统的交通结构物，能够更好的缓冲、效能和减震，同时管体上部预留出来的水域可作为船舶通行的航道，有利于海洋空间的立体利用。在深水区(200m以上)，选择浮筒段管体，可以有效降低随水深陡然增加的建造和运维费用，且由于部分选择浮筒段管体，整体运动性能和稳定性要高于单一化设计的悬浮隧道，且当部分管段损坏时由于隧道形式的不同，不会造成整条隧道接连损坏的连锁反应。多种悬浮隧道的结构形式适用于水深变化较大，跨度较大的水域，在具有良好的运动性能和稳定性同时成本较低，针对不同水域结构形式灵活多变，以克服安装和运维的技术难点，有较好的实用价值。

附图说明

图1为本发明组合式的水中悬浮隧道的结构示意图；

图2为图1所示组合式的水中悬浮隧道的轴向视图；

图3为图1所示组合式的水中悬浮隧道的端向视图；

图4为悬浮隧道管节对接处局部细节放大图；

图5为承压墩柱段管体和浮筒段管体运输安装示意图；

图6为锚索段管体运输安装示意图；

图7-1、图7-2、图7-3、图7-4是本发明中四个实施例的设计方案示意简图。

图中：

1-承压墩柱段管体 2-锚索段管体 3-浮筒段管体

4-柔性防水套管 5-承压墩 6-若干条斜向绳缆

7-索鞍 8-锚索座 9-系泊锚索

10-锚固基础 11-浮筒 12-浮筒系泊绳缆

13-GINA止水带 14-连接预应力钢索 15-高强度纤维缆绳

16-管体环形卡扣 17-弧形安装浮筒 18-进水口

19-出水口 20-液压排水装置 21-水下定位与信号传输装置

22-矩形安装浮筒

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1、图2和图3所示，本发明提出的一种组合式的水中悬浮隧道，包括相互连接的多段隧道管体，所述多段隧道管体的结构包括承压墩柱段管体1、锚索段管体2和浮筒段管体3中的两种或三种结构。

浅水海域且海床较为平缓土质良好的水域可采用所述承压墩柱段管体1，所述的承压墩柱段管体1依靠承压墩5和若干条斜向绳缆6支撑固定。承压墩柱段管体1和承压墩柱5均由混凝土浇筑而成。每隔一定间距加设承压墩柱5，可为悬浮隧道提供纵向和横向稳定性。若干条斜向绳缆6加有预张力，由承压墩柱段管体1连接至承压墩柱5侧边。选用密度大于水的材料制造所述承压墩柱段管体1，贯穿式的承压墩5为管体提供支撑作用，增强整体隧道的结构稳定性。承压墩5两侧的所述斜向绳缆6提高整段管体的稳定性，减少管体晃动，供内部车辆平稳通行。本发明中，针对所述的承压墩5，承压墩柱的施工参照港口工程桩基规范JYJ245-98进行建造，位于贯穿承压墩柱的管体的两端均分别至少比承压墩柱的侧面长出1m，如图1和图2所示。

中等深度、水流湍急、更恶劣的海况可采用所述锚索段管体2，所述的锚索段管体2通过索鞍7、锚索座8、系泊锚索9和锚固基础10固定。管体采用混凝土分段浇筑而成。每隔一定间距在海底设有锚固基础10。若干条系泊锚索9顶部与固定在管体顶部的索鞍7的锚索座8相连，底部连接配套的锚固基础10，并提前施加预张力。选用密度小于水的材料制造所述锚索段管体2，管体顶部设有所述索鞍7，所述索鞍7采用不锈钢材质制作而成，并焊接成U型的锚固钢筋插入悬浮隧道的管体内，所述索鞍7的大小应视锚固张拉索力大小及安全系数选用锚索直径的粗细确定，所述索鞍7与所述系泊锚索9连接处有所述锚索座8，所述锚索座8底部通过预埋的锚固螺栓与所述锚索段管体2相连，待所述系泊锚索9固于所述锚索7座上，用相应的防护措施对其连接处进行处理，再用密封罩进行密封；所述系泊锚索9的另一端与所述锚固基础10相连。施工过程中所述系泊锚索9的一端先安装于所述锚固基础10上，然后所述系泊锚索9的另一端穿过所述锚索座8，并用千斤顶将所述系泊锚索9张拉至设计索力后固定。

深水且水流平缓、波浪浮冰较少、通航量较少海域可采用所述浮筒段管体3，浮筒段管管体3采用混凝土分段浇筑而成。每隔一定间距设有浮筒11。若干条浮筒系泊绳缆12一端连接至所述浮筒11，另一端与浮筒段管体3连接。选用密度大于水的材料制造所述浮筒段管体3，所述浮筒11悬浮在水面上，通过配套的所述浮筒系泊绳缆12与所述浮筒段管体3连接，使隧道上浮，并保持稳定。为了防止海洋环境腐蚀结构，浮筒11的表面涂覆有聚氨酯防腐涂层。

每段管体的尾端设有GINA止水带13，相邻两段管体首尾相连，在首尾相连处设有连接结构，所述连接结构包括分别设置在每段管体两端外回转表面上的两个连接耳板，相邻管体之间通过两对连接耳板拉紧有两个连接预应力钢索14，所述的连接预应力钢索14用于拉紧两端管体，以达到两段管体的柔性连接，令悬浮隧道有更好的运动性能。两段管体连接端的外回转表面处设有柔性防水套管4。所述柔性防水套管4为圆环形金属橡胶复合板，以不锈钢板材为基材，以橡胶垫片进行多段连接，内外侧均涂有聚氨酯防腐涂层，且进行密封防水处理，实现柔性防水套管4的轴向压缩，对不同段的管体连接部分起到二次保护作用。利用GINA止水带13进行水密处理，防止海水流入。本发明中，本发明中在相邻两段管体首尾相连处设有的连接结构中，设置在每段管体两端外回转表面上的两个连接耳板在周向上按照180°分布；两个连接耳板上通孔的径向距离大于所述柔性防水套管4的外径。

所述柔性防水套管4用于不同管段悬浮隧道之间的连接，本发明实施例中，所述的柔性防水套管4为圆形钢管，尺寸与悬浮隧道管体相契合，为了便于安装，将柔性防水套管4分为抱合状的两个半环箍构成，所述柔性防水套管4的轴向尺寸大于所述GINA止水带13的宽度且小于相邻两段管体上两个连接耳板之间的轴向距离。如图3和图4所示，利用所述连接结构实现相邻两段管体的连接过程是：按照首尾对接固定好两段管体后，通过千斤顶拉紧两段管体之间的连接预应力钢索14达到预张力，拉紧过程中，通过压缩GINA止水带实现相邻管段对连处的水密。将两个半环箍呈抱合状焊接在一起后，在柔性防水套管4的两侧采用点焊的方式，将其固定在两段相邻管段的外表面上。当使用过程中需要对连接预应力钢索14重新张紧时，柔性防水套管4可实现轴向压缩，继续对内部的GINA止水带13进行二次保护。

根据国际标准定义的海况确定水中悬浮隧道的多段隧道管体的结构；所述海况包括年平均海况等级下的不同离岸水深范围、海床条件和是否地震频发；根据上述的海况确定多段隧道管体中包括的结构种类及其布置的位置，参见表1。

表1、组合式悬浮隧道形式与对应海况条件

在表1所示的确定管体结构的前提下，进一步考虑修建悬浮隧道海域跨度、水深范围的离岸距离和单管节的长度，从而确定组合式的水中悬浮隧道的整理结构。本发明中，每种结构的管体单管节的长度为200m。

实施例1、

跨度为15km，水深50m以内年平均海况等级为1-3级，离岸两侧距离均为5km，海床为坚硬礁石基础且无地震；水深50m-100m范围年平均海况为3-6级，离岸两侧距离为10km，海床为坚硬礁石基础无地震；针对上述海况，本实施例1的多段隧道管体包括50节承压墩柱段管体和25节锚索段管体，所有管体的连接顺序是25节承压墩柱段管体——25节锚索段管体——25节承压墩柱段管体，如图7-1所示。

实施例2、

跨度为15km时，水深50m以内年平均海况等级为1-3级，离岸两侧距离为5km，海床为坚硬礁石基础且无地震；跨度为15km时，水深超过50m处水深陡然增加水深大于200m，范围平均海况为3-6级，离岸两侧距离为10km，海床为坚硬礁石基础无地震；针对上述海况，本实施例2的多段隧道管体包括50节承压墩柱段管体和25节浮筒段管体，所有管体的连接顺序是25节承压墩柱段管体——25节浮筒段管体——25节承压墩柱段管体；如图7-2所示。

实施例3、

跨度为30km时，水深50m以内年平均海况等级为1-3级，离岸两侧距离为5km，海床为坚硬礁石基础且无地震；水深为50m-200m处年平均海况等级为1-3级，离岸两侧距离为10km，海床为坚硬礁石基础且地震多发；水深超过200m处年平均海况等级为3-6级，离岸两侧距离为15km，海床为坚硬礁石基础且地震多发；针对上述海况，本实施例3的多段隧道管体包括50节承压墩柱段管体、50锚索段管体和50节浮筒段管体，所有管体的连接顺序是25节承压墩柱段管体——25节浮筒段管体——50锚索段管体——25节浮筒段管体——25节承压墩柱段管体；如图7-3所示。

实施例4、

跨度为20km时，水深50m以内年平均海况等级为1-3级，一侧离岸距离为2km，海床为坚硬礁石基础且无地震，另一侧离岸距离10km，海床为坚硬礁石基础且无地震；水深超过50m处水深陡然增加水深大于200m，年平均海况等级为3-6级，离岸一侧距离为10km，海床为坚硬礁石基础且地震多发；水深50m-200m逐渐变浅，年平均海况等级为3-6级，离岸一侧距离为15km，海床为坚硬礁石基础且地震多发；针对上述海况，本实施例4中多段隧道管体包括35节承压墩柱段管体、25锚索段管体和40节浮筒段管体，所有管体的连接顺序是：10节承压墩柱段管体——40节浮筒段管体——25节锚索段管体——25节承压墩柱段管体，如图7-4所示。

实施例5

若隧道跨度大于3000m则应考虑组合式悬浮隧道的建设，并按照表1所示的设计思路进行结构设计。本实施例中提出了用于管体运输的装置(但并不限于此装置)，主要包括弧形安装浮筒17和矩形安装浮筒22，其中实弧形安装浮筒17用于现承压墩柱段管体1和浮筒段管体3的运输，借助拖曳安装船将管体运送至指定位置，所述弧形安装浮筒17的边侧设有进水口18，底部设有出水口19，内部设有液压排水装置20，通过进水口18控制管体下沉至指定深度，通过出水口19和液压排水装置20实现弧形安装浮筒17的上浮，该弧形安装浮筒可以反复多次利用。所述矩形安装浮筒22用于实现锚索段管体2的运输，借助拖曳安装船将管体运送至指定位置，该矩形安装浮筒22的工作原理与弧形安装浮筒17工作原理基本一致，可以控制管体下沉并实现自身的多次利用。如图5、图6所示。

并按照以下步骤进行安装：

步骤一：首先按照以下标准完成对修建悬浮隧道海域选用管体形式和组合的划分。组合式悬浮隧道管节长度为200m。根据国际标准定义的海况、设计区域离岸水深变化，海床基础条件和是否为地震频发地带等因素确定水中悬浮隧道的多段隧道管体的结构。

根据水深范围的离岸距离和单管节的长度确定出此类管节数量。表2中的Y1和Y2均表示压墩柱段管体；M、M1和M2均表示锚索段管体；F表示浮筒段管体。表2示出了实施例1至4的整段悬浮隧道的管体结构形式组合。

表2、组合式悬浮隧道实施例1-4

步骤二：在干坞内完成各形式管节的建造。对于承压墩柱段管体1和浮筒段管体3的建造可同步进行，在干坞内先完成管体内部钢筋的搭建，并根据钢筋制作多个外层混凝土浇筑模具。根据管体的浮力与重力计算出所需混凝土的密度，二者可采用相同配制的混凝土进行浇筑，此过程与沉管法隧道设计规范(GB/T51318-2019)的管节建造过程一致。对于承压墩柱段管体1和浮筒段管体3顶部间隔10m安装固定管体环形卡扣16，通过吊机在管体底部安装弧形安装浮筒17。高强度复合纤维缆绳15通过管体环形卡扣16将弧形安装浮筒17和承压墩柱段管体1固定。对于锚索段管体2的建造，需要单独进行，在干坞内完成管体内部钢筋的搭建，并根据钢筋制作多个外层混凝土浇筑模具。选用轻集料混凝土进行配制，其密度应确保管体的浮力大于重力。管节建造完成后，在管节中心位置安装索鞍7，并将弧形安装浮筒17与索鞍7用高强度纤维缆绳15相连。索鞍7的两侧间隔10m安装管体环形卡扣16。

步骤三：在各段管节的尾端安装GINA止水带13，用钢门将管体两侧进行水密封闭，完成一次舾装。干坞内注水，直至管体全部浮起，拖拽安装工作船进入干坞，在管体两侧安装通用的水下定位装置与信号接收装置21。在管体两端上下对称的管壁中轴线位置处通过螺栓安装连接预应力钢索14需要的连接耳板，并在尾端连接所需钢索。完成管体的二次舾装。

步骤四：对于实施例1，应采用如下方法进行安装。首先通过拖拽安装工作船将承压墩柱段管体1运输至指定地点。水下安装船通过高强度纤维缆绳15将管体环形卡扣16与船甲板上的工作吊机相连。承压墩柱段管体1安装过程中与吊机相连时的结构形式如图5所示。底部弧形安装浮筒17的进水口18打开，使管体逐步下降。通过水下定位与信号传输装置21的信号回传显示，当下降到指定深度后，关闭弧形安装浮筒17的进水口18，使用吊机的机械臂完成管段水平方向的对接。潜水工作人员断开承压墩柱段管体1与弧形安装浮筒17的高强度纤维缆绳15，并打开出水口19，通过液压装置20将内部海水排出，实现浮筒上浮与二次利用。固定好两侧的管段后，通过千斤顶拉紧管壁上的连接预应力钢索14达到预张力，过程中压缩管节端部的GINA止水带13对连接处完成水密处理，后用柔性防水套管4进行整体加固密封。承压墩柱的施工参照港口工程桩基规范(JYJ245-98)进行建造。贯穿承压墩柱的管体长度较短，两侧各超出1m与下一段管节相连。完成两侧的承压墩柱段管体1的安装后，进行锚索段管体2的运输与安装。拖拽安装工作船直接与锚索段管体2的索鞍7相连，运输至指定地点。水下安装船通过高强度纤维缆绳15将管体环形卡口16与船甲板上的工作吊机相连。锚索段管体2安装过程中与吊机相连时的结构形式如图6所示。与索鞍7连接的矩形安装浮筒22的进水口18同时打开，使管体逐步下降。通过水下定位与信号传输装置21的信号回传显示，当下降到指定深度后，关闭两侧矩形安装浮筒22的进水口19，使用吊机的机械臂完成管段水平方向的对接。潜水工作人员断开索鞍7与矩形安装浮筒22的高强度纤维缆绳15，并打开出水口19，通过内部的液压装置20将内部海水排出，矩形安装浮筒22上浮。固定好两侧的管段后，通过千斤顶拉紧管壁上的连接预应力钢索14达到预张力，过程中压缩管节端部的GINA止水带13对连接处完成水密处理，后用柔性防水套管4进行整体加固密封。锚索段管体2与承压墩柱段管体1连接处的连接预应力钢索应略小于相同类型管体连接的张力，GINA止水带13的宽度尺寸比类型相同的管体连接时尾部的止水带的宽度尺寸略大，柔性防水套管4的宽度应为相同类型管体连接处接头的两倍(一般相同类型管体连接处接头的宽度为0.5米)，以保证柔性连接，允许一定的位移，防止连接处损坏。其安装顺序为Y1—Y2—M。

对于实施例2，应采用如下方法进行安装。首先承压墩柱段管体1部分的安装方式与实施例1相同。待承压墩柱段管体1安装完成后，进行浮筒段管体3的安装。首先通过拖拽安装工作船将浮筒段管体3运输至指定地点。在水面上安装浮筒系泊绳缆12，并将其与浮筒11相连。水下安装船通过高强度纤维缆绳15将管体环形卡口16与船甲板上的工作吊机相连。浮筒段管体3安装过程中与吊机相连时的结构形式如图5所示。底部弧形安装浮筒17的进水口打开，使管体逐步下降。通过水下定位与信号传输装置21的信号回传显示，当下降到指定深度后，关闭弧形安装浮筒17的进水口18。潜水工作人员断开管体环形卡扣16与弧形安装浮筒17的高强度纤维缆绳15，并打开出水口19，通过内部的液压装置20将内部海水排出，弧形安装浮筒17上浮。减轻吊机的机械臂的预张力，直至浮筒段管体3保持平稳。通过千斤顶调整浮筒系泊绳缆13的长度，直至浮筒段管体3到达指定安装位置，使用吊机的机械臂完成管段水平方向的对接。固定好两侧的管段后，通过千斤顶拉紧管壁上的连接预应力钢索14达到预张力，过程中压缩管节端部的GINA止水带13对连接处完成水密处理，后用柔性防水套管4进行整体加固密封。其安装顺序为Y1—Y2—F。

对于实施例3，应采用如下方法进行安装。首先承压墩柱段管体1部分和锚索段管体2的安装方式与实施例1相同。浮筒段管体3的安装方式与实施例2相同。锚索段管体2与浮筒段管体3连接处，相较于实施例2产生的侧向位移更大，因此锚索段管体2与浮筒段管体3连接处的连接预应力钢索4张力应略小于实施例2中锚索段管体2与承压墩柱段管体1连接处管段的张力，GINA止水带13的尺寸略大于实施例2中锚索段管体2与承压墩柱段管体1连接处GINA止水带13的尺寸，柔性防水套管4的宽度应为相同管段接头的四倍，以保证足够的柔性连接和水密性，防止连接处损坏。其安装顺序为Y1—Y2—M1—M2—F。

对于实施例4，应采用如下方法进行安装。承压墩柱段管体1部分和锚索段管体2的安装方式与实施例1相同。承压墩柱段管体1部分浮筒段管体3的安装方式与实施例2相同。连接部分的安装方式与实施例2，实施例3相同。其安装顺序为Y1—Y2—M—F。

步骤五：完成管节的安装后，拆除安装设备管体环形卡扣16、水下定位与信号传输装置21，并完成水密性检测。确保管体连接处内无水进入后，工作人员进入管体内部拆除管体一次舾装安装的防水钢门，并对管节内部公路连接处进行二次混凝土填补浇筑，保证路面的连续平整。完成内部的电气一次二次设计后即可通车运行。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种组合式的水中悬浮隧道，包括相互连接的多段隧道管体，其特征在于，所述多段隧道管体的结构包括承压墩柱段管体(1)、锚索段管体(2)和浮筒段管体(3)中的两种或三种结构；

每段管体的尾端设有GINA止水带(13)，相邻两段管体首尾相连，在首尾相连处设有连接结构，所述连接结构包括分别设置在每段管体两端外回转表面上的两个连接耳板，相邻管体之间通过两对连接耳板拉紧有两个连接预应力钢索(14)，两段管体连接端的外回转表面处设有柔性防水套管(4)；

根据国际标准定义的海况确定水中悬浮隧道的多段隧道管体的结构；每种结构的管体单管节的长度为200m；每种结构管体的节数根据修建悬浮隧道海域水深范围的离岸距离和单管节的长度来确定。

2.根据权利要求1所述的组合式的水中悬浮隧道，其特征在于，针对所述的承压墩柱段管体(1)，承压墩柱的施工参照港口工程桩基规范(JYJ245-98)进行建造，位于贯穿承压墩柱的管体的两端均分别至少比承压墩柱的侧面长出1m。

3.根据权利要求1所述的组合式的水中悬浮隧道，其特征在于，设置在每段管体两端外回转表面上的两个连接耳板在周向上按照180°分布；两个连接耳板上通孔的径向距离大于所述柔性防水套管(4)的外径，所述柔性防水套管(4)由抱合的两个半环箍构成，所述柔性防水套管(4)的轴向尺寸大于所述GINA止水带(13)的宽度且小于相邻两段管体上两个连接耳板之间的轴向距离。

4.根据权利要求3所述的组合式的水中悬浮隧道，其特征在于，利用所述连接结构实现相邻两段管体的连接过程是：按照首尾对接固定好两段管体后，通过千斤顶拉紧两段管体之间的连接预应力钢索(14)达到预张力，拉紧过程中，通过压缩GINA止水带实现相邻管段对连处的水密，然后，将两个半环箍呈抱合状焊接在相邻管段对接处的外回转面上从而实现整体加固密封。

5.根据权利要求1所述的组合式的水中悬浮隧道，其特征在于，所述海况包括年平均海况等级下的不同离岸水深范围、海床条件和是否地震频发；根据上述的海况确定多段隧道管体中包括的结构种类及其布置的位置，有以下几种情形：

情形1、年平均海况等级为1-3级，包括：

1-1)离岸水深50m以内，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体，如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是压墩柱段管体；

1-2)离岸水深在50m-200m，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；

1-3)离岸水深在200m以上，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是浮筒段管体；

情形2、年平均海况等级为3-6级，包括：

2-1)离岸水深50m以内，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体，如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是压墩柱段管体；

2-2)离岸水深在50m-200m，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；

2-3)离岸水深在200m以上，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是浮筒段管体；如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；

情形3、年平均海况等级为6-9级，包括：

3-1)离岸水深50m以内，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础；如果是地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体，如果不是地震频发，多段隧道管体的结构是压墩柱段管体；

3-2)离岸水深在50m-200m，如果海床条件为松软粘土基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体；如果海床条件为坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是压墩柱段管体；

3-3)离岸水深在200m以上，海床条件为松软粘土基础或坚硬礁石基础且无论是否地震频发，多段隧道管体的结构是锚索段管体。

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