CN212983937U - 悬浮隧道 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种悬浮隧道，其中，悬浮隧道包括多个主弦管和多个腹管，多个主弦管平行布置，每一主弦管包括内钢管、外钢管和环形夹层混凝土，内钢管位于外钢管内，内钢管与外钢管之间充填环形夹层混凝土，每一主弦管的内钢管的管腔内设置车辆通行的行车道，行车道将内钢管的管腔分隔成上部空间和下部空间；多个腹管均为空钢管，多个腹管分别横向设置在两两相邻的主弦管之间，并将两两相邻的主弦管的上部空间连通，从而使得多个主弦管和多个腹管构成桁式中空夹层钢管混凝土‑空钢管混合结构。本实用新型的悬浮隧道能够满足快速施工及安全运营的需求，结构稳定性好。

Description

悬浮隧道

技术领域

本实用新型涉及跨海隧道工程技术领域，尤其是涉及一种悬浮隧道。

背景技术

近几十年，随着国家经济和科技快速发展，对加快交通领域基础建设的需求日益提高，也提出了对特大跨度跨海结构的建设需求，例如已建成的胶州湾跨海大桥、杭州湾跨海大桥以及港珠澳大桥，对当地交通产生了极大的便利，促进了文化经济的沟通发展。但在我国渤海湾等海域，存在跨度、水深、海底纵坡均极大的情况，且往来交通船只繁忙，传统的跨海大桥与沉管隧道结构均无法满足建设要求，从而造成施工难度大，施工工期长等突出问题。

悬浮隧道(又称阿基米德桥)具有线路纵坡小、建设速度快、不受地震及海面大风影响的特点，目前尚无实际建成的案例。针对悬浮隧道这一结构，提出一种基于桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构的悬浮隧道结构及其的施工方法。中空夹层钢管混凝土结构具有承载力高、自重轻等特点，环形夹层混凝土受内、外钢管的有效约束及支撑，钢管—混凝土界面工作性能良好。多个中空夹层钢管混凝土结构间通过多个空钢管结构横向连接，构成桁式中空夹层钢管混凝土—空钢管混合结构。本实用新型充分利用桁式中空夹层钢管混凝土- 空钢管混合结构的特点，以满足悬浮隧道结构的快速施工及安全运营的需求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种悬浮隧道，能够满足快速施工及安全运营的需求，结构稳定性好。

根据本实用新型实施例的悬浮隧道，包括：

多个主弦管，多个所述主弦管平行布置，每一所述主弦管包括内钢管、外钢管和环形夹层混凝土，所述内钢管位于所述外钢管内，所述内钢管与所述外钢管之间充填所述环形夹层混凝土，每一所述主弦管的所述内钢管的管腔内设置车辆通行的行车道，所述行车道将所述内钢管的管腔分隔成上部空间和下部空间；

多个腹管，多个所述腹管均为空钢管，多个所述腹管分别横向设置在两两相邻的所述主弦管之间，并将两两相邻的所述主弦管的所述上部空间连通，从而使得多个所述主弦管和多个所述腹管构成桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构。

根据本实用新型实施例的悬浮隧道，具有如下优点：第一、主弦管为由内钢管、外钢管和环形夹层混凝土构成的中空夹层钢管混凝土结构，具有自重轻、承载力高的优势，内钢管和外钢管为环形夹层混凝土提供有效的约束及支撑，结构整体稳定性、抗弯刚度与承载力高，同等承载力条件下可减小管道壁厚，减轻自重，有效地提高结构的承载力—自重比。第二、中空夹层钢管混凝土结构作为隧道断面，由于环形夹层混凝土的存在可有效提高结构抗火、抗撞击能力，同时，由于内钢管-混凝土-外钢管三层结构形式，有效提升了结构韧性，使得其受火灾、撞击等灾害作用后，更易于修复。第三、桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构具有良好的结构稳定性。腹管可以为各主弦管提供有效地横向支撑，提升悬浮隧道结构的整体横向刚度，同时，腹管采用空钢管结构可为主弦管间提供互通通道，供紧急情况下车辆、人流的避险及救援使用，提高了海中运营安全性。第四、采用多个主弦管(例如2个或3个主弦管)平行布置的方式可实现双向行车方向的车辆分流，避免对向车辆发生碰撞事故，提高了海中运营安全性。采用三个主弦管布置方式时，中间主弦管还可作为紧急行车道使用，供两侧主弦管车辆、人流避险及救援使用。第五、腹管与主弦管的内钢管、外钢管之间可以采用焊接的方式连接，其中，中空夹层钢管混凝土结构中环形夹层混凝土的存在可以有效地缓解腹管与主弦管钢管之间、各内钢管节段之间、各外钢管节段之间焊缝位置的应力集中问题，从而延长结构使用寿命。第六、桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段和桁式钢管结构节段均可实现工厂预制，海上拼装过程只需进行主弦管各节段间的拼装即可完成，施工速度快。

根据本实用新型的一个实施例，每一所述主弦管的所述内钢管采用内钢管节段依次轴向拼接焊接而成，每一所述主弦管的所述外钢管采用外钢管节段依次轴向拼接焊接而成。

根据本实用新型的一个实施例，多个所述主弦管为2个所述主弦管或为3个所述主弦管。

根据本实用新型的一个实施例，多个所述腹管的两端分别贯穿于两侧对应的所述主弦管的侧壁，且多个所述腹管的两端外周面与所述外钢管焊接固定，多个所述腹管的两端端部与所述内钢管的侧壁焊接固定。

根据本实用新型的一个实施例，多个所述腹管的内壁底面与所述行车道的上表面平齐或略高于所述行车道的上表面。

根据本实用新型的一个实施例，多个所述腹管均采用无缝结构用空钢管，位于两两相邻的所述主弦管之间的所述腹管呈平行相间布置或呈八字形布置。

根据本实用新型的一个实施例，每一所述内钢管的外侧面上和所述外钢管的内侧面上分别焊接有多个栓钉，所述内钢管上的多个所述栓钉和所述外钢管上的多个所述栓钉埋设在所述环形夹层混凝土中。

根据本实用新型的一个实施例，所述悬浮隧道还包括多个张拉锚索支撑组件，多个所述张拉锚索支撑组件沿所述主弦管的长度方向间隔开设置，用于将所述桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构支撑在水中。

根据本实用新型进一步的实施例，每一所述张拉锚索支撑组件包括索鞍、锚碇和锚索，所述索鞍布置在所述主弦管的环形背上，所述锚碇有两个，两个所述锚碇布置在水底处且位于所述桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构下方两外侧；所述锚索的中间段环绕过所述桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构并通过所述索鞍固定，所述锚索的两端分别呈向外斜拉紧的方式固定在对应的所述锚碇上。

根据本实用新型再进一步的实施例，每一所述张拉锚索支撑组件还包括两个速度和位移相关型的自复位粘滞阻尼器，所述锚索的两端分别通过对应的所述自复位粘滞阻尼器与对应的所述锚碇固定。

根据本实用新型的一个实施例，每一所述主弦管的所述下部空间由分隔件分隔成沿所述主弦管长度方向延伸的多个封闭室，多个所述封闭室中至少一个用作注水室；每一所述主弦管的两端分别通过封堵件封堵，位于每一所述主弦管的一端的所述封堵件上设有第一孔，位于每一所述主弦管的另一端的所述封堵件上设有第二孔，所述第一孔和所述第二孔分别与所述注水室连通。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道的结构示意图。

图2为本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道的采用三个主弦管的桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构的结构示意图。

图3为本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道的采用两个主弦管的桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构的结构示意图。

图4为图2中A-A处的剖面结构示意图。

图5为图3中B-B处的剖面结构示意图。

图6为本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道的内钢管、外钢管及腹管的焊接示意图。

图7为本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道的主弦管、索鞍、栓钉及锚索的装配示意图。

图8为本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道的锚索、自复位粘滞阻尼器及锚碇的装配示意图。

图9为本实用新型第二方面实施例的悬浮隧道的施工方法的示意图。

附图标记：

悬浮隧道1000

桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1

桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11

主弦管12 内钢管121 内钢管节段1211 外钢管122 外钢管节段1221

环形夹层混凝土123 行车道124 栓钉125 封闭室126 注水室1261

腹管13

张拉锚索支撑组件2 索鞍21 锚碇22 锚索23 自复位粘滞阻尼器24

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合图1至图8来描述根据本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道1000。

如图1至图6所示，根据本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道1000，包括多个主弦管12和多个腹管13，多个主弦管12平行布置，每一主弦管12包括内钢管121、外钢管122和环形夹层混凝土123，内钢管121位于外钢管122内，内钢管121与外钢管 122之间充填环形夹层混凝土123，每一主弦管12的内钢管121的管腔内设置车辆通行的行车道124，行车道124将内钢管121的管腔分隔成上部空间和下部空间；多个腹管 13均为空钢管，多个腹管13分别横向设置在两两相邻的主弦管12之间，并将两两相邻的主弦管12的上部空间连通，从而使得多个主弦管12和多个腹管13构成桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1。

具体而言，多个主弦管12平行布置，每一主弦管12包括内钢管121、外钢管122 和环形夹层混凝土123，内钢管121位于外钢管122内，内钢管121与外钢管122之间充填环形夹层混凝土123，这样，内钢管121和外钢管122能够为环形夹层混凝土123 提供有效的约束及支撑，提高多个主弦管12结构的整体稳定性、抗弯刚度与承载力，同等承载力条件下可减小管道壁厚，减轻自重，有效地提高多个主弦管12结构的承载力—自重比，同时，环形夹层混凝土123可以有效提高主弦管12结构的抗火能力和抗撞击能力，提高行车的安全性，由于内钢管-混凝土-外钢管的三层结构形式，有效提升了主弦管12的结构韧性，包括抗撞击、抗火灾性能，使得主弦管12受火灾、撞击等灾害作用后，更易于修复，且使得多个主弦管12拥有较好的混凝土耐腐蚀性能；由于多个主弦管12平行布置，每一主弦管12的内钢管121的管腔内设置车辆通行的行车道124，可以实现双向行车方向的车辆分流，避免对向车辆发生碰撞事故；另外当主弦管12的个数为3个时，两边的主弦管12内的行车道124可以作为车辆正常通行车道，中间的主弦管12内的行车道 124可以作为紧急通道。

多个腹管13均为空钢管，多个腹管13分别横向设置在两两相邻的主弦管12之间，并将两两相邻的主弦管12的上部空间连通，从而使得多个主弦管12和多个腹管13构成桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1。可以理解的是，通过在两两相邻的主弦管12之间设置腹管13，一方面，多个腹管13作为两两相邻的主弦管12之间的横向联结系，用来提供两两相邻的主弦管12间的横向支撑，保证悬浮隧道1000结构的横向刚度及多个主弦管12间的协同工作，极大地提高了桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构 1在海中运营时的平稳性，另一方面，使得多个主弦管12之间彼此互通，供紧急情况下逃生避险、救援使用。

需要说明的是，桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1可以采用如下方式预制：一种方式为，先将内钢管节段1211和外钢管节段1221定位后，将该节段范围内的腹管13安装在内钢管节段1211和外钢管节段1221上的预留孔处，腹管13与内钢管节段1211 和外钢管节段1221分别焊接，从而制得桁式钢管结构节段，再将各预制桁式钢管结构节段间的内钢管节段1211端头依次轴向拼接焊接，将各预制桁式钢管结构节段间的外钢管节段1221端头依次轴向拼接焊接，从而制得桁式钢管结构，拼装完成后封堵桁式钢管结构的主弦管12两端，向主弦管12的内钢管121和外钢管122之间的环形夹层空间中灌注自密实混凝土，从而制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1；另一种方式为，先将内钢管节段1211和外钢管节段1221定位后，将该节段范围内的腹管13 安装在内钢管节段1211和外钢管节段1221上的预留孔处，腹管13与内钢管节段1211 和外钢管节段1221分别焊接，从而制得桁式钢管结构节段，通过临时封堵件封堵每一桁式钢管结构节段内主弦管节段两端，向主弦管节段的内钢管节段1211和外钢管节段 1221之间的环形夹层空间中灌注自密实混凝土，混凝土硬化后拆除临时封堵件，，即制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11，再将各桁式中空夹层钢管混凝土- 空钢管混合结构节段11的内钢管节段1211端头依次轴向拼接焊接，将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的外钢管节段1221端头依次轴向拼接焊接，并将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的环形夹层混凝土123端头依次轴向通过止水带连接，从而制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1。由此可知，上述两种预制施工速度快、周期短。

根据本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道1000，具有如下优点：第一、主弦管12为由内钢管121、外钢管122和环形夹层混凝土123构成的中空夹层钢管混凝土结构，具有自重轻、承载力高的优势，内钢管121和外钢管122为环形夹层混凝土123提供有效的约束及支撑，结构整体稳定性、抗弯刚度与承载力高，同等承载力条件下可减小管道壁厚，减轻自重，有效地提高结构的承载力—自重比。第二、中空夹层钢管混凝土结构作为隧道断面，由于环形夹层混凝土123的存在可有效提高结构抗火、抗撞击能力，同时，由于内钢管-混凝土-外钢管三层结构形式，有效提升了结构韧性，使得其受火灾、撞击等灾害作用后，更易于修复。第三、桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1 具有良好的结构稳定性。腹管13可以为各主弦管12提供有效地横向支撑，提升悬浮隧道1000结构的整体横向刚度，同时，腹管13采用空钢管结构可为主弦管12间提供互通通道，供紧急情况下车辆、人流的避险及救援使用，提高了海中运营安全性。第四、采用多个主弦管12(例如2个或3个主弦管12)平行布置的方式可实现双向行车方向的车辆分流，避免对向车辆发生碰撞事故，提高了海中运营安全性。采用三个主弦管12 布置方式时，中间主弦管12还可作为紧急行车道124使用，供两侧主弦管12车辆、人流避险及救援使用。第五、腹管13与主弦管12的内钢管121、外钢管122之间可以采用焊接的方式连接，其中，中空夹层钢管混凝土结构中环形夹层混凝土123的存在可以有效地缓解腹管13与主弦管12钢管之间、各内钢管节段1211之间、各外钢管节段1221 之间焊缝位置的应力集中问题，从而延长结构使用寿命。第六、桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11和桁式钢管结构节段均可实现工厂预制，海上拼装过程只需进行主弦管12各节段间的拼装即可完成，施工速度快。

根据本实用新型第一方面的一个实施例，每一主弦管12的内钢管121采用内钢管节段1211依次轴向拼接焊接而成，每一主弦管12的外钢管122采用外钢管节段1221 依次轴向拼接焊接而成。由此，可以保证桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1 快速预制施工。例如，桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1可以采用如下方式预制：一种方式为，先将内钢管节段1211和外钢管节段1221定位后，将该节段范围内的腹管13安装在内钢管节段1211和外钢管节段1221上的预留孔处，腹管13与内钢管节段1211和外钢管节段1221分别焊接，从而制得桁式钢管结构节段，再将各预制桁式钢管结构节段间的内钢管节段1211端头依次轴向拼接焊接，将各预制桁式钢管结构节段间的外钢管节段1221端头依次轴向拼接焊接，从而制得桁式钢管结构，拼装完成后封堵桁式钢管结构的主弦管12两端，向主弦管12的内钢管121和外钢管122之间的环形夹层空间中灌注自密实混凝土，从而制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构 1；另一种方式为，先将内钢管节段1211和外钢管节段1221定位后，将该节段范围内的腹管13安装在内钢管节段1211和外钢管节段1221上的预留孔处，腹管13与内钢管节段1211和外钢管节段1221分别焊接，从而制得桁式钢管结构节段，通过临时封堵件封堵每一桁式钢管结构节段内主弦管节段两端，向主弦管节段的内钢管节段1211和外钢管节段1221之间的环形夹层空间中灌注自密实混凝土，混凝土硬化后拆除临时封堵件，即制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11，再将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的内钢管节段1211端头依次轴向拼接焊接，将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的外钢管节段1221端头依次轴向拼接焊接，并将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的环形夹层混凝土端头依次轴向通过止水带连接，从而制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1。同时，每一主弦管12的内钢管节段1211、外钢管节段1221分别依次轴向焊接，使得每一主弦管12拥有优异的水密性保证。

根据本实用新型第一方面的一个实施例，多个主弦管12为2个主弦管12或为3个主弦管12。可以理解的是，主弦管12为2个或者3个时，可以实现双向行车方向的车辆分流，避免对向车辆发生碰撞事故，当主弦管12的个数为3个时，中间主弦管12的尺寸可以小于两侧主弦管12的尺寸，中间主弦管12还可作为紧急行车道124使用，供两侧主弦管 12车辆、人流避险及救援使用。

需要说明的是，当采用多个主弦管12时，每一主弦管12的尺寸较小，加工较为简单。

根据本实用新型第一方面的一个实施例，多个腹管13的两端分别贯穿于两侧对应的主弦管12的侧壁，且多个腹管13的两端外周面与外钢管122焊接固定，多个腹管13 的两端端部与内钢管121的侧壁焊接固定。由此，可以将多个主弦管12与多个腹管13 可靠地固定，保证多个主弦管12和多个腹管13之间的互通及结构密封性。

需要说明的是，多个主弦管12中的环形夹层混凝土123可以有效地缓解腹管13与主弦管12之间、各主弦管12的内钢管节段1211及外钢管节段1221之间焊缝位置的应力集中问题，从而延长结构使用寿命。

根据本实用新型第一方面的一个实施例，多个腹管13的内壁底面与行车道124的上表面平齐或略高于行车道124的上表面。这样，可以供紧急情况下车辆、人流的避险及救援。

如图4所示，根据本实用新型第一方面的一个实施例，多个腹管13均采用无缝结构用空钢管，位于两两相邻的主弦管12之间的腹管13呈平行相间布置或呈八字形布置。可以理解的是，无缝结构用空钢管可以用来提供多个主弦管12间的横向支撑，保证悬浮隧道1000结构的横向刚度，同时可作为多个主弦管12间的互通通道，多个腹管13与多个主弦管12构成的桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1简单可靠。

如图7所示，根据本实用新型第一方面的一个实施例，每一内钢管121的外侧面上和外钢管122的内侧面上分别焊接有多个栓钉125，内钢管121上的多个栓钉125和外钢管122上的多个栓钉125埋设在环形夹层混凝土123中。可以理解的是，通过在内钢管121的外侧面上和外钢管122的内侧面上布设栓钉125，可以提高钢管-混凝土界面的工作性能、结构整体稳定性、抗弯刚度及承载力。

需要说明的是，内钢管121的外侧面上和外钢管122的内侧面上的栓钉125交错排列布置且纵向间距适宜。

如图1所示，根据本实用新型第一方面的一个实施例，悬浮隧道1000还包括多个张拉锚索支撑组件2，多个张拉锚索支撑组件2沿主弦管12的长度方向间隔开设置，用于将桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1支撑在水中。可以理解的是，通过多个张拉锚索支撑组件2的方式实现桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1的支撑，这样，桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1长期淹没于海面下，对海上航道的过往船只无阻碍作用，可避免船只对跨海结构撞击事故的发生。

如图7所示，根据本实用新型第一方面进一步的实施例，每一张拉锚索支撑组件2包括索鞍21、锚碇22和锚索23，索鞍21布置在主弦管12的环形背上，通过索鞍21 可以用来将锚索23的位置固定，避免锚索23在主弦管12的轴向上移动且保证锚索23 在主弦管12的环向上有一定的移动空间，锚碇22有两个，两个锚碇22布置在水底处且位于桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1下方两外侧；锚索23的中间段环绕过桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1并通过索鞍21固定，锚索23的两端分别呈向外斜拉紧的方式固定在对应的锚碇22上。由此，张拉锚索支撑组件2可以将桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1支撑在水中，结构简单可靠。

如图8所示，根据本实用新型第一方面再进一步的实施例，每一张拉锚索支撑组件2还包括两个速度和位移相关型的自复位粘滞阻尼器24，锚索23的两端分别通过对应的自复位粘滞阻尼器24与对应的锚碇22固定。可以理解的是，自复位粘滞阻尼器24 可以提供与普通粘滞阻尼器相同的耗能作用，以实现桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1在波浪作用下的水动力稳定性，同时，当桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1存在较大残余变形或多个主弦管12间存在倾覆风险时，自复位粘滞阻尼器24的自复位功能可以有效减小或者消除桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1的变形，保持桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1稳定。

如图2和图3所示，根据本实用新型第一方面的一个实施例，每一主弦管12的下部空间由分隔件分隔成沿主弦管12长度方向延伸的多个封闭室126，多个封闭室126 中至少一个用作注水室1261；每一主弦管12的两端分别通过封堵件封堵，位于每一主弦管12的一端的封堵件上设有第一孔，位于每一主弦管12的另一端的封堵件上设有第二孔，第一孔和第二孔分别与注水室1261连通。可以理解的是，在将桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1布置到指定位置的过程中，首先从第一孔向注水室1261内注水，使桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1下沉，下沉过程中逐步调整线形及位置，然后，当桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1下沉至指定位置后布置张拉锚索支撑组件2，最后，当桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1固定后，从第二孔对注水室1261内的水进行排水作业，使桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1上浮，并依靠锚索23张拉力提供竖向支撑并固定线形，由此，可以将桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1方便地在水中下沉及上浮；通过封堵件将每一主弦管 12的两端封堵，可以保证主弦管12上部空间的密封性，避免海水灌入行车道124。由此，悬浮隧道1000可以通过控制注水量随时控制桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1的下沉深度，方便结构线形与纵坡的控制，此外，悬浮隧道1000可以通过自身重力、浮力及锚索23的张拉力实现竖向受力平衡及横向支撑，保证结构在海浪作用下的竖、横向刚度。

需要说明的是，多个封闭室126中的其它封闭室126可以用来集中安装管线等。

本实用新型第二方面还提出了一种悬浮隧道1000的施工方法。

如图9所示，根据本实用新型第二方面实施例的悬浮隧道1000的施工方法，悬浮隧道1000为根据第一方面实施例的悬浮隧道1000，该施工方法包括如下步骤：

悬浮隧道1000施工前，在工厂中进行桁式钢管结构节段或桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的预制：首先将内钢管节段1211和外钢管节段1221定位后，将该节段范围内的腹管13安装在内钢管节段1211和外钢管节段1221上的预留孔处，腹管13与内钢管节段1211和外钢管节段1221分别焊接，从而制得桁式钢管结构节段；若在工厂中对桁式钢管结构节段内的内钢管节段1211和外钢管节段1221间的环形夹层空间灌注混凝土，即制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11；

托运：将桁式钢管结构节段或桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11通过船舶托运至目的地海面；

海上施工：当采用预制的桁式钢管结构节段时，将各预制桁式钢管结构节段间的内钢管节段1211端头依次轴向拼接焊接，将各预制桁式钢管结构节段间的外钢管节段1221端头依次轴向拼接焊接，从而制得桁式钢管结构；拼装完成后封堵桁式钢管结构的主弦管12两端，向主弦管12的内钢管121和外钢管122之间的环形夹层空间中灌注自密实混凝土，从而制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1；当采用预制的桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11时，将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的内钢管节段1211端头依次轴向拼接焊接，将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的外钢管节段1221端头依次轴向拼接焊接，并将各桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11的环形夹层混凝土123端头依次轴向通过止水带连接，从而制得桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1；

下沉施工：将桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1的每一主弦管12的两端用封堵件封堵，并在每一主弦管12一端的封堵件上预留第一孔，在每一主弦管12另一端的封堵件上预留第二孔，第一孔和第二孔与主弦管12内的注水室1261连通，从第一孔向注水室1261内注水，使桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1下沉，下沉过程中逐步调整线形及位置；当桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1下沉至指定位置后布置锚索23，锚索23中间段通过环绕过主弦管12的环形背上的索鞍21进行固定，锚索23两端通过自复位粘滞阻尼器24固定于水底处的锚碇22上，并张拉一定的预应力，锚索23两端呈向外斜拉索的形式；

排水施工：当桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1固定后，对注水室1261内的水进行排水作业，使桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1上浮，并依靠锚索23张拉力提供竖向支撑并固定线形。

根据本实用新型第二方面实施例的悬浮隧道1000的施工方法，具有如下优点：第一、主弦管12为由内钢管121、外钢管122和环形夹层混凝土123构成的中空夹层钢管混凝土结构，具有自重轻、承载力高的优势，内钢管121和外钢管122为环形夹层混凝土123提供有效的约束及支撑，结构整体稳定性、抗弯刚度与承载力高，同等承载力条件下可减小管道壁厚，减轻自重，有效地提高结构的承载力—自重比。第二、中空夹层钢管混凝土结构作为隧道断面，由于环形夹层混凝土123的存在可有效提高结构抗火、抗撞击能力，同时，由于内钢管-混凝土-外钢管三层结构形式，有效提升了结构韧性，使得其受火灾、撞击等灾害作用后，更易于修复。第三、桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1具有良好的结构稳定性。腹管13可以为各主弦管12提供有效地横向支撑，提升悬浮隧道1000结构的整体横向刚度，同时，腹管13采用空钢管结构可为主弦管12间提供互通通道，供紧急情况下车辆、人流的避险及救援使用，提高了海中运营安全性。第四、采用多个主弦管12(例如2个或3个主弦管)平行布置的方式可实现双向行车方向的车辆分流，避免对向车辆发生碰撞事故，提高了海中运营安全性。采用三个主弦管12布置方式时，中间主弦管12还可作为紧急行车道124使用，供两侧主弦管 12车辆、人流避险及救援使用。第五、腹管13与主弦管12的内钢管121、外钢管122 之间可以采用焊接的方式连接，其中，中空夹层钢管混凝土结构中环形夹层混凝土123 的存在可以有效地缓解腹管13与主弦管12钢管之间、各内钢管节段1211之间、个外钢管节段1221之间焊缝位置的应力集中问题，从而延长结构使用寿命。第六、桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11和桁式钢管结构节段均可实现工厂预制，海上拼装过程只需进行主弦管12各节段间的拼装即可完成，施工速度快。第七、在注水—下沉—排水的下沉施工方法中，可以通过控制注水量随时控制桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1的下沉深度，方便结构线形与纵坡的控制。第八、由于桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构节段11之间通过主弦管12的内钢管节段1211和外钢管节段1221依次轴向焊接，使桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1整体拥有优异水密性保证。同时由于内钢管121和外钢管122保护，桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1拥有较好的混凝土耐腐蚀性能与结构抗火性能。第九、通过张拉锚索的方式实现桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1的支撑，桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1长期淹没于海面下，对海上航道的过往船只无阻碍作用，可避免船只对跨海结构撞击事故的发生。第十、在锚索23端头与锚碇22间设置自复位粘滞阻尼器24，可有效提升桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构1在波浪作用下的水动力稳定性，并实现各主弦管12之间的自复位调平功能。

下面以一个具体的例子来描述本实用新型第一方面实施例的悬浮隧道1000，该具体例子如下：

多个主弦管12的内钢管121和外钢管122采用Q550低合金高强度结构钢，腹管13采用Q355低合金高强度结构用空钢管，环形夹层混凝土123采用C50微膨胀自密实混凝土，主弦管12空舱内径设计为5m，内钢管121和外钢管122壁厚为30～50mm，环形夹层混凝土123厚为0.5m，内钢管121的外侧面上和外钢管122的内侧面上焊接的栓钉 125采用φ22圆柱头栓钉125，熔后长度100mm，根据环形夹层混凝土123厚度栓钉125 轴向间距为500～3000mm。

可以理解的是，Q550低合金高强度结构钢强度高、韧性高、抗疲劳性能及焊接性能良好，同时具有一定的耐腐蚀性，由于内钢管121和外钢管122厚度较大，需拥有良好的轴向性能，当外钢管122采用不锈钢时需要满足类似性能。C50微膨胀自密实混凝土具有良好的施工性能和充填性能，有效防止由于混凝土收缩导致的钢管—混凝土界面脱开，硬化后具有良好的力学性能和耐久性能。

当采用工厂预制中空夹层钢管混凝土—空钢管混合结构节段进行海上拼装时，节段间混凝土接头采用GINA止水带及OMEGA止水带进行连接，并将对应的内钢管节段1211 和外钢管节段1221分别焊接，从而达到较好的管道受力要求及结构接缝处水密性。

在张拉锚索支撑组件2中，锚索23采用预应力平行钢绞线拉索，抗拉强度标准值fpk＝1860MPa。为防止外力损伤及锈蚀，使用防锈涂层嵌缝后用镀锌软钢丝密缠包扎，并与外涂层共同构成锚索防护体系。

锚索23端头处的自复位粘滞阻尼器24采用自复位形状记忆合金阻尼器，由预应变自复位形状记忆合金丝束和非预应变自复位形状记忆合金丝束组成，自复位形状记忆合金丝束可恢复应变达6％～8％，极限强度超过1000MPa，具有较好的阻尼特性。自复位形状记忆合金阻尼器具有可恢复变形大，驱动力高，抗腐蚀、疲劳性能好，性能稳定的特点，在低频或高频的动力荷载影响下可提供与普通粘滞阻尼器相同的耗能作用，并可以有效减小甚至消除结构的变形，保持悬浮隧道1000结构稳定，实现各主弦管12间的自复位调平。

该具体例子中，悬浮隧道1000的主弦管12浮重比可达1.5～1.7，将主弦管12和腹管13焊接形成桁式结构后，通过在主弦管12空舱内铺设混凝土行车道124板、附属结构物及布置压舱物后，对悬浮隧道1000结构的浮重比进行调节，使其达到1.2～1.4。此为悬浮隧道1000在波浪作用下水动力响应最优的浮重比选取范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种悬浮隧道，其特征在于，包括：

多个主弦管，多个所述主弦管平行布置，每一所述主弦管包括内钢管、外钢管和环形夹层混凝土，所述内钢管位于所述外钢管内，所述内钢管与所述外钢管之间充填所述环形夹层混凝土，每一所述主弦管的所述内钢管的管腔内设置车辆通行的行车道，所述行车道将所述内钢管的管腔分隔成上部空间和下部空间；

多个腹管，多个所述腹管均为空钢管，多个所述腹管分别横向设置在两两相邻的所述主弦管之间，并将两两相邻的所述主弦管的所述上部空间连通，从而使得多个所述主弦管和多个所述腹管构成桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构。

2.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，每一所述主弦管的所述内钢管采用内钢管节段依次轴向拼接焊接而成，每一所述主弦管的所述外钢管采用外钢管节段依次轴向拼接焊接而成。

3.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，多个所述主弦管为2个所述主弦管或为3个所述主弦管。

4.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，多个所述腹管的两端分别贯穿于两侧对应的所述主弦管的侧壁，且多个所述腹管的两端外周面与所述外钢管焊接固定，多个所述腹管的两端端部与所述内钢管的侧壁焊接固定。

5.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，多个所述腹管的内壁底面与所述行车道的上表面平齐或略高于所述行车道的上表面。

6.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，多个所述腹管均采用无缝结构用空钢管，位于两两相邻的所述主弦管之间的所述腹管呈平行相间布置或呈八字形布置。

7.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，每一所述内钢管的外侧面上和所述外钢管的内侧面上分别焊接有多个栓钉，所述内钢管上的多个所述栓钉和所述外钢管上的多个所述栓钉埋设在所述环形夹层混凝土中。

8.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，所述悬浮隧道还包括多个张拉锚索支撑组件，多个所述张拉锚索支撑组件沿所述主弦管的长度方向间隔开设置，用于将所述桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构支撑在水中。

9.根据权利要求8所述的悬浮隧道，其特征在于，每一所述张拉锚索支撑组件包括索鞍、锚碇和锚索，所述索鞍布置在所述主弦管的环形背上，所述锚碇有两个，两个所述锚碇布置在水底处且位于所述桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构下方两外侧；所述锚索的中间段环绕过所述桁式中空夹层钢管混凝土-空钢管混合结构并通过所述索鞍固定，所述锚索的两端分别呈向外斜拉紧的方式固定在对应的所述锚碇上。

10.根据权利要求9所述的悬浮隧道，其特征在于，每一所述张拉锚索支撑组件还包括两个速度和位移相关型的自复位粘滞阻尼器，所述锚索的两端分别通过对应的所述自复位粘滞阻尼器与对应的所述锚碇固定。

11.根据权利要求1所述的悬浮隧道，其特征在于，每一所述主弦管的所述下部空间由分隔件分隔成沿所述主弦管长度方向延伸的多个封闭室，多个所述封闭室中至少一个用作注水室；每一所述主弦管的两端分别通过封堵件封堵，位于每一所述主弦管的一端的所述封堵件上设有第一孔，位于每一所述主弦管的另一端的所述封堵件上设有第二孔，所述第一孔和所述第二孔分别与所述注水室连通。

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