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[分享]我国启动悬浮隧道工程技术研究VS阿基米德桥

发表于2018-07-11    176人浏览    1人跟帖    筑龙币+50  复制链接  显示全部楼层

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日前,一项面向国际前沿的前瞻性重大科研项目――悬浮隧道工程技术研究在珠海正式启动。由中国交通建设股份有限公司牵头组织港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部、中交公规院、中交四航局、中交三航局、交通运输部天津水运工程科学研究院、荷兰隧道工程咨询公司(TEC)、荷兰代尔夫特理工大学(Tu Delft)共同成立中交悬浮隧道工程技术联合研究组,签署了《悬浮隧道工程技术研究合作协议书》。

项目计划用3到4年的时间完成课题研究。未来,悬浮隧道有望突破目前沉管隧道架设的水深限制,借助“悬浮水中的隧道”破解水位深、跨度长的跨海工程建设难题。

悬浮隧道是继跨海大桥、海底沉管隧道后又一种跨越深水域的创新型交通构筑物,悬浮隧道将突破沉管隧道必须沉放在河床、海床的限制,实现海中悬浮穿越,这也意味着一些水深超过百米、采用沉管隧道技术难以实现的跨海工程有望通过架设悬浮隧道,实现跨越。

阿基米德桥又名水下悬浮隧道,简称SFT(SubmergedFloatingTunnel),是跨越深水域的新交通方式。

我国启动悬浮隧道工程技术研究VS阿基米德桥_1

实质上它是一个在水底浮动的管状隧道,依靠浮力支撑隧道重量,取名由阿基米德原理而来。为避免影响水上交通及被天气影响,隧道建于水底,但为免承受过大水压,常建于20-50米深,也便于大吨位船只通行。为保持水中深度,隧道以钢索及浮台固定,防止太浅或太深。

阿基米德桥横截面可以为椭圆形或圆形,长度可达几千米,宽度可达几十米,可通行汽车,也可建成多通道,同时通行汽车和火车。 由于技术上的一些难题没有解决,并且没有相应的设计、建设标准,目前世界上还没有一座真正的阿基米德桥。而一旦建成,阿基米德桥将成为一种新的交通方案供人们选择。更为重要的是,阿基米德桥适用于跨度较大、水位较深等不适宜建桥、隧道的地点。

阿基米德桥的概念最早是在20世纪初提出的。20世纪60年代,英国人曾就意大利墨西拿海峡的阿基米德桥提出了概念设计。意大利阿基米德桥公司成立于1984年,其重要业务之一就是推动阿基米德桥的设计和实现。

上世纪90年代后期,阿基米德桥公司曾和中国浙江省有关部门合作,致力于在舟山群岛建设金塘海峡阿基米德桥,后因种种原因设计方案未被采纳。由想象到现在也已有上百年的历史。经过长时期的酝酿,特别是很多离岸海洋工程的建造技术的发展,SFT的设计思想才日臻成熟起来。意大利学者Faggiano and Mazzolani,2001对此进行了大量可行性研究,旨在使SFT概念及其基本设计理念更为实用化。具有里程碑意义的是1969年Alan Grant 对跨麦森纳海湾( Messina Strait)提出的阿基米德桥的结构设计。它由三个增强混凝土圆管构成,外边用钢管保护。锚固系统是斜拉钢索。

目前阿基米德桥的建设是一个世界性的难题,目前世界上有7个国家(挪威、意大利、日本、中国、瑞士、巴西、美国)在研究。

我国启动悬浮隧道工程技术研究VS阿基米德桥_2


阿基米德桥有三种支撑方式


第一是浮筒式结构,当悬浮管道的浮力较小时,利用浮筒增加浮力;

第二是是铆索式,当管道的浮力足够大时,采用铆索拉力固定管道;

第三为刚性桩柱式,很像水中桥梁。

我国启动悬浮隧道工程技术研究VS阿基米德桥_3


优势


阿基米德桥具有现有桥梁和隧道所不具备的优势和特点。

第一,阿基米德桥是一种环境友好的方案,对两岸地貌的影响非常小;

第二,由于借助了自然的力量——浮力,一旦技术成熟,阿基米德桥同桥梁、隧道相比具有造价优势,因为其单位长度的造价不随跨度的增加而增加;

第三,技术上阿基米德桥不受跨度和水深的限制,可建在长跨度、水位深、陡峭的地方。除此之外,阿基米德桥还有一定的旅游价值可供开发。

我国启动悬浮隧道工程技术研究VS阿基米德桥_4

我国启动悬浮隧道工程技术研究VS阿基米德桥_5


面临的问题


阿基米德桥的设计与建造向力学工作者提出了巨大挑战。首先是流固耦合问题,水中悬浮隧道,在波流载荷、海啸、地震,以及偶发爆炸撞击载荷作用下的动力响应和安全性的评估需要复杂的流固耦合动力学计算。再者,针对锚固方式和锚固结构的安全性,需要进行流固土之间的相互作用方面的研究,锚固系统在水流作用下会发生涡激振动(VIV),对于铆索在海床上的固定强度有很大影响。最使人担心的是一旦发生意外,人的逃生问题十分严重。在这些问题未解决之前,人们是不敢贸然行事的。

从工程技术角度看,阿基米德桥的设计与建造遇到很多新问题。例如材料选择;锚固系统的结构形式;桥岸连接形式;服役条件,以及动力响应与结构安全。结构安全是最令人担心的事,它包括在地震、海啸、爆炸以及冲击载荷作用下的可靠性问题。另外,由于它在波流载荷作用下,疲劳问题和材料腐蚀失效问题更是棘手问题。总之,海洋工程中遇到的结构问题,这里都有。不过,由于它是交通设施安全问题,更为要紧。

目前对水下悬浮隧道感兴趣的国家越来越多,如希腊希望用SFT将众多岛屿联系起来,西班牙和摩洛哥想在直布罗陀海峡通过SFT进行更方便的来往;瑞士已经考虑了在卢加诺湖下用SFT实现火车交通,彻底消灭噪声源,不让美丽的风景破相。更有人想入非非,打算在伦敦和纽约之间建一条5000公里长的水下悬浮隧道,用磁浮列车55分钟走完全程。


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 当前离线   发表于2018-07-11  | 只看该作者      

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