水下悬浮隧道的技术现状和未来展望

阐述了水下悬浮隧道(又称水下悬浮管桥)的概念;探讨了悬浮隧道结构的4种支撑形式,即岸锚式、桥墩支撑式、浮筒固定式和锚索固定式,并对4种支撑形式的适用性进行了对比;对悬浮隧道的跨海形式及主隧道结构断面形式进行了讨论,分析了多管系统+横通道连通形式在火灾及事故发生时的安全性。介绍了国际上悬浮隧道的相关标准:国际结构混凝土联合会(fib)在2020年发布了《水下悬浮管桥(SFTB)设计指南》(fib公告第96号),旨在为技术界提供水下悬浮管桥方案设计指南;国际隧道和地下空间协会(ITA)在2023年发布了《水下悬浮隧道(SFT)业主指南》,旨在向基础设施业主说明,水下悬浮隧道相比传统隧道的适用性;另外,挪威国家标准已率先将悬浮隧道结构纳入国家桥梁手册(2020)。梳理了悬浮隧道已有的理论研究,介绍了目前水下悬浮隧道比较热门的研究课题,比如流体-结构相互作用和冲击等。分析了水下悬浮隧道的优势,不仅能够减小主要的海洋荷载对结构的影响,而且可以降低隧道和相连结构的坡度,缩短穿越距离,保护海底地形以及减少对周围区域的噪声影响。随着人们对环境问题的日益重视,以及新材料和新技术为减少气候影响带来的机遇,悬浮隧道有望获得进一步的推广。

水下悬浮隧道选型研究

介绍了水下悬浮隧道的各种类型,列出了锚索式水下悬浮隧道的锚索布索方式,并分别对水下悬浮隧道不同类型和锚索式水下悬浮隧道锚索的不同布索方式进行了对比,提出水下悬浮隧道选型时应注意的问题。最后以琼州海峡为例,给出了该处水下悬浮隧道选型的建议方案。

水下悬浮隧道结构分析研究进展

长期以来,如何快速跨越广袤的水域一直是世人关注的焦点。在最近几十年里,一种新的跨越海峡、大江、湖泊、水道的交通结构物-水下悬浮隧道吸引了世人的目光。水下悬浮隧道的研究历史虽然短暂,但由于该种结构的新颖性与其独有的优越性与应用潜力,使得世界各国的学者专家为此进行了很多有价值的工作。首先概述水下悬浮隧道的概念、优点及需要研究和解决的关键问题;随后从水下悬浮隧道的隧道管体结构、隧道锚固系统、作用荷载以及锚固基础等几个方面的结构简化模型综述了水下悬浮隧道结构分析的研究现状;最后对水下悬浮隧道的发展方向进行了总结和分析。

水下悬浮隧道动力响应数值分析

为确保悬浮隧道的安全稳定性能,对水下悬浮隧道周围流场的变化及流体对悬浮隧道的作用进行研究。基于Workbench软件中的FLUENT建立隧道所处的流体域,运用RNG k-ε湍流模型,以入流速度为变量,研究悬浮隧道在水中的受力情况,总结流场及悬浮隧道应力应变的变化规律。研究得出:入流速度对悬浮隧道的影响明显,管段的迎流面和背流面近壁区流速接近于0 m/s,流场内在管段上下侧形成的最大流速随入流速度的增大而增大;管段受到的应力是不均匀的,其最大变形也随入流速度的增大而增大。

水下悬浮隧道缆索模态分析

文章在Gambit上建立虚拟的流场模型,在此模型上划分网格,最后导入Fluent并进行计算,得出与水下悬浮隧道尺寸相对应的海流的拖曳力系数,对水下悬浮隧道缆索的固有振型、固有频率和固有周期进行了计算,并通过改变海流流速的大小对锚索式水下悬浮隧道的缆索进行了模态分析,得到了诱发缆索发生一阶和二阶模态振动的海流流速,为将来研究水下悬浮隧道缆索的动态响应打下了基础。

水下悬浮隧道

水下悬浮隧道１引言１９８９年，国际隧协为使世界各国更多地关注此类工程，专门成立了一个沉箱和悬浮隧道工作组，其任务是介绍该两类隧道的技术现状和发展动态。由于两类隧道涉及到许多不同领域，故又成立了若干个工作小组。每个工作小组都由各方面的专家组成。在一些国...

水下悬浮隧道静动力响应分析与减振控制

为研究新型水运交通结构——水下悬浮隧道的静动力响应特性以及减振控制,参照前人分析计算时的参数取值,基于实体单元建模的有限元数值分析,得到静力与地震工况下结构位移与应力峰值出现的位置;根据数值分析的响应结果,研究了悬浮隧道在地震工况下的减振控制方案,并开展不同参数对减振效果的参数敏感性分析.结果表明,静动力工况下的两端固支悬浮隧道的位移峰值均出现在跨中,而应力峰值集中在端部,减振方案对于位移峰值以及应力峰值均具有较好的削弱效果;阻尼器的布置数量与屈服荷载取值是影响悬浮隧道峰值响应减振效果的主要因素,这对于悬浮隧道工程的减振控制设计具有一定的参考价值.

锚索突断下悬浮隧道的动力特性数值研究

针对一种海湾跨越的创新型工程结构——水下悬浮隧道(SFT),以日本喷火湾的SFT设计方案为对象,结合ABAQUS有限元分析软件,建立SFT的三维实体模型,分析跨中及端跨位置的单根锚索断裂、多根锚索连续断裂情况下,水下悬浮隧道的侧向变形和扭转运动响应特性,通过参数敏感性分析了重浮比对断索响应的影响。结果表明,跨中连续两根锚索断裂较单根锚索断裂下的最大扭转角度响应增加了近三倍,竖向位移响应增加了近一倍;增大锚索安全系数对避免连续断索十分重要。另外,提出了适用于动力响应分析的SFT等效模型,可以准确反映隧道整体的动力特性及各种荷载下的变形特性。

波浪作用下悬浮隧道管体-锚索耦合系统水动力特性研究

水下悬浮隧道(SFT)是一种新型跨海交通通道型式。文章采用CFD方法研究悬浮隧道管体-锚索耦合系统在波浪作用下的动力响应特征,并分析浸没深度、浮重比(BWR)、系泊角度(IMA)、锚索刚度、锚索系统布置形式、锚索系统预张力分配及波浪参数等对悬浮隧道水动力特性的影响。结果表明,管体运动响应随浸没深度的增加而减小,随波高和IMA的增大而增大;BWR及锚索垂向刚度存在满足结构稳定性要求的合理取值区间;锚索系统预张力分配不是影响SFT水动力特性的关键因素;应避免无垂向锚索的布置形式及特定波浪周期下耦合系统的共振现象。

跨越水域交通的阿基米德桥

本文首先介绍一种跨越水域交通的技术概念-水下悬浮隧道(又称阿基米德桥)的形成和发展历史、结构特点以及国际上正在进行概念设计和可行性分析的几个阿基米德桥典型工程概况.然后概括阿基米德桥设计分析中所涉及的几个关键科学技术问题.最岳讨论阿基米德桥的设计方法和技术特点,强调现有海洋工程技术如张力腿平台技术等在阿基米德桥中的潜在应用,并对阿基米德桥的发展前景进行展望.

“中意阿基米德桥联合实验室合作协议”签约

2004年12月6日中国科学院力学研究所与意大利阿基米德桥公司签署了“中意阿基米德桥联合实验室合作协议”。阿基米德桥即水下悬浮隧道（SFT）是一项前景广阔的永久性水路交通技术．可用于海峡和内陆湖泊等。作为一种创新的技术．它已成为与传统交通技术相竞争的一种富有吸引力技术选择。

Experimental and numerical analysis of submerged floating tunnel

As a new type of structure which has never been built, submerged floating tunnel was studied mainly by numerical simulations. To further study the seismic response of a submerged floating tunnel, the first model experiment of submerged floating tunnel （SFT） under the earthquake was carried out on the unique underwater shaking table in China. The experimental results show that vertical excitation induces larger response than horizontal and different inclination degrees of the tether also cause different seismic responses. Subsequently, based on the fluid-structure interaction theory, the corresponding numerical model is established. And comparing the numerical results with the experimental results, those of shaking table test. Numerical model adopted is effective for it is shown that the numerical results are basically identical with dynamic response of SFT.