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。

水下爆炸作用下悬浮隧道管体形状对结构响应的影响规律

为研究水下爆炸条件下断面形式对悬浮隧道结构响应和抗冲击性能的影响,采用LS-DYNA有限元软件建立圆形、椭圆形和长方形3种断面悬浮隧道的数值计算模型,进行动力响应数值模拟分析。对比分析3种断面悬浮隧道在爆炸作用下管体位移、压力及有效应力的响应特性。结果表明:1)圆形断面悬浮隧道受爆炸影响的范围最小,位移、压力和有效应力峰值最低,安全系数最高,抗冲击波性能最优;2)椭圆形和长方形断面管体更易发生局部应力集中,尤其长方形断面的压力和有效应力峰值都高于圆形和椭圆形断面,抗冲击性能较差;3)椭圆形断面悬浮隧道的竖向位移要大于长方形断面,但长方形断面位移变形存在明显畸变。综合分析表明,圆形断面悬浮隧道的抗爆性能优于椭圆形和长方形断面。

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。

悬浮隧道(水下连续梁桥)跨越海峡方案研究

在对国内外跨海方案分析的基础上,以国外某海峡通道建设为背景,设计了一种隧道跨海方案——悬浮隧道(水下连续梁桥),其基础为普通桩柱式桥墩,主梁为隧道行车孔,整个隧道结构体系相对简单,与普通连续梁桥相似。因此,在介绍该方案的特点和技术难点的同时,也对其可行性进行了探讨。

悬浮隧道支撑锚索在管体运动状态下的动频率与湿模态

悬浮隧道(submerged floating tunnel,SFT)是一种潜力巨大的水下交通结构,其支撑锚索频率、模态的精确获取对识别结构动力性能至关重要。该研究提出了一种管体运动状态下求解锚索“动频率”和“湿模态”的新颖方法,将锚索等效为梁或弦建立了四类考虑锚索抗弯刚度、湿重等因素的力学模型。在对运动悬浮隧道结构进行拟静态处理,及通过静平衡时锚索顶张力与该索支撑范围内净浮力相等的原则确定结构基本参数的前提下,研究了管体竖向周期运动过程中锚索动频率与湿模态的分布规律。获取了锚索动频率带及其上限、下限与管体浮重比、锚索倾角、竖向高度及管体运动幅值之间的对应关系与参数敏感区间,得到了锚索湿模态对湿重展向效应、竖向高度等因素的敏感程度,可为进一步深入研究锚索涡振频率锁定、参数振动提供新的处理思路。

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。

水下爆炸-波浪联合作用下悬浮隧道响应分析

为了研究水下爆炸-波浪联合作用下悬浮隧道(SFT)结构的动力响应,运用三阶Stokes波浪方程和Morison方程计算波浪力,基于D’Alembert原理建立运动微分方程,通过Galerkin法和Runge-Kutta法对其进行求解,并对所建立的荷载模型和联合模型进行验证,最后对不同荷载形式、波浪参数、爆炸参数等影响因素进行对比分析。结果表明:水下爆炸-波浪联合作用对悬浮隧道系统的动力响应影响显著,基于数值计算结果,随着波高和惯性力系数C_(M)的增大,管体跨中最大位移呈增长趋势,随着周期、埋置深度和拖拽力系数C_(D)增大,管体跨中最大位移呈衰减趋势。其次,比例距离与管体跨中最大位移呈幂指数关系变化,比例距离越大结构跨中位移越小。再者,爆炸冲击波压力峰值P_(m)还受到Cole公式中相似系数K_(0)、α影响,通过对相似系数K_(0)、α研究发现:相似系数K_(0)对系统位移响应影响较小,α对系统位移响应影响显著,随着α增大,系统响应趋于稳定。

水下爆炸-移动作用下悬浮隧道管体响应

为了研究水下爆炸-移动作用下悬浮隧道管体的变形规律,基于Cole冲击波半经验公式和Vernon气泡运动方程将水下爆炸过程简化为冲击波和气泡脉动作用两个阶段,将公路I级荷载简化为移动荷载序列,通过D′Alembert原理建立了一个考虑水下爆炸荷载、移动荷载以及流体作用的悬浮隧道动力学模型,采用四阶Rungek-Kutta法求解运动微分方程组,利用已有的数据和公式对模型进行验证,最终讨论爆炸荷载、移动荷载对隧道管体变形的影响。结果表明:冲击因子?能够极大促进悬浮隧道最大位移的增加;在仅爆炸荷载作用下与?=0.1相比,冲击因子增大2倍和4倍,隧道最大位移分别增大了4倍和10倍;气泡荷载频率随炸药量的增大成指数增大,随爆点水深的增大气泡荷载频率成反比例下降;不同炸药量和水深情况下,气泡荷载频率均小于3 Hz,与隧道低阶频率相近容易导致共振。在水下爆炸和移动荷载作用下,悬浮隧道的最大位移受到移动荷载位置和速度的综合影响,其中车辆以最快速度行驶至跨中时发生爆炸危害性较大。

移动荷载作用下悬浮隧道管体TMD减振分析及优化布置

为减小悬浮隧道管体在移动荷载作用下的动力响应,采用TMD作为振动控制措施并对减振效果进行了分析。将悬浮隧道管体简化为弹性地基梁,采用移动简谐力模拟汽车荷载,通过Morison方程计算管体振动过程中的流体附加惯性效应和阻尼效应,推导建立了移动荷载作用下管体-TMD系统振动控制方程组。采用Newmark-β法进行数值求解,分析了TMD对悬浮隧道管体的减振效果。针对悬浮隧道管体振动特征,提出采用分布式TMD的布置形式,并对移动速度、TMD阻尼比的影响进行了讨论。结论表明:TMD对移动简谐荷载作用下的悬浮隧道管体具有显著减振效果,最大位移减振率在50%以上。由于多阶模态参与振动,单一TMD的有效减振范围有限。在保持总质量不变的情况下,采用分布式TMD可以获得较好的整体减振效果。提高TMD质量比和降低移动荷载速度有助于提高TMD的减振效果。增大阻尼比会减弱TMD的效果,应综合考虑减振效果和工作空间的要求确定。

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。

水下悬浮隧道基础形式初探

对水下悬浮隧道的三种形式作了介绍,通过查阅大量权威书籍,搜集、整理资料,得到了各种水下基础的结构形式、优缺点以及适用范围,为水下悬浮隧道基础的选择提供可靠依据。

挪威计划建造世界首例“水下悬浮隧道”

挪威共拥有1190个峡湾,因炫美的峡湾风光而闻名于世,但这同时也给挪威国内的交通带来了巨大的困扰.挪威的峡湾具有地势险、深度大等特点,无论从宽度还是深度来说,传统的水上架桥和水下隧道都不适用.网通社从美国媒体motor1获悉,挪威将斥资250亿美元,建设世界首个“水下悬浮隧道”项目,并计划在2035年完工.若项目建成,可使横跨挪威的时间从21h缩短至10h.“水下悬浮隧道”是一种将桥梁与管道相结合的水下浮桥（submergedfloatingbridge）设施,这种管道式的桥梁被置于水下深约30m的位置,水面上使用浮筒牵引管道.每一条悬浮隧道由2根并排的管道组成,每一根管道大约有2个行车道的宽度.隧道大约位于水下30m,并与水面的多个浮桥连接.整个项目中,浮桥的搭造是关键.

中意专家共同探讨水下悬浮隧道问题

中国和意大利的数十位悬浮隧道技术专家,共同探讨两国悬浮隧道技术,以促进双方在浙江金塘海峡阿基米德桥项目上开展合作的可能性。阿基米德桥即水下悬浮隧道,相比传统结构的桥、海床或海底隧道。

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...

挪威要建世界首条“水下悬浮隧道”

近日，挪威政府宣布了一个计划，将斥资250亿美元，建设世界首条“水下悬浮隧道”。该隧道是桥梁与管道的结合，这种管道式的“桥梁”被置于水下深约30米的位置，水面上使用浮简牵引管道，呈弯曲状，内部将具备双向运行车道。

意大利拟与中国合作建设水下悬浮隧道——“阿基米德桥”

近日．在杭州举行的高新技术展示交易会上意大利坎帕尼亚大区的相关负责人宣布，意大利阿基米德桥国际公司正与中国科学院力学研究所合作．计划在浙江千岛湖建造一个长100米、符合环保要求的水下悬浮隧道——“阿基米德桥”。

水下交通隧道发展现状与技术难题——兼论“台湾海峡海底铁路隧道建设方案”

与跨越江河湖海的其他交通方式相比,水下隧道有其独有的优势,因此近些年来在国内外发展迅速。然而与一般的山岭隧道不同,水下隧道又有其自身的特点和难点。在深入比较分析水下隧道相比桥梁方案的巨大优势后,论述国内外水下隧道的发展现状;详细阐述钻爆法、盾构法、沉管法及悬浮隧道等水下隧道修建方式的特点、技术难点、适用条件以及应注意的相关问题,并比较这几种修建方法的优缺点;总结分析水下隧道设计、施工的重难点及其关键技术;基于上述施工要点,深入讨论台湾海峡海底铁路隧道的建设方案,阐述了台湾海峡海底铁路隧道的合理性、断面设计和施工要点。最后,提出修建水下隧道等大型地下工程的新理念,并概括其重大关键技术。这些技术要点和建议对中国水下隧道建设特别是大型跨海隧道建设具有一定的指导意义。

国内外拟建水中悬浮隧道设计方案研究

随着离岸工程技术的发展,以及对跨水域交通需求的增加,水中悬浮隧道以其独特的优势受到关注。为了进一步认识和了解这一创新型水下交通结构,结合近年来国内外出现的拟建悬浮隧道设计方案,对其中涉及到的断面形式、支撑系统、结构连接、结构材料、作用荷载等基本方面进行分类概述,最后提出相关建议及展望。对国内外悬浮隧道设计方案的综述,希望能为今后悬浮隧道的研究、设计提供借鉴和参考。

解构深海悬浮隧道

随着水下隧道的建设水域,逐渐由地势平坦的江河向沟槽发育的海湾和海峡发展,传统建设工法在复杂水域面临着巨大挑战,需要不断突破和创新。悬浮隧道建设是面向未来、面向科技前沿、具有重大挑战的世界级难题,是未来解决峡湾跨越、深海通道等重大交通工程的重要方式,对我国引领未来交通运输发展具有重要意义。