本发明涉及一种水下悬浮隧道,具体涉及一种水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统。
背景技术：
水中悬浮隧道，英文名称为“submergedfloatingtunnel”，简称“sft”。在意大利又称“阿基米德桥”，简称“pda”桥。一般由浮在水中一定深度的管状体(该管状体的空间较大，足以适应道路和铁道交通的要求)、支撑系统(锚固在海底基础上的锚缆、墩柱或水上的浮箱)及与两岸的构筑物组成。它是交通运输工具跨越被深水分隔的两岸之间的一种新型结构物，适用于所有需在水中穿行的交通运载工具，可通行火车、汽车、小型机动车和行人，还可以做成穿行各种管道和电缆的服务通道。水中悬浮隧道和传统的沉埋隧道或掘进隧道的区别是：悬浮隧道结构被水包围着，既不是位于地层上也不穿越地层，而是主要依靠其自身结构的重力、结构受到的浮力以及支撑系统的锚固力来保持在固定的位置上。悬浮隧道四周密封，这种结构具有普通隧道的所有特点，从使用的观点来看应被认为是“隧道”而不是“桥梁”。
悬浮隧道可以穿越不同的水域，如河流、峡湾、海峡、湖泊等，对那些由于考虑深水或两岸距离太大而认为不可跨越的地方提供了可能和可以接受的固定跨越结构形式。悬浮隧道修建在水下一定深度，相比于水面敞开式通道和轮渡运输，恶劣的风浪、雾、雨、雪等天气不会对悬浮隧道的全天候运营带来影响。在保证相同通航能力的前提下，与桥梁相比悬浮隧道的坡度较为平缓而且总长度也减小，悬浮隧道在修建过程和投入使用都不会对环境和自然景观造成影响；当超过一定的跨度和水深时，悬浮隧道的单位造价不会随着跨越通道长度或水道深度的增加有显著提高，而斜拉桥和悬索桥的单位造价则会随着跨度的增加明显地增加。
虽然悬浮隧道与沉管隧道、深埋隧道、桥梁等跨海通道方案相比，具有一定优势，但悬浮隧道的设计、施工仍然是一个世界性的难题，至今尚无建成的悬浮隧道。目前世界上主要有7个国家(挪威、意大利、日本、中国、瑞士、巴西、美国)在研究，研究发现的诸多技术问题主要有：总体结构布置、隧道材料、锚固系统结构型式、隧道连接型式及接岸结构设计、隧道结构可实施性、施工与营运风险等。这些问题能否解决，决定了悬浮隧道能否从可行性方案走向实际工程。
迄今为止，悬浮隧道研究中，根据悬浮隧道自身重力与所受浮力之间的关系，提出的结构型式大致可分为三类：浮筒式、锚固式、墩柱式。浮筒式悬浮隧道是通过锚索或锚链把隧道悬挂于水面的浮筒上，隧道重力大于浮力，垂直方向受潮位涨落影响很大；锚固式悬浮隧道是通过张力腿或锚索把隧道锚固于海床以下的锚碇基础上，隧道重力小于浮力，隧道会在水动力作用下发生位移或晃动；墩柱式其实是支承在水下墩柱上的隧道桥，施工难度大且造价昂贵。由于隧道漂浮于水中，隧道安装施工受风、浪、流及船行波等影响，三种型式的隧道水下定位、水下或水上对接施工难度都很大，且水下营运期舒适度及安全风险均难以预估。
为了使悬浮隧道的受力更为合理，减小施工期不利海况的影响，更有利于施工期的控制、营运期的维护与零部件更换，提出了一种水下斜拉式缆索体系悬浮隧道结构及隧道管节顶推安装的施工方法。水下斜拉式缆索体系悬浮隧道由水中悬浮隧道1、接岸结构2、斜拉索锚碇系统、浮重比调节系统、防撞警示系统、逃生系统、隧道附属设施等组成。水中悬浮隧道1与接岸结构2相连，通过陆域斜坡隧道6与地面道路连接，水中悬浮隧道1上设斜拉索3并固于隧道两侧岸5上的拉索锚碇墩4上形成稳定的受力体系(见图1)。斜拉式悬浮隧道的管节顶推安装的施工方法为：所有的管节在隧道陆域进(或出)口后方预制场预制后，经由陆域斜坡隧道6运输至接岸结构2内，进行逐节对接、二次舾装、密封入水，然后逐节顶推至对岸的接岸结构2内，顶推完成后，在接岸结构2内浇灌接岸段管节外表面的混凝土，完成水中悬浮隧道1两端的接岸段管节与接岸结构2的固结。
籍此需要提出一种与水下斜拉式缆索体系悬浮隧道结构及施工方法相对应的拉索锚锭系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于填补现有技术的空白而提供一种水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，它在隧道管节安装时，可用于隧道定位；在隧道营运期，又可进行索力监测与拉索维护及更换。
本发明的目的是这样实现的：一种水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，所述水下斜拉式悬浮隧道包括隧道本体、一对接岸结构、拉索锚碇系统和浮重比调节系统；所述隧道本体包括水中悬浮隧道和陆域斜坡隧道；
所述拉索锚碇系统采用双向单索面或双向双索面并包括四个拉索接收井、四组拉索转向墩、拉索坡道和多道斜拉索；其中，
四个拉索接收井各自设在隧道两侧的彼岸侧海岸上和隧道两侧的对岸侧海岸上；每个所述拉索接收井包括拉索锚碇墩和监控室；所述拉索锚碇墩设在拉索接收井的下部；所述拉索锚碇墩的临水侧设有导缆器；拉索锚碇墩的中部开设索力监测槽，索力监测槽内设置索力监测器，索力监测槽的两端为锚碇块；拉索锚碇墩的后端设置电动锚机；所述监控室设在拉索接收井的上部，该监控室内设置斜拉索监控装置；
四组拉索转向墩各自设在隧道两侧的彼岸侧海岸岸坡上和隧道两侧的对岸侧海岸岸坡上并一一对应地靠近四个拉索接收井；每组拉索转向墩均位于航道最大深度处；每组拉索转向墩的数量为斜拉索总道数的一半；每个拉索转向墩的底部均高于水中悬浮隧道的高程且不高于航道最小底高程；每个拉索转向墩的内部沿斜拉索方向设置拉索通道，拉索通道上预埋有转向导缆器；
所述拉索坡道设在每组拉索转向墩与对应的拉索接收井之间的岸坡上；
多道斜拉索的一半为彼岸侧斜拉索，另一半为对岸侧斜拉索；每道斜拉索包括两根各自连接在水中悬浮隧道两侧的斜拉索或四根以两两一对各自连接在水中悬浮隧道两侧的斜拉索；所述彼岸侧斜拉索的一端间隔地锚固在靠近彼岸的一半长度的水中悬浮隧道的两侧外表面的拉索锚上，彼岸侧斜拉索的另一端各自穿过设在彼岸的两组拉索转向墩后沿拉索坡道引伸至地面，再锚固于设在彼岸的两个拉索锚碇墩上；所述对岸侧斜拉索的一端间隔地锚固在靠近对岸的水中悬浮隧道的两侧外表面的拉索锚上，对岸侧斜拉索的另一端各自穿过设在对岸的两组拉索转向墩后沿拉索坡道引伸至地面，再锚固于设在对岸的两个拉索锚碇墩上。
上述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其中，所述拉索锚锭系统还包括四个各自设在四个拉索接收井的后方的陆上地面上的动力站。
上述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其中，所述拉索锚碇墩为下部设桩基础的钢筋混凝土墩式结构。
上述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其中，每个拉索转向墩为下部设桩基础的钢筋混凝土墩式结构。
上述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其中，所述拉索坡道的结构至下而上依次为抛石护坡、碎石垫层和混凝土面层。
上述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其中，所述斜拉索采用超高分子量聚乙烯纤维缆，斜拉索的水中浮重比为1。
本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统具有以下特点：
1)本发明的水下悬浮隧道拉索锚碇系统适用于斜拉式水下悬浮隧道型式，尤其适用于采用顶推安装工艺的斜拉式悬浮隧道型式。
2)本发明的拉索锚碇系统在隧道管节安装时，可用于隧道定位；在隧道营运期，又可进行索力监测与拉索维护及更换。
3)本发明的水下悬浮隧道拉索锚碇系统将斜拉索引伸至水面以上，且拉索锚碇墩位于拉索监控室内，因此，悬浮隧道管节安装不受外海水文、气象条件制约，大大减少工期。
4)本发明的水下悬浮隧道拉索锚碇系统能在施工期与营运期对悬浮隧道浮重比调节时相应调整斜拉索的长度和拉力。
附图说明
图1是水下斜拉式悬浮隧道的平面图；
图2是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统的结构示意图；
图3是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统中拉索接收井的结构示意图；
图4是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统中拉索锚碇墩的结构示意图；
图5是本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统中拉索转向墩的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图5，本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，适用的水下斜拉式悬浮隧道由隧道本体、一对接岸结构2、斜拉索锚碇系统和浮重比调节系统、防撞警示系统、逃生系统、隧道附属设施等组成。隧道本体包括水中悬浮隧道1和陆域斜坡隧道6，水中悬浮隧道1由预制的多段隧道管节连接而成；一对接岸结构2各自设在两岸岸坡5附近的稳定地基上。
本发明的拉索锚碇系统采用双向单索面或双向双索面并包括四个拉索接收井4、四个动力站7、四组拉索转向墩8、拉索坡道9和多道斜拉索3。
四个拉索接收井4各自设在隧道两侧的彼岸侧海岸上和隧道两侧的对岸侧海岸上；每个拉索接收井4包括拉索锚碇墩4a和监控室4b；其中，
拉索锚碇墩4a设在拉索接收井4的下部；拉索锚碇墩4a为下部设桩基础40的钢筋混凝土墩式结构，以增加抗拔力并保证岸坡稳定；拉索锚碇墩4a的临水侧设有导缆器41，使斜拉索3转向水平方向；拉索锚碇墩4a的中部设有索力监测槽42，索力监测槽42内设置索力监测器43；索力监测槽42的两端为锚碇块，锚碇块均用于斜拉索3锚固；拉索锚碇墩4a的后端设置电动锚机44，用于斜拉索3张紧；
监控室4b设在拉索接收井4的上部，监控室4b内设置斜拉索监控装置45。
四个动力站7一一对应地设在四个拉索接收井4的后方的陆上地面上。
四组拉索转向墩8各自设在隧道两侧的彼岸侧海岸岸坡上和隧道两侧的对岸侧海岸岸坡上并一一对应地靠近四个拉索接收井4；每组拉索转向墩8均位于航道最大深度处；每组拉索转向墩4的数量为斜拉索3总道数的一半；每个拉索转向墩8为下部设桩基础80的钢筋混凝土墩式结构；每个拉索转向墩8的底部均高于水中悬浮隧道1的高程且不高于航道最小底高程；每个拉索转向墩8的内部沿斜拉索3方向设置拉索通道，拉索通道上预埋有转向导缆器81。
拉索坡道9设在每组拉索转向墩8与对应的拉索接收井4之间的岸坡上；拉索坡道9的结构至下而上依次为抛石护坡、碎石垫层和混凝土面层。
多道斜拉索3的一半为彼岸侧斜拉索，另一半为对岸侧斜拉索；若采用双向单索面，每道斜拉索3包括两根各自连接在水中悬浮隧道1两侧的斜拉索；若采用双向双索面，每道斜拉索3包括四根以两两一对各自连接在水中悬浮隧道1两侧的斜拉索；彼岸侧斜拉索的一端间隔地锚固在靠近彼岸的一半长度的水中悬浮隧道1的两侧外表面的拉索锚上，彼岸侧斜拉索的另一端各自通穿过设在彼岸的两组拉索转向墩8后沿拉索坡道9引伸至地面，再锚固于设在彼岸的两个拉索锚碇墩4a上；对岸侧斜拉索3的一端间隔地锚固在靠近对岸的水中悬浮隧道1的两侧外表面的拉索锚上，对岸侧斜拉索的另一端各自穿过设在对岸的两组拉索转向墩8后沿拉索坡道9引伸至地面，再锚固于设在对岸的两个拉索锚碇墩4a上。
斜拉索3主要用于抵抗水流力等水平力，同时为了保持水中悬浮隧道1的水下稳定，水中悬浮隧道1的重力略大于浮力，同时考虑到营运期水中悬浮隧道1的自重可能会加大，因此斜拉索3同时承受部分隧道管节的重量产生的垂直力，斜拉索3必须具备耐磨、耐腐、抗拉强度高及便于更换等性能要求，因此斜拉索3采用超高分子量聚乙烯纤维缆，并且斜拉索3的水中浮重比为1。
本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，主要用于固定水中悬浮隧道1，其基本原理是斜拉索3提供给水中悬浮隧道1斜向上的拉力，与隧道管节所承受的重力、水流力、波浪力等产生力的平衡，使水中悬浮隧道1能够稳定于设计位置。力的传递方式为隧道管节所受的荷载通过斜拉索3传递至拉索锚定墩4a。拉索锚碇系统需满足悬浮隧道施工期隧道管节水下顶推安装工艺要求和悬浮隧道使用期斜拉索3的锚碇与受力监控要求。设计的基本原则是受力体系合理、技术可靠、施工方便，同时具备良好的耐久性及可维护。
斜拉索3锚固于岸上的拉索锚碇墩4a上，拉索锚碇墩4a必须位于海岸地面稳定的地基上，且满足边坡稳定的要求，必须进行抗拔力及对岸坡稳定性验算。拉索锚碇墩4a上布置索力监测器43与电动锚机44，用于索力监控。斜拉索3的索力监控、营运期的更换在拉索锚碇墩4a上的拉索监控室4b内进行。斜拉索3通过拉索转向墩8中的转向导缆器81沿着水下的拉索坡道9引伸至地面，锚固于拉索锚碇墩4a上；每道斜拉索3单独配置一个拉索转向墩8，拉索转向墩8是用于斜拉索3的转向并且是为了降低斜拉索3在水中的标高，使之不影响通航；斜拉索3由拉索转向墩8中的转向导缆器81的下部穿过，然后沿着拉索坡道9引伸至水面之上，以便于斜拉索3的张紧操作；当张紧斜拉索3时，拉索转向墩8受到向上的拉力，因此拉索转向墩8必须具有足够的抗拔力和承受水平荷载的能力。拉索转向墩8的底部高于隧道高程，且不高于航道最小底高程，拉索面与水平方向夹角不大于45°且拉索转向墩8必须位于岸坡内稳定的地基上，满足边坡稳定的要求，必须进行抗拔力及岸坡稳定性验算。拉索坡道9的坡面为整体式，即包括单侧所有斜拉索3的范围，既防止斜拉索3受到磨损，又对岸坡进行防护。
本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统的施工步骤如下：
步骤一：拉索转向墩8的桩基水上沉桩。
步骤二：拉索转向墩8围堰施工；
步骤三：拉索转向墩8现浇施工；
步骤四：拉索坡道9施工；
步骤五：拉索锚碇墩4a的混凝土现浇施工；
步骤六：拉索转向墩8上的斜拉索3的临时导缆索安装；
步骤七：拉索转向墩8的围堰拆除；
步骤八：隧道管节安装，斜拉索3安装、初张拉；
步骤九：水中悬浮隧道1的索力调节；
步骤十：斜拉索3的锚固端保险索安装、封锚。
本发明的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统的施工要求是：
斜拉索3与隧道管节的对接端在接岸结构2安装，并将其全部临时固定在隧道管节上，斜拉索3的另一端用牵引绳穿过拉索转向墩8并引至拉索锚定墩4a上。斜拉索3随隧道管节顶推出接岸结构2后张拉牵引绳将斜拉索3引至拉索锚定墩4a，然后根据隧道管节顶推及斜拉索3的受力要求调节斜拉索3的长度和拉力。斜拉索3的长度和拉力通过拉索锚定墩4a上的电动锚机44调整，斜拉索3的拉力大小通过索力监测器43实时测得。
拉索转向墩8位于水中，桩基80可以采用打桩船施工或水上搭设临时平台施工，混凝土墩台及附属设施安装可采用围堰法形成干施工条件后施工。
拉索坡道9的水面以下部分可以由挖泥船进行基槽开挖，水上抛石护坡，潜水员水下整平碎石基础，混凝土面层采用预制安装方法施工；水面以上部分采用挖机进行土方开挖及基础换填，混凝土采用现浇工艺，必要时可以设置临时支护结构。
拉索锚碇井4的结构施工位于岸边，拉索锚定墩4a的施工可采用围堰内现浇法，其余结构均位于陆上地面以上，施工方法简便。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
1.一种水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，所述水下斜拉式悬浮隧道包括隧道本体、一对接岸结构、拉索锚碇系统和浮重比调节系统；所述隧道本体包括水中悬浮隧道和陆域斜坡隧道；其特征在于，
所述拉索锚碇系统采用双向单索面或双向双索面并包括四个拉索接收井、四组拉索转向墩、拉索坡道和多道斜拉索；其中，
四个拉索接收井各自设在隧道两侧的彼岸侧海岸上和隧道两侧的对岸侧海岸上；每个所述拉索接收井包括拉索锚碇墩和监控室；所述拉索锚碇墩设在拉索接收井的下部；所述拉索锚碇墩的临水侧设有导缆器；拉索锚碇墩的中部开设索力监测槽，索力监测槽内设置索力监测器，索力监测槽的两端为锚碇块；拉索锚碇墩的后端设置电动锚机；所述监控室设在拉索接收井的上部，该监控室内设置斜拉索监控装置；
四组拉索转向墩各自设在隧道两侧的彼岸侧海岸岸坡上和隧道两侧的对岸侧海岸岸坡上并一一对应地靠近四个拉索接收井；每组拉索转向墩均位于航道最大深度处；每组拉索转向墩的数量为斜拉索总道数的一半；每个拉索转向墩的底部均高于水中悬浮隧道的高程且不高于航道最小底高程；每个拉索转向墩的内部沿斜拉索方向设置拉索通道，拉索通道上预埋有转向导缆器；
所述拉索坡道设在每组拉索转向墩与对应的拉索接收井之间的岸坡上；
多道斜拉索的一半为彼岸侧斜拉索，另一半为对岸侧斜拉索；每道斜拉索包括两根各自连接在水中悬浮隧道两侧的斜拉索或四根以两两一对各自连接在水中悬浮隧道两侧的斜拉索；所述彼岸侧斜拉索的一端间隔地锚固在靠近彼岸的一半长度的水中悬浮隧道的两侧外表面的拉索锚上，彼岸侧斜拉索的另一端各自穿过设在彼岸的两组拉索转向墩后沿拉索坡道引伸至地面，再锚固于设在彼岸的两个拉索锚碇墩上；所述对岸侧斜拉索的一端间隔地锚固在靠近对岸的水中悬浮隧道的两侧外表面的拉索锚上，对岸侧斜拉索的另一端各自穿过设在对岸的两组拉索转向墩后沿拉索坡道引伸至地面，再锚固于设在对岸的两个拉索锚碇墩上。
2.根据权利要求1所述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其特征在于，所述拉索锚锭系统还包括四个各自设在四个拉索接收井的后方的陆上地面上的动力站。
3.根据权利要求1或2所述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其特征在于，所述拉索锚碇墩为下部设桩基础的钢筋混凝土墩式结构。
4.根据权利要求1或2所述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其特征在于，每个拉索转向墩为下部设桩基础的钢筋混凝土墩式结构。
5.根据权利要求1或2所述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其特征在于，所述拉索坡道的结构至下而上依次为抛石护坡、碎石垫层和混凝土面层。
6.根据权利要求1或2所述的水下斜拉式悬浮隧道的拉索锚锭系统，其特征在于，所述斜拉索采用超高分子量聚乙烯纤维缆，斜拉索的水中浮重比为1。
技术总结