CN110725336A - 一种悬浮隧道接岸***及其悬浮隧道、悬浮隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮隧道接岸***、悬浮隧道及悬浮隧道施工方法，其中悬浮隧道设计方法是沿管体一端或两端分别施加轴向拉力；该悬浮隧道接岸***包括位于管体端部的接头段，接头段能够沿轴向移动，接头段上连接有用于施加轴向拉力的拉力装置；该悬浮隧道包括管体，中空内腔，管体包括悬浮段及位于两端的接岸***，两个接头段上均设有拉力装置。本发明所述悬浮隧道的设计方法和结构，通过施加管体轴向拉力，能够显著增加整个管体的水平刚度和竖向刚度，提高了管体结构自振频率，提高了悬浮隧道安全性和可靠性；有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，施工风险也更低，造价更低，有效节约了施工成本，易于实施推广。

Description

一种悬浮隧道接岸***及其悬浮隧道、悬浮隧道施工方法

技术领域

本发明涉及一种悬浮隧道工程技术领域，特别涉及一种悬浮隧道接岸***及其悬浮隧道，以及悬浮隧道施工方法。

背景技术

水中悬浮隧道作为一种新型的穿越水域的交通形式设想，一般通过结构的自重、浮力和设置在水底基础的锚固***共同作用，以维持悬浮隧道在水中的平衡和稳定。悬浮隧道由于结构和工况环境非常复杂，目前世界上并没有成功建成的先例，关于悬浮隧道的技术还停留在技术构想和试验阶段。

现有悬浮隧道结构的技术构想，总体上分为锚拉式和浮筒式。其中锚拉式悬浮隧道管体的结构浮力大于重力，通过缆索将向上浮的管体锚在海床或河床上；浮筒式悬浮隧道管体的重力大于浮力，通过浮筒将向下沉的管体“锚”在水上。锚拉式悬浮隧道的缆索从布置上有竖向的和斜向的，竖向缆索只对管体提供竖向约束。斜向缆索既对管体提供竖向约束，又对管体提供水平约束，也即对悬浮隧道结构体系的刚度贡献包括竖向刚度贡献和水平刚度贡献。浮筒式悬浮隧道的浮筒与管体的连接由于是刚性的，该浮筒式悬浮隧道通过自身水浮力的变化对悬浮隧道结构体系的刚度贡献仅为竖向刚度贡献。

此外，现有的技术构想，不管是锚拉式悬浮隧道还是浮筒式悬浮隧道，两种悬浮隧道的管体两端与岸边连接(即接岸接头)均包括固接和铰接两种方式；其中接岸接头采用固接的方式能够约束管体端部的平动和转动，接岸接头采用铰接的方式只约束管体端部的平动。两种接岸接头都主要通过管体断面的抗弯能力来提供悬浮隧道结构体的水平刚度和竖向刚度贡献。即能够预测得到的是，悬浮隧道管体采用的断面面积越大，其管体断面抗弯模量越大，悬浮隧道结构体系的水平刚度和竖向刚度均越大。

本发明人在进行本项目研究中发现浮筒式悬浮隧道和锚拉式悬浮隧道存在以下技术问题：

针对浮筒式悬浮隧道，浮筒只能通过静水浮力的变化提供竖向约束，无法提供水平约束，即无法贡献悬浮隧道结构体系的水平刚度，因此，浮筒式悬浮隧道水平刚度的贡献全部来自接岸接头的约束作用和管体断面抗弯模量。而当悬浮隧道跨越较长的水域时，无论管体的断面设计的多大，相对管体的悬浮段的长度而言，该管体整体为“细长杆”结构，该管体水平刚度仍然较弱，进而导致悬浮隧道结构在外界波浪、水流等荷载作用下挠度过大，从而影响结构安全，并导致隧道运营期的加速度过大(通常不宜超过0.3-0.5m/s²)，从而影响行车的安全性和乘客的舒适体验。

针对锚拉式悬浮隧道，存在的个问题为：

1、随着水深增加，锚固在海床或河床上的锚索越来越长，对悬浮隧道结构体系的约束作用越来越弱，对结构体系的水平刚度贡献也会越来越小，进而也存在上述浮筒式悬浮隧道的同样的问题。

2、悬浮隧道难免暴露在自然界波浪和水流的影响下，研究普遍认为由此引起的悬浮隧道管体的竖向运动，将可能导致其缆索的弹震现象(Slack and snap)，该弹震现象也即带有初张力的缆索因悬浮隧道管体运动而完全松弛，然后在恢复时又突然绷紧，这个瞬间缆索的受力可能达到其初张力的数倍，从而导致悬浮隧道产生剧烈的震动，缆索发生断裂或损坏，从而影响悬浮隧道的长期安全性，增加运营维护工作量。

针对以上两个问题，当前技术解决思路是通过设置大浮重比或残余浮力的悬浮隧道管体断面，以确保缆索始终保持较大初张力，从而避免发生弹震现象。然而这种解决方案将导致锚拉式悬浮隧道需要对深水基础抗拔承载力要求的增加，由于深水基础的处理的成本非常高，进而会大幅度提高悬浮隧道工程造价，从而降低这种锚拉式悬浮隧道设计方法的经济性，甚至过大残余浮力要求会让悬浮隧道基础方案变得不能满足施工要求。

此外，发明人还发现，这两种悬浮隧道结构的水平刚度较弱时，其主振频低，易遇到自然界波浪高能量区，共振风险大，严重影响悬浮隧道的安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有的悬浮隧道研究还停留在技术构想和试验阶段，针对浮筒式悬浮隧道技术构想的方案具有水平刚度仍然较弱的问题，其影响结构安全、行车的安全性和乘客的舒适体验，针对锚拉式悬浮隧道技术构想的方案水平刚度仍然较弱而且还容易发生弹震现象，两种悬浮隧道结构还容易在遇到自然界波浪高能量区发送共振的风险大，严重影响悬浮隧道的安全性的上述不足，而提供一种悬浮隧道接岸***及其悬浮隧道，同时还提供一种悬浮隧道的施工方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明首先提供了一种悬浮隧道设计方法，沿悬浮隧道的管体的一端或两端分别施加轴向拉力。

本发明所提供的一种悬浮隧道设计方法，相对现有的浮筒式悬浮隧道水平刚度较弱的技术问题，以及相对现有的锚拉式悬浮隧道技术构想的方案水平刚度仍然较弱而且还容易发生弹震现象的技术问题而言，通过在悬浮隧道一端或两端分别施加对管体的轴向拉力(该轴向拉力即施加沿管体轴向朝外侧的拉力)，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体的水平刚度和竖向刚度，对管体运动起到额外约束作用，从而提高悬浮隧道管体自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体挠度和加速度，同时由于还增加了设计冗余度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。由于轴向拉力的增加，令悬浮隧道管体变成了高频自振的结构体系，如一根“琴弦”，通过频率更快的振动，结合管体周边水能够有效起到阻尼效果，令该悬浮隧道在受到波浪和水流发生运动时，管体的高频振动能够使能量消耗得更快，该特点对于锚拉式悬浮隧道意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度。

此外，本发明采用的一种悬浮隧道设计方法，通过对管体两端分别施加轴向拉力的方法，起到的技术效果等同于：①浮筒式悬浮隧道采用加大断面管体的方式，采用大断面管体能够有效增加管体抗弯刚度；②锚拉式悬浮隧道采用设置数量更多的深水缆索，以提高管体水平刚度；③锚拉式悬浮隧道提高残余浮力大小，提高对深水基础抗拔力的要求。相对比较上述①②③的三种设计方法而言，本发明采用的方法不仅实现更加容易，施工风险也更低，造价也更低，更易于工程实施推广。

优选地，沿所述悬浮隧道每端施加有若干个斜向力，所有所述斜向力沿所述悬浮隧道的轴向分力的合力大小为施加在所述悬浮隧道该端部的轴向拉力大小，相应的所有所述斜向力沿所述悬浮隧道的径向分力相互抵消以使径向合力为0。

采用在悬浮隧道的每端部通过施加若干个斜向力的方式，该若干个斜向力在悬浮隧道的轴向分力的合力，作为悬浮隧道每端受到的轴向拉力，其相比较直接在悬浮隧道两端施加轴向的拉力，更容易实现和更具有操作性，而且能够增加悬浮隧道端部的竖向刚度和整体稳定性。

优选地，所述悬浮隧道管体每端被施加的各个斜向力对应的受力点，分别沿所述悬浮隧道管体表面长度方向不同位置设置。

该各个斜向力通过沿悬浮隧道管体表面的轴向长度方向各个位置进行设置，避免只沿同一截面的周向进行设置，能够有效避免悬浮隧道管体的应力集中，使悬浮隧道端部各个位置受力点尽可能均匀化，提升悬浮隧道受力结构稳定性。

优选地，沿所述悬浮隧道管体同一截面设置的所有受力点为对称设置，且每个所述受力点受到的斜向力大小相同，所述斜向力与所述悬浮隧道轴线的夹角也相同。能够有效保证悬浮隧道管体每端部在各个位置的受力点和受力大小都相同，也方便进行后续调整斜向力大小，能够有效保证相应的所有所述斜向力沿所述悬浮隧道的径向分力相互抵消以使径向合力为0。

优选地，沿所述悬浮隧道管体每端施加的所有斜向力与所述悬浮隧道轴线的夹角小于30°，在保证悬浮隧道管体竖向刚度较大同时，能够使各斜向力的轴向分力更大，其轴向分力的合力即轴向拉力也更大，有效提升悬浮隧道的水平刚度。

优选地，所述轴向拉力的大小是能够调节的，通过调节轴向拉力的大小，能够比较容易的在运营期调节悬浮隧道管体结构的自振频率，也即令悬浮隧道管体结构可以变得能够主动地调节自身固有频率，以适应工况环境，进而能够使悬浮隧道安全性更有保障。

优选地，所述悬浮隧道管体两端的接头段穿过岸边基础。该悬浮隧道的管体两端的接头段直接穿过岸边基础的中空通道，该接头段并非固接在岸边基础的中空通道上，仅仅是穿过岸边基础的中空通道，该接头段的固定是通过设置在管体上的若干个提供斜向力的缆索分别固定在岸边基础上，从而实现了悬浮隧道接头段的固定。上述岸边基础为位于河岸、湖岸或海岸的具有一定承载力的沙层、土层、岩石层或混泥土层，或者上述的几种地基复合层。

优选地，每个所述接头段和岸边基础之间还设有环向止水构件，所述环向止水构件套设在所述接头段上。

进一步地，所述环向止水构件为弹性结构件。

该岸边基础的中空通道可以设计为尺寸大于接头段，这样接头段在安装在岸边基础的中空通道时，二者存在间隙，在该间隙部位设置环向止水构件，该环向止水构件同时连接管体和岸边基础，并能具备一定的弹性而适应一定的轴向相对位移，即该接头段收到轴向拉力后环向止水构件在发生位移后仍然保持水密。

优选地，悬浮隧道为悬浮段通过拉锚***锚固在河床或海床上的锚拉式悬浮隧道，或者为悬浮段通过连接在浮筒上的浮筒式悬浮隧道，或者为悬浮段同时连接有浮筒和拉锚***的浮筒-锚拉式悬浮隧道。

该悬浮隧道的设计方法，适用于目前通用的锚固在河床或海床上的锚拉式悬浮隧道，或者为悬浮段通过连接在浮筒上的浮筒式悬浮隧道的两种悬浮隧道设计方式，或者为悬浮段同时连接有浮筒和拉锚***的这种复合式浮筒-锚拉式悬浮隧道。

本发明还提供了一种悬浮隧道接岸***，包括位于悬浮隧道端部的接头段，所述接头段能够沿轴向移动，所述接头段上连接有拉力装置，所述拉力装置用于给所述接头段施加轴向拉力。

本发明所述的一种悬浮隧道接岸***，相对现有的浮筒式悬浮隧道水平刚度较弱的技术问题，以及相对现有的锚拉式悬浮隧道技术构想的方案水平刚度仍然较弱而且还容易发生弹震现象的技术问题而言，通过采用悬浮隧道的接头段连接拉力装置，由于该拉力装置能够给接头段施加轴向拉力，该接头段受到轴向拉力后，能够沿轴向自由伸缩移动，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体的水平刚度和竖向刚度，对管体运动起到额外约束作用，从而提高悬浮隧道管体自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体挠度和加速度，同时由于还增加了设计冗余度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。由于轴向拉力的增加，令悬浮隧道管体变成了高频自振的结构体系，如一根“琴弦”，通过频率更快的振动，结合管体周边水能够有效起到阻尼效果，令该悬浮隧道在受到各个方向的波浪和水流发生运动时，管体的高频振动能够使能量消耗得更快，该特点对于锚拉式悬浮隧道意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

优选地，所述接头段穿过岸边基础并能够相对岸边基础轴向移动。该接头段是穿过岸边基础的，并非是固定或者铰接连接在岸边基础上，该接头段能够相对岸边基础轴向移动，避免该接头段在受到拉力装置的拉力时，岸边基础提供给接头段的反力来削减拉力装置提升管体水平刚度的影响。

优选地，所述拉力装置一端连接在所述接头段上，另一端连接在所述岸边基础或固定构造上，通过将拉力装置直接连接在岸边基础或固定构造上，能够有效保持悬浮隧道管体的接头段与岸边基础或固定构造的相对固定。该固定构造可以为安装在岸边基础的固定钢结构件，该钢结构件可以安装在岸边基础的地面上、堤坝上甚至水面以下。

优选地，所述拉力装置包括若干个缆索，所有所述缆索的一端沿所述悬浮隧道接头段外周设置、另一端锚固在所述岸边基础或固定构造上外周设置。

由于悬浮隧道管体体积较大，很难通过一两个缆索就可以对悬浮隧道管体提供稳定的轴向拉力，因此，考虑该拉力装置包括沿悬浮隧道接头段外周设置的若干个缆索，若干个缆索能够对悬浮隧道的接头段沿周向的各个部位分别提供拉力，所有的缆索所提供的拉力的轴向分力的合力，作为悬浮隧道每端受到的轴向拉力；由于这样分散到所需要的每个缆索所提供的拉力会更小，实际工程中更容易实现，更容易操作实施，而且也能够使悬浮隧道的在受到各个方向的波浪和水流发生运动冲击时，保持稳定性。

优选地，所有所述缆索沿所述悬浮隧道接头段表面的长度方向设置。

各个缆索沿悬浮隧道管体表面的轴向长度方向各个位置进行设置，能够在悬浮隧道管体表面各个位置提供斜向力，避免只沿同一截面的周向进行设置的缆索对悬浮隧道管体造成应力集中，从而能够使悬浮隧道端部各个位置受力点尽可能分布均匀化，以有效提升悬浮隧道受力结构稳定性。

优选地，沿所述悬浮隧道的接头段同一截面设置的所有所述缆索，与所述悬浮隧道的轴线夹角均相同，且相互设置。从而更容易对每个缆索的斜向力进行调节，从而更容易调节悬浮隧道接头段所受轴向拉力的大小。

优选地，所述缆索均为斜向连接在所述悬浮隧道的接头段，每个所述缆索与所述悬浮隧道的轴线的夹角小于30°。每个缆索均为斜向连接在悬浮隧道的接头段，其相比较直接沿悬浮隧道两端轴向来施加轴向的拉力而言，更容易实现和更具有操作性，而且还能够增加悬浮隧道端部的竖向刚度和整体稳定性。

优选地，所述拉力装置的每个所述缆索上均设有拉力调节机构。使所述拉力装置对所述接头段所施加的轴向拉力的大小能够调节，通过调节每个缆索的拉力，从而能够调节所有缆索的拉力在轴向分力的大小，从而调节接头段受到的轴向拉力的大小，从而实现悬浮隧道管体结构自振频率的调节，也即令悬浮隧道管体结构可以变得能够主动地调节自身固有频率，以适应不同的工况环境，进而能够使悬浮隧道安全性更有保障。

优选地，每个所述缆索上设有的所述拉力调节机构包括位于所述缆索端部的锚室，所述锚室设有能够调节所述缆索拉力的调节器，所有所述岸锚室均设置在所述岸边基础上。通过锚室来调节每个缆索的拉力，更加方便可靠。另外，缆索的长度根据现场岸边基础来灵活调节设置，缆索的材质可采用钢丝锁、钢管、高强缆索等材质的结构件。

优选地，每个所述接头段上设有若干个用于连接所述缆索的系缆耳，或者其他便于连接缆索的连接头。

优选地，所述缆索端部锚固在位于岸边基础内的预浇筑混凝土块内，或者锚固在位于岸边地面上的钢结构件内，钢结构件能够具有较大的拉伸强度，在两端的轴向拉力载荷作用下，能够提供悬浮隧道管体较大的水平刚度。

优选地，每个所述接头段包括设于外层的环状钢板层和中空内腔，所有所述系缆耳连接在所述钢板层上，系缆耳可以与钢板层是一体成型结构体。

优选地，所述钢板层内侧还设有环形状的钢筋混凝土层，在保证相同的结构强度情况下，采用钢板层内设钢筋混凝土层，能够有效降低施工成本。

优选地，所述钢筋混凝土层内设有一端连接在所述钢板层上若干个剪力件，以提升混凝土层与钢板层之间的连接强度。

优选地，所述钢板层与钢筋混凝土层之间还设有环形状橡胶层，以提升悬浮隧道的防撞消能作用。

优选地，所述钢筋混凝土层内侧还设有防火板层，以提高悬浮隧道内火灾发生时的防火能力。

优选地，所述防火板层内侧还设有水密钢板层，厚度为0.5-3cm，以提升隧道的防水需求。

本发明还提供了一种悬浮隧道，包括管体，所述管体具有中空内腔，所述管体包括悬浮段，所述悬浮段两端分别连接有如上述的接岸***。

该悬浮隧道结构，通过采用在管体的悬浮段两端设置如上述的接岸***，其中接头段直接穿过岸边基础，然后依靠接头段上的拉力装置对接头段提供轴向拉力，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体的水平刚度和竖向刚度，从而对管体运动起到额外的约束作用，提高悬浮隧道管体自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体挠度和加速度，同时由于还增加了设计冗余度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。由于轴向拉力的增加，令悬浮隧道管体变成了高频自振的结构体系，如一根“琴弦”，通过频率更快的振动，结合管体周边水能够有效起到阻尼效果，令该悬浮隧道在受到各个方向的波浪和水流发生运动时，管体的高频振动能够使能量消耗得更快，该特点对于锚拉式悬浮隧道意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

优选地，两个所述接岸***上的两个拉力装置所施加的轴向拉力的大小相同，方向相。

优选地，所述悬浮段和两个接头段均包括钢板层和位于所述钢板层内的钢筋混凝土层，所有所述钢板层为整体结构件，所有所述钢筋混凝土层为整体结构件。

优选地，所述管体的截面形状为圆形、方形、椭圆形或马蹄形，以适应不同水下工况环境采用的通道需求。

优选地，所述悬浮段包括若干个管体单元拼接形成。优选地，位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为50-3000m。

进一步优选地，位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为200-2000m。。考虑该轴向拉力能够对该悬浮隧道管体的水平刚度产生足够大的影响因素，其适配的悬浮隧道管体的长度不宜过长，根据设计要求，选用悬浮隧道位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为50-3000m，其中200-2000m更优。优选地，所述悬浮段上设有能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者所述悬浮段上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置。

本发明还提供了一种悬浮隧道，所述管体具有中空内腔，所述管体包括悬浮段，所述悬浮段一端连接有上述的接岸***，另一端连接有固定在岸边基础的止拉段。

优选地，所述止拉段包括设置在悬浮段端部的径向凸起部，所述岸边基础设有与所述凸起部适配的凹槽部。

优选地，所述凸起部为与所述悬浮段一体成型的结构件。

优选地，所述止拉段为连接在悬浮段端部的重力式沉箱结构。

优选地，所述重力式沉箱结构为钢质或钢筋混凝土沉箱结构件。

优选地，所述止拉段为连接在悬浮段端部的若干个抗拉锚杆，所有所述抗拉锚杆锚固在所述岸边基础上。

优选地，所述悬浮段和两个接头段均包括钢板层和位于所述钢板层内的钢筋混凝土层，所有所述钢板层为整体结构件，所有所述钢筋混凝土层为整体结构件。

优选地，所述管体的截面形状为圆形、方形、椭圆形或马蹄形，以适应不同水下工况环境采用的通道需求。

优选地，所述悬浮段包括若干个管体单元拼接形成。优选地，位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为50-3000m。

本发明还提供了一种悬浮隧道的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、制造悬浮隧道的悬浮段和两个接头段；

步骤二、施工用于配合悬浮隧道接头段的两个岸边基础的通孔；

步骤三、分别将两个所述接头段穿过所述岸边基础的通孔，并通过所述拉力装置连接在所述岸边基础上；

步骤四、将所述悬浮段两端分别连接两个所述接头段，形成悬浮隧道管体；

步骤五、在所述悬浮段上安装能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者在所述悬浮段上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置；

步骤六、对两个所述接头段上的拉力装置施加轴向拉力，并对锚固装置施加拉力，调节各拉力符合受力要求后，最终完成悬浮隧道的施工。

本发明所述的一种悬浮隧道的施工方法，通过制造悬浮隧道的悬浮段和两个接头段，通过先将两个接头段分别采用拉力装置连接在岸边基础上，然后在分段拼接形成悬浮段，最后在将悬浮段分别连接两个接头段，然后再调节两个拉力装置对管体的轴向拉力，最终形成悬浮隧道；该施工方法操作简单，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

本发明还提供了一种悬浮隧道的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、制造悬浮隧道的悬浮段和接头段、止拉段；

步骤二、施工用于配合悬浮隧道接头段的岸边基础的通孔；

步骤三、将所述接头段穿过所述岸边基础的通孔，并通过所述拉力装置连接在所述岸边基础上；

步骤四、施工用于配合悬浮隧道止拉段，并将止拉段安装在所述岸边基础上；

步骤五、将所述悬浮段两端分别连接所述接头段和止拉段，形成悬浮隧道管体；

步骤六、在所述悬浮段上安装能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者在所述悬浮段上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置；

步骤七、对所述接头段上的拉力装置施加轴向拉力，并对锚固装置施加拉力，调节各拉力符合受力要求后，最终完成悬浮隧道的施工。

本发明所述的一种悬浮隧道的施工方法，通过制造悬浮隧道的悬浮段和一个接头段、一个止拉段，通过先将一个接头段采用拉力装置连接在岸边基础上，同时将止拉段连接在岸边基础上，然后在分段拼接形成悬浮段后，悬浮段分别连接接头段和止拉段，形成整个悬浮隧道管体，然后再调节两个拉力装置对管体的轴向拉力，最终形成悬浮隧道；该施工方法操作简单，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明采用的一种悬浮隧道设计方法，通过对管体一端或两端分别施加轴向拉力的方法，起到的技术效果等同于：①浮筒式悬浮隧道采用加大断面管体的方式，采用大断面管体能够有效增加管体抗弯刚度；②锚拉式悬浮隧道采用设置数量更多的深水缆索，以提高管体水平刚度；③锚拉式悬浮隧道提高残余浮力大小，提高对深水基础抗拔力的要求。相对比较上述①②③的三种设计方法而言，本发明采用的方法不仅实现更加容易，施工风险也更低，造价也更低，更易于工程实施推广；

2.本发明所述的一种悬浮隧道接岸***，相对现有的浮筒式悬浮隧道水平刚度较弱的技术问题，以及相对现有的锚拉式悬浮隧道技术构想的方案水平刚度仍然较弱而且还容易发生弹震现象的技术问题而言，通过采用悬浮隧道的接头段直接穿过岸边基础，然后依靠接头段上的拉力装置对接头段提供轴向拉力，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体的水平刚度和竖向刚度，对管体运动起到额外约束作用，从而提高悬浮隧道管体自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体挠度和加速度，同时由于还增加了设计冗余度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。由于轴向拉力的增加，令悬浮隧道管体变成了高频自振的结构体系，如一根“琴弦”，通过频率更快的振动，结合管体周边水能够有效起到阻尼效果，令该悬浮隧道在受到各个方向的波浪和水流发生运动时，管体的高频振动能够使能量消耗得更快，该特点对于锚拉式悬浮隧道意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广；

3.本发明所述的悬浮隧道结构，通过采用在管体的悬浮段两端设置如上述的接岸***，其中接头段直接穿过岸边基础，然后依靠接头段上的拉力装置对接头段提供轴向拉力，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体的水平刚度和竖向刚度，从而对管体运动起到额外的约束作用，提高悬浮隧道管体自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体挠度和加速度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。该悬浮隧道结构应用于锚拉式悬浮隧道，意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广；

4.本发明所述的一种悬浮隧道的施工方法，通过先将两个接头段分别采用拉力装置连接在岸边基础上，然后在分段拼接形成悬浮段，最后在将悬浮段分别连接两个接头段，然后再调节两个拉力装置对管体的轴向拉力，最终形成悬浮隧道；该施工方法操作简单，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广；

5.本发明所述的一种悬浮隧道的施工方法，通过制造悬浮隧道的悬浮段和一个接头段、一个止拉段，通过先将一个接头段采用拉力装置连接在岸边基础上，同时将止拉段连接在岸边基础上，然后在分段拼接形成悬浮段后，悬浮段分别连接接头段和止拉段，形成整个悬浮隧道管体，然后再调节两个拉力装置对管体的轴向拉力，最终形成悬浮隧道；该施工方法操作简单，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

附图说明：

图1为悬浮隧道设计方法的原理图；

图1a为现有悬浮隧道结构的刚度体系示意图；

图1b为本发明所述悬浮隧道增加轴向拉力后的结构刚度体系示意图；

图1c为本发明所述悬浮隧道增加轴向拉力后的管体受力效果图；

图2为现有技术无轴向拉力的悬浮隧道固有频率与本发明所述有轴向拉力悬浮隧道固有频率的关系图；

图3为本发明所述悬浮隧道第一种结构示意图。

图4为图3中本发明所述悬浮隧道第一种结构悬浮隧道管体A-A截面示意图。

图5为图3中本发明所述悬浮隧道第一种结构悬浮隧道管体与拉力装置相互连接的轴侧图。

图6为本发明所述悬浮隧道管体管壁截面的四种结构设计图(6a-6d)。

图7为本发明所述悬浮隧道管体管壁与拉力装置两种连接结构图(7a、7b)

图8为本发明所述悬浮隧道第二种结构示意图。

图9为本发明所述悬浮隧道管体为圆形截面形状图。

图10为本发明所述悬浮隧道管体为方形截面形状图。

图11为本发明所述悬浮隧道管体为马蹄形截面形状图。

图中标记：

101、岸边基础，1、管体，11、悬浮段，12、接头段，13、钢板层，14、钢筋混凝土层，15、剪力件，16、橡胶层，17、路面层，18、内腔，2、拉力装置，21、系缆耳，22、缆索，23、锚室，3、止拉段，31、凸起部，32、凹槽部。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例1提供了一种悬浮隧道设计方法，沿悬浮隧道的管体1两端分别施加轴向拉力。当然，也可以沿悬浮隧道的管体1的一端施加轴向拉力，而另一端只提供反力。

通过对悬浮隧道管体1受力分析，在悬浮隧道管体1两端都施加轴向拉力时前后受力发生的变化。如图1a-1c所示，现有技术悬浮隧道的结构刚度体系，由管体1和锚固体系两部分的刚度贡献组成(如图1a所示)，该锚固体系可以是缆索22，也可以是浮筒，也可以是两者合成。本实施例通过施加管体1轴向拉力(图1b所示)，其额外增加了刚度(原理见图1c)，从而有效提高了悬浮隧道结构的固有频率。

从数学方式来进行说明：将悬浮隧道管体1简化为工程常用的Euler-Bernoulli梁，取一个微段，现有悬浮隧道管体1运动方程(如公式1)可写成右边是外界激发力，左边是四个与之平衡的力，从左往右依次是管体1的弯曲力(来自管体1抗弯特性和锚固形式)、弹性力(来自锚固***)、阻尼力(主要来自管体1的运动)和惯性力(主要来自管体1的加速度)。而本发明在该运动方程的左边引入了一个新力，轴向拉力的竖向力(即轴向拉力引起的几何刚度在隧道管体1运动时产生的竖向力)。因此，在外力大小不变条件下，为了保持方程的平衡，随着轴向拉力的增大，方程左侧其它力相应减小，也就意味着管体1运动和变形减小。从而从数学公式也可说明随着轴向拉力的增大，管节运动和变形受到限制。管体1轴向拉力对悬浮隧道结构振动频率的影响，可将管体1比作用被拉紧的琴弦，并用琴弦的公式表达(公式3)，由公式可见琴弦的固有频率只与弦长(隧道长度)和弦的质量(管体1质量)有关，与前者成反比，且与更号下的后者成反比。现有技术悬浮隧道体系自身的固有频率下增加轴力时，频率的增长关系(f_{管体带轴力的悬浮隧道})近似等于无轴力时的悬浮隧道结构频率(f_{管体不带轴力的悬浮隧道})与加轴力忽略其它效应(f_N)时的弦频率的平方和(如公式4和以及图2)。

说明：公式1为现有设计中悬浮隧道管体1运动方程，等号左边从左到右分别为管体1受到的：弯曲力、弹性力、阻尼力、惯性力，等号右边为外界激发力。

说明：公式2为本发明涉及的悬浮隧道管体1运动方程，等号左边从左到右分别为管体1受到的：弯曲力、轴向拉力的竖向力、弹性力、阻尼力、惯性力，等号右边为外界激发力。新的一项为第二项——轴向拉力的竖向力。

琴弦的自振频率，L长度、m质量、N为拉力

上述沿所述悬浮隧道可以采用为每端施加若干个斜向力，所有所述斜向力沿所述悬浮隧道的轴向分力的合力大小为施加在所述悬浮隧道该端部的轴向拉力大小，相应的所有所述斜向力沿所述悬浮隧道的径向分力相互抵消以使径向合力为0。采用在悬浮隧道的每端部通过施加若干个斜向力的方式，该若干个斜向力在悬浮隧道的轴向分力的合力，作为悬浮隧道每端受到的轴向拉力，其相比较直接在悬浮隧道两端施加轴向的拉力，更容易实现和更具有操作性，而且能够增加悬浮隧道端部的竖向刚度和整体稳定性。

另外，悬浮隧道管体1每端被施加的各个斜向力对应的受力点，分别沿所述悬浮隧道管体1表面长度方向不同位置设置。该各个斜向力通过沿悬浮隧道管体1表面的轴向长度方向各个位置进行设置，避免只沿同一截面的周向进行设置，能够有效避免悬浮隧道管体1的应力集中，使悬浮隧道端部各个位置受力点尽可能均匀化，提升悬浮隧道受力结构稳定性。特别的，沿所述悬浮隧道管体1同一截面设置的所有受力点为对称设置，且每个所述受力点受到的斜向力大小相同，所述斜向力与所述悬浮隧道轴线的夹角也相同。能够有效保证悬浮隧道管体1每端部在各个位置的受力点和受力大小都相同，也方便进行后续调整斜向力大小，能够有效保证相应的所有所述斜向力沿所述悬浮隧道的径向分力相互抵消以使径向合力为0。

上述沿悬浮隧道管体1每端施加的所有斜向力与所述悬浮隧道轴线的夹角α(如图3所示)小于30°，在保证悬浮隧道管体1竖向刚度较大同时，能够使各斜向力的轴向分力更大，其轴向分力的合力即轴向拉力也更大，有效提升悬浮隧道的水平刚度。

另外，所述轴向拉力的大小是能够调节的，通过调节轴向拉力的大小，能够比较容易的在运营期调节悬浮隧道管体1结构的自振频率，也即令悬浮隧道管体1结构可以变得能够主动地调节自身固有频率，以适应工况环境，进而能够使悬浮隧道安全性更有保障。上述悬浮隧道管体1两端的接头段12穿过岸边基础101。该悬浮隧道的管体1两端的接头段12是直接穿过岸边基础101的中空通道，该接头段12并非固接在岸边基础101的中空通道上，仅仅是穿过岸边基础101的中空通道，该接头段12的固定是通过设置在管体1上的若干个提供斜向力的缆索22分别固定在岸边基础101上，从而实现了悬浮隧道接头段12的固定。需要说明的是，本发明所述的岸边基础101为位于河岸、湖岸或海岸的具有一定承载力的沙层、土层、岩石层或混泥土层，或者上述的几种地基复合层。

上述悬浮隧道为悬浮段11通过锚固在河床或海床上的锚拉式悬浮隧道，或者为悬浮段11通过连接在浮筒上的浮筒式悬浮隧道。该悬浮隧道的设计方法，适用于目前通用的锚固在河床或海床上的锚拉式悬浮隧道，或者为悬浮段11通过连接在浮筒上的浮筒式悬浮隧道的两种悬浮隧道设计方式，或者为悬浮段11同时连接有浮筒和拉锚***的这种复合式浮筒-锚拉式悬浮隧道，可以根据实际选择悬浮段11的约束方式。

本发明所提供的一种悬浮隧道设计方法，相对现有的浮筒式悬浮隧道水平刚度较弱的技术问题，以及相对现有的锚拉式悬浮隧道技术构想的方案水平刚度仍然较弱而且还容易发生弹震现象的技术问题而言，通过在悬浮隧道两端分别施加对管体1的轴向拉力，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体1的水平刚度和竖向刚度，对管体1运动起到额外约束作用，从而提高悬浮隧道管体1自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体1挠度和加速度，同时由于还增加了设计冗余度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。如图2所示，由于轴向拉力的增加，令悬浮隧道管体1变成了高频自振的结构体系，如一根“琴弦”，通过频率更快的振动，结合管体1周边水能够有效起到阻尼效果，令该悬浮隧道在受到波浪和水流发生运动时，管体1的高频振动能够使能量消耗得更快，该特点对于锚拉式悬浮隧道意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体1上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索22所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索22和基础的长期使用，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度。

此外，本发明采用的一种悬浮隧道设计方法，通过对管体1两端分别施加轴向拉力的方法，起到的技术效果等同于：

①浮筒式悬浮隧道采用加大断面管体1的方式，采用大断面管体1能够有效增加管体1抗弯刚度；

②锚拉式悬浮隧道采用设置数量更多的深水缆索22，以提高管体1水平刚度；

③锚拉式悬浮隧道提高残余浮力大小，提高对深水基础抗拔力的要求。

相对比较上述①②③的三种设计方法而言，本发明采用的方法不仅实现更加容易，施工风险也更低，造价也更低，更易于工程实施推广。

实施例2

如图3-5所示，本实施例2还提供了一种悬浮隧道接岸***，包括位于悬浮隧道端部的接头段12，该接头段12能够沿管体轴向移动，所述接头段12上设有拉力装置2，所述拉力装置2用于给所述接头段12施加轴向拉力。

其中，上述所述接头段12是穿过岸边基础101的，并非是固定或者铰接连接在岸边基础101上，该接头段12能够相对岸边基础101能够沿管体1的轴向移动，避免该接头段12在受到拉力装置2的拉力时，岸边基础101提供给接头段12的反力来削减拉力装置提升管体1水平刚度的影响。

拉力装置2连接在所述岸边基础101上，通过将拉力装置2直接连接在岸边基础101上，能够有效保持悬浮隧道管体1的接头段12与岸边基础101的相对固定。拉力装置2包括沿所述悬浮隧道接头段12外周设置的若干个缆索22，每个所述缆索22锚固在所述岸边基础101或固定构造上。由于悬浮隧道管体1体积较大，很难通过一两个缆索22就可以对悬浮隧道管体1提供稳定的轴向拉力，因此，考虑该拉力装置2包括沿悬浮隧道接头段12外周设置的若干个缆索22，若干个缆索22能够对悬浮隧道的接头段12沿周向的各个部位分别提供拉力，所有的缆索22所提供的拉力的轴向分力的合力，作为悬浮隧道每端受到的轴向拉力；由于这样分散到所需要的每个缆索22所提供的拉力会更小，实际工程中更容易实现，更容易操作实施，而且也能够使悬浮隧道的在受到各个方向的波浪和水流发生运动冲击时，保持稳定性。上述的固定构造可以为安装在岸边基础101的固定钢结构件，该钢结构件可以安装在岸边基础101的地面上、堤坝上甚至水面以下。

上述的缆索22均为斜向连接在所述悬浮隧道的接头段12，每个所述缆索22与所述悬浮隧道的轴线的夹角α小于30°。每个缆索22均为斜向连接在悬浮隧道的接头段12，其相比较直接沿悬浮隧道两端轴向来施加轴向的拉力而言，更容易实现和更具有操作性，而且还能够增加悬浮隧道端部的竖向刚度和整体稳定性。特别的，拉力装置2的每个所述缆索22的拉力能够调节，使所述拉力装置2对所述接头段12所施加的轴向拉力的大小能够调节，通过调节每个缆索22的拉力，从而能够调节所有缆索22的拉力在轴向分力的大小，从而调节接头段12受到的轴向拉力的大小，从而实现悬浮隧道管体1结构自振频率的调节，也即令悬浮隧道管体1结构可以变得能够主动地调节自身固有频率，以适应不同的工况环境，进而能够使悬浮隧道安全性更有保障。

上述所有缆索22沿所述悬浮隧道接头段12表面的长度方向的不同位置进行设置。各个缆索22沿悬浮隧道管体1表面的轴向长度方向各个位置进行设置，能够在悬浮隧道管体1表面各个位置提供斜向力，避免只沿同一截面的周向进行设置的缆索22对悬浮隧道管体1造成应力集中，从而能够使悬浮隧道端部各个位置受力点尽可能分布均匀化，以有效提升悬浮隧道受力结构稳定性。

另外，沿悬浮隧道的接头段12同一截面设置的所有所述缆索22，与所述悬浮隧道的轴线夹角均相同，且相互对称设置。从而更容易对每个缆索22的斜向力进行调节，从而更容易调节悬浮隧道接头段12所受轴向拉力的大小。该拉力装置2的每个所述缆索22上均设有拉力调节机构，该拉力调节机构包括连接在每个缆索22端部的锚室23，每个锚室23上设有能够调节所述缆索22拉力的调节器，所有所述岸锚室23均设置在所述岸边基础101上。通过锚室23来调节每个缆索22的拉力，更加方便可靠。另外，缆索22的长度根据现场岸边基础101来灵活调节设置，缆索22的材质可采用钢丝锁、钢管、高强缆索22等材质的结构件。每个接头段12上设有若干个用于连接所述缆索22的系缆耳21。

该缆索22端部锚固在位于岸边基础101内的预浇筑混凝土块内，或者锚固在位于岸边地面上的钢结构件内，钢结构件能够具有较大的拉伸强度，在两端的轴向拉力载荷作用下，能够提供悬浮隧道管体1较大的水平刚度。如图6所示的四幅图(6a、6b、6c、6d)为管壁截面的四种结构设计图，其中按照悬浮隧道管体1使用状态而言，以与邻海侧相接触的一层为外层，与隧道侧接触的为内层，每个接头段12包括作为外层的环状钢板层13，该管体2内部具有中空内腔18，中空内腔18内部铺设路面层17，所有所述系缆耳21连接在所述钢板层13上，系缆耳21可以与钢板层13是一体成型结构体，其中系缆耳21可以为标准对称型的耳板(如图7a所示)，也可以为斜向拉力装置方向的异形耳板(如图7b所示)，而钢板层13的厚度可以选择5-15cm，以满足悬浮隧道所受轴向拉力的水平刚度变化要求。该钢板层13内侧还设有环形状的钢筋混凝土层14(如图6a所示)，在保证相同的结构强度情况下，采用钢板层13内设钢筋混凝土层14，能够有效降低施工成本，该钢筋混凝土层14的厚度选择为60-195cm。钢筋混凝土层14内设有一端连接在所述钢板层13上若干个剪力件15(如图6b所示)，该剪力件15采用栓钉或型钢构件，以提升混凝土层与钢板层13之间的连接强度。上述钢板层13与钢筋混凝土层14之间还设有环形状橡胶层16(如图6d所示)，以提升悬浮隧道的防撞消能作用。钢筋混凝土层14内侧还设有防火板层，以提高悬浮隧道内火灾发生时的防火能力。防火板层内侧还设有水密钢板层13(如图6c所示)，厚度为0.5-3cm，以提升隧道的防水需求。

本发实施例2所述的一种悬浮隧道接岸***，相对现有的浮筒式悬浮隧道水平刚度较弱的技术问题，以及相对现有的锚拉式悬浮隧道技术构想的方案水平刚度仍然较弱而且还容易发生弹震现象的技术问题而言，通过采用悬浮隧道的接头段12直接穿过岸边基础101，然后依靠接头段12上的拉力装置2对接头段12提供轴向拉力，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体1的水平刚度和竖向刚度，对管体1运动起到额外约束作用，从而提高悬浮隧道管体1自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体1挠度和加速度，同时由于还增加了设计冗余度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。由于轴向拉力的增加，令悬浮隧道管体1变成了高频自振的结构体系，如一根“琴弦”，通过频率更快的振动，结合管体1周边水能够有效起到阻尼效果，令该悬浮隧道在受到各个方向的波浪和水流发生运动时，管体1的高频振动能够使能量消耗得更快，该特点对于锚拉式悬浮隧道意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体1上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索22所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索22和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

需要说明的是，需要说明的是，上述接头段12的管体1与岸边基础101中空通道相互适配，并且二者设置成低摩擦力以降低轴向拉力损失。另外，每个所述接头段12和岸边基础101之间还可以设有环向止水构件，环向止水构件套设在接头段12上。进一步地，环向止水构件为弹性结构件。该岸边基础101的中空通道可以设计为尺寸大于接头段12，这样接头段12在安装在岸边基础101的中空通道时，二者存在间隙，在该间隙部位设置环向止水构件，该环向止水构件同时连接管体1和岸边基础101，并能具备一定的弹性而适应一定的轴向相对位移，即该接头段12收到轴向拉力后环向止水构件在发生位移后仍然保持水密。

实施例3

如图3-5所示，本实施例3提供了一种悬浮隧道，包括管体1和中空内腔18，所述管体1包括悬浮段11，所述悬浮段11两端分别连接有如上述实施例2中的接岸***；所述接头段12均穿过岸边基础101，两个所述接头段12上均设有拉力装置2，所述拉力装置2用于给对应所述接头段12施加轴向拉力。

其中，上述两个轴向拉力的大小相同，轴向拉力方向相反。该悬浮段11和两个接头段12均包括钢板层13和位于所述钢板层13内的钢筋混凝土层14，所有所述钢板层13为整体结构件，所有所述钢筋混凝土层14为整体结构件。该管体1的截面形状为圆形(如图9)、方形(如图10)、椭圆形或马蹄形(如图11)，以适应不同水下工况环境采用的通道需求。

另外，悬浮段11包括若干个管体1单元拼接形成。位于两个岸边基础101之间的所述管体1的长度为50-3000m，优选100-2000m。悬浮段11上设有能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者所述悬浮段11上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置。

该悬浮隧道结构，通过采用在管体1的悬浮段11两端设置如上述的接岸***，其中接头段12直接穿过岸边基础101，然后依靠接头段12上的拉力装置2对接头段12提供轴向拉力，从而能够显著增加悬浮隧道整个管体1的水平刚度和竖向刚度，从而对管体1运动起到额外的约束作用，提高悬浮隧道管体1自振频率，能够避开海浪频谱高能量区，能够减小悬浮隧道管体1挠度和加速度，同时由于还增加了设计冗余度，提高了悬浮隧道的安全性和可靠性。由于轴向拉力的增加，令悬浮隧道管体1变成了高频自振的结构体系，如一根“琴弦”，通过频率更快的振动，结合管体1周边水能够有效起到阻尼效果，令该悬浮隧道在受到各个方向的波浪和水流发生运动时，管体1的高频振动能够使能量消耗得更快，该特点对于锚拉式悬浮隧道意味着该结构总运动能的消耗能够更多地集中在管体1上，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索22所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索22和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

实施例4

如图8所示，本实施例4提供了一种悬浮隧道，包括管体1和中空内腔18，管体1包括悬浮段11，悬浮段11一端连接有如上述的接岸***，另一端连接有固定在岸边基础101的止拉段3。该止拉段3包括设置在悬浮段11端部的径向凸起部31，岸边基础101设有与所述凸起部31适配的凹槽部32。凸起部31为与所述悬浮段11一体成型的结构件。该凸起部31与凹槽部32相互配合以提供较大的剪力，从而能够实现悬浮段11端部的径向凸起部31相对岸边基础101的固定。

该悬浮隧道的接岸***，作为主动端，能够提供轴向拉力，为了尽可能减少摩擦力，采用接岸***的接头段12和岸边基础101以低摩擦力的连接方式来降低轴向拉力损失，以保证悬浮隧道的平顺工作；而止拉段3则作为被动端，只提供反力，同时可以提供相对岸边基础101较大的摩擦力以保持止拉段3与岸边基础101的相对固定。

实施例5

本实施例5也是提供了一种悬浮隧道，悬浮段11一端设有接岸***，另一端连接有固定在岸边基础101的止拉段3时，不同于实施例4的是该止拉段3为连接在悬浮段11端部的重力式沉箱结构。该重力式沉箱结构为钢质或钢筋混凝土沉箱结构件。依靠位于悬浮段11另一端的止拉段3重量大于其他部分，以实现该悬浮段11的止拉段3相对岸边基础101的固定。

实施例6

本实施例6也是提供了一种悬浮隧道，悬浮段11一端设有接岸***，另一端设有固定在岸边基础101的止拉段3时，该止拉段3为连接在悬浮段11端部的若干个抗拉锚杆，所有抗拉锚杆锚固在岸边基础101上，以实现该悬浮段11的止拉段3相对岸边基础101的固定。

实施例7

本实施例4提供了一种悬浮隧道的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、制造悬浮隧道的悬浮段11和两个接头段12，所述悬浮段11包括若干个管体1单元；

步骤二、施工用于配合悬浮隧道接头段12的两个岸边基础101的通孔；

步骤三、分别将两个所述接头段12穿过所述岸边基础101的通孔，并通过所述拉力装置2连接在所述岸边基础101上；

步骤四、将所述悬浮段11两端分别连接两个所述接头段12，形成悬浮隧道管体1；

步骤五、在所述悬浮段11上安装能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者在所述悬浮段11上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置；

步骤六、对两个所述接头段12上的拉力装置2施加轴向拉力，并对锚固装置施加拉力，调节各拉力符合受力要求后，最终完成如图3所示的悬浮隧道的施工。

本发明所述的一种悬浮隧道的施工方法，通过先将两个接头段12分别采用拉力装置2连接在岸边基础101上，然后在分段拼接形成悬浮段11，最后在将悬浮段11分别连接两个接头段12，然后再调节两个拉力装置2对管体1的轴向拉力，最终形成悬浮隧道；该施工方法操作简单，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索22所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索22和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

实施例8

本实施例8还提供了一种悬浮隧道，该悬浮隧道是沿管体1的一端施加轴向拉力，而另一端只提供反力，如图8所示，这种悬浮隧道的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、制造悬浮隧道的悬浮段11和接头段12、止拉段3；

步骤二、施工用于配合悬浮隧道接头段12的岸边基础101的通孔；

步骤三、将接头段12穿过所述岸边基础101的通孔，并通过所述拉力装置2连接在所述岸边基础101上；

步骤四、施工用于配合悬浮隧道止拉段3，并将止拉段3安装在所述岸边基础101上；

步骤五、将所述悬浮段11两端分别连接所述接头段12和止拉段3，形成悬浮隧道管体1；

步骤六、在所述悬浮段11上安装能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者在所述悬浮段11上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置；

步骤七、对所述接头段12上的拉力装置2施加轴向拉力，并对锚固装置施加拉力，调节各拉力符合受力要求后，最终完成如图5所示的悬浮隧道的施工。

该悬浮隧道的施工方法，通过制造悬浮隧道的悬浮段11和一个接头段12、一个止拉段3，通过先将一个接头段12采用拉力装置2连接在岸边基础101上，同时将止拉段3连接在岸边基础101上，然后在分段拼接形成悬浮段11后，悬浮段11分别连接接头段12和止拉段3，形成整个悬浮隧道管体1，然后再调节两个拉力装置2对管体1的轴向拉力，最终形成悬浮隧道；该施工方法操作简单，能够有效减小锚在海床或河床上的缆索22所受到的应力变化量，有利于锚在海床或河床上的缆索22和基础的长期使用，其施工风险也更低，造价也更低，有效节约了施工成本，有效减少了维护难度，同时易于工程实施推广。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (47)

1.一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，沿悬浮隧道的管体一端或两端分别施加轴向拉力。

2.根据权利要求1所述的一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，沿所述悬浮隧道管体每端施加有若干个斜向力，所有所述斜向力沿所述悬浮隧道的轴向分力的合力大小为施加在所述悬浮隧道该端部的轴向拉力大小。

3.根据权利要求2所述的一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，所述悬浮隧道管体每端被施加的各个斜向力对应的受力点，分别沿所述悬浮隧道管体表面长度方向不同位置设置。

4.根据权利要求3所述的一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，沿所述悬浮隧道管体同一截面设置的所有受力点为对称设置，且每个所述受力点受到的斜向力大小相同，所述斜向力与所述悬浮隧道轴线的夹角也相同。

5.根据权利要求2所述的一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，沿所述悬浮隧道管体每端施加的所有斜向力与所述悬浮隧道轴线的夹角小于30°。

6.根据权利要求2所述的一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，所述轴向拉力的大小是能够调节的。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，所述悬浮隧道管体两端的接头段穿过岸边基础。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种悬浮隧道设计方法，其特征在于，所述悬浮隧道为悬浮段通过拉锚***锚固在河床或海床上的锚拉式悬浮隧道，或者为悬浮段通过连接在浮筒上的浮筒式悬浮隧道，或者为悬浮段同时连接有浮筒和拉锚***的浮筒-锚拉式悬浮隧道。

9.一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，包括位于悬浮隧道管体端部的接头段，所述接头段能够沿轴向移动，所述接头段上连接有拉力装置，所述拉力装置用于给所述接头段施加轴向拉力。

10.根据权利要求9所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述接头段穿过岸边基础并能够相对岸边基础轴向移动。

11.根据权利要求9所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述拉力装置一端连接在所述接头段上，另一端连接在所述岸边基础或固定构造上。

12.根据权利要求11所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述拉力装置包括外周设置若干个缆索，所有所述缆索的一端沿所述悬浮隧道接头段外周设置、另一端锚固在所述岸边基础或固定构造上。

13.根据权利要求12所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所有所述缆索沿所述悬浮隧道接头段表面的长度方向设置。

14.根据权利要求12所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，沿所述悬浮隧道的接头段同一截面设置的所有所述缆索，与所述悬浮隧道的轴线夹角均相同，且对称设置。

15.根据权利要求12所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述缆索均为斜向连接在所述悬浮隧道的接头段，每个所述缆索与所述悬浮隧道的轴线的夹角小于30°。

16.根据权利要求12所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述拉力装置的每个所述缆索上均设有拉力调节机构。

17.根据权利要求16所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，每个所述缆索上设有的所述拉力调节机构包括位于所述缆索端部的锚室，所述锚室设有能够调节所述缆索拉力的调节器，所有所述锚室均设置在所述岸边基础上。

18.根据权利要求12所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，每个所述接头段上设有若干个用于连接所述缆索的系缆耳。

19.根据权利要求12所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述缆索端部锚固在位于岸边基础内的预浇筑混凝土块内，或者锚固在位于岸边地面上的钢结构件内。

20.根据权利要求9-19任一所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，每个所述接头段包括设于外层的环状钢板层和中空内腔，所有所述系缆耳连接在所述钢板层上。

21.根据权利要求20所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述钢板层内测设有环形状的钢筋混凝土层。

22.根据权利要求21所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述钢筋混凝土层内设有一端连接在所述钢板层上若干个剪力件。

23.根据权利要求21所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述钢板层与钢筋混凝土层之间还设有环形状橡胶层。

24.根据权利要求9-19任一所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，每个所述接头段和岸边基础之间还设有环向止水构件，所述环向止水构件套设在所述接头段上。

25.根据权利要求24所述的一种悬浮隧道接岸***，其特征在于，所述环向止水构件为弹性结构件。

26.一种悬浮隧道，其特征在于，包括管体，所述管体具有中空内腔，所述管体包括悬浮段，所述悬浮段两端分别连接有如权利要求9-25任一所述的接岸***。

27.根据权利要求26所述的一种悬浮隧道，其特征在于，两个所述接岸***上的两个拉力装置所施加的轴向拉力的大小相同，方向相反。

28.根据权利要求26所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述悬浮段和两个接头段均包括钢板层和位于所述钢板层内的钢筋混凝土层，所有所述钢板层为整体结构件，所有所述钢筋混凝土层为整体结构件。

29.根据权利要求26所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述管体的截面形状为圆形、方形、椭圆形或马蹄形。

30.根据权利要求26所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述悬浮段包括若干个管体单元拼接形成。

31.根据权利要求26-30任一所述的一种悬浮隧道，其特征在于，位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为50-3000m。

32.根据权利要求31所述的一种悬浮隧道，其特征在于，位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为200-2000m。

33.根据权利要求26-30任一所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述悬浮段上设有能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者所述悬浮段上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置。

34.一种悬浮隧道，其特征在于，包括管体，所述管体具有中空内腔，所述管体包括悬浮段，所述悬浮段一端连接有如权利要求9-25任一所述的接岸***，另一端连接有固定在岸边基础的止拉段。

35.根据权利要求34所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述止拉段包括设置在悬浮段端部的径向凸起部，所述岸边基础设有与所述凸起部适配的凹槽部。

36.根据权利要求35所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述凸起部为与所述悬浮段一体成型的结构件。

37.根据权利要求34所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述止拉段为连接在悬浮段端部的重力式沉箱结构。

38.根据权利要求37所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述重力式沉箱结构为钢质或钢筋混凝土沉箱结构件。

39.根据权利要求34所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述止拉段为连接在悬浮段端部的若干个抗拉锚杆，所有所述抗拉锚杆锚固在所述岸边基础上。

40.根据权利要求34所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述悬浮段和接头段均包括钢板层和位于所述钢板层内的钢筋混凝土层，所有所述钢板层为整体结构件，所有所述钢筋混凝土层为整体结构件。

41.根据权利要求34所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述管体的截面形状为圆形、方形、椭圆形或马蹄形。

42.根据权利要求34所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述悬浮段包括若干个管体单元拼接形成。

43.根据权利要求34-42任一任一所述的一种悬浮隧道，其特征在于，位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为50-3000m。

44.根据权利要求43所述的一种悬浮隧道，其特征在于，位于两个岸边基础之间的所述管体的长度为200-2000m。

45.根据权利要求34-42任一所述的一种悬浮隧道，其特征在于，所述悬浮段上设有能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者所述悬浮段上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置。

46.一种悬浮隧道的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

步骤一、制造悬浮隧道的悬浮段和两个接头段；

步骤二、施工用于配合悬浮隧道接头段的两个岸边基础的通孔；

步骤三、分别将两个所述接头段穿过所述岸边基础的通孔，并通过所述拉力装置连接在所述岸边基础上；

步骤四、将所述悬浮段两端分别连接两个所述接头段，形成悬浮隧道管体；

步骤五、在所述悬浮段上安装能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者在所述悬浮段上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置；

步骤六、对两个所述接头段上的拉力装置施加轴向拉力，并对锚固装置施加拉力，调节各拉力符合受力要求后，最终完成悬浮隧道的施工。

47.一种悬浮隧道的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

步骤一、制造悬浮隧道的悬浮段和接头段、止拉段；

步骤二、施工用于配合悬浮隧道接头段的岸边基础的通孔；

步骤三、将所述接头段穿过所述岸边基础的通孔，并通过所述拉力装置连接在所述岸边基础上；

步骤四、施工用于配合悬浮隧道止拉段，并将止拉段安装在所述岸边基础上；

步骤五、将所述悬浮段两端分别连接所述接头段和止拉段，形成悬浮隧道管体；

步骤六、在所述悬浮段上安装能够锚固在河床或海床上的锚固装置，或者在所述悬浮段上连接有能够漂浮在水面的浮筒装置；

步骤七、对所述接头段上的拉力装置施加轴向拉力，并对锚固装置施加拉力，调节各拉力符合受力要求后，最终完成悬浮隧道的施工。

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