懸浮隧道工程技術(shù)研究導(dǎo)論

序

1 引言 1

1.1 懸浮隧道研究的歷史與現(xiàn)狀 1

1.2 主要工程技術(shù)評(píng)述 3

1.3 中交懸浮險(xiǎn)道工程技術(shù)聯(lián)合研究——島隧工程的延續(xù) 5

參考文獻(xiàn) 8

2 懸浮隧道構(gòu)造與參數(shù) 10

2.1 基礎(chǔ) 10

2.2 纜索 15

2.3 橫向結(jié)構(gòu) 16

2.4 縱向結(jié)構(gòu) 19

2.5 接岸接頭 21

2.6 中間接頭 24

2.6.1 概述 24

2.6.2 構(gòu)造 26

2.6.3 設(shè)計(jì)案例 29

2.7 浮筒 32

2.8 運(yùn)動(dòng)能量的消散 34

參考文獻(xiàn) 35

3 懸浮隧道設(shè)計(jì) 39

3.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 39

3.2 設(shè)計(jì)方法 41

3.3 設(shè)計(jì)規(guī)范 45

3.3.1 中歐規(guī)范體系 45

3.3.2 混凝土及鋼筋的物理力學(xué)性能 47

3.3.3 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與原理 48

3.3.4 結(jié)構(gòu)安全等級(jí) 49

3.3.5 各國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)式 49

3.4 健康監(jiān)測(cè) 52

3.5 風(fēng)險(xiǎn) 56

3.5.1 試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn) 56

3.5.2 設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn) 61

3.5.3 建設(shè)風(fēng)險(xiǎn) 62

3.6 團(tuán)隊(duì) 67

3.6.1 團(tuán)隊(duì)生命周期 67

3.6.2 團(tuán)隊(duì)構(gòu)成要素 68

3.6.3 團(tuán)隊(duì)管理 70

3.7 其他 71

參考文獻(xiàn) 72

4 懸浮隧道作 75

4.1 移動(dòng)荷載 75

4.1.1 中歐規(guī)范 76

4.1.2 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn) 78

4.2 附加重量 78

4.3 溫度 80

4.3.1 均勻溫差荷載作用 81

4.3.2 內(nèi)外溫差荷載作用 81

4.3.3 曲線形懸浮隧道溫度作用 82

4.4 水流 83

4.4.1 懸浮隧道潛在建設(shè)場(chǎng)所流速特征 83

4.4.2 已有的水流作用處理方法 85

4.5 船行波 87

4.6 波浪 88

4.7 腐蝕 94

4.7.1 金屬腐蝕 94

4.7.2 鋼筋混凝土腐蝕 98

4.8 風(fēng) 99

4.8.1 風(fēng)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí) 99

4.8.2 相關(guān)文獻(xiàn)風(fēng)參數(shù)的選取 101

4.9 地震作用 103

4.10 沖擊荷載 105

4.10.1 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于沖擊荷載的選取 106

4.10.2 規(guī)范中關(guān)于沖擊荷載的規(guī)定 107

4.11 內(nèi)波 108

4.12 火災(zāi)作用 110

4.13 基礎(chǔ)變位 111

4.14 施工荷載 112

參考文獻(xiàn) 113

5 懸浮隨道數(shù)學(xué)計(jì)算與數(shù)值模擬 118

5.1 整體結(jié)構(gòu)計(jì)算 118

5.1.1 擬建千島湖懸浮隧道案例分析 118

5.1.2 擬建的墨西拿海峽懸浮隧道案例分析 120

5.1.3 其他懸浮隧道結(jié)構(gòu)分析 121

5.2 基礎(chǔ) 123

5.3 纜索靜力分析 126

5.4 移動(dòng)荷載模擬 131

5.5 重力波 134

5.5.1 波浪 134

5.5.2 波流耦合 138

5.5.3 艦 143

5.5.4 船行波 145

5.6 纜索動(dòng)力響應(yīng) 148

5.6.1 纜索渦激振動(dòng) 148

5.6.2 參數(shù)共振 152

5.6.3 彈振 156

5.7 纜索疲勞 158

5.8 纜索抑振 162

5.9 混凝土結(jié)構(gòu) 168

5.10 復(fù)合截面 170

5.11 接頭 174

5.11.1 沉管接頭模擬方法 174

5.11.2 懸浮隧道接頭模擬 176

5.12 管體渦激運(yùn)動(dòng) 179

5.12.1 渦激振動(dòng)研究簡(jiǎn)述 179

5.12.2 懸浮隧道渦激運(yùn)動(dòng)模擬 181

5.13 穩(wěn)性分析 182

5.13.1 浮筒式懸浮隧道原理 182

5.13.2 浮筒穩(wěn)性規(guī)范對(duì)比分析 185

5.13.3 浮筒穩(wěn)性數(shù)值計(jì)算方法 186

5.14 管體繞流特性 187

5.15 管體水彈性模擬 190

5.16 沖擊作用模擬 195

5.16.1 運(yùn)動(dòng)方程數(shù)值模型 195

5.16.2 有限元模型 197

5.16.3 規(guī)范關(guān)于沖擊荷載的規(guī)定 198

5.16.4 結(jié)論 198

5.17 地震模擬 199

5.18 火災(zāi)模擬 204

參考文獻(xiàn) 206

6 懸浮隧道物理模型試驗(yàn)及關(guān)鍵問(wèn)題 218

6.1 相似準(zhǔn)則 218

6.1.1 重力相似準(zhǔn)則 219

6.1.2 雷諾相似準(zhǔn)則 220

6.1.3 彈性相似準(zhǔn)則 221

6.1.4 各種相似準(zhǔn)則之間的關(guān)系 222

6.2 水動(dòng)力 224

6.2.1 懸浮隧道管體繞流試驗(yàn)方法 224

6.2.2 波浪對(duì)懸浮隧道作用的試驗(yàn)?zāi)M 227

6.3 移動(dòng)荷載試驗(yàn) 229

6.4 風(fēng)浪 232

6.4.1 風(fēng)洞試驗(yàn) 233

6.4.2 相關(guān)文獻(xiàn)處理方法 234

6.4.3 小結(jié) 235

6.5 地震試驗(yàn) 236

6.5.1 懸浮隧道地震模型相似比尺的研究 236

6.5.2 地震波輸入 237

6.5.3 試驗(yàn)步驟及方法 238

6.6 管體水彈性試驗(yàn) 240

參考文獻(xiàn) 249

7 懸浮隧道施工 252

7.1 概述 252

7.2 管節(jié)制造 253

7.3 浮運(yùn)及安裝（頂推） 255

7.4 錨固基礎(chǔ)施工 261

7.5 接岸結(jié)構(gòu)與最終接頭施工 263

7.6 小結(jié) 264

參考文獻(xiàn) 264

后記 2662100433B

《懸浮隧道工程技術(shù)研究導(dǎo)論》對(duì)國(guó)內(nèi)外懸浮隧道及相關(guān)領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研與分析,對(duì)懸浮隧道的歷史與概念發(fā)展進(jìn)行了回顧，從其構(gòu)造、設(shè)計(jì)（包括設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)方法、規(guī)范體系、運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)、前瞻性管理與風(fēng)險(xiǎn)研究等）、作用、數(shù)值模擬、物理模型試驗(yàn)與施工等方面，論述了懸浮隧道建造與科研中需要解決的問(wèn)題及相應(yīng)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀?！稇腋∷淼拦こ碳夹g(shù)研究導(dǎo)論》的結(jié)構(gòu)遵循懸浮隧道工程技術(shù)系統(tǒng)研究框架，每個(gè)章節(jié)都可作為懸浮隧道的一個(gè)研究方向或領(lǐng)域，部分章節(jié)給出了相關(guān)研究方向的解決思路與研究建議。

主要完成人：朱家祥、陳 彬、沈秀芳、喬宗昭、張 焰、楊我清、陳 鴻、楊國(guó)祥、朱惠君、潘永仁

主要完成單位：上海城建（集團(tuán)）公司、上海市市政工程管理局、上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院、上海隧道工程股份有限公司、香港建設(shè)（控股）有限公司、上海市航道局、上海市航道勘察設(shè)計(jì)研究院

永磁懸浮應(yīng)用在交通優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，它阻力系數(shù)約為滾動(dòng)阻力的1/10，在100km/h運(yùn)行速度內(nèi)與汽車(chē)能耗比為1：10。 永磁懸浮交通與有軌交通有著一樣的安全性、永磁懸浮高度是工作在某區(qū)間近似彈簧受力狀態(tài)的一種自由穩(wěn)定懸浮。電磁懸浮（如上海懸浮交通、日本超導(dǎo)懸浮列車(chē)方案）是不穩(wěn)定懸浮。要靠復(fù)雜的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)懸浮，即使控制做得非常完善也不能保證永無(wú)保障，永不失磁，永磁懸浮能實(shí)現(xiàn)永不失磁。 永磁懸浮交通設(shè)備結(jié)構(gòu)就是電磁軌道與車(chē)體永磁條組件、永磁懸浮技術(shù)創(chuàng)新就是改變磁懸浮高技術(shù)、高制造成本、高精度難實(shí)施變?yōu)橐话慵夹g(shù)，低制造成本容易實(shí)施與普及推廣大。

磁懸浮列車(chē)的原理并不深?yuàn)W。它是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”?？茖W(xué)家將“磁性懸浮”這種原理運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)上，使列車(chē)完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無(wú)輪”列車(chē)，時(shí)速可達(dá)幾百公里以上。這就是所謂的“磁懸浮列車(chē)”，亦稱(chēng)之為“磁墊車(chē)”。

由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車(chē)也有兩種相應(yīng)的形式：一種是 利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)，它利用車(chē)上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車(chē)體懸浮運(yùn)行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車(chē)，它是在車(chē)體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁 鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥力與車(chē)輛的重力平衡，從而使車(chē)體懸浮于車(chē)道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。 磁懸浮列車(chē)與當(dāng)今的高速列車(chē)相比，具有許多無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)： 由于磁懸浮列車(chē)是軌道上行駛，導(dǎo)軌與機(jī)車(chē)之間不存在任何實(shí)際的接觸，成為“無(wú)輪”狀態(tài)，故其幾乎沒(méi)有輪、軌之間的摩察，時(shí)速高達(dá)幾百公里； 磁懸浮列車(chē)可靠性大、維修簡(jiǎn)便、成本低，其能源消耗僅是汽車(chē)的一半、飛機(jī)的四分之一； 噪音小，當(dāng)磁懸浮列車(chē)時(shí)速達(dá)300公里以上時(shí)，噪聲只有65.6分貝，僅相當(dāng)于一個(gè)人大聲地說(shuō)話，比汽車(chē)駛過(guò)的聲音還??； 由于它以電為動(dòng)力，在軌道沿線不會(huì)排放廢氣，無(wú)污染，是一種名副其實(shí)的綠色交通工具。2100433B