[发明专利]跨海水中悬浮隧道结构、建造及其控制方法

权利要求书

1.一种跨海水中悬浮隧道结构，其特征在于，包括能悬浮于水中的管体，所述管体由多节管节固定连接形成，各个管节内固定有将管节分隔形成上部舱室及下部舱室的钢筋混凝土水平隔板，所述钢筋混凝土水平隔板上布设有高速公路，所述管节外水平方向对称设置有钢筋混凝土鳍板；

所述管节由耐腐蚀、高容重的钢渣混凝土浇筑而成，横截面呈圆形，管节的管壁内配有钢筋、嵌有钢板，所述管节内、外表面涂有耐腐蚀层，所述耐腐蚀层为环氧树脂涂层、石油沥青涂层、聚乙烯胶粘带、聚烯烃涂层中的一种或多种层叠形成，管节重量小于管节完全浸置水中时浮力；

所述管节的端部均延伸有外翻圆环和内翻圆环，外翻圆环及内翻圆环上布设有螺栓孔，相邻管节通过贯穿相邻管节螺栓孔的螺栓固定连接，相邻管节的配合面之间具有内环橡胶止水板及外环橡胶止水板，所述内环橡胶止水板及外环橡胶止水板之间留有间隙，所述内环橡胶止水板内沿圆周方向均匀布设有插入间隙的注浆袖阀管；

所述管节端部外侧还对称设有挑耳，相邻管节的挑耳相向端面具有相互配合的凹槽和凸隼，所述相邻管节的挑耳贯穿有定位螺栓；

各个管节的两端面连接有可拆卸钢封板，所述封板经封板固定螺栓固定于内翻圆环内侧以保证运输时管节内部中空；

所述钢筋混凝土鳍板包括位于钢筋混凝土鳍板两侧水平设置及钢筋混凝土鳍板外端部竖向设置的电磁推进装置，所述电磁推进装置包括排水管、排水管外周缠绕的由导电材料制作的线圈构成的电磁铁，及在排水管内对侧固定的电极板，电磁铁产生的磁场方向与电极板之间电流方向相互垂直，所述钢筋混凝土鳍板上具有位置传感器。

2.根据权利要求1所述的一种跨海水中悬浮隧道结构，其特征在于，所述上部舱室及下部舱室均独立设置有照明灯、通风、供电管路、烟雾传感器、喷淋装置及监控管线，下部舱室经竖向隔板分隔形成检修仓、工具仓及压载仓。

3.根据权利要求1所述的一种跨海水中悬浮隧道结构，其特征在于，所述管节内还布设有液氮储存罐及与其相连接的带有控制阀的管路，所述管体内布设有温湿度传感器并与控制电路即控制阀连接，当所述温湿度传感器监测到管节内湿度超过控制阈值，液氮储存罐的控制阀即时开启进行冻结并触发管体报警。

4.一种如权利要求2所述的跨海水中悬浮隧道结构建造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将隧道全长分成若干段，每段包含若干标准管节，在跨海隧道的两端陆地上按设计要求分别预制标准管节，所述管节两侧对称固定连接有与管节一体的钢筋混凝土鳍板，在管节两端内侧固定有暂时封闭各个管节的钢封板，制作好的标准管节自重应略小于其浮力；

（2）将各标准管节两端钢封板用螺栓固定后一一送入近岸水中，利用相邻管节端部外侧挑耳的凹槽和凸隼对接管节并安装定位螺栓，再初步安装相邻标准管节的外翻、内翻圆环间的螺栓形成管节段；

（3）将管节段用拖轮拖至海上，同步骤（2）方式将管节两两对接，形成通长隧道；

（4）将所有管节螺栓锁紧，拆除用于固定钢封板的临时固定螺栓，拆除钢封板，使各个管节内的隧道贯通；

（5）将管节结合部位钢筋混凝土水平隔板和竖向隔板用混凝土现浇连接成整体；

（6）安装机电设备、传感器、液氮储存罐，并在钢筋混凝土水平隔板上铺设高速公路路面；

（7）在隧道的压载仓内均匀放置铅块，使隧道各管节总重与其浮力相当；

（8）利用外力或钢筋混凝土鳍板电磁推进装置将隧道缓慢下沉至预定深度；

（9）检查隧道管节间渗、漏水情况，视需要利用注浆袖阀管在管节间进行聚氨酯或其它防水材料注浆堵漏，直至管节间完全不渗漏；

（10）根据北斗导航或GPS导航信息，启动钢筋混凝土鳍板内电磁推进装置，调整隧道轴线方向位置。

5.一种跨海水中悬浮隧道结构控制方法，其特征在于，包括如权利要求1所述的一种跨海水中悬浮隧道结构，利用管节两侧钢筋混凝土鳍板内设置的电磁控制推进装置进行管节稳定性控制，在遇到洋流扰动时，向电磁线圈通电后即可在排水管内的海水中形成强磁场，电极板加上电压后，排水管内海水中产生电流，电流与磁场相互作用而产生洛仑兹力，该力作用于载电流的海水而令海水沿排水管的轴向涌动，鳍板及隧道受海水的反作用力，水平安装的电磁推进装置对排水管内海水产生水平作用力，竖向安装的电磁推进装置对排水管内海水产生竖向作用力，由此平衡洋流水平力和隧道竖向不平衡力；

利用钢筋混凝土鳍板上设置的位置传感器，通过北斗或GPS导航系统，实时反馈位置信息，改变电磁控制推进装置中电压、电流，实现隧道整体结构控制，控制精度为厘米级；通过调节电压、电流的大小控制推力大小，通过改变电压的极性，即电流的方向，控制推力的方向，控制时间为毫秒级。