悬浮隧道工程技术研究导论

序

1 引言 1

1.1 悬浮隧道研究的历史与现状 1

1.2 主要工程技术评述 3

1.3 中交悬浮险道工程技术联合研究——岛隧工程的延续 5

参考文献 8

2 悬浮隧道构造与参数 10

2.1 基础 10

2.2 缆索 15

2.3 横向结构 16

2.4 纵向结构 19

2.5 接岸接头 21

2.6 中间接头 24

2.6.1 概述 24

2.6.2 构造 26

2.6.3 设计案例 29

2.7 浮筒 32

2.8 运动能量的消散 34

参考文献 35

3 悬浮隧道设计 39

3.1 设计准则 39

3.2 设计方法 41

3.3 设计规范 45

3.3.1 中欧规范体系 45

3.3.2 混凝土及钢筋的物理力学性能 47

3.3.3 设计基础与原理 48

3.3.4 结构安全等级 49

3.3.5 各国规范设计表达式 49

3.4 健康监测 52

3.5 风险 56

3.5.1 试验风险 56

3.5.2 设计风险 61

3.5.3 建设风险 62

3.6 团队 67

3.6.1 团队生命周期 67

3.6.2 团队构成要素 68

3.6.3 团队管理 70

3.7 其他 71

参考文献 72

4 悬浮隧道作 75

4.1 移动荷载 75

4.1.1 中欧规范 76

4.1.2 国内外文献 78

4.2 附加重量 78

4.3 温度 80

4.3.1 均匀温差荷载作用 81

4.3.2 内外温差荷载作用 81

4.3.3 曲线形悬浮隧道温度作用 82

4.4 水流 83

4.4.1 悬浮隧道潜在建设场所流速特征 83

4.4.2 已有的水流作用处理方法 85

4.5 船行波 87

4.6 波浪 88

4.7 腐蚀 94

4.7.1 金属腐蚀 94

4.7.2 钢筋混凝土腐蚀 98

4.8 风 99

4.8.1 风相关基础知识 99

4.8.2 相关文献风参数的选取 101

4.9 地震作用 103

4.10 冲击荷载 105

4.10.1 国内外文献关于冲击荷载的选取 106

4.10.2 规范中关于冲击荷载的规定 107

4.11 内波 108

4.12 火灾作用 110

4.13 基础变位 111

4.14 施工荷载 112

参考文献 113

5 悬浮随道数学计算与数值模拟 118

5.1 整体结构计算 118

5.1.1 拟建千岛湖悬浮隧道案例分析 118

5.1.2 拟建的墨西拿海峡悬浮隧道案例分析 120

5.1.3 其他悬浮隧道结构分析 121

5.2 基础 123

5.3 缆索静力分析 126

5.4 移动荷载模拟 131

5.5 重力波 134

5.5.1 波浪 134

5.5.2 波流耦合 138

5.5.3 舰 143

5.5.4 船行波 145

5.6 缆索动力响应 148

5.6.1 缆索涡激振动 148

5.6.2 参数共振 152

5.6.3 弹振 156

5.7 缆索疲劳 158

5.8 缆索抑振 162

5.9 混凝土结构 168

5.10 复合截面 170

5.11 接头 174

5.11.1 沉管接头模拟方法 174

5.11.2 悬浮隧道接头模拟 176

5.12 管体涡激运动 179

5.12.1 涡激振动研究简述 179

5.12.2 悬浮隧道涡激运动模拟 181

5.13 稳性分析 182

5.13.1 浮筒式悬浮隧道原理 182

5.13.2 浮筒稳性规范对比分析 185

5.13.3 浮筒稳性数值计算方法 186

5.14 管体绕流特性 187

5.15 管体水弹性模拟 190

5.16 冲击作用模拟 195

5.16.1 运动方程数值模型 195

5.16.2 有限元模型 197

5.16.3 规范关于冲击荷载的规定 198

5.16.4 结论 198

5.17 地震模拟 199

5.18 火灾模拟 204

参考文献 206

6 悬浮隧道物理模型试验及关键问题 218

6.1 相似准则 218

6.1.1 重力相似准则 219

6.1.2 雷诺相似准则 220

6.1.3 弹性相似准则 221

6.1.4 各种相似准则之间的关系 222

6.2 水动力 224

6.2.1 悬浮隧道管体绕流试验方法 224

6.2.2 波浪对悬浮隧道作用的试验模拟 227

6.3 移动荷载试验 229

6.4 风浪 232

6.4.1 风洞试验 233

6.4.2 相关文献处理方法 234

6.4.3 小结 235

6.5 地震试验 236

6.5.1 悬浮隧道地震模型相似比尺的研究 236

6.5.2 地震波输入 237

6.5.3 试验步骤及方法 238

6.6 管体水弹性试验 240

参考文献 249

7 悬浮隧道施工 252

7.1 概述 252

7.2 管节制造 253

7.3 浮运及安装（顶推） 255

7.4 锚固基础施工 261

7.5 接岸结构与最终接头施工 263

7.6 小结 264

参考文献 264

后记 2662100433B

《悬浮隧道工程技术研究导论》对国内外悬浮隧道及相关领域文献进行系统调研与分析,对悬浮隧道的历史与概念发展进行了回顾，从其构造、设计（包括设计准则、设计方法、规范体系、运营监测、前瞻性管理与风险研究等）、作用、数值模拟、物理模型试验与施工等方面，论述了悬浮隧道建造与科研中需要解决的问题及相应问题的研究现状。《悬浮隧道工程技术研究导论》的结构遵循悬浮隧道工程技术系统研究框架，每个章节都可作为悬浮隧道的一个研究方向或领域，部分章节给出了相关研究方向的解决思路与研究建议。

主要完成人：朱家祥、陈 彬、沈秀芳、乔宗昭、张 焰、杨我清、陈 鸿、杨国祥、朱惠君、潘永仁

主要完成单位：上海城建（集团）公司、上海市市政工程管理局、上海市隧道工程轨道交通设计研究院、上海隧道工程股份有限公司、香港建设（控股）有限公司、上海市航道局、上海市航道勘察设计研究院

永磁悬浮应用在交通优点是节能，它阻力系数约为滚动阻力的1/10，在100km/h运行速度内与汽车能耗比为1：10。 永磁悬浮交通与有轨交通有着一样的安全性、永磁悬浮高度是工作在某区间近似弹簧受力状态的一种自由稳定悬浮。电磁悬浮（如上海悬浮交通、日本超导悬浮列车方案）是不稳定悬浮。要靠复杂的控制技术实现悬浮，即使控制做得非常完善也不能保证永无保障，永不失磁，永磁悬浮能实现永不失磁。 永磁悬浮交通设备结构就是电磁轨道与车体永磁条组件、永磁悬浮技术创新就是改变磁悬浮高技术、高制造成本、高精度难实施变为一般技术，低制造成本容易实施与普及推广大。

磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。

由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是 利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁 铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 磁悬浮列车与当今的高速列车相比，具有许多无可比拟的优点： 由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，成为“无轮”状态，故其几乎没有轮、轨之间的摩察，时速高达几百公里； 磁悬浮列车可靠性大、维修简便、成本低，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一； 噪音小，当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声只有65.6分贝，仅相当于一个人大声地说话，比汽车驶过的声音还小； 由于它以电为动力，在轨道沿线不会排放废气，无污染，是一种名副其实的绿色交通工具。2100433B