具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例中，以一种悬浮隧道用接头结构的核心结构为主进行介绍，具体 地，参照附图1-2所示，包括，一种悬浮隧道用接头结构，包括，

第一管道100，与所述第一管道100接头的第二管道200，所述第一管道100和第二管道200一者设有突出部300，另外一者设有插槽400，所述突出 部300与插槽400之间形成接头空间；

接头支撑体1，所述接头支撑体1设置于接头空间之间，用于产生抵抗水 流的扰动力；

提供体外预应力组件2，所述提供体外预应力组件2设置于接头空间外侧， 通过施加力实现预应力的抵抗；

接头中，所述接头支撑体1以及提供体外预应力组件2配合，间隔产生抵 抗水流的扰动力以及施加力，以实现第一管道100和第二管道200的接头。

本实施例中，相比于现有技术，增加了接头支撑体，其主要是能够产生抵 抗水流的扰动力，当然，其用于外部接头时，能够实现外界风力或者其它力造 成的对接触的扰动抵抗，提高接头处的稳定性。

本实施例中，增加有提供体外预应力组件，能够确保整个的预应力抵抗， 进而实现外界拉账强度的增加，提高稳定性。

本实施例中，利用接头支撑体和提供体外预应力组件对隧道整体结构形成 双重强度保障，隧道管节在水中悬浮状态下对接施工过程中，通过两者的相互 补强、相互制约，能更好的抵抗水流的扰动，大大提高管节对接的成功率。当 待安装的隧道管节在水下与已安装的隧道管节实现初步对接后，首先，管节外 侧的自动化体外预应力筋从已安装端伸向待安装端，就位后进行预张拉，张拉 强度至设计值的80％，将相邻两个管节进行初级固定。然后，进行接头支撑体 的抵抗。再将体外预应力筋张拉剩余设计值的10％。再后，再进行抵抗力的增 加。最后，将提供体外预应力组件剩余的10％设计值张拉完成。该循环操作可 避免因负压力腔抽气过度而导致提供体外预应力组件破损。该接头形式比弱连 接的柔性接头具有更好的强度和稳性，同时具有很好的韧性，比刚性接头能更 好的释放水下扰动力。

实施例2

本实施例中，主要介绍接头支撑体1以及提供体外预应力组件。

首先，针对接头支撑体1。

具体地，所述接头支撑体1通过压差的变化，形成负压真空腔，以实现接 头结构安装中的稳定，抵挡水流作用。

本实施例中，利用负压真空腔，进而能够实现接头空间的全部支撑以及部 分支撑，对应产生不同的扰动力，一方面抵抗不同大小的水流，另外一方面， 实现的是不同区域扰动的对抗。具体地，使用过程中，接头支撑体是真空腔结 构，该真空腔结构最初对接时内部是有空气的，后通过排气阀进行抽气，形成 真空腔，与外部水体形成负压关系，从而实现接头结构的稳定。

进一步地，所述接头支撑体1包括腔体，所述腔体上设有排气阀11，所 述腔体通过排气，实现压差的变化。

本实施例中，利用排气形成真空的思路，进而真空腔具有一定的强度，进 而能够产生抵抗力，进行扰动力的实现。结构简单，实现方式容易，能够确保 支撑力的调整变化。

进一步地，接头前，所述腔体内部充满大气压，接头中，所述腔体利用排 气阀11排气，腔体内形成真空腔，导致腔体与外部水体形成负压，用以抵抗 水流作用。

本实施例中，真空腔的腔体持续排气，内外负压差越来越大，随着接头的 进行，两个管道对接力增加，进而抵抗力越来越强；具体地，是通过内外形成 的巨大压差，实现了水流的抵抗。其次，针对提供体外预应力组件2。

具体地，安装时，所述第一管道100以及第二管道200中，一者为已安装 端管道，另一者为待安装管道，所述提供体外预应力组件2沿已安装端管道伸 向待安装管道。

本实施例中，利用已安装管道，向待安装管道延伸，进而可以充分利用已 安装管道的稳定性，实现后期预应力增加中，整个结构的稳定性，充分利用各 个管道的优势。

具体地，所述提供体外预应力组件2为自动化体外预应力筋，所述自动化 体外预应力筋通过预应力逐级施加至稳定的方式，至少实现2次预应力的张拉 输出。

本实施例中，自动化体外预应力筋通过预应力逐级施加至稳定的方式，至 少实现2次预应力的张拉输出。进而整个过程中，通过多次的拉伸，能保证预 应力不会破损。

再次，主要介绍接头支撑体1与提供体外预应力组件2之间的配合过程。

实际使用中，管节外侧的自动体外预应力筋从已安装端伸向待安装端，就 位后进行预张拉，张拉强度至设计值的80％，将相邻两个管节进行初级固定。 然后，进行负压腔内的抽气作业，抽掉90％的气体。再将体外预应力筋张拉剩 余设计值的10％。接着，抽去负压力腔内剩余10％的气体，形成真空腔。最后， 将提供体外预应力组件剩余的10％设计值张拉完成。该循环操作可避免因负压 力腔抽气过度而导致提供体外预应力组件破损。该接头形式比弱连接的柔性接 头具有更好的强度和稳性，同时具有很好的韧性，比刚性接头能更好的释放水 下扰动力。

实施例3

本实施例中，主要介绍其他过程。

具体地，参照附图2-3所示，还包括设置于接头支撑体1一端的第一止水 单元3，所述第一止水单元3的两端分别固定于第一管道100和第二管道200 连接。

本实施例中，设置第一止水单元，进而第一止水单元能够实现对于管道连 接处的止水，确保接头工作过程中，整个接头处具有止水功能。

对于实施例2中的排气阀，其设置于腔体内远离第一止水单元的一侧。进 而实现对于第一止水单元的支撑。

参照附图2-3所示，所述第一止水单元3为Ω止水带，所述Ω止水带沿第 一管道100以及第二管道200内壁设置，并固定连接于第一管道100和第二管 道200上。

本实施例中，Ω止水带有一定的支撑性，能够提高止水处的强度，其固定 连接，稳定性更强。相比于简单的形成止水带，特殊的结构，能够具备多重的 效果，尤其是Ω，其底部的两端还可以实现与外部的其他结构的固定连接，能 够为后期的设计提供基础。

进一步地，还包括密封结构4，沿所述插槽400外壁以及突出部300内壁， 分别覆盖有所述密封结构4，所述密封结构4实现接头处的密封。

本实施例中，接头端面采用全覆盖式柔性密闭材料代替了端钢壳及GINA 止水带，增加相邻两管节的密闭贴合面积，具有更好的密水效果。采用密封材 料，能够实现整个的密封，提高链接处的稳定性。

进一步地，所述密封结构4包括若干的填充膨胀剂层，所述填充膨胀剂层 遇水膨胀，以实现接头处的密封。

本实施例中，密封结构通过填充膨胀剂层，进而能够提高整个的密封效果， 提升工作效率。进一步地，采用层层的结构，各个之间，密封性相比于整体结 构，更强。

实施例4

本实施例中，结合具体应用进行介绍。

本发明为一种适用于悬浮隧道的接头结构，主要应用环境为跨海、跨湖的 深水区域，一般位于水下至少30m，且潮汐、风浪作用显著，管节接头作为隧 道管节之间的重要连接构件，在外部荷载作用下，接头和管节本体将共同承担 隧道的内力和变形。由于接头部位的刚度通常比正常管节本体要小，接头部位 容易成为应力集中部位，是结构设计重点考虑的关键。

本发明管节接头结构在保留了传统的柔性接头和刚性接头的内侧止水带、 封闭式连接钢板、预应力键基础上，增加了全覆盖式柔性密封材料、负压真空 腔、双重提供体外预应力组件等结构。本发明接头形式具有以下明显优势：

第一，本发明采用“前凸后凹”的剪力键结构，即前一节管节端头为“凸” 字形，后一节与之对接的管节端头为“凹”字形，替代了传统的“平口”壳端 的多齿剪力键，保障了接头结构的有效厚度，且结构更简单，具有更好的结构 强度和抗扰稳性，对接施工也更便捷。

第二，本发明根据接头安装的环境不同，采用水上对接接头(陆上干环境) 和水下对接接头(水中湿环境)两种不同的接头形式。水上对接接头可在船坞 预制时完成，待小节管段预制完成后，将两管段接口精准对接，通过排气阀排 出负压真空腔内的空气，再安装内侧OMEGA止水带，张拉内侧高强预应力，最 后外侧安装止水条并浇筑闭合。该结构施工便捷，真空腔和预应力筋保证了接 头刚度，且具备良好的变形适用性。

第三，本发明，水下对接接头在水中动态环境安装，结构对接初稳可通过 负压真空腔排气锁紧完成，外侧预应力由自动化液压千斤顶张拉紧固，在水下 形成可抗流体扰动的稳定结构。待管段全部对接完成后，隧道进行逐一抽水形 成干环境，安装内侧止水条、封闭连接板以及预应力筋，二次叠加结构强度形 成最终的接头结构。

第四，接头端面采用全覆盖式柔性密闭材料代替了端钢壳及GINA止水带， 增加相邻两管节的密闭贴合面积，具有更好的密水效果；

第五，负压力真空腔和提供体外预应力组件对隧道整体结构形成双重强度 保障，隧道管节在水中悬浮状态下对接施工过程中，通过两者的相互补强、相 互制约，能更好的抵抗水流的扰动，大大提高管节对接的成功率。当待安装的 隧道管节在水下与已安装的隧道管节实现初步对接后，首先，管节外侧的自动 化体外预应力筋从已安装端伸向待安装端，就位后进行预张拉，张拉强度至设 计值的80％，将相邻两个管节进行初级固定。然后，进行负压腔内的抽气作业， 抽掉90％的气体。再将体外预应力筋张拉剩余设计值的10％。再后，抽去负压 力腔内剩余10％的气体，形成真空腔。最后，将体外预应力组件剩余的10％设 计值张拉完成。该循环操作可避免因负压力腔抽气过度而导致提供体外预应力 组件破损。该接头形式比弱连接的柔性接头具有更好的强度和稳性，同时具有 很好的韧性，比刚性接头能更好的释放水下扰动力。

对于深水环境大比例预制结构的接头形式，已有多种设计，但传统的柔性 接头和刚性接头，在施工难度、周期长度、结构强度及适用性等方面各有局限 性，本发明通过设置提供体外预应力组件、负压真空腔、全断面覆盖的密闭材 料等结构，使得接头施工更方便，且提高了接头结构强度。

本发明接头形式采用“前凸后凹”的剪力键结构，与传统的小块状剪力键 相比，该结构简单，且有良好的剪力键作用，对接施工难度降低。管节端面采 用大面积的柔性密闭材料，增大了管节端面的接触面积，具有更好的贴合密水 作用。水下对接接头结构外侧还设置了自动化提供体外预应力组件，采用自动 化液压千斤顶，当管节在水下完成对接后，提供体外预应力组件机械臂由已安 装端伸向待安装端紧缩固定，形成外力固结体系，增强了结构的整体强度。管 节内侧提供体外预应力组件的设置，额外增加一道强固接头的体系。

本发明中，接头结构组成

本发明接头结构分水上接头和水下接头两种，其结构组成如下：

当用于水上环境时，需要包括第二止水单元5；即止水条：本发明止水条 采用中埋式止水条，设置于水上对接接头外侧一周凹槽内，安装完成后浇筑混 凝土进行封闭。

第二密封结构4：在对接管节端面大面积设置，采用遇水膨胀密闭材料， 遇水后微膨胀，能紧密贴合，具有良好的密水效果。

第一止水单元3即Ω止水带：设置于管节端部内侧一周，采用钢板与螺栓 紧固连接对接的两节管节。

第一止水单元3上的止水带固结结构6：由钢板和螺栓组成，用于固定Ω 止水带。

接头支撑体1，即负压真空腔：在对接的两节管节端面均设置“凹”字结 构，形成空腔结构，由排气阀连通空腔与外界。水上接头待中埋式止水条、Ω 止水带及内侧提供体外预应力组件施工完成后，通过排气阀将空腔内的水气排 出，形成负压真空腔；水下接头待自动化提供体外预应力组件张拉完成后，通 过排气阀将空腔内的水气排出，形成负压真空腔。

内壁贴合钢板7：该钢板设置于管节内侧，覆盖Ω止水带一周，在干环境 下与Ω止水条固定结构焊接固定。

提供体外预应力组件2：设置于管节结构内侧，采用高强度预应力钢棒， 在干环境下进行预应力张拉施工。

现浇混凝土闭环：水上接头结构在管节外侧一周预留凹槽，待管节初步对 接后，安装中埋式止水条后浇筑凹槽混凝土，形成刚性闭环。

排气阀11：连通负压真空腔和外界，采用高压抽气系统由空腔向外界单 向排气。

另外一个提供体外预应力组件(即液压千斤顶8)：设置于水下接头外侧， 为全自动化预应力系统，液压千斤顶体系设置于已安装管节一侧。当待安装管 节与已安装管节初步对接后，提供体外预应力组件机械臂伸向待安装管节对应 位置，液压千斤顶收缩紧固。

本实施例中的对接施工步骤，主要包括2种施工环境：

第一种：水上对接接头

水上对接接头施工步骤如下：

预制管节结构，预制过程中安装好预埋结构及端部结构。

前一节管节与后一节管节进行初步对接，将密闭材料充分贴合紧闭。

通过排气阀抽出空腔内空气，形成负压真空腔。

安装管节内侧Ω止水带，焊接内壁贴合钢板。

安装并张拉管节内侧提供体外预应力组件，直至达到设计要求值。

安装管节外侧中埋式止水条，浇筑外侧凹槽混凝土封闭。

第二种：水下对接接头

水下对接接头施工步骤如下：

水上对接管节对接完成大节段后，将大节段两端密封，浮运至施工现场， 粗定位后，注水下沉至设计标高，再利用驳船拖带进行精定位对接施工。

待安装节段与已安装节段进行初步对接后，将密闭材料充分贴合紧闭。

提供体外预应力组件机械臂伸向待安装管节对应位置，液压千斤顶收缩紧 固。

通过排气阀抽出空腔内空气，形成负压真空腔。提供体外预应力组件液压 千斤顶随负压真空腔压缩量微调。

待管节结构全部安装完成后，抽干管节内水体形成干环境，再安装管节内 侧Ω止水带，焊接内壁贴合钢板。

安装并张拉大节段内侧提供体外预应力组件，直至达到设计要求值。

本发明接头结构根据管节对接环境不同，秉承施工简便、接头结构适用性 强的特征，设计了水上对接和水下对接两种接头结构，其优点如下：

本发明接头形式采用“前凸后凹”的剪力键结构，即前一节管节端头为“凸” 字形，后一节与之对接的管节端头为“凹”字形，与传统的小块状剪力键相比， 该结构简单，且有良好的剪力键作用，对接施工难度降低。

根据接头对接时的施工环境不同，本发明接头结构分为水上对接和水下对 接两种形式，水上对接在干环境完成，水下对接在深水环境下完成，两种接头 在结构组成、结构刚度和施工难度上各有不同。

本发明两种接头结构端面均设置了大面积的柔性密闭材料，增大了管节端 面的接触面积，具有更好的贴合密水作用。

本发明两种接头结构内侧一周均设置了Ω止水带和提供体外预应力组件。 水下对接接头待水下结构全部完成，管节内形成干环境后再进行Ω止水带的安 装施工，止水带外侧贴合一块钢板进行接头固定。最后安装提供体外预应力组 件，张拉至设计值，增加一道强固接头的体系。

本发明两种接头结构端面均设置了负压真空腔及排气阀，待两管节对接完 成后，利用排气阀排除空腔内的水气，形成负压真空结构，该负压真空结构完 美的利用了外侧深水压力完成接头的闭合，接头封闭效果好，结构强度高。

水上对接接头结构沿管节外侧一周预留凹槽，当预制管节完成后进行对接 时，埋设止水条，并浇筑混凝土进行连接密封，其施工方便且止水效果好。

水下对接接头结构外侧还设置了自动化提供体外预应力组件，采用自动化 液压千斤顶，当管节在水下完成对接后，提供体外预应力组件机械臂由已安装 端伸向待安装端紧缩固定，形成外力固结体系，增强了结构的整体强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。