一种真空悬浮跨海隧道的超高速交通运输方案及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及交通运输领域，特别是涉及一种通过在两个跨海的城市间建立一条可以往返的真空悬浮隧道的超高速交通运输方案及其施工方法。
【背景技术】
[0002]由于渤海海峡的阻隔，目前往来于山东和东北之间的铁路、公路只能绕行山海关，路程均在1600公里以上。即使2006年烟台和大连实现了铁路轮渡，来往于两地之间也需要至少6个小时。按照渤海海峡跨海通道(即烟大海底隧道)战略规划研究项目组即将上报的方案，渤海海峡将由一个深埋的跨海铁路隧道连通，隧道先从大连旅顺附近定一个入地点，蓬莱有一个登陆点，然后就到达了烟台。整条隧道全长123-126公里，隧道内将由动车执行运输任务，设计时速为250公里，运行速度能达到220公里/小时，届时从烟台到大连只需要40分钟。工程的总造价大约在2000亿-2600亿元之间，预计不会超过3000亿元。
[0003]目前这一方案的缺点以下两方面缺点，首先是经济上不划算，没有广阔的投资前景。相关数据显示，2011年渤海湾车运量达101万辆/次、客运量654万人/次，其中烟连航线车运量达89万辆/次，客运量562万人/次，占到总运量的近九成。年票价销售额应该不会超过10亿元人民币，烟大海底隧道除了能够拉动烟台和大连本地的经济外，隧道本身将会是一个严重亏损的项目。第二是不安全，这也是最致命的一个缺点。隧道建在海底岩石中，而郯庐地震带北起黑龙江，南到长江，呈北东走向，纵贯中国大陆东部，延伸达2400多公里，历史上曾发生过多次强烈地震。而渤海跨海通道恰巧在地震带上，万一发生地震，势必对通道造成影响。一定深度的岩石或者土层中掘进隧道，如上文的烟大隧道方案。隧道的施工方法另外还有沉管法，沉管法是提前在陆地上预制管道，再在海底把它们联接固定起来，如广州珠江隧道。这两种方法各有优缺点，但二者均造价高昂，施工难度大，且需要设置很长的岸上引桥引隧。而且隧道距离一旦太长，中间必须建设竖井通风，例如烟大隧道预计长度达120多公里，常规技术必须设置竖井通风，增加施工难度和成本。
[0004]为了解决目前现有技术修建跨海隧道成本高昂，施工难度大等技术瓶颈，本发明提出了一种真空悬浮跨海隧道的超高速交通运输方案及施工方法，其成本较低，对环境破坏小，施工周期较短，运输速度快，既能满足跨海交通运输的实际需求，填补相关技术空白，又可产生较大的社会效益与经济效益。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种悬浮于水下的海底隧道的运输方案及施工方法。其特征是利用大口径无缝钢管作为海底隧道，利用位于隧道出口的抽风机让隧道中保持相对低气压真空状态，并且充分利用海水的浮力，让隧道悬浮于海水中。隧道内采用圆筒形小车作为运输工具进行载人载物，由于隧道出口的抽风机排风，使小车前方隧道处于低气压状态，由于巨大气压差的存在会自动产生对小车的前进推力，达到小车运输的目的。本发明的两个核心技术点，一是隧道悬浮于水中，二是隧道内部处于相对真空状ο
[0006]本发明所解决的技术问题所采用的技术方案:首先预制一条可以浮动的船坞，在船坞上建造可以生产大口径无缝钢管的工厂，也可以在船坞上采用现场拼接钢管的办法生产钢管。然后让船坞在海峡的一侧岸边开始，一边生产(或者连接)无缝钢管，同时拖动船坞向对岸前进。所生产的无缝钢管在经过一些表面处理以后立即可以下水，固定在水下一定深度。由于空心钢管的直径较大，排开水的体积较多，海水对钢管本身的浮动大于钢管本身的重量，因此空心钢管能够浮在水中，所以需要用固定锚把钢管固定在海底上面一定深度的海水中，让其不能漂走。这样当船坞从海岸一侧行驶到对岸以后，整个水下单向隧道也就建成了。重复以上工作，同理可以建立双向的运输通道。
[0007]本发明方法采用的是现场生产的大直径钢管，钢管的内表面和外表面都涂有特氟龙涂层。内表面的特氟龙涂层是为了减小摩擦系数，保持内表面光滑，有利于运输小车的运行；外表面的特氟龙涂层是为了隔绝海水与钢管的接触，避免钢管被海水腐蚀，延长隧道寿命，降低维护成本。
[0008]专门特制一种或者几种标准化的小车，分别用于载人、载小汽车、载货物等。小车不需要动力，但载人的小车需要有电池照明、刹车、供氧、空间封闭压力保持系统等功能，小车外形以圆筒形为主。载人的小车要求在运行中始终处于全封闭状态，在遇到隧道断裂时可以自动浮出水面，或者管道充水以后能够靠浮力向管道出口运行。小车的两端都安装了比隧道内径稍小一点的自润滑(或者滚动轮)的圆盘装置，一是起支撑作用，支撑小车在轨道内部运行；另一个是起堵塞作用，把整个管道堵住，获得较大的压差，以获得前进的动力；三是起润滑作用，保持小车和管道间的摩擦系数最小，减小前进阻力。
[0009]在隧道的出口端封闭管道，并设置大功率的真空装置(抽风机)，隧道内部形成一种持续的由入口到出口的风向，在隧道内部持续形成真空状态，这样在一辆小车在起始端刚刚进入轨道内部以后，小车两端的圆盘装置就会堵住管道，真空瞬间加大，小车自己就被强大的真空牵引着一直向前，并且同时给自己身后也留下了真空状态，第二辆、第三辆等小车可以随时进入隧道前进。由于隧道一直处在相对真空状态，所以小车几乎没有什么阻力，运行速度可以达到每小时一千多公里。
[0010]为了控制小车的速度，我们在管道的两端要分阶段形成可以控制不同真空度的管道。特别是在出口端，小车高速到达后，要让它自动在至少3个不同真空度的管道中逐渐减速，直到完全停止。
[0011]由于隧道的浮力远大于钢管自身的重量，所以除了要用比较牢固的锚固定在海底之外，还要在隧道外面间隔着捆绑上大石头或者是类似于火车轨道的混凝土预制件，以增加隧道管道本身的重量，降低固定锚的拉力，维系在海水中的平衡。
[0012]一种真空悬浮跨海隧道的超高速交通运输方案及施工方法，包括隧道和运输小车，其特征在于利用大口径钢管作为海底隧道，利用位于隧道出口的抽风机让隧道中保持相对真空状态，并且充分利用海水的浮力，让隧道悬浮于海水中，隧道内采用圆筒形小车载人载物，并利用小车前方的真空作为小车动力，达到运输的目的；其特征在于利用大口径钢管作为海底隧道主体，所谓钢管，不局限于常规金属钢管，也可以是塑料管或者钢塑复合管等不同材料的管道，整个海底隧道悬浮在海水中；其特征在于利用可以浮动的船坞，在船坞上现场建造大口径钢管；其特征在于利用位于隧道出口的抽风机让隧道中保持相对真空状态；其特征在于隧道的内表面和外表面都涂上特氟龙涂层；其特征在于小车的两端都安装了比隧道内径稍小一点的圆盘装置，以便尽可能多地堵住管道；其特征在于隧道内的小车利用小车前方的