Подводная транспортная туннельная система, туннельная секция и устройство для стыковки туннельных секций

Подводная транспортная туннельная система, туннельная секция и устройство для стыковки туннельных секций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к подводным транспортным туннелям, монтируемым из отдельных секций, погружаемых в воду или укладываемых на дне. Изобретение также относится к вспомогательным устройствам для соединения трубчатых секций на поверхности воды или под водой.

Известны различные конструкции подводных туннельных систем, состоящих из отдельных предварительно изготовленных трубчатых туннельных секций, и способы их прокладки. Первоначально для соединения трубчатых секций на поверхности воды, с последующим их погружением, использовали обычные вспомогательные плавучие средства [патент US 485983, опубл. 08.11.1892], а для подводной сборки - простейшие механизмы, например с направляющими стягивающими резьбовыми штангами [патент US 375464, опубл. 27.12.1887], или с помощью ступенчатого профилирования стыкуемых торцов [патент US 629133, опубл. 18.07.1899], при этом до сборки полости секций закрывали с торцов водонепроницаемыми технологическими перегородками и использовали плавучие грузоподъемные механизмы [патент US 1050320, опубл. 14.01.1913]. Однако такие способы были достаточно трудоемкими.

С развитием уровня техники технология сборки совершенствовалась. Например, для подводной сборки туннельной системы с двумя транспортными туннелями в один ярус готовой секции использовались специальные плавучие мостовые краны и специальные направляющие стыковочные устройства, при этом при доставке секций к месту сборки также использовались технологически торцовые заглушки [патент US 3901038, опубл. 26.08.1975]. Известно использование для стыковки торцов трубчатых секций относительно сложного устройства, монтируемого с помощью колец на одной из стыкуемых секций и содержащего систему приводов и направляющих [патент US 4832530, опубл. 23.05.1989]. Известные технологии относительно сложны и трудоемки.

Известна подводная транспортная туннельная система [патент US 5899635, опубл. 04.05.1999], при этом в качестве прототипа выбрано более позднее техническое решение такой системы [патент US 6450734, опубл. 17.09.2002], соединяющей первый и второй берега противоположных участков суши, разделенных толщей воды, включающая две наклонные трубчатые туннельные секции для въезда и выезда из системы, вмонтированные в берега и уходящие в толщу воды на предписанную глубину навстречу друг другу; и множество подводных промежуточных трубчатых туннельных секций, каждая из которых простирается между своими противоположными торцами, имеет продольную ось и содержит внутри между своими торцами дорожное полотно со средствами его поддержки. Туннельные секции соединены друг с другом с помощью водонепроницаемых соединительных средств. Для прокладки туннельной системы использована технология подводной сборки изготовленных на берегу секций. Для стыковки секций при сборке используют устройство, содержащее упорное кольцо, выполненное с возможностью монтажа на внутренней образующей поверхности одной из обращенных друг к другу торцами соседних секций вблизи торца коаксиально образующей, а также несколько приводов, смонтированных на упорном кольце по его периферии, приводящих в движение стыковые элементы для их контакта с другой секцией в местах на периферии вблизи ее стыкуемого торца, а также для закрытия стыка. Известная система достаточно подробно продумана как конструктивно, так и технологически, однако безопасность системы на случай аварийных ситуаций недостаточна и, кроме того, сборка системы и подготовительные операции перед сборкой могут быть упрощены.

Решаемая техническая задача - повышение безопасности эксплуатации подводных транспортных туннельных систем, упрощение и снижение стоимости их прокладки.

Предлагается подводная транспортная туннельная система, соединяющая первый и второй берега противоположных участков суши, разделенных толщей воды, включающая: первую и вторую водонепроницаемые удлиненные наклонные трубчатые туннельные секции, предназначенные для въезда и выезда из туннельной системы, причем первая и вторая туннельные секции вмонтированы в первый и второй берег соответственно, уходя из береговой линии в толщу воды на предписанную глубину навстречу друг другу; и множество подводных удлиненных водонепроницаемых промежуточных трубчатых туннельных секций, каждая из которых простирается между своими противоположными торцами, имеет продольную ось и содержит внутри между своими торцами дорожное полотно со средствами его поддержки; а также водонепроницаемые соединительные средства, соединяющие противоположные торцы соседних промежуточных туннельных секций, а также удаленные торцы первой и второй туннельных секций с одним из торцов соседних с ними промежуточных туннельных секций, так что продольные оси первой и второй туннельных секций и промежуточных туннельных секций преимущественно выровнены в продольном направлении. Новым является то, что хотя бы одна промежуточная туннельная секция снабжена хотя бы одной подвижной перегородкой, выполненной с возможностью встраивания в дорожное полотно в опущенном горизонтальном положении и герметично перекрывать сквозной проезд поперек над дорожным полотном промежуточной туннельной секции в своем поднятом вертикальном положении. Это повышает безопасность эксплуатации системы в случае аварии.

Может быть смонтирована вблизи хотя бы одного торца промежуточной туннельной секции и выполнена с возможностью перекрывать сквозной проезд вблизи этого торца.

Лучше, когда промежуточная туннельная секция снабжена двумя подвижными перегородками, смонтированными вблизи ее противоположных торцов и выполнена с возможностью перекрывать сквозной проезд вблизи каждого из этих торцов. Это позволяет поднимать туннельную секцию на поверхность воды для замены или ремонта.

Подвижная перегородка может быть оборудована приводом и средством ее фиксации в поднятом вертикальном положении.

Промежуточная туннельная секция может содержать два и более дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость промежуточной тоннельной секции на два и более герметичных отсека, расположенных один над другим, при этом подвижная перегородка выполнена с возможностью перекрывать сквозной проезд хотя бы над одним дорожным полотном. Такое решение, например, позволяет в случае аварии обеспечить проезд сквозь незатопленный отсек, обеспечить изоляцию затопленного отсека для ремонта и т.п.

Также предлагается туннельная удлиненная водонепроницаемая трубчатая секция, которая простирается между своими противоположными торцами, имеет продольную ось и содержит внутри дорожное полотно со средствами его поддержки, протянутое между названными торцами. Новым является то, что туннельная секция снабжена хотя бы одной подвижной перегородкой, выполненной с возможностью встраивания в дорожное полотно в опущенном горизонтальном положении и герметично поперек перекрывать пространство над дорожным полотном промежуточной туннельной секции в своем поднятом вертикальном положении. Т.о. монтаж подвижных перегородок можно производить на берегу и использовать такие готовые туннельные секции для строительства вышеописанной туннельной системы.

Подвижная перегородка может быть смонтирована вблизи хотя бы одного торца и выполнена с возможностью закрывать пространство над дорожным полотном вблизи этого торца.

Лучше, когда туннельная секция снабжена двумя подвижными перегородками, смонтированными вблизи ее противоположных торцов и выполнена с возможностью закрывать пространство над дорожным полотном с обоих торцов. Это позволяет отказаться от использования дополнительных герметичных торцовых заглушек при транспортировке туннельной секции наплаву к месту сборки, используемых, например, в прототипе, и использовать для этой цели подвижные перегородки в их закрытом положении.

Подвижную перегородку лучше оборудовать силовым приводом и средством ее фиксации в поднятом вертикальном положении.

Также предлагается устройство для стыковки туннельных секций, содержащее упорное кольцо, выполненное с возможностью монтажа на образующей поверхности одной из обращенных друг к другу торцами соседних трубчатых туннельных секций вблизи ее торца коаксиально такой образующей поверхности, несколько приводов, смонтированных на упорном кольце по его периферии и имеющих возможность приводить в движение стыковые элементы для их контакта с другой туннельной секцией в местах на периферии вблизи ее стыкуемого торца. Новым является то, что устройство предназначено для соединения туннельных секций, хотя бы одна из которых является заявляемой туннельной секцией, стыковые элементы выполнены в виде штанг, ближние концы которых шарнирно соединены с упорным кольцом, а дальние концы направлены от приводов наружу туннельной секции, выступают за ее длину в смонтированном положении упорного кольца, приводы выполнены с возможностью сведения дальних концов штанг к оси упорного кольца и/или их разведения от такой оси. При этом силовой привод подвижной перегородки заявляемой секции выполнен с возможностью его использования в качестве силового привода закрытия стыка при соединении туннельных секций.

Дальние концы штанг могут быть отогнуты по направлению к местам контакта и/или на них могут быть выполнены контактные ролики и/или контактные поверхности, которые эквидистантны поверхностям другой туннельной секции в местах контакта.

Упорное кольцо может быть выполнено с возможностью монтажа как на внутренней образующей поверхности туннельной секции, так и на ее наружной образующей.

Лучше, когда приводы по числу штанг выполнены в виде силовых гидроцилиндров, шарнирно смонтированных на упорном кольце по его периферии одними концами, с приводными штоками на других концах, которые, в свою очередь, шарнирно присоединены своими концами к штангам.

Приводы могут монтироваться на упорном кольце по его периферии равномерно.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен главный вид подводной транспортной туннельной системы, на фиг.2 - поперечный разрез такой системы, а на фиг.3 - местный вид в разрезе вблизи стыка соседних туннельных секций. На фиг.4 и фиг.5 на главном виде и в поперечном разрезе соответственно проиллюстрировано использование устройства для стыковки туннельных секций, а на фиг.6 на главном виде - возможный вариант такой стыковки с использованием другого варианта исполнения устройства. Пунктирными линиями на фиг.3 и фиг.4 показаны соответственно первоначальные положения подвижной перегородки поз. 12 и штанги поз. 18.

Изобретение поясняется на примерах.

На фиг.1-3 представлена транспортная туннельная система с мелководным овальным (в поперечном сечении) туннелем, смонтированным на глубинах 15-30 м.

Система соединяет берега 1 и 2, разделенных толщей воды 3, и включает прибрежные водонепроницаемые трубчатые туннельные секции 4 и 5, предназначенные для въезда и выезда из туннельной системы через береговые сооружения 6, несколько подводных водонепроницаемых промежуточных трубчатых туннельных секций 7, установленных на соответствующих фундаментных плитах 8 и содержащих два дорожных полотна 9 и 10, смонтированных в два яруса с помощью средств поддержки (не показаны), водонепроницаемые кольцевые соединительные средства 11.

Туннельные секции 7 содержат по четыре подвижные перегородки 12 - по две с каждой стороны каждого дорожного полотна 9, 10, встроенные в них в опущенном положении и герметично перекрывающие сквозной проезд, как показано на фиг.3, с помощью уплотнительных элементов 13, 14 за счет гидроцилиндров 15. Т.о., полость над дорожным полотном 9 и/или 10 может быть герметично заглушена с двух сторон, что позволяет: а) извлекать секцию 7 на поверхность воды для ремонта; б) обеспечивать изоляцию неповрежденной секции 7 или ее отсека; в) транспортировать секцию 7 наплаву к месту сборки.

Для одной из операций сборки туннельной системы, например стыковки двух смежных секций 7 наплаву, можно использовать устройство, представленное на фиг.4 и фиг.5, содержащее упорное кольцо 16, неподвижно смонтированное (с возможностью последующего снятия после стыковки) на одной из секций 7, четыре гидроцилиндра 17, изогнутые штанги 18 с роликами 19. Для операции центрирования секций 7 (показаны упрощенно цилиндрическими) штанги 18 разводят как показано пунктирной линией, подводят между ними ближний конец второй стыкуемой секции 7 и сводят штанги 18 с помощью гидроцилиндров 17 до соприкосновения роликов 19 с поверхностью стыкуемой секции 7. После этого стык между секциями 7 закрывают в таком зафиксированном отцентрированном положении секций. Для закрытия стыка может быть использовано отдельное внешнее силовое средство, создающее усилие вдоль оси секций, а в случае наличия подвижной перегородки 12 такое закрытие может быть, например, произведено с помощью троса (не показано), один конец которого прикреплен к стыкуемому концу одной секции 7, а другой конец - к подвижной перегородке 12, при этом требуемое усилие на тросе будет создаваться при опускании подвижной перегородки 12 в горизонтальное положение.

Возможен и другой подобный вариант подобного устройства, монтируемого внутри, как показано на фиг.6, при этом центрирование секций производится не сведением, а разведением штанг 18.

Приведенные примеры использованы только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения и не ограничивают объем правовой охраны, представленный в формуле, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления изобретения по любому из независимых пунктов формулы.

1. Подводная транспортная туннельная система, соединяющая первый и второй берега противоположных участков суши, разделенных толщей воды, включающая первую и вторую водонепроницаемые удлиненные наклонные трубчатые туннельные секции, предназначенные для въезда и выезда из туннельной системы, причем первая и вторая туннельные секции вмонтированы в первый и второй берег соответственно, уходя из береговой линии в толщу воды на предписанную глубину навстречу друг другу; множество подводных удлиненных водонепроницаемых промежуточных трубчатых туннельных секций, каждая из которых простирается между своими противоположными торцами, имеет продольную ось и содержит внутри между своими торцами дорожное полотно со средствами его поддержки; а также водонепроницаемые соединительные средства, соединяющие противоположные торцы соседних промежуточных туннельных секций, а также удаленные торцы первой и второй туннельных секций с одним из торцов соседних с ними промежуточных туннельных секций, так, что продольные оси первой и второй туннельных секций и промежуточных туннельных секций преимущественно выровнены в продольном направлении, отличающаяся тем, что хотя бы одна промежуточная туннельная секция снабжена хотя бы одной подвижной перегородкой, выполненной с возможностью встраивания в дорожное полотно в опущенном горизонтальном положении и герметично перекрывать сквозной проезд поперек над дорожным полотном промежуточной туннельной секции в своем поднятом положении.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что подвижная перегородка смонтирована вблизи хотя бы одного торца промежуточной туннельной секции и выполнена с возможностью перекрывать сквозной проезд вблизи этого торца.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что промежуточная туннельная секция снабжена двумя подвижными перегородками, смонтированными вблизи ее противоположных торцов, и выполнена с возможностью перекрывать сквозной проезд вблизи каждого из этих торцов.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что подвижная перегородка оборудована приводом и средством ее фиксации в поднятом положении.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что промежуточная туннельная секция содержит два и более дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость промежуточной тоннельной секции на два и более герметичных отсека, расположенных один над другим, при этом подвижная перегородка выполнена с возможностью перекрывать сквозной проезд хотя бы над одним дорожным полотном.

6. Туннельная удлиненная водонепроницаемая трубчатая секция, которая простирается между своими противоположными торцами, имеет продольную ось и содержит внутри дорожное полотно со средствами его поддержки, протянутое между названными торцами, отличающаяся тем, что она снабжена хотя бы одной подвижной перегородкой, выполненной с возможностью встраивания в дорожное полотно в опущенном горизонтальном положении и герметично поперек перекрывать пространство над дорожным полотном промежуточной туннельной секции в своем поднятом положении.

7. Секция по п.6, отличающаяся тем, что подвижная перегородка смонтирована вблизи хотя бы одного торца и выполнена с возможностью закрывать пространство над дорожным полотном вблизи этого торца.

8. Секция по п.6, отличающаяся тем, что снабжена двумя подвижными перегородками, смонтированными вблизи ее противоположных торцов и выполнена с возможностью закрывать пространство над дорожным полотном с обоих торцов.

9. Секция по п.6, отличающаяся тем, что подвижная перегородка оборудована силовым приводом и средством ее фиксации в поднятом положении.

10. Устройство для стыковки туннельных секций, содержащее упорное кольцо, выполненное с возможностью монтажа на образующей поверхности одной из обращенных друг к другу торцами соседних трубчатых туннельных секций вблизи ее торца коаксиально такой образующей поверхности, несколько приводов, смонтированных на упорном кольце по его периферии и имеющих возможность приводить в движение стыковые элементы для их контакта с другой туннельной секцией в местах на периферии вблизи ее стыкуемого торца, отличающееся тем, что предназначено для соединения туннельных секций, хотя бы одна из которых выполнена по п.9, стыковые элементы выполнены в виде штанг, ближние концы которых шарнирно соединены с упорным кольцом, а дальние концы направлены от приводов наружу туннельной секции, выступают за ее длину в смонтированном положении упорного кольца, при этом приводы выполнены с возможностью сведения дальних концов штанг к оси упорного кольца и/или их разведения от такой оси, при этом силовой привод подвижной перегородки секции по п.9 выполнен с возможностью его использования в качестве силового привода закрытия стыка при соединении туннельных секций.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что дальние концы штанг отогнуты по направлению к местам контакта.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на дальних концах штанг выполнены контактные ролики.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на дальних концах штанг выполнены контактные поверхности, которые эквидистантны поверхностям другой туннельной секции в местах контакта.

14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упорное кольцо выполнено с возможностью монтажа на внутренней образующей поверхности туннельной секции.

15. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упорное кольцо выполнено с возможностью монтажа на наружной образующей поверхности туннельной секции.

16. Устройство по п.10, отличающееся тем, что приводы по числу штанг выполнены в виде силовых гидроцилиндров, шарнирно смонтированных на упорном кольце по его периферии одними концами с приводными штоками на других концах, которые, в свою очередь, шарнирно присоединены своими концами к штангам.

17. Устройство по п.10, отличающееся тем, что приводы смонтированы на упорном кольце по его периферии равномерно.