Подводный понтонный мост и способ его постройки Российский патент 2019 года по МПК E02D29/67 

Известен проект постройки в Норвегии подводного моста из двух изогнутых бетонных труб подвешенных на понтонах находящихся на поверхности воды. Стоимость реализации проекта оценивается в 25 миллиардов долларов. Недостаток такого решения в том, что волнение моря приведёт к вертикальным и горизонтальным перемещениям понтонов, передаче вертикальных и горизонтальных усилий на бетонные трубы, возможному появлению деформаций труб. Цель изобретения-разработать конструкцию подводного понтонного моста и способа его постройки. Постройка подводного понтонного моста, (далее подводный мост), состоит из двух этапов. 1. Устройство береговых объектов: установки устройств крепления опорных, натяжных и направляющих конструкций подводного моста, строительства объектов изготовления элементов (секций) подводного моста. 2. Строительство устройств размещения секций подводного моста и последующего продвижения секций в направляющие и опорные конструкции. На первом этапе на обоих берегах соединяемых подводным мостом роют котлованы, отделяемые от водного пространства защитными сооружениями. В котлованы устанавливают подпорные стены-1, Фиг. 1 с окнами цилиндрической формы-2 для прохода через них подводного моста. Подпорные стены-1 содержат натяжные устройства использующие гидроцилиндры-3, расположенные по окружности окон-2 в расчётных количествах для крепления к ним натяжных канатов-4, из которых формируется трасса подводного моста в виде «чулка», ограничивающего смещение подводного моста соединяющего берега. Через подпорные стены-1 пропускают натяжные канаты-4, магистрали сжатого воздуха и управляющие электрические цепи через уплотняющие устройства (сальники). (на Фиг. 1 магистрали сжатого воздуха и электрические цепи и сальники не показаны). Верхняя часть окна-2 располагается ниже уровня воды на расчётной глубине. Подпорная стена со стороны водного пространства содержит диафрагменный гидрозатвор-5, Фиг. 2. Гидрозатвор состоит из двух частей: неизменяемая часть -15, через которую проходят натяжные канаты, магистрали сжатого воздуха и электрические цепи; изменяемой части-16, выполненной с возможностью изменения величины раскрытия и закрытия. (Конструкция и работа изменяемой части-16 диафрагменного гидрозатвора аналогична работе диафрагмы фотоаппарата). С другой стороны подпорной стены-1 расположена шлюзовая камера-6, выполненная с возможностью помещения в неё одной или нескольких секций подводного моста, с возможностью её открытия и герметического закрытия, и с возможностью, после закрытия, подачи в неё сжатого воздуха давлением превышающим давление воды в водоёме, с возможностью откачки из камеры воды. Между гидрозатвором-5 и водным пространством сооружают круглый туннель (шлюз)-7 с диаметром равным диаметру определяемым проходящих через него натяжных канатов-4, закрытый от водного пространства временной перегородкой (на Фиг. 1 не показана). Шлюзовая камера-6 одной стороной примыкает к подпорной стене-1, а вторая сторона соединена с секциями подводного моста-8 выходящих на поверхность земли. Пропущенные через подпорную стену-1 натяжные канаты-4, магистрали сжатого воздуха и электрические цепи в направлении водного пространства имеют необходимый запас длины для соединения с натяжными канатами моста, магистралями сжатого воздуха и электрическими цепями основную часть которых изготавливают (формируют) судами на поверхности воды. В подпорной стене-1, со стороны обращённой к водоёму, расположен закрываемый диафрагменным гидрозатвором-5 шлюз-7 для подачи через него в водное пространство, ограниченное натяжными канатами-4, секций подводного моста-11. . До начала подачи через шлюз-7 секций моста-11 гидрозатвор-5 закрыт. Соединение натяжных канатов-4, магистралей сжатого воздуха, электрических цепей с их продолжением находящемся на судне на поверхности воды выполняют следующим образом. За гидрозатвором-5 подпорной стены-1 со стороны водного пространства расположен шлюз-7 , выполненный с возможностью, подачи в него сжатого воздуха под давлением превышающим давление воды в водоёме при открытом гидрозатворе-5. В шлюз-7 при открытом гидрозатворе-5 помещают полый цилиндр (понтон на Фиг.1 не показан) с прорезями в боковой поверхности в которые закладывают концы натяжных канатов-4, выходящие из подпорных стен, магистрали подачи сжатого воздуха, электрические цепи управления . После закладки натяжных канатов, магистралей сжатого воздуха и цепей управления в прорези понтона их закрывают съёмными элементами. В шлюз-7 из закрытой шлюзовой камеры-6 через открытую диафрагму-16 гидрозатвора-5 подают сжатый воздух под давлением превышающим давление воды в водоёме, выталкивая полым цилиндром (понтоном) с концами натяжных канатов, магистралями сжатого воздуха и электрическими цепями управления, временную перегородку (на Фиг.1 не показана) соединяющую шлюз-7 с водой, после чего диафрагму-16 закрывают. Шлюз-7 остается наполненный водой. Полый цилиндр (понтон) всплывает на поверхность. Всплывший понтон закрепляют якорями вблизи берега. К понтону подходит судно оснащённое запасом натяжных канатов необходимой длины, магистралей сжатого воздуха (напорных шлангов), электрических цепей. Выполняют соединение с концами натяжных канатов, шлангов сжатого воздуха, электрических цепей расположенных на заякоренном понтоне и начинают движение судна в сторону противоположного берега. Натяжные канаты, магистрали сжатого воздуха (шланги) и электрические управляющие цепи имеют необходимый запас длины и расположены на надводных судах. По мере продвижения судов от берега на натяжные канаты с определённым шагом устанавливают ограничительные кольца-9 выполненные с возможностью изменения длины кольца с расположенными на них трубопроводами сжатого воздуха и управляющими электрическими цепями. Снизу кольца закреплён понтон-10. Понтон содержит внизу управляемый клапан (на ограничительном кольце-9 не показан) для подачи по сигналу электрических цепей воды в понтон для его погружения и клапан вверху (не показан) для подачи сжатого воздуха из магистрали сжатого воздуха для удаления воды из понтона через нижний клапан для всплытия понтона. Понтоны используют для регулирования стрелы провеса натяжных канатов в качестве промежуточных опор подводного моста. Расположенные на соединительных кольцах трубопроводы сжатого воздуха и электрические цепи соединяют с одноимёнными магистралями расположенными на натяжных канатах. Натяжные канаты, с ограничительными кольцами и понтонами опускают с судна на расчётную глубину. (При большой длине моста возможно встречное движение судов с запасом канатов, магистралей сжатого воздуха и электрических цепей для соединения натяжных канатов, магистралей сжатого воздуха и электрических цепей в месте встречи судов). По мере движения судов на канаты надевают ограничительные кольца-9 с понтонами-10 и опускают их в воду. Понтоны поддерживают натяжные канаты и кольца на плаву. Глубину погружения канатов с кольцами регулируют управляя работой клапанов понтонов. Шлюзовая камера-6 предназначена для подачи в неё элементов подводного моста, их соединения и продвижения в сторону водного пространства. Элементы подводного моста (секции)-11 выполняют в заводских условиях в форме трубы из отдельных прочных секций определённой длины способных выдерживать давление воды на расчётной глубине с установленными внутри необходимыми устройствами: железнодорожными путями, опорными конструкциями для трубопроводов, пешеходными дорожками, устройствами пожаротушения, воздушными завесами, управляющими магистралями и т.п. Секции подводного моста с обеих сторон длины содержат соединительные кольца-14. При строительстве подводного моста с железнодорожными путями содержащими рельсы и шпалы последние опираются не на щебёночный балласт и песчаную подушку, а на предварительно напряженные канаты (не показаны), закреплённые в соединительных кольцах-14. (Работа предварительно напряженных растянутых канатов при нагружении их сжимающей нагрузкой от веса локомотива и вагонов аналогична работе предварительно напряженной арматуры железобетонных балок выдерживающих сжимающую нагрузку ). Первая, подаваемая через гидрозатвор секция-11, содержит впереди головной стыковочный узел-12 для соединения двух частей подводного моста при строительстве его с двух сторон навстречу друг другу и сзади съёмную переборку-13, а так же соединительные кольца-14. Съёмная переборка-13 имеет диаметр превышающий диаметр подводного моста и окна-2 в подпорной стене. Первая секция помещается в шлюзовую камеру-6 и после установки на неё головного стыковочного узла-12 и съёмной переборки-13, остаётся наполненной воздухом. Секции подводного моста выполняют в заводских условиях и подают в шлюзовую камеру. (Работа шлюзовой камеры сходна с функционированием торпедного аппарата подводной лодки). Шлюзовую камеру-6 закрывают, открывают гидрозатвор-5 и заполняют шлюзовую камеру-6 водой из водного пространства. После выравнивая давлений в шлюзовую камеру, сзади секции подводного моста, подают сжатый воздух под давлением превышающим давление воды в шлюзовой камере, и перемещают (как поршень в цилиндре) первую секцию подводного моста через окно-2 в подпорной стене-1 и шлюз-7 в водное пространство ограниченное натяжными канатами-4. Съёмная переборка-13 ограничивает недопустимое продвижение секции-11 в подпорной стане-1. Гидрозатвор-5 закрывают, обжимая часть первой секции находящейся в воде. Задняя часть первой секции остаётся в шлюзовой камере. Давление воздуха в шлюзовой камере сбрасывают, откачивают из неё воду, подают в неё следующую секцию подводного моста, снимают съёмную переборку-13 первой секции и устанавливают её сзади второй секции, соединяют вторую секцию с задней частью первой секции соединением колец-14, закрывают шлюзовую камеру, открывают гидрозатвор-5 заполняют камеру водой, подают сжатый воздух, и цикл повторяют. Таким образом, первая и последующие секции подводного моста перемещённые в пространство ограниченное натяжными канатами поступают в него заполненные воздухом. Всплытию секций моста препятствуют натяжные канаты-4 и регулируемые по высоте понтоны-10. После прокладки всех секций подводного моста, подают управляющую команду на уменьшение длины ограничительных колец-9, что обеспечивает сжатие натяжных канатов-4 ограничительными кольцами-9 , способствует прочному соединению с понтонами-10. Для обеспечения поперечной устойчивости сооружения натяжные канаты-4 соединяют растяжками (на Фиг.1 не показаны) с двух сторон через определённые промежутки. Растяжки закрепляют на дне водоёма для создания геометрической неизменяемости сооружения. При строительстве моста с двух сторон соединение частей моста выполняют следующим образом. Через шлюзовые камеры с двух сторон подают сжатый воздух под давлением превышающем наружное давление воды, что препятствует попаданию воды внутрь при демонтаже головных частей. Одновременно со строительством подводной части моста ведётся строительство секций моста-8, от шлюзовой камеры-6 до выхода на поверхность. После завершения работ по устройству подводной части моста гидрозатвор-5 и шлюзовая камера-6 остаются в закрытом состоянии. Давление воздуха в шлюзовой камере поддерживается выше давления воды в водоёме. Сроки и стоимость строительства такого подводного моста существенно ниже чем при подземном строительстве. Отсутствует влияние погодных факторов, почти все работы выполняют индустриальным способом, в «заводских условиях». Мост более устойчив при сейсмических колебаниях по сравнению с подземным вариантом. Подводный мост оборудуют системами пожарной сигнализации и системами пожаротушения, в том числе и устройством через определённые промежутки двухсторонних воздушных завес. Проект может быть реализован для постройки моста на остров Сахалин и для соединения острова Сахалин с Хоккайдо.

Предмет изобретения.

Подводный мост включающий установку подпорных стен на соединяемых берегах, прокладку между ними натяжных канатов, образующих подводный коридор для прокладки подводного моста отличающийся тем, что подводный мост расположен в подводном пространстве ограниченном натяжными канатами, опирающимися на подводные понтоны, расположен над дном водоёма. Окно в подпорной стене для прохода подводного моста расположено ниже уровня воды в водоёме. На одной стороне подпорной стены расположен диафрагменный гидрозатвор выполненный с возможностью изменения диаметра диафрагмы. С другой стороны подпорной стены расположена шлюзовая камера выполненная с возможностью открытия и закрытия, с возможностью заполнения водой и с возможностью подачи в неё сжатого воздуха с давлением превышающим давление воды в водоёме, с возможностью откачки воды. На натяжных канатах расположены через расчётные промежутки ограничительные кольца выполненные с возможностью изменения их длины. Снизу ограничительные кольца содержат понтоны выполненные с возможностью заполнения их водой и удаления из них воды сжатым воздухом через управляемые клапаны.

Натяжные канаты соединены с двух сторон растяжками, закрепляемые на дне.

Способ постройки подводного понтонного моста Способ постройки подводного понтонного моста включающий установку на соединяемых берегах подпорных стен с окнами отличающийся тем, что вершину окна подпорной стены располагают ниже уровня воды в водоёме. Натяжные канаты, определяющие трассу моста, пропускают через подпорные стены и натягивают с использованием гидроцилиндров. Секции подводного понтонного моста помещают в шлюзовую камеру и продвигают в трассу моста сжатым воздухом. Основную часть длины натяжных канатов прокладывают в надводном положении. После прокладки подводного понтонного моста натяжные канаты сжимают изменением длины ограничительных колец. Регулирование моста по высоте и поддержании моста на заданном уровне выполняют с применением управляемых понтонов.

Натяжные канаты закрепляют на дне водоёма растяжками.

Возможная последовательность постройки моста. 1. В заводских условиях (на полигоне) изготавливают подпорную стену-1. 2. Закрепляют на подпорной стене диафрагменный гидрозатвор-5, и гидроцилиндры-3. 3. Пропускают через подпорную стену и неизменяемую часть-15 гидрозатвора магистрали сжатого воздуха и электрические цепи необходимой длины для их последующего соединения с одноименными магистралями в надводном положении. 4. Пропускают через подпорную стену натяжные канаты-4 необходимой длины для их последующего соединения с натяжными канатами в надводном положении. 5. Пропущенные через окно-2 натяжные канаты-4, магистрали сжатого воздуха и электрические цепи закрепляют на полом цилиндре имеющем диаметр совпадающий с диаметром окна-2 и шлюза-7. . 6. Подпорную стену опускают в котлован на нужную отметку и закрепляют в проектном положении. 7. Сооружают шлюз-7 закрытый от водного пространства временной перегородкой 8. В котловане монтируют шлюзовую камеру-6 соединяя её с подпорной стеной-1. 9. Из шлюзовой камеры подают сжатый воздух в окно-2 воздействия на полый цилиндр и выталкивают цилиндр в водное пространство. 10. Соединяют на поверхности воды натяжные канаты, магистрали сжатого воздуха и электрические цепи и начинают прокладку подводного моста.

Подводный понтонный мост расположен в подводном пространстве, ограниченном натяжными канатами, опирающимися на подводные понтоны, расположен над дном водоема без опоры на дно. При возведении подводного моста на соединяемых берегах устанавливают подпорные стены с окнами, верхнюю часть окон располагают ниже уровня воды в водоеме, через подпорные стены пропускают натяжные канаты, определяющие трассу моста, на которых через определенные промежутки располагают ограничительные кольца, выполненные с возможностью изменения длины окружности кольца, снизу колец закреплены понтоны с возможностью заполнения их водой и удаления воды, а секции моста помещают в шлюзовую камеру и продвигают в трассу моста. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Подводный понтонный мост, содержащий подпорные стены на соединяемых берегах с проложенными между ними натяжными канатами, образующими подводный коридор, отличающийся тем, что подводный мост расположен в подводном пространстве, ограниченном натяжными канатами, опирающимися на подводные понтоны, расположен над дном водоема без опоры на дно.

2. Подводный понтонный мост по п. 1, отличающийся тем, что окно в подпорной стене для прохода подводного моста расположено ниже уровня воды в водоеме.

3. Подводный понтонный мост по п. 1, отличающийся тем, что на стороне подпорной стены, обращенной к водоему, расположен диафрагменный гидрозатвор, выполненный с возможностью изменения диаметра диафрагмы.

4. Подводный понтонный мост по п. 1, отличающийся тем, что с другой стороны подпорной стены расположена шлюзовая камера, выполненная с возможностью открытия и закрытия, с возможностью заполнения водой и с возможностью подачи в нее сжатого воздуха с давлением, превышающим давление воды в водоеме, с возможностью откачки воды.

5. Подводный понтонный мост по п. 1, отличающийся тем, что на натяжных канатах расположены через расчетные промежутки ограничительные кольца, выполненные с возможностью изменения длины их окружности.

6. Подводный понтонный мост по п. 1, отличающийся тем, что снизу ограничительные кольца содержат понтоны, выполненные с возможностью заполнения их водой и удаления из них воды сжатым воздухом через управляемые клапаны.

7. Подводный понтонный мост по п. 1, отличающийся тем, что ограничительные кольца соединены с растяжками, закрепляемыми на дне.

8. Способ постройки подводного моста, состоящий в том, что на соединяемых берегах устанавливают подпорные стены с окнами, верхнюю часть окон располагают ниже уровня воды в водоеме, через подпорные стены пропускают натяжные канаты, определяющие трассу моста, на которых через определенные промежутки располагают ограничительные кольца, выполненные с возможностью изменения длины окружности кольца, снизу колец закреплены понтоны с возможностью заполнения их водой и удаления воды, а секции моста помещают в шлюзовую камеру и продвигают в трассу моста.

9. Способ постройки подводного понтонного моста по п. 8, отличающийся тем, что натяжные канаты натягивают посредством гидроцилиндров.

10. Способ постройки подводного понтонного моста по п. 8, отличающийся тем, что секции моста продвигают в трассу посредством сжатого воздуха.

11. Способ постройки подводного понтонного моста по п. 8, отличающийся тем, что основную часть длины натяжных канатов прокладывают в надводном положении.

12. Способ постройки подводного понтонного моста по п. 8, отличающийся тем, что после прокладки подводного понтонного моста натяжные канаты сжимают изменением длины окружности ограничительных колец.

13. Способ постройки подводного понтонного моста по п. 8, отличающийся тем, что регулирование понтонного моста по высоте и поддержание понтонного моста на заданном уровне выполняют с применением управляемых понтонов.

14. Способ постройки подводного понтонного моста по п. 8, отличающийся тем, что ограничительные кольца закрепляют на дне водоема растяжками.