基本解釋

　　阿基米德橋 -簡(jiǎn)介

　　阿基米德橋是利用懸浮隧道技術(shù)，通過(guò)錨來(lái)固定的水下隧道。阿基米德橋依據(jù)阿基米德浮力定律而建造，其橫截面呈橢圓形或圓形，正中為公路，分為上下兩層，單向行駛，兩側(cè)為鐵路。其體積所產(chǎn)生的浮力足以使它浮在水中，因此需要用鋼纜將其固定于水下，以免浮力過(guò)大而上升，影響水面船只航行。

　　

　　發(fā)展史

　　阿基米德橋的概念最早是在20世紀(jì)初提出的。20世紀(jì)60年代，英國(guó)人曾就意大利墨西拿海峽的阿基米德橋提出了概念設(shè)計(jì)。意大利阿基米德橋公司成立于1984年，其重要業(yè)務(wù)之一就是推動(dòng)阿基米德橋的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。上世紀(jì)90年代后期，阿基米德橋公司曾和中國(guó)浙江省有關(guān)部門(mén)合作，致力于在舟山群島建設(shè)金塘海峽阿基米德橋，后因種種原因設(shè)計(jì)方案未被采納。

　　由想象到現(xiàn)在也已有上百年的歷史。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的醞釀，特別是很多離岸海洋工程的建造技術(shù)的發(fā)展，SFT的設(shè)計(jì)思想才日臻成熟起來(lái)。意大利學(xué)者Faggiano and Mazzolani, 2001對(duì)此進(jìn)行了大量可行性研究，旨在使SFT概念及其基本設(shè)計(jì)理念更為實(shí)用化。具有里程碑意義的是1969年Alan Grant 對(duì)跨麥森納海灣( Messina Strait)提出的阿基米德橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它由三個(gè)增強(qiáng)混凝土圓管構(gòu)成，外邊用鋼管保護(hù)。錨固系統(tǒng)是斜拉鋼索。

　　支撐方式

　　阿基米德橋有三種支撐方式：第一是浮筒式結(jié)構(gòu)，當(dāng)懸浮管道的浮力較小時(shí)，利用浮筒增加浮力;第二是是鉚索式，當(dāng)管道的浮力足夠大時(shí)，采用鉚索拉力固定管道;第三為剛性樁柱式，很像水中橋梁。

　　浮重比

　　一般情況下，阿基米德橋的浮力明顯大于橋的自重和交通載荷，其中自重又明顯大于交通載荷。由于重力太大會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定，浮力太大又對(duì)固定橋體的纜索要求很高，目前研究認(rèn)為重浮比在0.7~0.8之間效果最佳。

　　優(yōu)勢(shì)

　　阿基米德橋具有現(xiàn)有橋梁和隧道所不具備的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

　　第一，阿基米德橋是一種環(huán)境友好的方案，對(duì)兩岸地貌的影響非常小;

　　第二，由于借助了自然的力量——浮力，一旦技術(shù)成熟，阿基米德橋同橋梁、隧道相比具有造價(jià)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠鋯挝婚L(zhǎng)度的造價(jià)不隨跨度的增加而增加;

　　第三，技術(shù)上阿基米德橋不受跨度和水深的限制，可建在長(zhǎng)跨度、水位深、陡峭的地方。除此之外，阿基米德橋還有一定的旅游價(jià)值可供開(kāi)發(fā)。

　　面臨問(wèn)題

　　阿基米德橋的設(shè)計(jì)與建造向力學(xué)工作者提出了巨大挑戰(zhàn)。首先是流固耦合問(wèn)題，水中懸浮隧道，在波流載荷、海嘯、地震，以及偶發(fā)爆炸撞擊載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)和安全性的評(píng)估需要復(fù)雜的流固耦合動(dòng)力學(xué)計(jì)算。再者，針對(duì)錨固方式和錨固結(jié)構(gòu)的安全性，需要進(jìn)行流固土之間的相互作用方面的研究，錨固系統(tǒng)在水流作用下會(huì)發(fā)生我激振動(dòng)(VIV)，對(duì)于鉚索在海床上的固定強(qiáng)度有很大影響。最使人擔(dān)心的是一旦發(fā)生意外，人的逃生問(wèn)題十分嚴(yán)重。在這些問(wèn)題未解決之前，人們是不敢貿(mào)然行事的。

　　從工程技術(shù)角度看，阿基米德橋的設(shè)計(jì)與建造遇到很多新問(wèn)題。例如材料選擇;錨固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式;橋岸連接形式;服役條件，以及動(dòng)力響應(yīng)與結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)安全是最令人擔(dān)心的事，它包括在地震、海嘯、爆炸以及沖擊載荷作用下的可靠性問(wèn)題。另外，由于它在波流載荷作用下，疲勞問(wèn)題和材料腐蝕失效問(wèn)題更是棘手問(wèn)題?？傊Ｑ蠊こ讨杏龅降慕Y(jié)構(gòu)問(wèn)題，這里都有。不過(guò)，由于它是交通設(shè)施安全問(wèn)題，更為要緊。

　　千島湖實(shí)現(xiàn)

　　實(shí)地建造

　　2003年，中科院力學(xué)研究所與淳安縣提出了建造阿基米德橋通往水下古城的設(shè)想，雙方簽訂了合作意向書(shū)。從此千島湖千年古城水下觀光有了新可能。

　　對(duì)于這座一般人連名字都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)的橋，浙江淳安縣副縣長(zhǎng)王軍諱莫如深，“一切以中科院為準(zhǔn)”。

　　該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院力學(xué)研究所前所長(zhǎng)洪友士研究員通過(guò)電話(huà)告訴記者， 阿基米德橋?qū)W名為水中懸浮隧道，是一種基于阿基米德浮力定律，被固定于水面以下的封閉通道，是一種跨越水域的新交通方式，適用于跨度較大、水位較深等不適宜建橋、隧道等地點(diǎn)。

　　“這是對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境改變最小的跨水交通方式?！焙橛咽垦芯繂T告訴記者，阿基米德橋一般由浮在水中一定深度的管狀結(jié)構(gòu)、錨固在水下基礎(chǔ)的錨纜桿裝置及與兩岸相連的構(gòu)筑物組成，和架空水面的橋梁、穿越水底地下的隧道相比，懸浮是阿基米德橋最大的特點(diǎn)，懸浮水中的阿基米德橋借用了大自然的力量，主體需要的主要承重力量來(lái)自水的浮力，所以對(duì)周?chē)h(huán)境影響最小。

　　按照洪友士研究員描述，阿基米德橋入口和出口均在陸地，中間管道在水中，管道中可以走路行車(chē)，“甚至還可以開(kāi)高鐵?！?/span>

　　阿基米德橋的材料也是工程通用的鋼材和鋼筋混凝土，不過(guò)強(qiáng)度會(huì)考慮水下受力情況和防腐要求。

　　對(duì)于在千島湖采用阿基米德橋方式實(shí)現(xiàn)水下古城觀光，洪友士研究員覺(jué)得阿基米德橋有其優(yōu)勢(shì)，一是環(huán)保低碳，和隧道橋梁相比對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境改變最小，而千島湖環(huán)保要求很高;其二懸浮水中的阿基米德橋借用了大自然的力量，主體需要的主要承重力量來(lái)自水的浮力，省工省料，這是一種綠色的工程結(jié)構(gòu);三是適合水下觀光，阿基米德橋是一個(gè)封閉的管道，可以穿行水下，游客可以通過(guò)觀景窗口近距離接近水下古城，同時(shí)又不會(huì)破壞古城;四是阿基米德橋在水下20米，不會(huì)影響水上交通。

　　然而阿基米德橋的建設(shè)是一個(gè)世界性的難題，至今尚無(wú)建成的阿基米德橋。

　　洪友士研究員認(rèn)為阿基米德橋最大難點(diǎn)在于其懸浮在水中，雖然可以通過(guò)錨固在水下基礎(chǔ)的錨纜桿裝置保持穩(wěn)定，但其受力方式和橋梁隧道完全不一樣，如何能保持在水中的穩(wěn)定性技術(shù)尚不成熟。

　　走出實(shí)驗(yàn)室

　　目前中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所與意大利那波里大學(xué)、米蘭理工大學(xué)和阿基米德橋公司合作的“中意阿基米德橋聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，實(shí)驗(yàn)室階段的研究工作已經(jīng)告一段落，理論研究、計(jì)算分析，數(shù)據(jù)測(cè)試已經(jīng)得到一定結(jié)果，實(shí)驗(yàn)室制造的模擬橋的試驗(yàn)已經(jīng)通過(guò)。2010年10月，首屆國(guó)際阿基米德橋?qū)W術(shù)研討會(huì)在千島湖召開(kāi)，中外科研人員濟(jì)濟(jì)一堂，對(duì)千島湖阿基米德橋原型橋的工程設(shè)計(jì)和建設(shè)方案進(jìn)行了深入討論。

　　下一步將是在實(shí)際水域千島湖建造原型橋，這是一個(gè)“測(cè)試版“的阿基米德橋，洪友士研究員透露原型橋是一個(gè)橫截面在3至5米的大圓管，通過(guò)原型橋進(jìn)一步檢驗(yàn)阿基米德橋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的成果，甚至還要進(jìn)行走人走車(chē)的試驗(yàn)。

　　但據(jù)記者了解，目前建造原型橋的經(jīng)費(fèi)尚未落實(shí)。

　　至于何時(shí)能在千島湖建成“世界上第一座阿基米德橋”，洪友士研究員表示目前尚無(wú)時(shí)間表。

　　洪認(rèn)為不同交通方式的選擇和社會(huì)發(fā)展階段有關(guān)系，阿基米德橋最大特點(diǎn)是環(huán)保綠色對(duì)于環(huán)境干預(yù)小，在一些環(huán)保要求高以及不適合橋梁隧道的特殊水域優(yōu)勢(shì)明顯;洪友士研究員認(rèn)為社會(huì)目前發(fā)展階段已經(jīng)為阿基米德橋出世創(chuàng)造了有利條件。

　　至于阿基米德橋會(huì)不會(huì)很“昂貴”， 洪友士研究員認(rèn)為目前技術(shù)尚不成熟，所以初始階段造價(jià)會(huì)比較高，但一旦技術(shù)成熟推廣后一定會(huì)比橋梁隧道有優(yōu)勢(shì)，國(guó)際橋梁專(zhuān)家曾經(jīng)做過(guò)測(cè)試，橋梁隧道單位造價(jià)會(huì)隨著長(zhǎng)度增加而增加，而阿基米德橋單位造價(jià)和長(zhǎng)度幾乎沒(méi)有關(guān)系。

　　“阿基米德橋?qū)⒕哂袕V泛的科學(xué)和市場(chǎng)價(jià)值。”在北京中科院辦公室，洪友士研究員通過(guò)電話(huà)對(duì)中新網(wǎng)記者說(shuō)。