基本解釋

　　阿基米德橋 -簡介

　　阿基米德橋是利用懸浮隧道技術(shù)，通過錨來固定的水下隧道。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世紀初提出的。20世紀60年代，英國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。意大利阿基米德橋公司成立于1984年，其重要業(yè)務(wù)之一就是推動阿基米德橋的設(shè)計和實現(xiàn)。上世紀90年代后期，阿基米德橋公司曾和中國浙江省有關(guān)部門合作，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)過長時期的醞釀，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)計思想才日臻成熟起來。意大利學(xué)者Faggiano and Mazzolani, 2001對此進行了大量可行性研究，旨在使SFT概念及其基本設(shè)計理念更為實用化。具有里程碑意義的是1969年Alan Grant 對跨麥森納海灣( Messina Strait)提出的阿基米德橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計。它由三個增強混凝土圓管構(gòu)成，外邊用鋼管保護。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，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，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。由于重力太大會導(dǎo)致不穩(wěn)定，浮力太大又對固定橋體的纜索要求很高，目前研究認為重浮比在0.7~0.8之間效果最佳。

　　優(yōu)勢

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

　　第一，阿基米德橋是一種環(huán)境友好的方案，對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、隧道相比具有造價優(yōu)勢，因為其單位長度的造價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值可供開發(fā)。

　　面臨問題

　　阿基米德橋的設(shè)計與建造向力學(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力響應(yīng)和安全性的評估需要復(fù)雜的流固耦合動力學(xué)計算。再者，針對錨固方式和錨固結(jié)構(gòu)的安全性，需要進行流固土之間的相互作用方面的研究，錨固系統(tǒng)在水流作用下會發(fā)生我激振動(VIV)，對于鉚索在海床上的固定強度有很大影響。最使人擔(dān)心的是一旦發(fā)生意外，人的逃生問題十分嚴重。在這些問題未解決之前，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)計與建造遇到很多新問題。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題。另外，由于它在波流載荷作用下，疲勞問題和材料腐蝕失效問題更是棘手問題?？傊?，海洋工程中遇到的結(jié)構(gòu)問題，這里都有。不過，由于它是交通設(shè)施安全問題，更為要緊。

　　千島湖實現(xiàn)

　　實地建造

　　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。從此千島湖千年古城水下觀光有了新可能。

　　對于這座一般人連名字都沒有聽說過的橋，浙江淳安縣副縣長王軍諱莫如深，“一切以中科院為準(zhǔn)”。

　　該項目負責(zé)人、中科院力學(xué)研究所前所長洪友士研究員通過電話告訴記者， 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。

　　“這是對當(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，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自水的浮力，所以對周圍環(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，“甚至還可以開高鐵?！?/span>

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

　　對于在千島湖采用阿基米德橋方式實現(xiàn)水下古城觀光，洪友士研究員覺得阿基米德橋有其優(yōu)勢，一是環(huán)保低碳，和隧道橋梁相比對當(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，阿基米德橋是一個封閉的管道，可以穿行水下，游客可以通過觀景窗口近距離接近水下古城，同時又不會破壞古城;四是阿基米德橋在水下20米，不會影響水上交通。

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

　　洪友士研究員認為阿基米德橋最大難點在于其懸浮在水中，雖然可以通過錨固在水下基礎(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。

　　走出實驗室

　　目前中國科學(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)合實驗室”進行技術(shù)攻關(guān)，實驗室階段的研究工作已經(jīng)告一段落，理論研究、計算分析，數(shù)據(jù)測試已經(jīng)得到一定結(jié)果，實驗室制造的模擬橋的試驗已經(jīng)通過。2010年10月，首屆國際阿基米德橋?qū)W術(shù)研討會在千島湖召開，中外科研人員濟濟一堂，對千島湖阿基米德橋原型橋的工程設(shè)計和建設(shè)方案進行了深入討論。

　　下一步將是在實際水域千島湖建造原型橋，這是一個“測試版“的阿基米德橋，洪友士研究員透露原型橋是一個橫截面在3至5米的大圓管，通過原型橋進一步檢驗阿基米德橋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，檢驗實驗室的成果，甚至還要進行走人走車的試驗。

　　但據(jù)記者了解，目前建造原型橋的經(jīng)費尚未落實。

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

　　洪認為不同交通方式的選擇和社會發(fā)展階段有關(guān)系，阿基米德橋最大特點是環(huán)保綠色對于環(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)勢明顯;洪友士研究員認為社會目前發(fā)展階段已經(jīng)為阿基米德橋出世創(chuàng)造了有利條件。

　　至于阿基米德橋會不會很“昂貴”， 洪友士研究員認為目前技術(shù)尚不成熟，所以初始階段造價會比較高，但一旦技術(shù)成熟推廣后一定會比橋梁隧道有優(yōu)勢，國際橋梁專家曾經(jīng)做過測試，橋梁隧道單位造價會隨著長度增加而增加，而阿基米德橋單位造價和長度幾乎沒有關(guān)系。

　　“阿基米德橋?qū)⒕哂袕V泛的科學(xué)和市場價值。”在北京中科院辦公室，洪友士研究員通過電話對中新網(wǎng)記者說。