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，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，兩側為鐵路。其體積所產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計。意大利阿基米德橋公司成立于1984年，其重要業(yè)務之一就是推動阿基米德橋的設計和實現(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部門合作，致力于在舟山群島建設金塘海峽阿基米德橋，后因種種原因設計方案未被采納。

　　由想象到現(xiàn)在也已有上百年的歷史。經過長時期的醞釀，特別是很多離岸海洋工程的建造技術的發(fā)展，SFT的設計思想才日臻成熟起來。意大利學者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構設計。它由三個增強混凝土圓管構成，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：第一是浮筒式結構，當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

　　阿基米德橋的設計與建造向力學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和安全性的評估需要復雜的流固耦合動力學計算。再者，針對錨固方式和錨固結構的安全性，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，人們是不敢貿然行事的。

　　從工程技術角度看，阿基米德橋的設計與建造遇到很多新問題。例如材料選擇;錨固系統(tǒng)的結構形式;橋岸連接形式;服役條件，以及動力響應與結構安全。結構安全是最令人擔心的事，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。總之，海洋工程中遇到的結構問題，這里都有。不過，由于它是交通設施安全問題，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”。

　　該項目負責人、中科院力學研究所前所長洪友士研究員通過電話告訴記者， 阿基米德橋學名為水中懸浮隧道，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?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構、錨固在水下基礎的錨纜桿裝置及與兩岸相連的構筑物組成，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?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構;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)定性技術尚不成熟。

　　走出實驗室

　　目前中國科學院力學研究所與意大利那波里大學、米蘭理工大學和阿基米德橋公司合作的“中意阿基米德橋聯(lián)合實驗室”進行技術攻關，實驗室階段的研究工作已經告一段落，理論研究、計算分析，數(shù)據(jù)測試已經得到一定結果，實驗室制造的模擬橋的試驗已經通過。2010年10月，首屆國際阿基米德橋學術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計和建設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構穩(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)展階段有關系，阿基米德橋最大特點是環(huán)保綠色對于環(huán)境干預小，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尚不成熟，所以初始階段造價會比較高，但一旦技術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系。

　　“阿基米德橋將具有廣泛的科學和市場價值?！痹诒本┲锌圃恨k公室，洪友士研究員通過電話對中新網記者說。