海洋空间资源开发技术2016

沉管隧道、盾构隧道及桥梁
长度：L沉管 < L盾构 < L桥梁
沉管比重小，对基底地质条件适应性强； 沉管管节在干坞中采用工厂化方法预制，可使 结构本身具有良好的自防水性，且管节长度大， 接头数少，所以沉管隧道可以做到滴水不漏； 沉管施工水上工期短，大部分作业可交叉进行， 有利于缩短工期； 沉管断面形状选择自由度大，断面利用率高， 可以做到一管多用。
粗放型围填海工程存在诸多问题
目前我国的围填海方式大多仍采用海岸向海延伸、海湾截弯 取直的粗放式围填海方式。 只谋求以最小的填海成本获取最大的填海面积（只关注 围填海的经济效益），忽视海洋环境的承载力。 盲目追求填海的土地面积，忽视了城市的科学定位与发 展规模。 滨海区域功能规划不够科学合理，忽视了滨海城市陆海 空间的协调发展。
海底隧道施工-盾构法
盾构法：首先在海峡（江河）两岸开掘隧道洞口， 然后用盾式掘进机在水下深层挖掘。
青函海底隧道
青函海底隧道连接日本津轻海峡两岸的青森和函馆， 全长达53.85km，其中长23.3km的主隧道部分在海 平面以下240m、海床下100深处通过。 主隧道直径 11m 、高 9m 、铺设 2 条铁路，两侧为 2 条用于后勤供应的辅助隧道。 青函海底隧道自1964年正式开工，到1988年3月建 成通车，历时24年。 该隧道工程共用去钢材16.8万吨，水泥79万吨，总 投资37亿美元。
港珠澳大桥海底沉管隧道
港珠澳大桥沉管隧道全长约6余公里，由33段沉管组成。 每个 180米长标准管节由 8个节段组成，每节长 22.5米、宽37.95米、 高11.4米。 每节在固定的台座上浇筑好之后再拼装成一个整体。
2009年12月15日开工。
港珠澳大桥沉管隧道将 由 33 节的 钢筋混凝 土 结构的沉管对接而成。 除了四个位于接口处的 沉管短一 些 ，其余 29 个沉管的标准长度为 180 米 、 宽 38 米 、 高 11.4 米 ， 是 世 界 上 最 大的海底沉管隧道。
土木水利工程概论
海洋空间资源开发 利用技术
2016.04
主要内容
1、前言
2、围海造地工程
3、海上人工岛工程
4、海底隧道
一、前言
海洋是人类新的生存和发展空间。 我国拥有大陆海岸线总长度 18000 多公里与 6500 多个面积在 500 平方米以上的岛屿。根据《联合 国海洋法公约》我国所管辖的海域有近 300 万平 方公里（相当于我国陆地国土的1/3） 海洋空间：与海洋资源开发利用有关的海岸、海 上、海中和海底空间的地理区域的总称。 现代海洋空间资源开发技术是指人类生存与发展 空间向海洋延伸，利用海洋空间资源所采用的高 新技术。
韩国釜山-巨济岛海底隧道（沉管）
Busan-Geoje Fixed Link Project 起始点（Yuhori, Jangmockmyun, Kyungnam, Geojesi），
终点（Chunsungdong, Gaduckdo, Kangseogu, Busansi）。
隧道全长8.2公里，断面宽度20.5米，海域部分长3.7公里。 2004年12月10日动工，2010年12月9日修建完成。总工期6年。
通过电脑控制系统往压载水箱注水，沉管开始缓缓往下 沉，通过收、放缆绳来控制沉管的位置。 两节沉管在海底对接拉合到一定程度后，沉管横截面的 橡胶止水带形成了一个密封的状态，将两个管节封闭门 之间的水和空气抽掉，海水巨大的压力将会推动待接沉 管往前压，使橡胶止水带充分压缩，从而完成了两个沉 管的对接。 经过微调使沉管完全到位之后，以混凝土和碎石等对沉 管外回填。
填筑式建造方法
有先抛填后护岸和先围海后填筑两种施工方法。 先抛填后护岸施工方法是用驳船运送土石料在海上直接抛 填，最后修建护岸设施。 先围海后填筑施工方法是先将人工岛所需水域用堤坝圈围 起来 , 留必要的缺口 , 以便驳船运送土石料进行抛填或用挖 泥船进行水力吹填。 斜坡式护岸采用人工砂坡，并用块石、混凝土块或人工异 形块体护坡。 直墙式护岸采用钢板桩或钢筋混凝土板桩墙结构或沉箱、 沉井等。
英法海底隧道
英法隧道横贯多佛尔海
峡，从英国的福克斯通 到法国的桑加特。
该工程于 1987年 11月开工，1990 年12月1 日凿通。 1994 年5月6日正式建成通车。 该隧道由 2条直径为 7.6m的火车隧道和中间的 1条直径为 4.8m 的 服 务 隧 道 组成 ， 全长 53km ，其中 38km 在海底 40m 深的岩层中穿行， 13km 为两岸坡道，耗资 170 多亿 美元（100多亿英镑）。 乘坐时速300公里的“欧洲之星”列车，穿越隧道只用26 分钟，从巴黎到伦敦的用时缩短为3小时。
马德拉是距葡萄牙海岸较远的一座小岛，在原填海造地的 基础上，增建了长914m，宽180m ,由200个支柱组成的大 型高架桥。这座桥与回填形成的地面共同建成了长 2743m 的飞机跑道。
浮式结构
浮式：将巨大钢制箱体焊接在许多钢制浮体 上。箱体高出海面部分作为平台，浮体半潜 于水中，以支持上部重量，整个浮式结构用 索链锚系于海上。
桥隧转换人工岛-西岛
西人工岛靠近珠海侧，东侧与隧道衔接，西侧与青州航道 桥的引桥衔接，人工岛平面基本呈椭圆形，从人工岛挡浪 墙外边线计算岛长 625m，横向最宽处约 183m，工程区 域天然水深约 -8.0m。 岛形：椭圆形； 长625 m； 最宽处约183m ； 水深约-8.0m
使用水下挤密砂桩技术对海底软土进行加固 —— 在淤泥 层中，每隔一定间距就打一根挤密砂桩，密实的砂桩打 入海底40米下的硬土层。 在沉管安装前，还要在 40 米深的海底，铺设一条 42 米宽 ，30厘米厚的碎石基床基础。
2013年5月，港珠澳大桥隧道首次海底对接
沉管由8艘拖轮拉抵施工海域，两艘沉放驳共24个锚， 每12个锚与一艘沉放驳相连。
填海造陆是沿海地带缓解人地矛盾的有效手段，不少沿海 国家通过围填海获得大量平整成片的土地，缓解了城市建 设和工农业用地紧张状况。 世界各国都十分重视海上空间资源的开发。初期，一般利 用港口或在城市岸边向海围垦填筑陆域，发展城市和港口 的功能。 围海造地最成功的荷兰，围海造地已有几百年的历史， 41,526平方公里的国土有1/4是从大海里“夺”过来的，被 公认为是人类战胜自然的壮举。 日本在过去的100多年中，一共从海洋索取了12万平方公 里的土地。
常用管段沉放方法
a.浮筒（箱）沉放
b.驳船沉放
c.平台沉放
d.起重机沉放
港珠澳大桥海底隧道（沉管）
港珠澳大桥（ Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge ），跨越外 伶仃洋海域，是连接香港、珠海和澳门的大型跨海通道。 港 珠 澳 大 桥 全 长 49.968km ， 主 体 工 程 “ 海 中 桥 隧 ” 长 35.578km ，包括6648m 的海底隧道，修建两个人工岛提供桥 隧转换设施。
韩国釜山-巨济岛海底隧道（沉管）： 隧道由 18 个管段组成 ，其中单个管段长为 180 米，重 54000t； 每个管段ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ8个管节组成， 管节尺寸： 长22.5米，宽26.46米， 高9.97米。
研究展望
我国海上大型人工岛建设关键技术研究
人工岛选址 设计标准 平面形态与总体布置 陆域形成与基础处理技术 新型护岸结构 其他技术问题
近年来随着我国沿海地区经济的快速发展，填海工程与建 造人工海岸的规模不断扩大。 2005年以后每年围海的面积都超过 1万公顷( 100平方公 里) 。 如上海崇明岛 1949 年面积不足 600 平方公里，经过 50 多 年的围垦，崇明的面积已经超过了 1200 平方公里，增加 了一倍。
插入式大直径钢圆筒技术
港珠澳大桥人工岛工程与传统成岛工艺不同，以钢圆筒的方式在深海 形成人工岛，是一种全新的工艺。 钢圆筒下沉进入不透水粉质粘土夹砂层或粘土层，筒内外设置了倒滤 结构。筒内填料上设置 L 型混凝土挡浪墙，墙下设置素混凝土垫层。 钢圆筒外侧采用抛石斜坡堤，护面层为5t扭工字块体。 抛石斜坡堤下部软土层施打置换率为25%的挤密砂桩。圆筒内软土采 用插排水板加井点降水预压处理。
桥隧转换人工岛-东岛
2011年12月7日成功完成围成岛壁结构的59个钢圆筒的全部振沉任务。
桩基式建造方法
桩基式：把钢管桩打入海底，将上部结构支 撑在钢管桩墩上形成透空式人工岛。 美国纽约拉瓜迪亚机场就是在水深13米的海 中打入3072根桩，建成的世界上第一个桩基 式海上机场。
葡萄牙的马德拉机场
桥隧转换人工岛-西岛
2011年9月11日，西人工岛所有61个钢圆筒成功完成全部振沉任务。
桥隧转换人工岛-东岛
东人工岛靠近香港侧，西侧与隧道衔接，东侧与桥衔接， 人工岛平面基本呈椭圆形，从人工岛挡浪墙外边线计算岛 长 625m ， 横 向 最 宽 处 约 215m ， 工 程 处 天 然 水 深 约 10.0m。 岛形：椭圆形； 长625 m； 最宽处约215m ； 水深约-10.0m。
按空间分类
海上空间利用、海中空间利用、海底空间利用、 海岸带空间利用等。
按行业分类
交通运输：港口、海上机场、海底隧道、海底电 缆等； 工业生产：海上电站、海上石油平台、海底管道、 海上牧场等； 居住休闲：海上城市、海洋公园、海滨浴场等； 储存空间：海底仓库、海洋废物处理场等。
二、围海造地工程
桥隧转换人工岛-西岛

港珠澳大桥岛隧工程西人工岛由61个钢圆筒围成岛壁 结构。2011年5月5日西人工岛首个钢圆筒顺利振沉。 首个钢圆筒直径22米， 高40.5米，振沉插入泥 面21米，为国内直径 最大、高度最高的钢圆 筒结构，也是世界上体 量最大的钢圆筒结构。 全世界第一次采用8台 液压振动锤联动振沉体 系进行钢圆筒的振沉。
离岸建岛—国际上先进的用海理念
国家海洋局于2008年《关于改进围填海造地工程平面设 计的若干意见》中就曾明确提出：“在海域条件适合的 地区，采用人工岛式围填海造地应作为首选方式”。
“ 离岸建岛 ” 是目前国外较为流行的趋势，具有十分明显 的优点： 人工岛式填海对生态环境破坏最小。 人工岛式填海可保护原有天然岸线资源。 人工岛式填海可显著增加海岸线长度。 人工岛式填海可显著提高填海区的海洋价值。
过度侵占和蚕食滨海岸线，忽视了城市滨海景观和地域 文化特色。
只论证单项围填海工程，忽视了多个围填海工程对生态 环境的累积效应。
三、海上人工岛
海上人工岛是指为了一定的目的和用途，在海域中人工 建造而非自然形成的岛屿。一般而言，狭义的人工岛指 在海中独立填海而成的陆地，或由扩大现存的小岛或暗 礁，或合并数个自然小岛建告而成；而广义的人工岛则 包括桩式和漂浮式等能在海域中形成一定使用场地的各 种海上建筑物。
按照规划，到 2020 年，临港新城将成为上海东南地区最 具集聚力和发展活力的中等规模滨海城市，并依托上海 洋山港成为辐射长三角的物流以及临港产业基地。 临港新城在其举全力“造城兴业”的背后，千亿元投资 和新城人口稀少之间出现矛盾。目前 68 平方公里的南汇 新城人口只有 4.5 万左右，其中 3.7 万人是大学师生，常 住人口不到1万人，与巨大的新城规模不成比例。 2013年7月22日，CBS 9频道 《60minutes》节目《ghost cities》将临港新城称为是上海版的“ghost city”。
四、海底隧道
海底隧道是为解决横跨海峡、海湾之间的交通， 又不妨碍船舶通航，而建在海底之下供人员及车 辆通行的地下建筑物。 世界上已建成许多海底隧道，也有一些正在研究 中。目前，全世界建成和计划建造的海底隧道共 计20多条，主要分布在日本、美国和西欧，较著 名的海底隧道有青函海底隧道、英吉利海底隧道 等。