海洋空间资源开发技术2016

海洋空间资源开发

利用技术2016.04土木水利工程概论1、前言2、围海造地工程3、海上人工岛工程4、海底隧道主要内容一、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。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。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。二、围海造地工程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。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，CBS9频道《60minutes》节目《ghostcities》将临港新城称为是上海版的“ghostcity”。粗放型围填海工程存在诸多问题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。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。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。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。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。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。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-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

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。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。

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。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。四、海底隧道海底隧道施工-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。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。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。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（HongKong-Zhuhai-MacaoBridge），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。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。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。2009年12月15日开工。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。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。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。2013年5月，港珠澳大桥隧道首次海底对接韩国釜山-巨济岛海底隧道（沉管）Busan-GeojeFixedLinkProject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。

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；