港珠澳大桥珠海连接线人工岛设计与施工技术研究

刘雁冰

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

港珠澳大桥珠海连接线人工岛设计与施工技术研究

刘雁冰

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

现代工业发达的沿海地区，人口密集、城市拥挤，发展人工岛成为目前世界用海的流行趋势。本文以港珠澳大桥珠海连接线人工岛为例，对工程施工方案、施工方法及施工技术进行了介绍，并对工程质量控制要点进行了探讨，供类似工程施工时参考。

港珠澳大桥；人工岛；设计施工

1 概 述

现代工业发达的沿海地区，人口密集、城市拥挤，发展人工岛成为目前世界用海的流行趋势。港珠澳大桥珠海连接线人工岛通过筑岛形成陆域，较好地完成了桥、隧、岛上衔接转换，并为隧道和岛上交通设施提供了安全稳定的掩护功能。

2 工程概况

港珠澳大桥珠海连接线人工岛工程，位于珠海市拱北湾近岸海域拱北口岸的东南侧、澳门的北侧。人工岛填海面积9.27万m2，护岸总长度2684.19m，其中南护岸长1276m，北护岸长1408.19m。港珠澳大桥珠海连接线人工岛填海工程由人工岛护岸、陆域形成及地基处理等部分组成。形成后的陆域交工标高4.30～4.80m。人工岛护岸设计使用寿命为100年，结构安全设计等级为一级。

通过开挖基槽，清除表层淤泥，取黏土及砂砾层作为持力层，基槽分台阶从岸侧向海侧逐渐加深。人工岛自西向东总体可分为两种典型断面结构(见图1和图2)，东侧N0+105～S0+498约583m为堤心两侧先填石后填砂，西侧S0+498～S1+276与岸连接778m为堤身全填砂后外侧采用块石护面的结构。采用C40钢筋混凝土直立式挡浪墙，底宽3.20m，高2.90m,每10m一段。

图1 典型结构一(N0+105～S0+498)

图2 典型结构二(S0+498～S1+276)

3 工程施工方案

该人工岛主要划分为两个施工阶段。首先开挖临时航道，然后进行人工岛表面清淤，使用泥驳和抓斗船配合进行疏浚挖泥施工。清淤时从西向东划分为三个自然段，需要按照不同断面结构进行施工，整个施工阶段使用“后退式”推进方式，然后按照从下向上顺序平行流水作业的方法进行施工；在隧道施工完成后，重新组织进场施工，使用中细砂进行岛内顶面砂施工，采用吹砂船进行施工。在岛内顶面砂体施工完成后进行挡浪墙和两侧护面施工。

4 人工岛关键施工技术

4.1 抛石挤淤

近岸段为保护原有护岸安全，人工岛两侧采用从岸边向海域推填片石挤淤。海水落潮时按设计图要求测量放线，确定其抛石范围，抛填时，自中线向两侧展开，使淤泥向两边挤出，自卸车运输片石，装载机、挖掘机配合施工。片石抛出淤泥面80cm后，采用重型机械碾压紧密。

4.2 水下基槽及边坡开挖

人工岛施工过程中，水下基槽和边坡采用分段、分条、分层方式开挖。8m3抓斗船和4m3抓斗船分别开挖主槽和进行边坡开挖及主槽西部施工。一区段和二区段按照100m施工段划分验收段，各个施工段按照10m宽度分条，每个施工段划分为若干条展开施工。在施工过程中，各施工段的搭接施工长度1m，各施工条搭接施工宽度2m。在挖泥船开挖过程中，按照每层2m展开开挖施工 ，第一施工段开挖完成1～3层后，开始开挖第二施工段1～3层，再开挖第三施工段1～3层，再开挖第四施工段1～3层，再返回对基地西部进行开挖，最后完成基槽淤泥和土层开挖施工[1]。在挖泥过程中坚持先边坡后基槽的原则，严格控制边坡宽度小于等于2m，超深小于等于0.80m。将基槽挖出的所有泥土都运送到在指定区域，施工使用GPS进行定位，确保施工顺利开展。

4.3 水下抛填砂施工

抛填砂包含中粗砂与中细砂，使用500m3开底驳和1000m3皮带船将砂子分层抛填与回填施工。水下2m一层抛填砂子，并从基槽中间向两边挤砂。在施工区域的临时航道，分堆抛砂到±4.50m标高，然后使用堆土机两侧整平±4.00m(+3.0m)。对水下不足部分或是水上部分则使用吹砂船吹填。

根据施工工程设计计算出不同施工段需要消耗的中粗砂和细粗砂的工程量，然后分配船舶数量和位置，形成平面分布图与工程量表格。使用开底驳与皮带船抛填砂，再使用堆土机推平砂堆到标高+4.00(+3.0m)。当一区段抛填到-2.80m后使用压脚棱体进行施工。-2.80m以上部分需要等压脚棱体施工完成后再进行抛填。针对局部区域缺砂现象，若工程量相对小，可直接使用堆土机附近取砂补充，若工程量相对大，则使用14英寸吹砂船吹填。

4.4 棱体块石和护面石抛填

通常情况下，水下抛填棱体块石与护面石可采用两种方式。一是使用大棱体护脚石，所有水下粗抛工作均使用500m3开底驳抛填，并使用横鸡趸补抛，再使用长臂挖掘机进行理坡。并在棱体顶面放置坡面护面块石，然后使用大型挖掘机转运和理坡。二是把岛内填砂到-2.80m，可使用500m3或者是1000m3运石船乘潮进行压脚棱体块石抛填，然后使用挖掘机搬运护面石。再通过中细砂两侧临时航道，运送石块至指定位置，再利用开体驳进行抛填。

水下抛填工作主要使用定位船定位，采取GPS-RTK和测深仪对抛石水下实际情况展开测量。完成抛填后应立刻展开抛填水深测量，使用GPS测深系统测量深度，其中每5m作为一个测量面，每1～2m作为一个测深点，利用拖轮将横鸡趸运送至抛石现场，结合拟抛石区域的总体指挥使用GPS定位系统对船抛锚进行定位。在实际抛石时必须要对横鸡趸船位的实际情况进行监测，结合抛填网格进行移船定位。使用网格法进行补抛石，网格尺寸为2m×2m，网格拟抛填量需要结合粗抛测量数据与图像进行计算。根据船边相应标记寻找横鸡趸抓斗的目标区域，结合预控抛石量进行抛放，结合斗容容量进行目测。完成补抛后再进行测量，确保效果满足设计断面需求。

使用抛放与长臂挖掘机理坡相互结合的方式，开展护面块石施工工作。采用横鸡趸补填缺料位置，使用长臂挖掘机乘低潮对水下边坡进行整理，低潮以上部分边坡使用普通挖掘机进行理坡。图3为挖掘机理坡示意图。水下部分使用长臂挖掘机进行理坡，不足部分则使用挖掘机进行补填，保证边坡施工满足设计的基本要求。其中，垫层块石的厚度大于等于设计厚度。

图3 挖掘机理坡示意

4.5 处理软基的基本措施

当陆域完全形成后振冲砂处理软基，其中振冲面积大约为7万m2。在陆上施工时间距为3m×3m，并按照等边三角形分布。50t履带吊用作振冲设备的起重设备，选用规格为ZCQ75的振冲器。其中，振冲点需要按照等边三角形布设，振冲功率为100kW，初步设定振冲间距为3m，在施工过程中可以结合振冲试验效果进行相应调整。在施工之前需要展开现场工艺性试验，明确振密的相关物理力学指标。

严格按照施工顺序进行振冲孔施工，沿着直线逐点进行施工。在成孔贯入时水压保持在200～600kPa，水量保持在200～400L/min。为有效避免塌孔现象，振冲头应迅速下放，速度保持在1～2m/min。当水量达到施工设计标准高度后再将射水量减到最小，留振至密实电流稳定值比规定值大，则以0.30～1m/min的提升速度将振冲器迅速提出，然后交替上提，留振至孔顶。对中粗砂进行施工时，若振冲器无法贯入，则可增加辅助水管，加大下沉速度。通常情况下，每米留振时间大约1min。并且，留振密实稳定电流值须大约等于90A。结合施工试验参数，对密实电流和留振时间进行严格控制。回填砂振冲施工情况如图4所示。

图4 回填砂振冲施工示意1—潜水泵；2—水泵发电机；3—电动机；4—蓄水箱；5—高压离心泵；6—输水管；7—空气压缩机；8—振冲器发电机；9—自动记录器；10—履带式起重机；11—供水管；12—供气管；13—电表及水气阀；14—导管；15—振动器

4.6 中细砂回填碾压施工工艺

人工岛内填砂的覆盖范围和平均厚度不能小于施工设计值，并且不能出现基层裸露现象。使用14英寸的吹砂船展开吹填施工工作，再使用机械整平碾压，其中施工工艺的基本流程是：先进行施工准备工作，然后使用吹砂船吹填碾压，再对施工效果进行验收，最后再进行下道施工工序。

施工过程中，应当将砂船设置在最东侧，并且延伸管线到施工区域，针对于吹砂外围就需要使用条形砂袋防护两侧的情况，根据层厚的基本要求开展碾压工作，按照由西向东的顺序进行吹砂，并分段分层供给施工材料。在施工过程中应当先整体吹填第一层砂，再每隔100m构成吹砂备料区域。先对整体进行第一层砂吹填，待排水干后再展开碾压工作；再在备砂区域放置吹砂备料；使用车辆将施工砂料运送到固定地点，然后再开始二、三、四层砂碾压施工工作。严格对分层密实度进行检测。

碾压后，场地平均标高应高于设计标高(场地整平偏差和检验数量以及方法应当遵照下表的规定)。场地碾压后的压实度应符合设计要求，检验数量以施工段抽样的方式确定，严格控制施工质量。

碾压整平的允许偏差、检验数量和方法表

4.7 混凝土挡浪墙现浇施工

抛石堤身与地基沉降施工完成后进行现浇挡浪墙混凝土结构施工，其中，挡浪墙为C40钢筋混凝土结构，定制大型钢模板，使用吊车进行模板安装与拆除。

4.7.1 模板安装

按照施工要求和顺序安装模板，确保模板系统稳定。安装模板前涂刷脱模剂，不能在模板上涂刷废机油[2]。模板地面找平，在施工前确保模板放置平稳。固定配件，垫实支承面，确保受压面积。此外，浇筑混凝土施工前需验收模板成果。

4.7.2 钢筋绑扎

施工现场直接将钢筋绑扎成型。竖向钢筋分层应考虑同截面接头数量，接头数量小于50%，搭接长度不小于35d。绑扎前，确保混凝土保护层基本厚度。墙身钢筋可利用辅助架进行竖向和横向绑扎搭接，按照位置分类并做好标记。

4.7.3 混凝土施工

混凝土浇筑过程中应严格控制分层厚度，同时对上下层覆盖时间进行控制，以免产生施工冷缝现象；采用二次振捣与二次抹面方式，进行墙顶层混凝土施工，保证顶层平整光滑。浇筑过程中需对各施工工序进行检查和养护，确保施工质量。

5 结 语

港珠澳大桥珠海连接线人工岛工程，在施工过程中克服了中粗砂和石料资源缺乏、季节性灾害天气、海水浪高潮大等因素的影响，解决了一系列的施工难题。顺利完成了人工岛施工任务。该工程施工方法，值得类似工程借鉴和参考。

[1] 中交水运规划设计院有限公司.大连临空产业园填海造地工程总体设计方案[R].北京:中交水运规划设计院有限公司,2010.

[2] 中交水运规划设计院有限公司.大连新机场人工岛建设中几个重大关键技术问题的解决思路与建议[R].北京:中交水运规划设计院有限公司,2010.

Technical Research on Artificial Island Design and Construction of Zhuhai Connecting Line in Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge

LIU Yanbing

(ChinaRailwayNo.18BureauGroupCo.,Ltd.,Tianjin300222,China)

The coastal areas with developed modern industry are characterized by dense population and crowded city situation. Development of artificial islands is a popular trend of sea use all over the world currently. In the paper, artificial island of Zhuhai connecting line in Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge is adopted as an example for introducing the engineering construction plan, construction method and construction technology. The engineering quality control keys are discussed for providing reference for similar project construction.

Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge; artificial island; design and construction

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.015

TV92

A

1673-8241(2017)06- 0063- 04