人工岛建设施工技术要点探讨

蔡墁岚 刘长华

（广东海洋大学海洋工程学院，广东 湛江 524005）

0 引言

人工岛是人类开发海洋的重要手段，在经济、能源、旅游、军事等多个领域都有着重要作用。人工岛可用于建造海上油气勘探基地、能源开采平台及储藏基地，如石油天然气储藏基地；也可作为交通枢纽，如港口码头、机场等；还可用作旅游休闲场所，海上农业种植地，或是海上城市等。

人工岛多种多样，按用途区分，可分为勘探、生产及旅游人工岛；按建造水域水深区分，有浅海人工岛、离岸人工岛、深海人工岛；按工程建筑形式区分，有自然护坡式人工岛、砂袋或块石护坡人工岛、沉井式人工岛、沉箱式人工岛等。本文将对人工岛建设施工技术进行重点探讨。

1 不同建设形式人工岛的优缺点

（1）自然护坡式人工岛长而平缓，设计及施工简单，绝大部分为先抛填后护岸，对填料的需求量大，需要靠近原材料采集地。适用年限较短，比如几年内的临时性建筑。

（2）砂袋护坡式人工岛对填料需求量相对较少，可适用于相对较深的水域，一般的建设方法是先护岸后抛填，可减少填筑采料的流失，且岛体结构简单，易扩大和拆除，同时工期短，成本低。缺点是耐久性差，易损坏，只适用于几年内的临时性建筑。

（3）沉井式人工岛在不同的气候环境、水深条件及海底地基较软时都表现出极强的适应性。可在陆地上预制单体结构，海上进行施工。建造完成后安全性较高，工作年限相对较久，可作为油气开采基地和生产基地。

（4）离岸人工岛处于外海，条件恶劣，施工困难，建造时需要采用多种技术，使用多种船机设备，对技术人员及管理人员的要求高。建成后具有较高安全性，能抵抗海上的恶劣天气，工作年限较久，使用用途较广。

2 影响人工岛设计、施工的因素

不同于其他填海造陆工程，人工岛对海域，海洋环境及海岸线的影响较小，因此是开发海洋资源首选的工程形式。但是，不同于传统的陆上工程，受制于海上复杂的环境，人工岛的设计及施工面临着许多约束，需要考虑实际情况，多种学科交叉应用。

（1）经济因素。人工岛可作为海上石油天然气之类的勘探生产基地，也可作为储藏运输基地，还可作为娱乐旅游的生活用地。出于不同的用途，综合考虑各项资源及因素，确定具有开发潜力，能带来经济效益之后，工程建设因素才会影响人工岛的建设过程。

（2）工程建设因素。要想人工岛成功建成并达到设计年限内要求的稳定性，其选址和地基条件研究尤为重要。首先应了解建岛处海底地貌、海洋沉积物的厚度、基岩的结构、岩石断层及滑面的位置等，同时应检验海底地基的稳定情况，各项检验合格后再确定相应的施工措施。

（3）自然环境因素。海上条件较为恶劣，受气象影响较大，人工岛的设计及施工还需考虑到海浪、海风、海冰、洋流、涨退潮等。恶劣天气会影响施工的进程以及某些特种作业的实施。

（4）原材料因素。建造人工岛时，岛体充填需要大量的沙石、水泥、钢材等原材料，需要依靠大量船舶进行运输，因此周围的航线及原材料所在地都会影响到人工岛的设计选址。所以为了提高便利性及建造成本控制，人工岛一般距离海岸线不远，且水深一般低于20m，水文地质条件相对没那么复杂并靠近原材料供应地的海域。

3 人工岛的施工特点

人工岛的建设都与当地的自然条件及设计目标息息相关，应根据具体条件确定适用的建筑方式及施工设备。在项目建设中,通常把人工岛分成浅海人工岛和离岸人工岛两类。浅海人工岛的建造方式通常是先行抛填原材料后再修筑护岸,先利用挖泥船和管道抽取海底砂砾等适合填充的原材料再填充筑岛体,然后修筑岛堤的防护设备。相反,基本上离岸人工岛的建造形式都是先行修筑护岸，然后再进行岛体填筑，再修建岛堤的防护设施。

先抛填后护岸适用于海洋中风浪较小,海洋流动缓慢,且掩蔽条件较好的海区。可以通过运输船把泥沙岩石等土石料搬运到预设地点并进行抛填,最后完成护岸的建造。先围海后填筑材料适合用在遮蔽条件较恶劣的海区,即先在预设的海区修筑圈围的堤防并预留运输管道,而后再通过趸船运输的填筑岛体原料,进行抛填或利用挖泥船进行水力吹填,填筑出岛体。

4 人工岛施工技术要点

4.1 浅海人工岛施工

在我国，浅海是指海图水深5m 等深线内的水域。针对浅海海域的情况，人工岛的建造一般是采用充填的工程形式。充填式人工岛包括自然边坡式人工岛、砂袋护坡式人工岛、沉井式人工岛等[1]。

4.1.1 自然边坡式人工岛

（1）自然边坡式人工岛的特点。“自然边坡式人工岛是指在人工岛周围建成平缓的边坡以承受海浪的冲蚀，通常是由建设所在地潮流、波浪及土壤性质决定的。”一般水线以下坡度为1:15 至1:20，水线以上的坡度则为1:30 至1:10[2]。这种长而平缓的边坡在受到海浪冲击时能有效降低冲击力并抵御海浪的冲蚀，同时在冬季结冰时平缓的边坡能减少冻冰的产生，保护岛体不受结冰的侵害。

（2）自然边坡式人工岛的施工要点。自然边坡式人工岛需要大量的砂石原料进行填充，一般岛址都选择沙石等原材料丰富的地方附近。自然边坡式人工岛的建造并不困难，为了减少运输，可通过挖泥船和管道在建设海域进行原料的挖掘和岛体的填充，也可使用更高效的吸扬式挖泥船直接从海底挖掘泥沙，通过管道直接输送到指定位置进行充筑，大大提高工作效率。但是，当遭遇恶劣天气，海上风浪较大时，应做好相关的水土防护设施。在施工过程中放置滤布或使用其他材料可减少填料损失。

在岛体施工填筑期间，需要注意以下几个方面：根据填筑原料的土质情况决定填筑的范围和填充量，同时应选择施工现场附近的原料产区以降低工程成本；采料区范围应当合理规划，保证运输船只的通行和作业，缩短施工工期；施工现场应注重排水管道等排泄通道的安装布置，保证场内水位调节不受限制，控制水土流失。

4.1.2 砂袋护坡式人工岛

（1）砂袋护坡式人工岛的特点。当填料获取不易，岛址所在水域水深较大时，为减少填料，可以使用砂袋或石笼护坡，用沙袋填筑岛壁以防止泥土流失，抵抗海浪冲刷。国外一人工岛案例已经证明：在人工岛水上运输边坡坡度约为1:3以下时,上压6t的石笼,水下由3t的沙袋堆成,如此操作可在水深不高于8m时为人工岛周围提供一道抵御波浪的防护线。在同等建设岛高的情况下，采用砂袋护坡式可比自然边坡式减少近1/2的填筑量。

（2）砂袋护坡式人工岛的施工要点。砂袋护坡式人工岛的施工相对简单：首先根据图纸进行测量定位，测量完成后对地基进行处理。根据施工现场地质情况及软土厚度的不同可选择以下处理方法：抛石挤淤法、沙井水加固法、置换法、铺垫土工布法等。基础底面处理完毕后，使用开底自卸泥船沿岛周铺砾石，一般在海平面2.5m 以下，再将砂袋平整铺在砾石形成的基床上面，直至稍高于海平面。岛内部的填料则由挖泥船挖掘后由敞舱驳船运输并用船上的抓斗和索铲进行填充[3]。

4.1.3 沉井式人工岛

（1）沉井式人工岛的特点。充填式人工岛所需填料较多，较为依赖原料所在地且设计简单，耐久性不强。为向更深的水域探索以及满足对生产平台安全性的要求，混合结构形式的人工岛建筑形式应需而生，即采用沉井与桩基结合形式。沉井式人工岛面对不同环境气候、不同水深条件、不同海底地基土工状态的海域都表现出了极强的适用性，其结构科学，经济实用、施工方便、安全可靠[4]。

（2）沉井式人工岛的施工要点。沉井式人工岛结构简单，施工时采用分段施工的形式：工厂预制好的沉井运输到指定地点后逐段沉放，下沉至预定标高时，对井体进行接高，将多节井体连结成一个整体，接高完成后在井内吸泥下沉至设计标高。到达预设位置后，需进行封底。封底完成后抽水，在每段沉井内部进行斜板支撑结构的建设工作，沉井内部工作完成后在沉井顶部使用钢筋混凝土盖板进行封顶工作。沉井完成后再进行岛体的吹填。

4.2 离岸人工岛施工

离岸人工岛的建设地点一般位于岸边2～15km，水深20～50m 处。离岸人工岛处于较深海域，交通不便，适合建设独立应用电厂、油气开采及工业基地等相对独立性设施。

4.2.1 离岸人工岛的特点

离岸人工岛位于海域之中，周围并无其他可供遮掩的岛屿礁石，受风浪及气象灾害影响大，且在中高纬度易受台风等极端天气的影响，全年施工时间较短。离岸人工岛远离人员聚集地区，交通运输困难，原材料获取不易，需要大量船舶进行原材料及施工设备的运输。此外，外海海域情况复杂，水陆状态兼有，施工区域测量及探测工作量大，施工比较困难。

4.2.2 离岸人工岛的施工要点

离岸人工岛情况特殊，施工时需采用先围堤后吹填的方式。施工工序为打桩、地基处理、抛石、防护、吹填。为加快施工进度，保障工期，提高工作效率，建造离岸人工岛一般需要修建临时码头以停靠船舶及船机设备。设立海上工作面以便于现场管理及工作人员休息，提高工作效率。

根据具体的施工内容,建立若干个作业面。因为引孔施工、铺排等施工工序的进行直接影响着后期施工的完成,所以在先期的施工过程中应该优先投入一定的机械设备和工程技术人员开展施工,以提高施工效果。引孔浇筑、铺排等先期施工工序完成后,现场又可分成几个工作面,按照平均水深变化的不同要求进行重砂管袋结构、抛石、倒滤层施工、防护面块安装作业等。在筑岛堤的同时,岛体吹沙填海,大型充砂管袋构筑工程和防护组的建设作业,也逐步进行。

5 结束语

随着基础建设水平的不断提升，我国着重于海上资源与空间的开发，人工岛的建设难题不断被攻克，天津、三沙、厦门等沿海城市开始逐步尝试人工岛的建设。不同于其他填海方式，人工岛建设成本相对较少且对环境影响不大，发展潜力有目共睹，是世界各国探索海洋的有效手段。目前我国建成使用的多种用途的人工岛已带来巨大的经济效益和社会效益。

本文通过对人工岛设计的影响因素及人工岛施工技术方法进行分析，分类总结了不同海域状况下针对具体的水文地质条件所采取的人工岛施工技术方案，可为研究人工岛建设方案、施工设计等提供一定的参考。