CN109024525A - 一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构及其施工方法，人工岛结构本体的两侧设置有钢圆筒或沉箱，两侧钢圆筒或沉箱内侧之间的空间下部设置有一层或数层沉管，顶层沉管的顶面上填设有回填土，两侧钢圆筒或沉箱的外侧设置有防护结构。施工方法为：步骤一、钢圆筒或沉箱的施工；步骤二、地基的处理；步骤三、碎石垫层的施工；步骤四、人工块体护面施工；步骤五、沉管施工；步骤六、回填土施工；有益效果：对于一些有特殊要求(恒温、恒湿等)的使用空间具有较强的适宜性，彻底解决了常规的人工岛在建造过程中，土石方工程量巨大，需要投入大量人力、物力以及财力的问题。

Description

一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种人工岛结构及其施工方法，特别涉及一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构及其施工方法。

背景技术

目前，人工岛是人类出于各种目的，在海上建成的陆地化工作和生活空间，一般而言，狭义的人工岛指在海中填筑而成的陆地，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。人工岛多数靠近海岸，水深一般在20m以内，且周边有足量土石材料。人工岛用途广泛，可用于兴建开敞深水港、机场、大型电站或核电站、海上加工厂以及危险品仓库等，还可以建造海上公园，甚至新的海上城市。21世纪以来，海洋产业逐渐成为国民经济新的增长点，国家持续加强对海洋资源的勘察与开发，加大“蓝色经济”发展力度日益成为沿海地区共识，海上人工岛建设需求亦逐步增大。

常规的人工岛在建造过程中，土石方工程量是巨大的。倘若将人工岛结合岛内地下空间进行一体化开发规划，可将绝大多数功能空间转移至地下空间，岛上只需布局部分不适宜放在地下的基础设施，在规模上可大大缩小，我们称之为考虑地下空间开发利用的人工岛。显然，考虑地下空间开发利用的人工岛的优势是客观的：一方面，吹填规模小，土石方工程量远远小于常规人工岛需求，节省大量人力、物力、财力；另一方面，所开发的地下空间优良的热稳定性，为岛上人员提供了更加舒适的生活、工作环境，且减少大量能耗。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规的人工岛在建造过程中，土石方工程量巨大，需要投入大量人力、物力以及财力的问题而提供的一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构及其施工方法。

本发明提供的考虑地下空间开发利用的人工岛结构本体的两侧设置有钢圆筒或沉箱，两侧钢圆筒或沉箱内侧之间的空间下部设置有一层或数层沉管，顶层沉管的顶面上填设有回填土，两侧钢圆筒或沉箱的外侧设置有防护结构。

防护结构为碎石垫层，碎石垫层的外侧面设置有人工块体护面，人工块体设置为四角空心块体或栅栏板或扭王字型块体或扭工字型块体或四角块体。

本发明提供的考虑地下空间开发利用的人工岛结构的施工方法，其施工方法如下所述：

步骤一、钢圆筒或沉箱的施工：

A、钢圆筒的施工：

第一步、钢圆筒的制作、运输和储存：

钢圆筒在人工岛附近码头上制作，设八个底胎，采用液压顶升倒装法，逐层组装焊接形成，底胎筒壁模槽采用钢材制成，每个底胎配十六台液压千斤顶将制作完成的部分均匀安全地顶升，每次焊接的施工高度均控制在2m以内；

钢圆筒的出运采用250t起重船起吊，用1000-2000t方驳封仓加固后运往现场，每船运两个钢圆筒，部分钢圆筒制作完成后，采用上述出运工艺运至码头前沿，由起重船吊起并依靠钢圆筒自重安插在码头前沿以储存备用；

第二步、钢圆筒的沉设：

钢圆筒的下沉采用液压振动锤组成的振动系统，振动锤采用同步轴达到同步工作的目的，单台振动锤的偏心力矩1500n.m,最大上拔力2224KN，最大离心力3203KN，具体工艺如下：

1)、钢圆筒下沉前的地基处理：若地基有块石，为避免钢圆筒在下沉时发生偏位或倾斜，采用“挤石砂桩”方法沿筒壁周边将块石夹层预先用砂层代替，若地基砂层太厚，钢圆筒下沉前将区域的表层砂采用抓斗式挖泥船清除；

2)、钢圆筒的自沉及偏位控制：钢圆筒由起重船吊起就位后，起重船松钩，钢圆筒在自重及振动系统重量的作用下开始自沉，自沉过程中，如偏位及倾斜超过1％，立即停钩，并采取松紧锚缆调整船位，升降左、右钩头，前后俯仰扒杆，上拔或振动上拔将垂直度调整到1％后再继续下沉；

3)、钢圆筒的振动及垂直度控制：自沉完成后，即可开锤振沉，振沉过程中吊船钩头始终保持有吊力，当发生倾斜时，通过调整钩头的快慢及扒杆的变幅以调整筒体的垂直度；当偏位大于10cm或倾斜度大于1％时，则在不停锤的情况下，停止下钩并将钢圆筒振动上拔后停锤再通过松紧锚缆、升降钩头和俯仰扒杆将钢圆筒调整到正常垂直度后再继续下沉；

第三步、钢圆筒底部基础处理：

钢圆筒下沉完毕后，在筒顶搭设钢架平台并进行旋喷地基加固，首先在靠近岸边的陆地进行旋喷试验；

第四步、钢圆筒后回填及软基加固：

钢圆筒后回填均采用中粗砂，按设计要求分层回填，每层的厚度为1m，回填顺序是由筒后壁开始向后回填，在回填过程中加强对筒体的沉降及位移进行观测，并根据实测结果及时调整回填速度；

B、沉箱的施工：

第一步、沉箱的制造：

沉箱采用整体或分段制造，采用分段制造时，在水上拼装后整体下沉，分段制造要求各沉箱对接接头设计合理，易接、易脱，使用可靠；

第二步、沉箱的海上拖运：

沉箱在船台码头建造，然后把沉箱由水上拖运到现场，沉箱底部距水底的水深较小时，为使沉箱安全拖运到目的地，要合理的选择拖航速度，以免发生沉箱触底现象；

第三步、沉箱的下沉：

单个沉箱的下沉采取措施防止因某个沉箱下沉后其座底被冲刷，而直接影响到邻近沉箱的地基，使邻近沉箱发生偏移的质量事故；

步骤二、地基的处理：

根据海底土的厚度不同，地基的处理方法采用抛石挤淤法或沙井排水加固法或置换法或土工布法；

步骤三、碎石垫层的施工：

首先确定人工岛的岛壁形式，由岛壁形式决定抛石的施工强度，施工设备，水上抛石的具体施工工序：先粗抛、后细抛，抛至施工标高成形，导标标位要正确，要勤对标、对准标，以确保基床平面的位置和尺度，粗抛与细抛相结合，抛填过程中控制高差，抛石在风、浪、流均较小时进行，抛石和移船的方向要与水流一致，抛石前进行试抛，通过试抛，掌握块石漂流与水深、流速的关系，勤测水深，防止漏抛或抛填过多，当用开底式和侧倾式抛石船时，控制在30-90s 内抛下，使抛石的石堆厚度均匀，根据宁低勿高的原则，每一层抛石的富余高度控制在抛石层厚度的10％-15％，在抛填过程中，块石重量在200kg以下时，水上部分用方驳一吊机吊盛石网兜，定点吊抛；水下部分用民船或方驳运抛，块石重量在200kg以上时，水上、水下部分都用方驳-吊机运抛；

步骤四、人工块体护面施工：

人工块体采用四角空心块体或栅栏板或扭王字型块体或扭工字型块体或四角块体，根据块体的形状特征，选择合适的模块预制成型，安放人工块体护面时，针对不同形状的人工块体设计安装方案，之后按设计的方案选定安放方法，在抛填层石过程中，分段由上而下安放人工块体，人工块体护面安放采用水上施工，采用吊机-方驳或起重船安放块体；

步骤五、沉管施工：

沉管断面形状、大小能够自由选择，根据地下空间的规划而定，断面空间要被充分利用，沉管施工分为管段预制制作、管段沉放、管段水下连接工序，沉管设置一层或数层，具体层数根据实际人工岛地下空间规划而定，具体方法如下：

第一步、管段下水：管段在陆上成型，试压验收合格后进行整体吊放安装，每段管段准确计算，充分准备，正确指挥，步调一致，才能保证安全起吊下水，采用吊车与多艘巴杆系统吊船同时进行吊装，将成型管段从岸上吊至水面处放置，吊点按20米一个分布，起吊前要充分做好准备工作，对船舶设备及人员进行仔细检查，周密安排，并利用潮位进行作业，操作时统一指挥，按程序操作，步调一致，确保人员设备及管段安全，具体如下：

1)、吊船组装：组装吊船前，对选用的船舶进行检验，对船舶的稳定、强度和尺寸进行计算，完全符合要求后，才能选择使用，将适宜工程施工需要的船舶调遣至施工现场附近码头，进行吊船组装，组装吊船分为起重系统、动力系统、指挥系统及配置装备系统，按照施工需要各就其位，检验合格后完成组装；

2)、吊管下水：管道吊装下水前，应检查管内积水是否排清、出口是否密封、吊船的船位水深是否满足要求，先在管道上进行吊点编号，吊船根据自己的编号，分别对准钢管的编号就位，并抛好后锚，在岸上系好前揽，以控制船舶的后退速度，吊装时趸船对应各处吊点就位于制管场地岸边，定位并设一定数量前揽吊住各自吊点，吊揽与管道间设置木制夹板以保护管道防腐层，当沉管吊离地面后，调整各边的起吊高度和受力，岸上监测人员检查沉管向外平移是否有障碍物，松开前揽，各吊船在统一指挥下绞锚同步向后平移，将沉管平移至水面上方后停移，各趸船一起匀速后退至适宜水深，统一匀速将管道降至水面后解除吊揽，当沉管在水面处于自浮状态后，两端各留一艘吊船固定沉管，其他吊船尽快解缆，离开吊管现场，减少阻航的时间；

第二步、拖管：

1)、准备工作：拖管前检查所有准备工作完成后，召集所有参与拖管工作的有关人员召开航道会议，明确各自的分工和职责，注意安全航行事项，指定专人负责指挥本拖航的全过程，拖航前注意接收沿途水域天气预报，以策安全；

2)、拖管：拖航全过程必须由海事部门负责担负监护、清道工作，指挥来往船舶避让的工作，拖管前以书面报告知会海事部门，申请拖管工作所需的水上施工有关批准手续以及拖带期间海事监护、清道的工作，拖航全过程由指挥人员通过对讲机和其他联络保持与港监和各船负责人之间的联系，以便船队及时、正确地执行命令；

3)、气压试验：将管道寄放水域的工程船提前调迁至施工现场附近指定水域，待管道拖至时将其系在工程船旁临时寄放，为了检验在拖管横管时，管是否被损坏，在沉管下水后进行气压试验，气体试压要做好安全措施，气压试验的现场，设防护区，防护区范围为管子中心线以外10米，在加压及恒压试验期间，任何人不得在防护区内停留，试压期间，严禁对管道进行敲打、修补和拧紧螺栓的操作，以防伤人；

第三步、横管及沉管：

横管沉管同一日进行，日期根据当地潮汐表选定一个潮差较小，稳流时间在早上9-11时的日期为佳，确定沉管日期后需提前十五天向海事局申报办理有关手续，经批准后登报公布航行通告，具体如下：

1)、横管：横管时吊船要布锚并在各自的位置就位，在潮水平缓并开始转流前1小时开始横管，用吊船将管端固定，使管端与堤岸保持一定的距离，避免管端的管件在横管时碰坏，横管时使用一艘300HP拖轮和两艘45HP锚艇，将沉管北端从北岸向南岸拖出，当沉管拖至水面2/3时，应减慢拖管的速度，利用尚有的水流慢慢将管流至南岸，此时的拖轮要控制沉管横管的速度，当沉管的水平长度大于两岸的距离时，自然横管是不能够使沉管横于基槽上的，当两管端将与两岸接触时，停止横管，各吊船趋前至沉管边，并在各自的吊点上执络，完成执络后待命，当全部吊船完成执络便在统一指挥下预受力，总指挥根据各吊船所处的位置，指挥各吊船的起吊高度，此时中间直管段的吊船要保持预受力，当两管端管底吊起至两岸高度时，可继续横管，直至沉管两端处于管中基槽内；

2)、管段水面对接：每个沉管在水面上进行对接，连成整体后再下沉，采用浮箱内水面焊接方法，作业过程为：预先按照管外径设计一个钢制浮箱，钢制浮箱的下部设有集水箱和排水泵，然后将需要对接沉管的管端拼在一起，把钢制浮箱灌满水后吊船将其固定在对接口的中间，然后开启排水泵排水使浮箱浮起而托住成型管，待将钢制浮箱内的水抽干后，即可下人进行焊接管口焊缝，包括内焊和外焊，焊接完成后立即进行接口的氮气试验，试验合格再进行下一道工序；

3)、沉管：沉管的具体工艺如下：

a、进水：当横管完成后，打开两管端的排气阀，打开进水口，在统一指挥下将沉管吊起成形，各吊船同时收紧或放松锚缆与沉管同步移动，直至沉管完全处于基槽上方，将管道呈半成型就位基槽的姿态，先向管道中段的进水管用水泵强制灌水，当管道下沉至进水管浸过水面时，进水程序变为自然灌水；

b、下沉：总指挥根据管道两端的排气情况分多次指挥各吊船放松钢丝绳，使沉管逐渐下沉，每次下沉0.2m，随着水不断灌入，管道逐渐下沉，各吊点同时不断进行调整，以保证各吊点的合理分布，在管道有序地沉放过程中，进行管中线与基槽轴线校正的测量监控工作，指挥各吊船移动以达到逐步对准基槽轴线及两岸起止点位置，直至符合设计要求，当管底距基槽有0.3m时停止下沉，利用两岸的测量人员将沉管轴线重新调整，直至准确无误后，在统一指挥下将沉管沉至管基础上，各吊船将吊索放松至预紧状态，留在原位置待命，两岸设置管道中线控制桩及临时水准点，每侧不少于两个，水准点设在稳固地段和便于观测的位置，并采取保护措施，沉管下沉时测量定位准确，并在下沉中经常校测，两端起重设备在吊装时要保持受力均匀，同步沉放管道于槽底就位；

c、试压：检查沉管位置是否符合设计要求，确认后由潜水员下水进行栓紧进水管在法兰盘螺丝的作业，然后进行水压试压验收，管道入水时，打开排气阀认真进行排气，水压试验时，设置专人负责观察检查，随时掌握压力表的变化情况，先逐步升压至试验压力1.0Mpa,恒压、检查接口、管身无破损及漏水现象，且10分钟压力下降不大于0.05Mpa，则认为试验结果合格，水压试验完毕，应将压力泄放，如果压降过大，由潜水员重新对进水封板进行紧固，两岸人员同时处理试压管件的泄漏，直至试压验收达到合格要求；

d、定位：试压后各吊船解络，留在原位，让潜水员下水在枕梁两侧放置契石以稳定管道；

e、压管及回填：当沉管沉放完成，并经有关单位验收后，对沉管进行回填 15-30级配碎石至管顶1m，管顶1m以上至2.5m采用300-500mm块石，管顶2.5m 以上则自然土回填，用抓斗船将寄放的泥土装到开底泥驳船上，运到管槽水面，在测量人员的指挥下抛放，达到管顶不小于4m复土的要求，当回填达到稳管目的后即解除各吊船的吊络，吊船退场，完成整个吊装工程；

步骤六、回填土施工：

采用吹填的方法进行回填土的施工，吹填工程根据施工的需要，采用从指定地点采砂，砂驳运输，吹砂船通过管线进行吹填筑造岛身。

本发明的有益效果：

本发明提供的人工岛结构的地下空间具有良好的封闭性、防灾能力和热稳定性。人工岛地下空间内部环境受海面上高温、高湿、高盐雾等恶劣气候影响波动不大；并且具备良好的抗御海啸、台风等海洋自然灾害的能力；其内部温度一年内几乎保持稳定，比海上建筑在耗能方面具有较大优势，对于一些有特殊要求(恒温、恒湿等)的使用空间具有较强的适宜性，彻底解决了常规的人工岛在建造过程中，土石方工程量巨大，需要投入大量人力、物力以及财力的问题。

附图说明

图1为本发明所述人工岛结构整体结构示意图。

图2为本发明所述施工方法工艺流程图。

1、钢圆筒 2、沉箱 3、沉管 4、回填土 5、碎石垫层 6、人工块体护面。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示：

本发明提供的考虑地下空间开发利用的人工岛结构本体的两侧设置有钢圆筒1或沉箱2，两侧钢圆筒1或沉箱2内侧之间的空间下部设置有一层或数层沉管3，顶层沉管3的顶面上填设有回填土4，两侧钢圆筒1或沉箱2的外侧设置有防护结构。

防护结构为碎石垫层5，碎石垫层5的外侧面设置有人工块体护面6，人工块体设置为四角空心块体或栅栏板或扭王字型块体或扭工字型块体或四角块体。

本发明提供的考虑地下空间开发利用的人工岛结构的施工方法，其施工方法如下所述：

步骤一、钢圆筒1或沉箱2的施工：

A、钢圆筒1的施工：

第一步、钢圆筒1的制作、运输和储存：

钢圆筒1在人工岛附近码头上制作，设八个底胎，采用液压顶升倒装法，逐层组装焊接形成，底胎筒壁模槽采用钢材制成，每个底胎配十六台液压千斤顶将制作完成的部分均匀安全地顶升，每次焊接的施工高度均控制在2m以内；

钢圆筒1的出运采用250t起重船起吊，用1000-2000t方驳封仓加固后运往现场，每船运两个钢圆筒1，部分钢圆筒1制作完成后，采用上述出运工艺运至码头前沿，由起重船吊起并依靠钢圆筒1自重安插在码头前沿以储存备用；

第二步、钢圆筒1的沉设：

钢圆筒1的下沉采用液压振动锤组成的振动系统，振动锤采用同步轴达到同步工作的目的，单台振动锤的偏心力矩1500n.m,最大上拔力2224KN，最大离心力3203KN，具体工艺如下：

1)、钢圆筒1下沉前的地基处理：若地基有块石，为避免钢圆筒1在下沉时发生偏位或倾斜，采用“挤石砂桩”方法沿筒壁周边将块石夹层预先用砂层代替，若地基砂层太厚，钢圆筒1下沉前将区域的表层砂采用抓斗式挖泥船清除；

2)、钢圆筒1的自沉及偏位控制：钢圆筒1由起重船吊起就位后，起重船松钩，钢圆筒1在自重及振动系统重量的作用下开始自沉，自沉过程中，如偏位及倾斜超过1％，立即停钩，并采取松紧锚缆调整船位，升降左、右钩头，前后俯仰扒杆，上拔或振动上拔将垂直度调整到1％后再继续下沉；

3)、钢圆筒1的振动及垂直度控制：自沉完成后，即可开锤振沉，振沉过程中吊船钩头始终保持有吊力，当发生倾斜时，通过调整钩头的快慢及扒杆的变幅以调整筒体的垂直度；当偏位大于10cm或倾斜度大于1％时，则在不停锤的情况下，停止下钩并将钢圆筒1振动上拔后停锤再通过松紧锚缆、升降钩头和俯仰扒杆将钢圆筒1调整到正常垂直度后再继续下沉；

第三步、钢圆筒1底部基础处理：

钢圆筒1下沉完毕后，在筒顶搭设钢架平台并进行旋喷地基加固，首先在靠近岸边的陆地进行旋喷试验；

第四步、钢圆筒1后回填及软基加固：

钢圆筒1后回填均采用中粗砂，按设计要求分层回填，每层的厚度为1m，回填顺序是由筒后壁开始向后回填，在回填过程中加强对筒体的沉降及位移进行观测，并根据实测结果及时调整回填速度；

B、沉箱2的施工：

第一步、沉箱2的制造：

沉箱2采用整体或分段制造，采用分段制造时，在水上拼装后整体下沉，分段制造要求各沉箱对接接头设计合理，易接、易脱，使用可靠；

第二步、沉箱2的海上拖运：

沉箱2在船台码头建造，然后把沉箱2由水上拖运到现场，沉箱2底部距水底的水深较小时，为使沉箱2安全拖运到目的地，要合理的选择拖航速度，以免发生沉箱2触底现象；

第三步、沉箱2的下沉：

单个沉箱2的下沉采取措施防止因某个沉箱2下沉后其座底被冲刷，而直接影响到邻近沉箱2的地基，使邻近沉箱2发生偏移的质量事故；

步骤二、地基的处理：

根据海底土的厚度不同，地基的处理方法采用抛石挤淤法或沙井排水加固法或置换法或土工布法；

步骤三、碎石垫层5的施工：

首先确定人工岛的岛壁形式，由岛壁形式决定抛石的施工强度，施工设备，水上抛石的具体施工工序：先粗抛、后细抛，抛至施工标高成形，导标标位要正确，要勤对标、对准标，以确保基床平面的位置和尺度，粗抛与细抛相结合，抛填过程中控制高差，抛石在风、浪、流均较小时进行，抛石和移船的方向要与水流一致，抛石前进行试抛，通过试抛，掌握块石漂流与水深、流速的关系，勤测水深，防止漏抛或抛填过多，当用开底式和侧倾式抛石船时，控制在30-90s 内抛下，使抛石的石堆厚度均匀，根据宁低勿高的原则，每一层抛石的富余高度控制在抛石层厚度的10％-15％，在抛填过程中，块石重量在200kg以下时，水上部分用方驳一吊机吊盛石网兜，定点吊抛；水下部分用民船或方驳运抛，块石重量在200kg以上时，水上、水下部分都用方驳-吊机运抛；

步骤四、人工块体护面6施工：

人工块体采用四角空心块体或栅栏板或扭王字型块体或扭工字型块体或四角块体，根据块体的形状特征，选择合适的模块预制成型，安放人工块体护面6 时，针对不同形状的人工块体设计安装方案，之后按设计的方案选定安放方法，在抛填层石过程中，分段由上而下安放人工块体，人工块体护面6安放采用水上施工，采用吊机-方驳或起重船安放块体；

步骤五、沉管3施工：

沉管3断面形状、大小能够自由选择，根据地下空间的规划而定，断面空间要被充分利用，沉管3施工分为管段预制制作、管段沉放、管段水下连接工序，沉管3设置一层或数层，具体层数根据实际人工岛地下空间规划而定，具体方法如下：

第一步、管段下水：管段在陆上成型，试压验收合格后进行整体吊放安装，每段管段准确计算，充分准备，正确指挥，步调一致，才能保证安全起吊下水，采用吊车与多艘巴杆系统吊船同时进行吊装，将成型管段从岸上吊至水面处放置，吊点按20米一个分布，起吊前要充分做好准备工作，对船舶设备及人员进行仔细检查，周密安排，并利用潮位进行作业，操作时统一指挥，按程序操作，步调一致，确保人员设备及管段安全，具体如下：

1)、吊船组装：组装吊船前，对选用的船舶进行检验，对船舶的稳定、强度和尺寸进行计算，完全符合要求后，才能选择使用，将适宜工程施工需要的船舶调遣至施工现场附近码头，进行吊船组装，组装吊船分为起重系统、动力系统、指挥系统及配置装备系统，按照施工需要各就其位，检验合格后完成组装；

2)、吊管下水：管道吊装下水前，应检查管内积水是否排清、出口是否密封、吊船的船位水深是否满足要求，先在管道上进行吊点编号，吊船根据自己的编号，分别对准钢管的编号就位，并抛好后锚，在岸上系好前揽，以控制船舶的后退速度，吊装时趸船对应各处吊点就位于制管场地岸边，定位并设一定数量前揽吊住各自吊点，吊揽与管道间设置木制夹板以保护管道防腐层，当沉管3吊离地面后，调整各边的起吊高度和受力，岸上监测人员检查沉管3向外平移是否有障碍物，松开前揽，各吊船在统一指挥下绞锚同步向后平移，将沉管3平移至水面上方后停移，各趸船一起匀速后退至适宜水深，统一匀速将管道降至水面后解除吊揽，当沉管3在水面处于自浮状态后，两端各留一艘吊船固定沉管3，其他吊船尽快解缆，离开吊管现场，减少阻航的时间；

第二步、拖管：

1)、准备工作：拖管前检查所有准备工作完成后，召集所有参与拖管工作的有关人员召开航道会议，明确各自的分工和职责，注意安全航行事项，指定专人负责指挥本拖航的全过程，拖航前注意接收沿途水域天气预报，以策安全；

2)、拖管：拖航全过程必须由海事部门负责担负监护、清道工作，指挥来往船舶避让的工作，拖管前以书面报告知会海事部门，申请拖管工作所需的水上施工有关批准手续以及拖带期间海事监护、清道的工作，拖航全过程由指挥人员通过对讲机和其他联络保持与港监和各船负责人之间的联系，以便船队及时、正确地执行命令；

3)、气压试验：将管道寄放水域的工程船提前调迁至施工现场附近指定水域，待管道拖至时将其系在工程船旁临时寄放，为了检验在拖管横管时，管是否被损坏，在沉管3下水后进行气压试验，气体试压要做好安全措施，气压试验的现场，设防护区，防护区范围为管子中心线以外10米，在加压及恒压试验期间，任何人不得在防护区内停留，试压期间，严禁对管道进行敲打、修补和拧紧螺栓的操作，以防伤人；

第三步、横管及沉管：

横管沉管同一日进行，日期根据当地潮汐表选定一个潮差较小，稳流时间在早上9-11时的日期为佳，确定沉管日期后需提前十五天向海事局申报办理有关手续，经批准后登报公布航行通告，具体如下：

1)、横管：横管时吊船要布锚并在各自的位置就位，在潮水平缓并开始转流前1小时开始横管，用吊船将管端固定，使管端与堤岸保持一定的距离，避免管端的管件在横管时碰坏，横管时使用一艘300HP拖轮和两艘45HP锚艇，将沉管北端从北岸向南岸拖出，当沉管拖至水面2/3时，应减慢拖管的速度，利用尚有的水流慢慢将管流至南岸，此时的拖轮要控制沉管横管的速度，当沉管的水平长度大于两岸的距离时，自然横管是不能够使沉管横于基槽上的，当两管端将与两岸接触时，停止横管，各吊船趋前至沉管边，并在各自的吊点上执络，完成执络后待命，当全部吊船完成执络便在统一指挥下预受力，总指挥根据各吊船所处的位置，指挥各吊船的起吊高度，此时中间直管段的吊船要保持预受力，当两管端管底吊起至两岸高度时，可继续横管，直至沉管3两端处于管中基槽内；

2)、管段水面对接：每个沉管3在水面上进行对接，连成整体后再下沉，采用浮箱内水面焊接方法，作业过程为：预先按照管外径设计一个钢制浮箱，钢制浮箱的下部设有集水箱和排水泵，然后将需要对接沉管3的管端拼在一起，把钢制浮箱灌满水后吊船将其固定在对接口的中间，然后开启排水泵排水使浮箱浮起而托住成型管，待将钢制浮箱内的水抽干后，即可下人进行焊接管口焊缝，包括内焊和外焊，焊接完成后立即进行接口的氮气试验，试验合格再进行下一道工序；

3)、沉管：沉管的具体工艺如下：

a、进水：当横管完成后，打开两管端的排气阀，打开进水口，在统一指挥下将沉管3吊起成形，各吊船同时收紧或放松锚缆与沉管3同步移动，直至沉管3完全处于基槽上方，将管道呈半成型就位基槽的姿态，先向管道中段的进水管用水泵强制灌水，当管道下沉至进水管浸过水面时，进水程序变为自然灌水；

b、下沉：总指挥根据管道两端的排气情况分多次指挥各吊船放松钢丝绳，使沉管3逐渐下沉，每次下沉0.2m，随着水不断灌入，管道逐渐下沉，各吊点同时不断进行调整，以保证各吊点的合理分布，在管道有序地沉放过程中，进行管中线与基槽轴线校正的测量监控工作，指挥各吊船移动以达到逐步对准基槽轴线及两岸起止点位置，直至符合设计要求，当管底距基槽有0.3m时停止下沉，利用两岸的测量人员将沉管轴线重新调整，直至准确无误后，在统一指挥下将沉管3沉至管基础上，各吊船将吊索放松至预紧状态，留在原位置待命，两岸设置管道中线控制桩及临时水准点，每侧不少于两个，水准点设在稳固地段和便于观测的位置，并采取保护措施，沉管3下沉时测量定位准确，并在下沉中经常校测，两端起重设备在吊装时要保持受力均匀，同步沉放管道于槽底就位；

c、试压：检查沉管3位置是否符合设计要求，确认后由潜水员下水进行栓紧进水管在法兰盘螺丝的作业，然后进行水压试压验收，管道入水时，打开排气阀认真进行排气，水压试验时，设置专人负责观察检查，随时掌握压力表的变化情况，先逐步升压至试验压力1.0Mpa,恒压、检查接口、管身无破损及漏水现象，且10分钟压力下降不大于0.05Mpa，则认为试验结果合格，水压试验完毕，应将压力泄放，如果压降过大，由潜水员重新对进水封板进行紧固，两岸人员同时处理试压管件的泄漏，直至试压验收达到合格要求；

d、定位：试压后各吊船解络，留在原位，让潜水员下水在枕梁两侧放置契石以稳定管道；

e、压管及回填：当沉管3沉放完成，并经有关单位验收后，对沉管3进行回填15-30级配碎石至管顶1m，管顶1m以上至2.5m采用300-500mm块石，管顶2.5m以上则自然土回填，用抓斗船将寄放的泥土装到开底泥驳船上，运到管槽水面，在测量人员的指挥下抛放，达到管顶不小于4m复土的要求，当回填达到稳管目的后即解除各吊船的吊络，吊船退场，完成整个吊装工程；

步骤六、回填土施工：

采用吹填的方法进行回填土的施工，吹填工程根据施工的需要，采用从指定地点采砂，砂驳运输，吹砂船通过管线进行吹填筑造岛身。

Claims (3)

1.一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构，其特征在于：本体的两侧设置有钢圆筒或沉箱，两侧钢圆筒或沉箱内侧之间的空间下部设置有一层或数层沉管，顶层沉管的顶面上填设有回填土，两侧钢圆筒或沉箱的外侧设置有防护结构。

2.根据权利要求1所述的一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构，其特征在于：所述的防护结构为碎石垫层，碎石垫层的外侧面设置有人工块体护面，人工块体设置为四角空心块体或栅栏板或扭王字型块体或扭工字型块体或四角块体。

3.一种考虑地下空间开发利用的人工岛结构的施工方法，其特征在于：其施工方法如下所述：

步骤一、钢圆筒或沉箱的施工：

A、钢圆筒的施工：

第一步、钢圆筒的制作、运输和储存：

钢圆筒在人工岛附近码头上制作，设八个底胎，采用液压顶升倒装法，逐层组装焊接形成，底胎筒壁模槽采用钢材制成，每个底胎配十六台液压千斤顶将制作完成的部分均匀安全地顶升，每次焊接的施工高度均控制在2m以内；

钢圆筒的出运采用250t起重船起吊，用1000-2000t方驳封仓加固后运往现场，每船运两个钢圆筒，部分钢圆筒制作完成后，采用上述出运工艺运至码头前沿，由起重船吊起并依靠钢圆筒自重安插在码头前沿以储存备用；

第二步、钢圆筒的沉设：

钢圆筒的下沉采用液压振动锤组成的振动系统，振动锤采用同步轴达到同步工作的目的，单台振动锤的偏心力矩1500n.m,最大上拔力2224KN，最大离心力3203KN，具体工艺如下：

1)、钢圆筒下沉前的地基处理：若地基有块石，为避免钢圆筒在下沉时发生偏位或倾斜，采用“挤石砂桩”方法沿筒壁周边将块石夹层预先用砂层代替，若地基砂层太厚，钢圆筒下沉前将区域的表层砂采用抓斗式挖泥船清除；

2)、钢圆筒的自沉及偏位控制：钢圆筒由起重船吊起就位后，起重船松钩，钢圆筒在自重及振动系统重量的作用下开始自沉，自沉过程中，如偏位及倾斜超过1％，立即停钩，并采取松紧锚缆调整船位，升降左、右钩头，前后俯仰扒杆，上拔或振动上拔将垂直度调整到1％后再继续下沉；

3)、钢圆筒的振动及垂直度控制：自沉完成后，即可开锤振沉，振沉过程中吊船钩头始终保持有吊力，当发生倾斜时，通过调整钩头的快慢及扒杆的变幅以调整筒体的垂直度；当偏位大于10cm或倾斜度大于1％时，则在不停锤的情况下，停止下钩并将钢圆筒振动上拔后停锤再通过松紧锚缆、升降钩头和俯仰扒杆将钢圆筒调整到正常垂直度后再继续下沉；

第三步、钢圆筒底部基础处理：

钢圆筒下沉完毕后，在筒顶搭设钢架平台并进行旋喷地基加固，首先在靠近岸边的陆地进行旋喷试验；

第四步、钢圆筒后回填及软基加固：

钢圆筒后回填均采用中粗砂，按设计要求分层回填，每层的厚度为1m，回填顺序是由筒后壁开始向后回填，在回填过程中加强对筒体的沉降及位移进行观测，并根据实测结果及时调整回填速度；

B、沉箱的施工：

第一步、沉箱的制造：

沉箱采用整体或分段制造，采用分段制造时，在水上拼装后整体下沉，分段制造要求各沉箱对接接头设计合理，易接、易脱，使用可靠；

第二步、沉箱的海上拖运：

沉箱在船台码头建造，然后把沉箱由水上拖运到现场，沉箱底部距水底的水深较小时，为使沉箱安全拖运到目的地，要合理的选择拖航速度，以免发生沉箱触底现象；

第三步、沉箱的下沉：

单个沉箱的下沉采取措施防止因某个沉箱下沉后其座底被冲刷，而直接影响到邻近沉箱的地基，使邻近沉箱发生偏移的质量事故；

步骤二、地基的处理：

根据海底土的厚度不同，地基的处理方法采用抛石挤淤法或沙井排水加固法或置换法或土工布法；

步骤三、碎石垫层的施工：

首先确定人工岛的岛壁形式，由岛壁形式决定抛石的施工强度，施工设备，水上抛石的具体施工工序：先粗抛、后细抛，抛至施工标高成形，导标标位要正确，要勤对标、对准标，以确保基床平面的位置和尺度，粗抛与细抛相结合，抛填过程中控制高差，抛石在风、浪、流均较小时进行，抛石和移船的方向要与水流一致，抛石前进行试抛，通过试抛，掌握块石漂流与水深、流速的关系，勤测水深，防止漏抛或抛填过多，当用开底式和侧倾式抛石船时，控制在30-90s内抛下，使抛石的石堆厚度均匀，根据宁低勿高的原则，每一层抛石的富余高度控制在抛石层厚度的10％-15％，在抛填过程中，块石重量在200kg以下时，水上部分用方驳一吊机吊盛石网兜，定点吊抛；水下部分用民船或方驳运抛，块石重量在200kg以上时，水上、水下部分都用方驳-吊机运抛；

步骤四、人工块体护面施工：

人工块体采用四角空心块体或栅栏板或扭王字型块体或扭工字型块体或四角块体，根据块体的形状特征，选择合适的模块预制成型，安放人工块体护面时，针对不同形状的人工块体设计安装方案，之后按设计的方案选定安放方法，在抛填层石过程中，分段由上而下安放人工块体，人工块体护面安放采用水上施工，采用吊机-方驳或起重船安放块体；

步骤五、沉管施工：

沉管断面形状、大小能够自由选择，根据地下空间的规划而定，断面空间要被充分利用，沉管施工分为管段预制制作、管段沉放、管段水下连接工序，沉管设置一层或数层，具体层数根据实际人工岛地下空间规划而定，具体方法如下：

第一步、管段下水：管段在陆上成型，试压验收合格后进行整体吊放安装，每段管段准确计算，充分准备，正确指挥，步调一致，才能保证安全起吊下水，采用吊车与多艘巴杆系统吊船同时进行吊装，将成型管段从岸上吊至水面处放置，吊点按20米一个分布，起吊前要充分做好准备工作，对船舶设备及人员进行仔细检查，周密安排，并利用潮位进行作业，操作时统一指挥，按程序操作，步调一致，确保人员设备及管段安全，具体如下：

1)、吊船组装：组装吊船前，对选用的船舶进行检验，对船舶的稳定、强度和尺寸进行计算，完全符合要求后，才能选择使用，将适宜工程施工需要的船舶调遣至施工现场附近码头，进行吊船组装，组装吊船分为起重系统、动力系统、指挥系统及配置装备系统，按照施工需要各就其位，检验合格后完成组装；

2)、吊管下水：管道吊装下水前，应检查管内积水是否排清、出口是否密封、吊船的船位水深是否满足要求，先在管道上进行吊点编号，吊船根据自己的编号，分别对准钢管的编号就位，并抛好后锚，在岸上系好前揽，以控制船舶的后退速度，吊装时趸船对应各处吊点就位于制管场地岸边，定位并设一定数量前揽吊住各自吊点，吊揽与管道间设置木制夹板以保护管道防腐层，当沉管吊离地面后，调整各边的起吊高度和受力，岸上监测人员检查沉管向外平移是否有障碍物，松开前揽，各吊船在统一指挥下绞锚同步向后平移，将沉管平移至水面上方后停移，各趸船一起匀速后退至适宜水深，统一匀速将管道降至水面后解除吊揽，当沉管在水面处于自浮状态后，两端各留一艘吊船固定沉管，其他吊船尽快解缆，离开吊管现场，减少阻航的时间；

第二步、拖管：

1)、准备工作：拖管前检查所有准备工作完成后，召集所有参与拖管工作的有关人员召开航道会议，明确各自的分工和职责，注意安全航行事项，指定专人负责指挥本拖航的全过程，拖航前注意接收沿途水域天气预报，以策安全；

2)、拖管：拖航全过程必须由海事部门负责担负监护、清道工作，指挥来往船舶避让的工作，拖管前以书面报告知会海事部门，申请拖管工作所需的水上施工有关批准手续以及拖带期间海事监护、清道的工作，拖航全过程由指挥人员通过对讲机和其他联络保持与港监和各船负责人之间的联系，以便船队及时、正确地执行命令；

3)、气压试验：将管道寄放水域的工程船提前调迁至施工现场附近指定水域，待管道拖至时将其系在工程船旁临时寄放，为了检验在拖管横管时，管是否被损坏，在沉管下水后进行气压试验，气体试压要做好安全措施，气压试验的现场，设防护区，防护区范围为管子中心线以外10米，在加压及恒压试验期间，任何人不得在防护区内停留，试压期间，严禁对管道进行敲打、修补和拧紧螺栓的操作，以防伤人；

第三步、横管及沉管：

横管沉管同一日进行，日期根据当地潮汐表选定一个潮差较小，稳流时间在早上9-11时的日期为佳，确定沉管日期后需提前十五天向海事局申报办理有关手续，经批准后登报公布航行通告，具体如下：

1)、横管：横管时吊船要布锚并在各自的位置就位，在潮水平缓并开始转流前1小时开始横管，用吊船将管端固定，使管端与堤岸保持一定的距离，避免管端的管件在横管时碰坏，横管时使用一艘300HP拖轮和两艘45HP锚艇，将沉管北端从北岸向南岸拖出，当沉管拖至水面2/3时，应减慢拖管的速度，利用尚有的水流慢慢将管流至南岸，此时的拖轮要控制沉管横管的速度，当沉管的水平长度大于两岸的距离时，自然横管是不能够使沉管横于基槽上的，当两管端将与两岸接触时，停止横管，各吊船趋前至沉管边，并在各自的吊点上执络，完成执络后待命，当全部吊船完成执络便在统一指挥下预受力，总指挥根据各吊船所处的位置，指挥各吊船的起吊高度，此时中间直管段的吊船要保持预受力，当两管端管底吊起至两岸高度时，可继续横管，直至沉管两端处于管中基槽内；

2)、管段水面对接：每个沉管在水面上进行对接，连成整体后再下沉，采用浮箱内水面焊接方法，作业过程为：预先按照管外径设计一个钢制浮箱，钢制浮箱的下部设有集水箱和排水泵，然后将需要对接沉管的管端拼在一起，把钢制浮箱灌满水后吊船将其固定在对接口的中间，然后开启排水泵排水使浮箱浮起而托住成型管，待将钢制浮箱内的水抽干后，即可下人进行焊接管口焊缝，包括内焊和外焊，焊接完成后立即进行接口的氮气试验，试验合格再进行下一道工序；

3)、沉管：沉管的具体工艺如下：

a、进水：当横管完成后，打开两管端的排气阀，打开进水口，在统一指挥下将沉管吊起成形，各吊船同时收紧或放松锚缆与沉管同步移动，直至沉管完全处于基槽上方，将管道呈半成型就位基槽的姿态，先向管道中段的进水管用水泵强制灌水，当管道下沉至进水管浸过水面时，进水程序变为自然灌水；

b、下沉：总指挥根据管道两端的排气情况分多次指挥各吊船放松钢丝绳，使沉管逐渐下沉，每次下沉0.2m，随着水不断灌入，管道逐渐下沉，各吊点同时不断进行调整，以保证各吊点的合理分布，在管道有序地沉放过程中，进行管中线与基槽轴线校正的测量监控工作，指挥各吊船移动以达到逐步对准基槽轴线及两岸起止点位置，直至符合设计要求，当管底距基槽有0.3m时停止下沉，利用两岸的测量人员将沉管轴线重新调整，直至准确无误后，在统一指挥下将沉管沉至管基础上，各吊船将吊索放松至预紧状态，留在原位置待命，两岸设置管道中线控制桩及临时水准点，每侧不少于两个，水准点设在稳固地段和便于观测的位置，并采取保护措施，沉管下沉时测量定位准确，并在下沉中经常校测，两端起重设备在吊装时要保持受力均匀，同步沉放管道于槽底就位；

c、试压：检查沉管位置是否符合设计要求，确认后由潜水员下水进行栓紧进水管在法兰盘螺丝的作业，然后进行水压试压验收，管道入水时，打开排气阀认真进行排气，水压试验时，设置专人负责观察检查，随时掌握压力表的变化情况，先逐步升压至试验压力1.0Mpa,恒压、检查接口、管身无破损及漏水现象，且10分钟压力下降不大于0.05Mpa，则认为试验结果合格，水压试验完毕，应将压力泄放，如果压降过大，由潜水员重新对进水封板进行紧固，两岸人员同时处理试压管件的泄漏，直至试压验收达到合格要求；

d、定位：试压后各吊船解络，留在原位，让潜水员下水在枕梁两侧放置契石以稳定管道；

e、压管及回填：当沉管沉放完成，并经有关单位验收后，对沉管进行回填15-30级配碎石至管顶1m，管顶1m以上至2.5m采用300-500mm块石，管顶2.5m以上则自然土回填，用抓斗船将寄放的泥土装到开底泥驳船上，运到管槽水面，在测量人员的指挥下抛放，达到管顶不小于4m复土的要求，当回填达到稳管目的后即解除各吊船的吊络，吊船退场，完成整个吊装工程；

步骤六、回填土施工：

采用吹填的方法进行回填土的施工，吹填工程根据施工的需要，采用从指定地点采砂，砂驳运输，吹砂船通过管线进行吹填筑造岛身。