1、第六章 人工岛工程Artificial Island Engineering基本概念填海筑岛环岛防护岛陆交通中国的人工岛实例本章内容结构体系本章内容结构体系基本概念基本概念 近海工程：与近海资源开发及其空间利用相应，所采取的各种近海工程：与近海资源开发及其空间利用相应，所采取的各种人工设施。人工设施。人工岛：在近岸浅海水域中人工建造的陆地。人工岛：在近岸浅海水域中人工建造的陆地。人工岛工程：主要采用土木建筑技术，在海上形成一高出最高人工岛工程：主要采用土木建筑技术，在海上形成一高出最高海面并具有一定面积的陆岛，可以减轻波浪和水流的侵袭。海面并具有一定面积的陆岛，可以减轻波浪和水流的侵袭。海岸带
2、海域与近海海域海岸带海域与近海海域连在一起，两者的资源连在一起，两者的资源与资源开发密不可分与资源开发密不可分。用途各异的人工岛用途各异的人工岛人工岛可分为拓地型和充填型等多种形式，其建筑材料大多为移山填海、就地取土石，但也有利用工业原材料的。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，是人们利用海洋空间资源的一种形式。概述概述人工岛的施工方法：人工岛的施工方法：1、排水造地法、排水造地法3、浮体法、浮体法4、软着陆法、软着陆法2、填筑法、填筑法近海工程近海工程 offshore engineeringoffshore engineering 补充补充:建造人工岛可取得十分客观
3、的面积建造人工岛可取得十分客观的面积a.a.荷兰人工岛面积占国土面积的荷兰人工岛面积占国土面积的2020b.b.美国人提出在墨西哥湾和大西洋东北部、哈特拉斯角以北美国人提出在墨西哥湾和大西洋东北部、哈特拉斯角以北造数个造数个8 8平方公里的人工岛用于建造石油加工厂平方公里的人工岛用于建造石油加工厂c.c.英国在本国南海岸建起了一个用橡皮外壳做构架的圆锥形英国在本国南海岸建起了一个用橡皮外壳做构架的圆锥形人工岛，主要用于石油勘探开发人工岛，主要用于石油勘探开发d.d.法国、荷兰和瑞典等国根据本国经济发展的需要，计划在法国、荷兰和瑞典等国根据本国经济发展的需要，计划在北海南部建起面积约北海南部建起
4、面积约33003300公顷的大型人工岛，供人们进行海公顷的大型人工岛，供人们进行海洋综合开发利用。洋综合开发利用。e.e.日本的人工岛建设日本的人工岛建设 战后战后5050年，日本人所造陆地达年，日本人所造陆地达200200平方公里，相当于平方公里，相当于2626个香港岛的面积。个香港岛的面积。日本于日本于2020世纪世纪7070年代开始将围垦的重点转移到海岸以外的人工岛。年代开始将围垦的重点转移到海岸以外的人工岛。岛名岛名情况情况1情况情况2情况情况3情况情况4东京都东京都人工岛人工岛1200多万多万2145平方公里平方公里18个人工小岛个人工小岛（15年时间建成）年时间建成）建设了一连续跨
5、越东京建设了一连续跨越东京湾的高速公路的人工岛湾的高速公路的人工岛神户神户人工岛人工岛位于神户以南位于神户以南3公里、水深公里、水深12m的海面上的海面上耗资耗资5300亿日元亿日元长方形的海上城长方形的海上城市市建于建于19661981年年有一长有一长300米的大桥米的大桥总面积为总面积为436万平方米万平方米通过神户新港将人造海通过神户新港将人造海上城市与神户市连成一上城市与神户市连成一体，岛上设备齐全体，岛上设备齐全六甲六甲人工岛人工岛神户第二座神户第二座人工岛人工岛5.8平方公里平方公里施工用施工用“移山填海移山填海”法法从六甲山顶挖出土石，从六甲山顶挖出土石，用高输带将土石方输送到用
6、高输带将土石方输送到海边的栈桥上，再由船到海边的栈桥上，再由船到海海历时历时8年，共取土方年，共取土方12000万立方米万立方米东京湾东京湾海上工海上工厂厂人工岛钢铁基人工岛钢铁基地离岸地离岸7公里公里周围水深周围水深10米米采取周围修建混凝采取周围修建混凝土围堤、中间填土土围堤、中间填土石的办法石的办法抗震等级抗震等级8级，使用面积级，使用面积达达510万平方米，与陆地万平方米，与陆地通过海底隧道连接通过海底隧道连接建有建有7个炼铁炉、个炼铁炉、3个钢个钢厂、厂、2个制板厂，年产个制板厂，年产600万吨钢材万吨钢材日本又研制了一种多效浮动海水淡化工厂，日本又研制了一种多效浮动海水淡化工厂，其
7、额定生产能力为每天其额定生产能力为每天50005000立方米蒸馏水，立方米蒸馏水，厂内设备齐全，经济效益高，耗能低厂内设备齐全，经济效益高，耗能低f.f.方兴未艾的中国海上人工岛方兴未艾的中国海上人工岛 中国明代嘉靖年间（中国明代嘉靖年间（1522152215671567年）已有建造人工岛的文字记载。年）已有建造人工岛的文字记载。建国以来，我国沿海一些地带亦利用海滩、礁石建起了人工岛。建国以来，我国沿海一些地带亦利用海滩、礁石建起了人工岛。岛名岛名情况情况1 1情况情况2 2情况情况3 3情况情况4 4鸡骨礁鸡骨礁位于长江以外位于长江以外用水泥堆成用水泥堆成我国第一个现代人工岛我国第一个现代人
8、工岛25002500平方米，曾是军事要塞平方米，曾是军事要塞永暑礁永暑礁海洋观测站海洋观测站19881988年年8 8月月2 2日日在南沙竣工在南沙竣工在礁石上建起的人工岛在礁石上建起的人工岛80008000多平方米多平方米澳门国澳门国际机场际机场建在建在1.151.15平方平方公里人工岛上公里人工岛上人工岛跑道区人工岛跑道区和两座联络桥和两座联络桥以填海和桩基结构的方以填海和桩基结构的方式兴建在海上式兴建在海上中国港湾建设总公司的杰作中国港湾建设总公司的杰作 张巨河张巨河人工岛人工岛我国第一个浅我国第一个浅海人工岛海人工岛大港油田开发大港油田开发总面积总面积28262826平方米平方米距海距
9、海40004000米米双鱼导双鱼导招商局漳州开招商局漳州开发区人工岛发区人工岛我国首个生态我国首个生态型人工岛型人工岛总投资约总投资约3030亿，工期为亿，工期为3 3年年总规划面积约总规划面积约2.22.2平方公里平方公里中国有着建造人中国有着建造人工岛的悠久历史工岛的悠久历史 g.g.著名人工岛著名人工岛 岛名岛名情况情况1 1香港国际机场香港国际机场建在赤鱲角人工岛上建在赤鱲角人工岛上 香港会议展览中心新翼部分香港会议展览中心新翼部分 建于人工岛上建于人工岛上 日本关西国际机场日本关西国际机场建在大阪湾人工岛上建在大阪湾人工岛上日本中部国际机场日本中部国际机场建在建在伊势湾人工岛上伊势湾
10、人工岛上 日本御台场日本御台场位于东京湾的人工岛，通称位于东京湾的人工岛，通称“临海副临海副都心都心”迪拜棕榈群岛迪拜棕榈群岛世界最大的人工群岛项目世界最大的人工群岛项目迪拜世界群岛迪拜世界群岛仿世界地形而建的人工群岛仿世界地形而建的人工群岛 人工岛的功能人工岛的功能 不不 同同 用用 途途 工业生产用地工业生产用地能源基地、海洋油能源基地、海洋油气田开采平台气田开采平台农业用地农业用地 交通运输场所交通运输场所 海上机场、港口、海上机场、港口、桥梁、隧道桥梁、隧道储藏场地储藏场地海上石油储海上石油储备基地、危备基地、危险仓品库险仓品库 废弃物处理场废弃物处理场工业垃圾，用工业垃圾，用来填海造
11、地来填海造地人工岛人工岛综合利用综合利用建造海上城市建造海上城市娱乐场所娱乐场所临海公园、绿地、临海公园、绿地、游艇基地、垂钓游艇基地、垂钓场、人工海滨场、人工海滨迪拜人工迪拜人工岛岛永暑礁人工岛为永久性人工岛韩国首尔人工岛第一节第一节 填海筑岛填海筑岛 人工岛工人工岛工作面要求作面要求整体性强整体性强填筑量最小填筑量最小外围防护工外围防护工程线最短程线最短面积大小面积大小直接影响工程直接影响工程的造价和效益的造价和效益人工岛工程的结构型式主要是其外围护工程的结构型式斜坡围堤桩壁围墙桩基沉井此型式同于斜坡堤此型式同于斜坡堤类似于板桩码类似于板桩码头或排管桩码头头或排管桩码头人工岛护岸的结构型式
12、填海筑岛的施工方法先抛填后护岸先围海后填筑掩掩蔽蔽较较好好的的海海域域风风浪浪较较大大的的海海域域用驳船运送土石料在海上直用驳船运送土石料在海上直接抛填，最后修建护岸设施。接抛填，最后修建护岸设施。先将人工岛所需水域用堤坝圈围起来先将人工岛所需水域用堤坝圈围起来,留必要的缺口留必要的缺口,以便驳船运送土石料以便驳船运送土石料进行抛填或用挖泥船进行水力吹填。进行抛填或用挖泥船进行水力吹填。a.斜坡围堤斜坡围堤堤身外侧堤坡堤身外侧堤坡护面下设置反滤层护面下设置反滤层适适 用用 条条 件件 按防浪要求铺设相应的护面按防浪要求铺设相应的护面 防止堤身沙土流失影响结构安全防止堤身沙土流失影响结构安全 水
13、深不很大的海域；地基承载力较水深不很大的海域；地基承载力较大、风浪不太大或有相当掩护的地点大、风浪不太大或有相当掩护的地点构构造造胜利油田有好多斜坡胜利油田有好多斜坡围堤的小型人工岛围堤的小型人工岛斜坡围堤施工方法斜坡围堤施工方法修筑围堤修筑围堤抛填砂石或砂土抛填砂石或砂土延长围堤两侧延长围堤两侧 联结两侧围堤联结两侧围堤在主要波浪影响范围在主要波浪影响范围修筑相应长度的围堤修筑相应长度的围堤用船舶运用船舶运送与抛填送与抛填防止砂土流失防止砂土流失形成防御风形成防御风浪的统一整浪的统一整体体抛填很大部分后抛填很大部分后抛填完成后抛填完成后b.桩壁围墙桩壁围墙钢板桩钢板桩钢筋混凝土板桩钢筋混凝土
14、板桩桩桩成排钢板桩成排钢板桩格形钢板桩格形钢板桩风浪较大时采用风浪较大时采用将人工岛围堤修筑成桩壁围墙将人工岛围堤修筑成桩壁围墙桩壁围墙施工方法桩壁围墙施工方法形成掩蔽水域形成掩蔽水域围墙留必要缺口围墙留必要缺口构成堤线构成堤线 连续吊打连续吊打有利于抛填砂有利于抛填砂土土方便驳船运送砂方便驳船运送砂土或抛泥船抛填土或抛泥船抛填用定位桩和导梁用定位桩和导梁按顺序进行按顺序进行桩壁施工桩壁施工近海工程近海工程 offshore engineering 桩壁围墙的特点桩壁围墙的特点:1 1）桩壁围墙强度大、稳定性好，）桩壁围墙强度大、稳定性好，适用于适用于水深大、基础差的海域；水深大、基础差的海域
15、；2 2）由于板桩和管桩都入土较深，在地下形成良好的连续墙，筑岛）由于板桩和管桩都入土较深，在地下形成良好的连续墙，筑岛填砂土将发生沉降但不会造成塌滑，填砂土将发生沉降但不会造成塌滑，地基稳定地基稳定；3 3）此结构）此结构有利于有利于船舶停靠，易于修建成码头，成为人工岛的交通船舶停靠，易于修建成码头，成为人工岛的交通运输设施；运输设施；4 4）此结构在海上打桩）此结构在海上打桩受到天气和动力环境影响很大受到天气和动力环境影响很大，施工需仔细，施工需仔细安排。安排。5 5）此结构与斜坡围堤结构在海上的工程施工量大、施工期长，海）此结构与斜坡围堤结构在海上的工程施工量大、施工期长，海洋环境带来的
16、风险也大。洋环境带来的风险也大。c.桩基沉井构造及适用条件桩基沉井构造及适用条件堤身外侧堤坡堤身外侧堤坡护面下设置反滤层护面下设置反滤层适适 用用 条条 件件 按防浪要求铺设相应的护面按防浪要求铺设相应的护面 防止堤身沙土流失影响结构安全防止堤身沙土流失影响结构安全 水深不很大的海域；地基承载力较水深不很大的海域；地基承载力较大、风浪不太大或有相当掩护的地点大、风浪不太大或有相当掩护的地点构构造造桩基沉井施工方法桩基沉井施工方法托运沉井托运沉井定位、下沉沉井定位、下沉沉井吹填砂土吹填砂土 打桩打桩沉井在陆上或岸边预制沉井在陆上或岸边预制好好定位后即可下定位后即可下沉，插入地基沉，插入地基向沉井
17、中吹填砂向沉井中吹填砂土土沿沉井周围预留壁沿沉井周围预留壁孔中或在岛中吹填孔中或在岛中吹填土上打桩土上打桩现场海上施工量小现场海上施工量小、工期短、风险少、工期短、风险少桩用来承受使桩用来承受使用阶段的荷载用阶段的荷载沉井下沉到设计深沉井下沉到设计深度后就具备较大的度后就具备较大的强度和稳定性，成强度和稳定性，成为海上的为海上的“陆地陆地”近海工程近海工程 offshore engineering 桩基沉井的特点桩基沉井的特点:1 1）结构整体性强、）结构整体性强、能适应险恶的海洋环境能适应险恶的海洋环境；2 2）适用水深范围较宽；）适用水深范围较宽；3 3）稳定性好、可用于各种软土地基；）稳
18、定性好、可用于各种软土地基；4 4）结构尺度大、施工中预制沉井的浮运问题是难点，需给与足）结构尺度大、施工中预制沉井的浮运问题是难点，需给与足够重视；够重视；5 5）浅水情况下的应用是技术难题，运用经验较少。）浅水情况下的应用是技术难题，运用经验较少。第二节第二节 环岛防护环岛防护a a.人工岛的特点人工岛的特点 局部改变了海洋环境局部改变了海洋环境 是海上的一个是海上的一个“孤堡孤堡”处于开场海域处于开场海域 承受海洋动力作用更强烈承受海洋动力作用更强烈 人工岛需要更高的安全标准人工岛需要更高的安全标准需要更高的环岛防护设施需要更高的环岛防护设施有利于有利于“填海筑岛填海筑岛”环岛防护设施与
19、人工岛结构型式密切相关斜坡堤直墙堤桩壁、沉井属于环状直墙人工岛防护设施与海岸防护设施的区别：人工岛防护设施与海岸防护设施的区别：1 1）人工岛离岸边距离较远）人工岛离岸边距离较远 2 2）人工岛水深比岸边大）人工岛水深比岸边大 3 3）防护范围较宽）防护范围较宽 4 4）堤身高度大）堤身高度大 5 5）堤周围需从导向四方辐射，面积较大）堤周围需从导向四方辐射，面积较大护脚与护底护脚与护底采用抛石棱体护脚采用抛石棱体护脚地基软弱时，需打护脚短桩防护地基软弱时，需打护脚短桩防护波浪作用形成驻波，护底需向外延伸波浪作用形成驻波，护底需向外延伸护脚、护底破坏将直接护脚、护底破坏将直接使护坡坍塌，危及堤
20、身使护坡坍塌，危及堤身安全安全水流绕射影响，护底设施需加固水流绕射影响，护底设施需加固斜坡堤护脚斜坡堤护脚直墙堤护底直墙堤护底防浪墙防浪墙导面高程不宜过高导面高程不宜过高防浪墙可抵御高潮时风浪的翻越，防浪墙可抵御高潮时风浪的翻越，有利于减轻台风暴潮的侵袭有利于减轻台风暴潮的侵袭宜采用墙外侧面上部向海伸出或成曲宜采用墙外侧面上部向海伸出或成曲面的型式面的型式将涌溅风浪将涌溅风浪挡回海域挡回海域在环岛外侧临海处修在环岛外侧临海处修建建海上的海上的“孤堡孤堡”人工岛资源开发人工岛资源开发人工岛的生存与开发需要陆地基地的支持与供应人工岛的生存与开发需要陆地基地的支持与供应岛上的储存设施岛上的储存设施岛
21、陆间交通运输设施岛陆间交通运输设施第三节第三节 岛陆交通岛陆交通导陆交通运输设施必不可少连桥隧道轮渡人工岛与大陆之间人工岛与大陆之间专用跨海桥梁，在岛专用跨海桥梁，在岛陆间距离较近时采用陆间距离较近时采用不宜架设连桥时采用不宜架设连桥时采用岛陆距离较远，采用连桥岛陆距离较远，采用连桥或隧道投资太大、维护费或隧道投资太大、维护费用太高时，采用船舶运输用太高时，采用船舶运输连桥的结构设计连桥的结构设计满足一般桥梁设计标准满足一般桥梁设计标准考虑海洋环境的特点考虑海洋环境的特点考虑桥下海上船舶航行要求考虑桥下海上船舶航行要求基本要求基本要求连桥的通过能力是一重要指标连桥的通过能力是一重要指标保证具有
22、足够保证具有足够桥净空高度桥净空高度考虑岛上的供水、供电、供气需要考虑岛上的供水、供电、供气需要隧道的结构设计隧道的结构设计需铺置在海底下数十至一百米需铺置在海底下数十至一百米海底段是主体海底段是主体两端用倾斜引车道分别与岛、陆连接两端用倾斜引车道分别与岛、陆连接防止因海滩或海床防止因海滩或海床冲淤演变影响冲淤演变影响隧道的基建与维护费用隧道的基建与维护费用高高引车道坡度需满足引车道坡度需满足公路、铁路要求公路、铁路要求靠近岛、陆两岸处需布置竖井靠近岛、陆两岸处需布置竖井用于安装通风、用于安装通风、排水供电等设备排水供电等设备轮渡的发展轮渡的发展北欧技术先进，客货两运北欧技术先进，客货两运采用
23、滚装技术采用滚装技术运输效率高运输效率高不仅用于岛陆联系，还用于长距离海上不仅用于岛陆联系，还用于长距离海上交通、国内区域和国际城市间的联系交通、国内区域和国际城市间的联系海上轮渡发展迅速海上轮渡发展迅速货物运输量大时，需建设专用码头或港口货物运输量大时，需建设专用码头或港口解决装卸问题，或采用管道输送技术解决装卸问题，或采用管道输送技术近海工程近海工程 offshore engineering 注意注意:在有条件时，人工岛需布设直升机专用停机坪，以备岛上急救在有条件时，人工岛需布设直升机专用停机坪，以备岛上急救或其他突然事故适用，这是人工岛岛陆联系的特殊需求或其他突然事故适用，这是人工岛岛陆联系的特殊需求。
