大直徑鋼圓筒技術(shù)在港珠澳大橋人工島中的應(yīng)用資料

1、插入式大直徑(zhjng)鋼圓筒技術(shù)讓世界(shji)更暢通在港珠澳大橋人工島工程中的應(yīng)用共四十五頁Contents目 錄推廣及應(yīng)用前景插入式大直徑圓筒技術(shù)應(yīng)用歷史概述插入式大直徑圓筒結(jié)構(gòu)在港珠澳大橋隧道人工島工程中的成功應(yīng)用共四十五頁插入式大直徑圓筒技術(shù)應(yīng)用(yngyng)歷史概述大圓筒結(jié)構(gòu)通常是指直徑在67米以上的無底、無內(nèi)隔墻的薄壁圓柱殼結(jié)構(gòu)，多由鋼筋混凝土材料或鋼質(zhì)材料制成。（最大直徑32米）對深厚軟土地基、水深浪大的惡劣環(huán)境具有良好的適應(yīng)性。 該結(jié)構(gòu)始建于二十世紀(jì)四十年代法國。前蘇聯(lián)與烏克蘭在六十年代開始研究和推廣。在日本護岸、防波堤工程中有較為廣泛的應(yīng)用(yngyng)，典型案例是

2、1994年投入使用的關(guān)西海上機場圍海造陸工程，該工程岸壁主體結(jié)構(gòu)就是建在復(fù)合地基上的插入式大圓筒結(jié)構(gòu)。 共四十五頁插入式大直徑圓筒技術(shù)應(yīng)用(yngyng)歷史概述國內(nèi)從上世紀(jì)80年代初開始(kish)引進(jìn)該技術(shù)。我院多年來聯(lián)合有關(guān)院校、科研機構(gòu)和施工單位，在結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工工藝方面不斷探索，使圓筒結(jié)構(gòu)在多個項目中獲得應(yīng)用。 工程名稱時間圓筒結(jié)構(gòu)下沉技術(shù)工程評價或經(jīng)驗廣州番禺南沙聯(lián)合碼頭工程 1995年 鋼筋混凝土圓筒，直徑15m，壁厚28cm抽真空聯(lián)合壓載法建成至今結(jié)構(gòu)使用情況良好長江口深水航道治理二期堤頭段試驗工程2002年鋼筋混凝土圓筒，直徑12m，壁厚2125cm4臺APE400液壓錘聯(lián)動

3、振動圓筒在施工期臺風(fēng)作用下傾倒。行業(yè)內(nèi)對穩(wěn)定計算方法存在不同意見。但充分驗證振沉工藝是成功的廣州南沙蒲洲海堤護岸工程2003年鋼圓筒，直徑13.5m，壁厚12mm（采用類似鋼管樁防腐的技術(shù)）4臺APE400液壓錘聯(lián)動振動只要有良好持力層，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、位移都非常理想，共四十五頁插入式大直徑圓筒技術(shù)應(yīng)用歷史(lsh)概述蒲洲海堤(hi d)護岸全貌圖 海堤護岸工程斷面圖4臺APE液壓振動錘聯(lián)動下沉共四十五頁Contents目 錄插入式大直徑圓筒技術(shù)應(yīng)用歷史概述插入式大直徑圓筒結(jié)構(gòu)在港珠澳大橋隧道人工島工程中的應(yīng)用（1）人工島的項目概況(gikung)（2）總體設(shè)計方案介紹 （3）人工島筑島關(guān)鍵技術(shù)共

4、四十五頁東人工島沉管隧道西人工島澳門珠海香港香港機場澳門機場跨海大橋港珠澳大橋工程地理位置圖港珠澳大橋是世界上迄今為止規(guī)模最大的跨海大橋，6km長隧道和兩個(lin )隧道人工島是當(dāng)今世界同類工程中綜合技術(shù)難度最大的工程。 1、項目(xingm)概況共四十五頁人工島呈橢圓蠔貝形，長625m，橫向(hn xin)最寬處約183m（東島218m）1、項目(xingm)概況共四十五頁隧道人工島的功能要求隧道人工島的基本功能是實現(xiàn)海上橋梁和隧道的順利銜接，滿足島上建筑物布置需要，并提供基本掩護功能，保障主體建筑物（島上隧道）的順利建設(shè)和正常運營，其中 ：施工期間人工島需至少滿足以下功能要求：（1）為島

5、上隧道提供高保障度的干施工條件；（2）配合隧道施工，按期提供沉管隧道對接條件。（3）及時提供沉管施工水平運輸通道。運營期間人工島要穩(wěn)定(wndng)、耐久，為島上建筑物提供防浪、防沖、防船撞等保護條件 。1、項目(xingm)概況共四十五頁人工島工程具有4個重要特點（1）工程所在水域為珠江口航運咽喉區(qū)段，是世界上水上交通最繁忙，通航環(huán)境最復(fù)雜的海域，且工程區(qū)穿越中華白海豚保護區(qū)，環(huán)保(hunbo)要求很高。工程(gngchng)地點東莞港廣州港中山港深圳港1、項目概況共四十五頁人工島工程具有4個重要特點（2）外海軟土厚達(dá)40m，隧道人工島岸壁要提供4-5年施工期內(nèi)高保障度止水環(huán)境，外海筑島止水

6、深基坑建設(shè)難度極高。（3）需要滿足120年的耐久性要求和高標(biāo)準(zhǔn)越浪要求（極端工況0.015m3/m.s）。（4）東、西人工島是隧道工期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其(yuq)西小島必須盡早為隧道沉管提供對接條件，工期緊。 1、項目(xingm)概況共四十五頁波向水位（m）波浪重現(xiàn)期H1%(m)H13%(m)周期（s）SSESSW1000年一遇高水位4.191000年6.184.5411.1300年高水位3.82300年6.074.3810.5200年高水位3.69200年5.894.2410.4100年高水位3.47100年5.473.9210.250年高水位3.2650年5.103.649.8設(shè)計高水位1

7、.65100年5.383.9010.250年4.883.59.85年2.741.907.82年2.171.497.2設(shè)計低水位-0.78100年4.673.4110.25年2.521.767.82年1.961.357.2100年低水位-1.33100年4.603.3810.2200年低水位-1.38200年4.643.4210.4 波浪中科院南海所和華南理工于2007年4月-2008年3月在橋址偏東現(xiàn)場臨時觀測一年波浪玫瑰(mi gui)圖年最大波高2.58m，年最大有效波高1.43m，均出現(xiàn)在8月。1、項目(xingm)概況共四十五頁工程地質(zhì)：具有軟土厚、含水量高、抗剪強度低、壓縮性高、滲透

8、性差，土體不穩(wěn)定，沉降(chnjing)大等特點。圓筒落在三大層（粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾砂層）-37.0m -47.0m，平均標(biāo)貫約為10擊1-2 淤泥(yn) N30厚約3746 m-8.0m-10.0m1、項目概況共四十五頁針對以上工程特點，項目組進(jìn)行了為期一年的前期調(diào)研和方案設(shè)計，廣泛收集了國內(nèi)外技術(shù)資料和研究成果，在交通部、中交集團領(lǐng)導(dǎo)和各工程局的大力支持下，攻克了筑島方案的6大難題：（1）鋼圓筒的穩(wěn)定計算理論（2）振沉技術(shù)及振沉工藝 (不但提供足夠激振力而且要具備對不均勻土層糾偏能力)（3）鋼圓筒筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計（4）可靠止水方案（5）120年使用壽命（6）鋼圓筒施工專項驗收標(biāo)準(zhǔn) 形成了以

9、插入式鋼圓筒形成島壁為核心和深井降水聯(lián)合(linh)堆載預(yù)壓軟基處理的技術(shù)方案1、項目(xingm)概況共四十五頁2、人工島筑島方案(fng n)介紹 西人工島鋼圓筒布置(bzh)平面圖東人工島鋼圓筒布置平面圖鋼圓筒沿人工島前沿線布置：西人工島61個鋼圓筒（西小島17個）東人工島59個鋼圓筒共四十五頁（1）基坑圍護：采用大型起重船將預(yù)制的鋼圓筒沿人工島振沉至不透水層，構(gòu)筑安全(nqun)、可靠的隧道施工期止水圍護結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)快速整島止水，人工島內(nèi)外兩側(cè)可以同步施工。鋼圓筒鋼圓筒2、人工島筑島方案(fng n)介紹 共四十五頁（2）島壁結(jié)構(gòu)：將永久的拋石斜坡堤和臨時鋼圓筒結(jié)構(gòu)相結(jié)合，海側(cè)護坡結(jié)構(gòu)基

10、礎(chǔ)(jch)采用局部開挖換填+擠密砂樁復(fù)合地基。2、人工島筑島方案(fng n)介紹 共四十五頁（3）地基處理：利用整島止水條件，采用“局部開挖換填、插打塑料排水板、井點降水聯(lián)合堆載”的方案，實現(xiàn)了大超載比（1.42.1）預(yù)壓，加速固結(jié)，減少工后殘余(cny)沉降。2、人工島筑島方案(fng n)介紹 共四十五頁（1）整島基槽挖泥至-16.0m；（2）下沉鋼圓筒及副格倉；下沉最大深度(shnd)為29. 0m。（3）鋼圓筒直徑22.0m，壁厚16mm，筒頂標(biāo)高+3.5m，重約540t，圓筒之間凈距為2.0m，采用副格倉相連。-16.0m鋼圓筒鋼圓筒典型(dinxng)施工過程2、人工島筑島方案

11、介紹 共四十五頁（1）島外側(cè)需在施打擠密砂樁前回填2.0m碎石墊層。（2）圓筒內(nèi)回填、插板(ch bn)處理，井點降水預(yù)壓；-16.0m碎石墊層碎石墊層2、人工島筑島方案(fng n)介紹 共四十五頁（1）西小島合龍后，島內(nèi)回填(hutin)砂至-5.0m，降水至-6.0m，插塑料排水板；（2）回填砂至+5.0m，降水至-16.0m；（3）滿載預(yù)壓120天；(西大島滿載預(yù)壓150天)（4）軟基處理期間，海側(cè)可同步施工擠密砂樁（置換率為25.6%）和護坡結(jié)構(gòu)；-16.0m中粗砂-5.0m+5.0m擠密砂樁擠密砂樁2、人工島筑島方案(fng n)介紹 共四十五頁（1）軟基處理結(jié)束后，基坑開挖至-5

12、.0m；（2）施打隧道(sudo)樁基結(jié)構(gòu)、簡易支護結(jié)構(gòu)；-16.0m-5.0m擠密砂樁擠密砂樁2、人工島筑島方案(fng n)介紹 共四十五頁（1）基坑開挖至-12.5m；（2）現(xiàn)澆隧道(sudo)結(jié)構(gòu)；-16.0m現(xiàn)澆隧道(sudo)結(jié)構(gòu)擠密砂樁擠密砂樁2、人工島筑島方案介紹 共四十五頁（1）回填，拔支護結(jié)構(gòu)(jigu)樁，周轉(zhuǎn)使用；（2）回填，振沉密實中粗砂；-16.0m現(xiàn)澆隧道(sudo)結(jié)構(gòu)擠密砂樁擠密砂樁2、人工島筑島方案介紹 共四十五頁目 錄人工島鋼圓筒結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)（1）鋼圓筒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析（2）鋼圓筒結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）鋼圓筒結(jié)構(gòu)振沉分析及施工振沉技術(shù)（4）鋼圓筒結(jié)構(gòu)止水(zh s

13、hu)效果分析（5）耐久性設(shè)計 （6）鋼圓筒振沉施工驗收標(biāo)準(zhǔn)共四十五頁1、鋼圓筒穩(wěn)定(wndng)分析 鋼圓筒穩(wěn)定分析采用(ciyng)日本的OCDI和插入式圓筒的施工工法 同時采用Plaxis 3D Foundation巖土有限元軟件復(fù)核 。 對東、西人工島六種工況組合分析，結(jié)果表明位移、地基承載力安全系數(shù)、滑動安全系數(shù)、剪切變形安全系數(shù)等都滿足要求。在此重點介紹三種工況。 共四十五頁1、鋼圓筒穩(wěn)定(wndng)分析工況一：島內(nèi)堆高至+5.0m，島內(nèi)、外水位+1.5m，島外原泥面標(biāo)高-16.0m，未進(jìn)行擠密砂樁處理。這種工況結(jié)構(gòu)體受力類似于10萬噸級碼頭。目前，現(xiàn)場施工已進(jìn)行至該工況狀態(tài)，監(jiān)

14、測表明，結(jié)構(gòu)位移(wiy)小于15cm，穩(wěn)定情況理想。 （碼頭）回填中粗砂21.0m工況A示意圖+5.0m-16.0m共四十五頁1、鋼圓筒穩(wěn)定(wndng)分析工況2：西小島島內(nèi)抽水至-14m，開挖隧道基坑至-12.5m，島外回填至-8m。是整個工程的控制工況，需承受高達(dá)17.0m靜水壓力，結(jié)構(gòu)(jigu)受力狀態(tài)為外海深基坑，較碼頭結(jié)構(gòu)(jigu)更為復(fù)雜。計算結(jié)果表明：圓筒穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)位移可控。17.0m工況2 示意圖-8.0m海側(cè)深基坑共四十五頁1、鋼圓筒穩(wěn)定(wndng)分析工況3：隧道人工島護岸斷面完全形成，分別采用重現(xiàn)期為100年的高潮位及相應(yīng)設(shè)計波高和重現(xiàn)期為1

15、00年的低潮位及相應(yīng)設(shè)計波高對穩(wěn)定進(jìn)行(jnxng)驗算，結(jié)果滿足要求。（護岸）共四十五頁2. 鋼圓筒結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）鋼圓筒頂部1.0m范圍內(nèi)，采用壁厚25mm的鋼板加強。（2）沿環(huán)向間隔100，焊接T型鋼作為縱向加強肋共36條。（3）在鋼圓筒下沉面以上(yshng)，焊接橫向加強鋼板間距3.2m3.5m 。（4）鋼圓筒底部0.5m高范圍內(nèi)，采用25mm壁厚鋼板加強。為了滿足鋼圓筒振沉期間的強度(qingd)要求，分別對鋼圓筒筒頂、筒底、橫向和縱向進(jìn)行了加強共四十五頁3、鋼圓筒結(jié)構(gòu)振沉分析(fnx)及施工振沉技術(shù)鋼圓筒的振沉采用(ciyng)8臺大型APE600液壓振連動振沉。 主要項目單臺8臺

16、激振力（kN）494839584功率(kW)671.45371.2偏心矩（kg.m）2301840重量（t）23184根據(jù)西島和東島的地質(zhì)資料，選取最不利鉆孔的數(shù)據(jù)采用多種方法對液壓錘的激振力進(jìn)行了校核，各種計算方法激振力富裕系數(shù)均接近1.4，振幅4.34mm，振沉系統(tǒng)能力滿足要求。共四十五頁采用(ciyng)電同步、液壓同步和機械同步實現(xiàn)8臺液壓振聯(lián)動 電同步(tngb)：通過電腦控制，確保8臺液壓振動錘同步啟動。 液壓同步：8臺液壓振動錘的通過環(huán)形管路使液壓系統(tǒng)相互貫通，以保證確保8臺液壓振動錘同步工作。 機械同步：同步軸通過雙馬達(dá)專利技術(shù)，做到無負(fù)荷、無功率損耗地達(dá)到振動錘偏心塊在起動前

17、和結(jié)束后位于同步相位。3、鋼圓筒結(jié)構(gòu)振沉分析及施工振沉技術(shù) 糾偏措施：通過持力振沉控制下沉速度、左右勾升降（必要時反復(fù)上拔），來調(diào)整鋼圓筒的垂直度 。（東人工島表層存在分布極不均勻的35的硬夾層，通過上述措施，鋼圓筒垂直度得到有效控制）共四十五頁33一航局研發(fā)(yn f)打設(shè)精度管理系統(tǒng) 原理： 1、定位駁上安裝2臺GPS接收機，獲得定位駁實時三維數(shù)據(jù)； 2、定位駁上2臺自動跟蹤全站儀和振動梁上4個反射棱鏡實時測量(cling)鋼圓筒的平面位置、高程、扭轉(zhuǎn)角； 3、振動梁上4個液位計實時測量鋼圓筒縱橫方向傾斜率。 所有測量數(shù)據(jù)實時傳輸至計算機處理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)鋼圓筒打設(shè)的測量定位和精度管理。3

18、、鋼圓筒結(jié)構(gòu)振沉分析及施工振沉技術(shù)共四十五頁3、鋼圓筒結(jié)構(gòu)(jigu)振沉分析及施工振沉技術(shù)鋼圓筒振沉過程(guchng)共四十五頁3、鋼圓筒結(jié)構(gòu)(jigu)振沉分析及施工振沉技術(shù)5.157.259.11 2011年5月15號振沉第一個鋼圓筒，西島61個鋼圓筒于9月11號合攏（相當(dāng)于1450m岸線），歷時115天，平均一天(y tin)振沉12個鋼圓筒，高峰期一天3個筒； 東島于9月22號振第一個鋼圓筒，59個鋼圓筒合龍在即。共四十五頁基坑圍護結(jié)構(gòu)止水設(shè)計周邊(zhu bin)止水:基坑四周通過鋼圓筒、副格倉插入至不透水層 ，實現(xiàn)整島止水。5m底部止水：1）基槽挖泥至-16.0m，保留15m的

19、淤泥質(zhì)土不透水層； 2）塑料排水板不穿透粘土層，保持(boch)距離下臥砂層5m；鋼圓筒與副格倉的連接止水： 副格倉端部焊接T型鎖口與鋼圓筒寬榫槽相連 連接處填充止水材料，內(nèi)側(cè)采用高壓旋噴作為備用止水措施4、鋼圓筒結(jié)構(gòu)止水效果分析共四十五頁4、鋼圓筒結(jié)構(gòu)止水(zh shu)效果分析島內(nèi)插打塑料(slio)排水板島外施打擠密砂樁西 小 島 基 坑共四十五頁陸域形成：回填料為中粗砂，陸域形成回填與軟基處理堆載相結(jié)合，以不棄方、倒載平衡為原則，考慮原狀土預(yù)壓處理固結(jié)沉降以及回填砂自身的振沖密實,需回填中粗砂約205萬m3。 基礎(chǔ)處理：人工島采用降水聯(lián)合堆載預(yù)壓的軟基處理方案。利用鋼圓筒形成封閉的止水

20、體系，通過設(shè)置井點降水使回填中粗砂浮容重變?yōu)樘烊萑葜?，提?.452.1的大超載比。陸上插打排水塑料板，作為排水通道，排水板頂標(biāo)高-15.0m，底標(biāo)高最大值-40.0m，排水板最長長度為25m。塑料排水板采用原生料D型板，板間距(jin j)1.0m，正方形布置。西小島滿載預(yù)壓120天，西大島滿載預(yù)壓150天。 5、陸域形成(xngchng)及地基處理共四十五頁插排水板+井點降水(jingshu)堆載預(yù)壓示意圖5、陸域形成(xngchng)及地基處理共四十五頁通過對液壓插板機的專項改造，已大量實施塑料排水板打設(shè)，打設(shè)深度35米，穿透回填砂層11米，每天施工500根以上。西小島現(xiàn)回填至+5.0m，通過12口降水井降水至-16.0m，實現(xiàn)滿載預(yù)壓，前期沉降速率為50mm/天，逐步減緩為16mm/天，歷時30天后(tin hu)為5mm/天，累計沉降約2.0m，前期加固效果明顯。擠密砂樁：1.0m直徑套管能形成不小于1.6m的樁徑，相關(guān)指標(biāo)均達(dá)到(d do)設(shè)計要求，2.0m厚的碎石墊層對功效無明顯不利影響，1.5萬米/月.船5、陸域形成及地基處理共四十五頁為滿足120年的使用壽命和高標(biāo)準(zhǔn)越浪要求，鋼圓筒外側(cè)輔以拋石(po sh)斜坡堤結(jié)構(gòu)。6、耐久性設(shè) 共四十五頁 通過鋼圓筒的直徑、高度和外周長(zhu chn)等制作精度來定義驗收標(biāo)準(zhǔn)允許值外圈直徑D50mm高度+