港珠澳大桥海中人工岛主体结构形成

随着第61个巨大的钢圆筒稳稳插入珠江口开阔的海面上,港珠澳大桥海中人工岛主体结构近目宣告形成。这也意味着港珠澳大桥工程重要难点取得突破,为大桥2016年3月顺利完工奠定了基础。     

港珠澳大桥人工岛对水沙动力环境的影响

为了评估港珠澳大桥人工岛建设对周边海区水沙动力环境的影响,针对人工岛设计及工程海区水沙特性,建立了整体潮流泥沙物理模型,系统研究了人工岛建设引起的动力地貌演变效应。试验结果表明,受岛体阻水影响,潮流在人工岛两端分别形成双向绕流,流速明显增大,并在岛桥结合部与岛隧结合部发育局部冲刷坑;人工岛背水面同时存在多个大小不一的强紊动小尺度回流,并具有不断形成、发育、发展到消亡的周期性变化过程。受人工岛自身位置、形态、尺度以及工程海区地形、水流、泥沙等因素影响,港珠澳大桥东、西两个人工岛引起的动力地貌演变效应,既在变化规律上具有较好的一致性,又在影响形式与程度上存在明显的差异性。     

港珠澳大桥主体工程初勘工作介绍

港珠澳大桥包含海中主体工程及两岸接线工程。主体工程初勘结合桥型、隧道和人工岛等不同结构形式,针对工程区基岩埋深变化大,地质地层复杂,构筑物多样等特点,提出专门勘察技术要求。结合设计和地层特征,钻孔终孔采取双控原则。根据人工岛筑岛工程需要,开展了两组海上抽水试验。勘察结果表明:虽然港珠澳大桥桥址区存在软土、风化岩、震陷及砂土液化等不良地质条件,但其影响程度有限,中-微风化花岗岩岩体坚硬结构完整,为良好的基础持力层。勘察成果为该阶段设计方案提供了地质支持。     

港珠澳大桥整体工程耗资逾700亿 设计寿命120年

举世瞩目的港珠澳大桥于今天开建,其中珠澳口岸人工岛将率先动工。将建的跨境跨海大桥工程规模宏大,全长49．968km,其中主体工程“海中桥隧”长达35．578km,相当于9座深圳湾公路大桥,建成后将成为世界最长的跨海大桥。     

港珠澳大桥计划2009年年底动工

港珠澳大桥主体工程初步设计阶段勘察设计合同签约仪式暨勘察设计工作启动仪式2009年3月13日在珠海举行。港珠澳大桥融资问题已解决,计划年底动工,建设工期为6年,力争三地同步完工。     

港珠澳大桥沉管隧道基槽异常回淤分析与数值模拟

港珠澳大桥沉管隧道E15管节基槽发生异常回淤,海底隧道沉管安装被迫中止。为查明E15管节基槽发生异常回淤的原因,先后开展了现场水文泥沙观测、遥感影像资料分析和数值模拟等多种技术手段。采用水沙数学模型反演了内伶仃岛上游采砂活动形成的浑水团在潮流作用下的扩散输移过程,沙源在数学模型中以面源形式模拟。模拟结果表明,采砂活动形成的浑水团在一个大潮期间的落潮过程中可输移扩散至基槽水域,其中E15—E27管节基槽日淤厚在采砂活动影响下将增加43.8%。数值模拟结果为查明E15管节基槽异常回淤的泥沙来源提供了佐证。E15管节以东基槽水域水沙环境复杂,天然淤积已经接近临界回淤允许值,基槽上游水域的采砂活动对沉管基槽回淤将带来不可控因素,采砂活动对周边水域产生的泥沙回淤影响应引起足够重视。     

考虑极端天气时港珠澳大桥人工岛设计波浪要素——I.数值模拟中不利台风路径选取

假想台风下的波浪数值模拟是跨海桥隧工程风险评价的重要内容。风场的生成方法与不利路径的选择对于波浪模拟结果有极大影响。研究检验了在单一假想台风风场下进行波浪模拟的合理性,分析了台风路径对于工程区不同方向波浪影响的差异。通过构建珠江口台风浪数学模型,对采用风圈半径方法筛选出的104场台风路径,按300年一遇强度进行了蒙特卡罗模拟。结果表明,对西人工岛处波浪场有重大影响的不利台风路径处于珠江口100km范围内。由此确定了体现不同特征的7条不利台风路径,为进一步研究极端天气条件下珠江口台风浪过程提供基础。研究成果为沿海河口地区易受台风影响的大型工程波浪要素分析提供方法支撑。     

破碎波条件下直立堤平均越浪量试验研究

目前破碎波直立堤平均越浪量的估算值和影响因素的作用方面均存在显著差异,只有通过独立的试验校核才能使工程对这些成果的选择具有可靠依据。通过开展随机波物理模型试验,对目前代表性成果的越浪量估算值进行了系统校核,分析影响因素的作用规律以及产生估算差异的原因。结果表明:对周期和底坡坡度等主要影响因素的不同处理方式是导致现有成果间产生显著估算差异的重要原因;在现有成果中,EurOtop的估算结果普遍存在明显高估现象,而Goda（2009）对影响因素的处理方式和估算结果与本次试验的结论在总体上最为相符。     

承载比贯入试验数据自动采集方法研究

在港珠澳大桥主体工程勘察试验过程中,利用土工试验自动化数据采集系统直剪试验模块的功能,通过简单的设置,即可应用于承载比贯入试验数据的自动采集,提高了工作效率和试验数据的精度,减少了人为因素对试验结果的影响。利用Excel软件编制一个贯入试验记录的样本表格文件,通过简单编程,将自动采集数据导入表格文件,完成自动绘图和结果计算。     

港珠澳大桥东西人工岛深埋式大圆筒岛壁结构稳定与变位模拟

深埋式大直径钢圆筒是一种新型海工结构,目前尚未有公众一致认可的结构稳定性分析方法,严重阻碍了大直径钢圆筒结构在实际工程中的推广使用。为进一步完善新型结构的理论基础,研究结合港珠澳大桥人工岛工程实例,基于PLAXIS 3D分析平台,针对深埋式大直径钢圆筒岛壁结构开展三维弹塑性建模分析。研究结果表明:当大直径钢圆筒结构深埋于软黏土地基时,圆筒顶部水平位移相对较大,但其整体稳定性可以获得较大提升。数值模型计算分析的方法与基于OCDI的平面分析理论相结合,并通过实际工程案例中测量数据的验证,最终形成一套可靠的深埋式大直径钢圆筒抗剪抗滑稳定性计算方法和判别标准,并对钢圆筒结构用于港口水工建筑物的适用性提出了原则性建议。研究成果可为类似工程的设计与优化提供理论依据和参考实例。     

无粘性均质土石坝漫顶溃决试验研究

针对当前土石坝溃决机理试验研究中泥沙粒径取值偏小、各砂样粒径相差不大的现状,采用粒径对比明显的两组砂样进行了土石坝漫顶溃决试验.试验表明,在给定的较强的初始冲刷条件下,粗细两种颗粒坝体的溃决过程基本一致,均是以水流的下切侵蚀为主,在坝顶下缘位置有溯源冲刷现象出现.整个溃决过程可明显分为3个阶段,第1阶段为坝顶下缘处陡坎形成阶段;第2阶段为陡坎坍塌,冲刷加剧阶段;第3阶段为出现逆行沙垄的冲刷终止阶段.试验还发现,下游坝坡对溃决过程的影响比较显著,坝坡越陡,坝顶侵蚀速率越快,洪峰值越大.另外,由于粗颗粒抗冲刷性强,同等条件下粗颗粒坝体溃决洪水过程偏矮胖,洪峰值偏小,但是值得注意的是,相比于较大的颗粒粒径差距而言,其洪峰值的差异并不是太大.     

无粘性土堤漫顶溃决水流运动试验研究

堤防溃决时溃口附近水流形态及溃决流量变化过程的正确描述是指导溃口堵复及时避险、预测溃堤洪水演进并进一步评估淹没损失的前提条件.通过弯道水槽中的概化模型试验,根据无粘性土堤防漫顶溃决的溃口变化和水流运动特征,将无粘性土堤防溃决过程分为漫流、冲槽、展宽及稳定4个阶段.试验系统研究了堤防溃决后河道以及溃口附近水位的变化过程,研究了河道洪水流量、洪水位和筑堤材料对溃口处水位的影响.基于大量的试验资料,进一步归纳总结出溃决流量与溃口口门宽度及溃口处水头变化之间的关系.     

海域岛隧结合区水流结构和沉管沉放过程水流力试验研究

港珠澳跨海通道由东、西人工岛实现桥隧过渡,海中隧道采用沉管法,沉管段总长5 664 m,从西人工岛开始布置E1—E33管节,标准管节长180 m,宽37.95m,高11.4 m,重约8万t。岛隧结合区受到人工岛挑流和基槽开挖水深突变的影响,水流结构复杂,沉管沉放时也会引起水流变化。沉管安全沉放和精准对接安装需掌握受到的水流力大小。利用宽水槽几何比尺为100的正态模型,开展岛隧结合区水流分布和沉管沉放过程水流力试验研究。结果表明:岛头无掩护措施时,岛壁挑流影响到E1管节中部附近,表、底层流速大于中层;E1管节沉放过程中纵向水流力最大可达4 601 kN,E2管节纵向水流力平均5 149 kN;掩护E1管节后,E1管节处流速大幅减小,E2管节中部受掩护体挑流影响最大,流速最大增加40%,中层流速大于表、底层;E2管节纵向水流力平均5 240 kN。当沉管完全入水后,基槽内流速较小,沉放过程中受到的水流力逐渐减小。岛隧结合区水流垂线分布并不是指数分布,受到岛头壁挑流的影响沿管节长度方向流速分布也不均匀,管段浮运水流力公式并不适用计算沉管沉放过程受到水流力的大小。     

考虑极端天气时港珠澳大桥人工岛设计波浪要素——II.设计波要素校核方法

近年来珠江口海域航道治理、桥梁工程、港口建设等大型水上工程建设项目越来越多,水工建筑物安全的重要性和对台风浪灾害破坏的敏感性是大型工程重点关注的要素之一,采用台风浪数学模型分析计算极端天气条件对港珠澳大桥岛桥结合部人工岛设计波浪要素的影响。分析统计1949—2014年影响广东省沿海地区的登陆台风资料,采用随机模型分析珠江口地区300年一遇的台风气压降和登陆最大风速参数;建立珠江口水域的台风浪数学模型;选取不利台风登陆路径,采用300年一遇台风参数组合计算极端天气条件下珠江口内东西人工岛的设计波浪要素,对原设计波要素进行复核。可为其他海洋工程项目设计提供新的思路和研究方法。     

人工岛沉降的离心机模型试验与数值分析

采用离心机模型试验与数值方法,对某一人工岛深厚软黏土地基的沉降特性进行了研究。在模拟现场施工条件下,通过离心机模型试验,研究了60 m厚软黏土地基的沉降特性。基于离心机模型试验,建立了二维有限元模型,应用弹黏塑性本构模型对软黏土地基的沉降规律进行了分析。通过模型试验与数值计算结果的对比分析,结果表明,模型试验与数值计算得到的工后沉降曲线基本吻合,初期沉降速率较大,后期沉降速率相对稳定。在浅部土层,计算得到的超孔压消散快于模型试验结果,而深部土层两者超孔压消散规律基本一致。二者规律的一致性验证了所用数值方法的可靠性。