摘要
随着城市发展、海洋资源开发以及旅游业需求的不断增长，人类开展了人工海岛的建设工作．然而，传统的非围堰式填海和围堰式湿法填海方法存在显著不足：地基处理缺乏系统性的加固措施，容易导致较大沉降；回填材料施工过程中易对海洋环境造成扰动，影响水质和生态系统；后续工程施工中存在重复开挖工序，增加了工程量和成本.为了解决上述不足，提出一种同步建造人工海岛城市的施工方法，即围堰式干法填海．该方法的具体操作是：在预定区域的外侧两端相向构筑围堰，同时对填土区进行海上水泥土搅拌桩地基加固；围堰施工完成后，抽取海水并在原状海底平整铺设垫层；进行建筑桩基础施工，开展底部标高处的隧道、管廊和地下室等装配式地下结构的施工，并同步进行土体分层回填；回填至上一层结构的施工工作面，完成结构施工后再次回填，如此循环，直至回填至指定标高．同步建造人工海岛的方法能够减少填筑材料的用量以及再开挖施工的费用，极大地缩短建设周期、降低建设成本，并且减轻填海过程对海洋环境造成的污染．研究成果可为大型人工海岛的建造提供新的思路和参考依据．
近年来，随着城市发展的需要和海洋资源利用的要求增加，人们通过填海技术，将海洋转化为可供人类居住、工作和经济活动的陆地．这种发展模式不仅能够满足城市扩张的需求，还能够提供更多的发展空间和经济机
人工岛的建设用途包括机
| 工程名称 | 竣工 年份 | 岛屿面积/k | 用途 | 国家 |
|---|---|---|---|---|
| 美国汉普顿路桥隧道 | 1957 | 0.22 | 桥隧转换 | 美国 |
| 日本神户人工岛 | 1981 | 4.34 | 港口 | 日本 |
| 日本关西国际机场 | 1991 | 5.11 | 机场 | 日本 |
| 东京湾横断跨海公路人工岛 | 1997 | 0.17 | 桥隧转换 | 日本 |
| 朱美拉棕榈岛 | 2006 | 28.00 | 旅游 | 阿联酋 |
| 港珠澳大桥人工岛 | 2018 | 0.28 | 桥隧转换 | 中国 |
| 沙特吉赞人工岛 | 2018 | 1.20 | 港口 | 沙特阿拉伯 |
| 海南海花岛 | 2020 | 7.84 | 旅游 | 中国 |
| 深中通道人工岛 | 2024 | 1.34 | 桥隧转换 | 中国 |
| 大连金州湾国际机场 | 2024 | 20.87 | 机场 | 中国 |
人工岛的建设具有重要作用，但人工海岛建设也面临着一系列挑战，如环境影响和生态破坏等问题，尤其需要注意生态系统的保护与修
本研究综述了当前人工海岛建设的现状，探讨各种填海技术在不同人工海岛建设中的应用．同时，介绍同步建造技术在人工海岛建设中的优势和挑战，并展望其未来的发展前景．通过对人工海岛建设现状与同步建造技术应用的综述，进一步了解填海技术的发展趋势，为推动人工海岛建设的可持续发展提供支持和指导．
1 现有人工海岛建设方法
人工岛建设根据围堰特点可分为非围堰式填海和围堰式填海．
1.1 非围堰式填海技术特点
1.1.1 抛石填海
抛石填海是一种将石头抛入海中以进行填海造地的方法，这种方法利用石头等材料的自身重力或外力作用进行密实堆积，随着时间的推移，石头等材料会逐渐漏出水面，通过机械设备压实，最终形成填海造地的基础．当水下软土厚度小于5 m时，直接抛石挤淤；当软土厚度大于5 m时，结合水下爆破挤淤法和强夯挤淤法，借助外力作用，确保抛填石块置换到指定位置；当淤泥厚度大于10 m，则需要疏浚部分淤泥再进行抛石，完成土石材料对淤泥的替
1.1.2 吹砂填海
吹砂填海技术是指将河道或海底的沉积物通过喷射、输砂管或其他方式推到相应地方进行填海造地的一种技术．吹砂填海是在填海点的周围用吹砂的方式堆砂造
1.2 围堰式填海技术（湿法）特点
1.2.1 人工岛围堰施工技术
围堰式填海是一种建设围堤将海洋的一部分封闭起来，然后通过排水和填埋沉积物的方式在围堤内部逐步形成新陆地的方法，围堰结构形式如
| 围堰结构 | 围堰形式 | 工程名称 |
|---|---|---|
| 抛石围堰 | 斜坡式 | 美国汉普顿路桥隧道工程、 香港机场第三跑道工程、 朱美拉人工岛工程和海南海花岛 |
| 预制钢筋混凝土沉井 | 直立式 | 东京湾横断道路川崎人工岛工程 |
| 钢板桩 | 直立式 | 深中通道东人工岛工程 |
| 钢管桩 | 直立式 | 东京湾横断道路木更津人工岛工程、日本港湾人工岛和伶仃洋大桥东锚碇人工岛 |
| 抗浪沙袋 | 斜坡式 | 深中通道伶仃洋大桥西锚碇人工岛工程 |
| 大直径钢圆筒 | 直立式 | 港珠澳大桥人工岛工程和深中通道西人工岛工程 |
1.2.2 人工岛地基加固处理技术
大多数海洋人工岛工程都会遇到海相沉积的淤泥质地层，在围堰结构施工完后需对围堰区域进行加固．通过在围堰结构内填筑砂土（钢圆筒围堰），利用竖向排水法和深层搅拌桩法进行加
| 加固方式 | 工程名称 |
|---|---|
| 强夯法 | 东京湾横断道路工程、 香港机场第三跑道填海工程、 深中通道伶仃洋大桥西锚碇人工岛和海南海花岛 |
| 挤密砂桩法 | 港珠澳大桥人工岛和东京湾横断道路工程 |
| 联合堆载预压法+塑料排水板 | 港珠澳大桥人工岛和深中通道西人工岛 |
| 钢管混凝土桩 | 美国汉普顿路桥隧道工程 |
| 压实法 | 朱美拉棕榈岛 |
| 疏浚表层软弱层 | 港珠澳大桥人工岛工程和深中通道西人工岛的围堰区域 |
1.2.3 人工岛填土加固技术
人工海岛的填筑在水中进行，无法像在陆地进行边填筑边碾压的压实施工工序．人工海岛的填筑工程有多种方式，一般在水中进行抛填粗砂等填筑材料，当填筑物的高度达到水面高程后，再进行压实施
| 回填材料类别 | 工程名称 | 加固方式 |
|---|---|---|
| 清洁砂 | 港珠澳大桥人工岛工程和深中通道西人工岛的围堰区域 | 塑料排水板法、挤密砂桩法和高压旋喷桩法和深层水泥搅拌桩法 |
| 人工水泥土 | 东京湾横断道路工程 | 水泥土、深层水泥搅拌桩法和挤密砂桩法 |
| 施工弃土 | 木更津人工岛工程 | 水泥土、深层水泥搅拌桩法和挤密砂桩法 |
| 惰性建筑垃圾 | 香港机场第三跑道填海工程 | 塑料排水板法和深层水泥搅拌桩法 |
| 土层 | 海南海花岛和日本港湾人工岛 | 水泥搅拌桩复合地基和强夯法 |
1.2.4 护岸结构设计
人工岛护岸旨在维护人工岛和海岸线的稳定和安全．它涉及采用一系列工程措施来防止海浪侵蚀、滑坡和侵蚀等自然力量对岛屿和海岸造成的破
图1 护岸结构类型
Fig.1 Types of revetment structures. (a) Vertical revetment and (b) inclined vertical revetment (Artificial Island of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge).
1.3 人工海岛建设面临的主要问题
非围堰式填海和围堰式湿法围堰在地基处理方面都面临一些问题，如
| 存在问题 | 非围堰式填海 | 围堰式填海（湿法） |
|---|---|---|
| 地基处理 | 无地基处理，抛石挤淤泥，对海洋污染大 | 一般是疏浚表层淤泥，换填砂垫层，然后进行水泥土搅拌桩、挤密砂桩和钢板桩加固地基，对海洋污染较小 |
| 围堰结构 | 抛石挤淤泥或者吹砂填筑，形成斜坡式围堰，一般用于较浅海域，对海洋环境扰动大 | — |
| 回填材料 | 建筑垃圾、碎石和砂，对海洋产生扰动，容易产生沉降 | 回填和排水同时进行，填筑材料中的颗粒物溢出对海洋产生污染，容易产生沉降 |
| 建设时间 | 各个工序依次进行，建设时间长 | 各个工序依次进行，建设时间长 |
| 后续工程施工 | 需要再次开挖，进行地下结构建设 | 需要再次开挖，进行地下结构建设 |
2 人工海岛同步建造新思路
2.1 人工海岛同步建造技术的定义
人工海岛同步建造技术指的是在进行人工岛围堰结构施工后，同步进行岛内装配式地下结构施工，再进行人工岛填筑材料的回填，形成完整的人工岛的施工过程．同步建造主要施工步骤为：在预定区域的外侧两端相向建造围堰，填土区进行海上水泥土搅拌桩地基加固，围堰结束后进行海水抽取和原状海底平整铺设基础的砂垫层；桩基础施工后，进行隧道、管廊和地下室等装配式地下工程结构施工，并把回填土旋转于下一个结构的施工工作面，待进行结构施工后再进行回填，直至指定标高．人工海岛同步建设具有节约建造时间、减少填筑材料使用、降低造价和绿色环保等优点．
2.2 人工海岛同步建造技术的施工方法
为了解决上述存在建设周期长及重复开挖、支护的问题，提供一种同步建造人工海岛城市的施工方法，即围堰式填海（干法），如
图2 同步建造施工技术过程
Fig.2 Synchronous construction technology process.
图3 同步建造施工关键技术
Fig.3 Synchronous construction technology process. Step 1: revetment structure construction; step 2: prefabricated structure construction, super high-rise structure pile foundation construction; step 3: prefabricated structure backfill construction, super high-rise structure basement construction; step 4: super high-rise building basement backfill.
1）在填土区利用水上水泥搅拌桩进行地基加固（铺设砂垫层）；
2）构建围堰结构并进行止水措施；
3）将步骤1）的封闭止水围堰区域内的海水抽排干后，对原状海底整平，铺设基础砂垫层，同时对围堰结构外护岸结构进行施工；
4）进行装配式结构基础施工以及超高层建筑桩基础施工，进行装配式地下室、地下通道和管廊等地下工程结构施工；
5）根据回填厚度和结构标高进行分层回填，对地下基础设施永久结构同步进行装配；
6）进行装配式结构基础施工，重复步骤4）和步骤5），直至装配式地下结构施工及填筑工作完成．
2.3 人工海岛同步建造关键技术
2.3.1 围堰结构稳定性
围堰结构的稳定程度直接影响到水利工程的安全和质量．海上人工岛钢圆筒围堰的稳定性分析是一个复杂的过程，受到围堰结构施工技术、施工后受到的波浪冲击和岛内结构施工技术等因素的影响．
1）围堰施工技术．人工海岛的围堰结构施工可采用数字表面模型（digital surface model， DSM）法硬土层辅助贯入施工技术，通过机械搅拌硬土层同时喷射泥浆，软化和松动硬土层．外海施工条件下处理要满足围堰平面位置偏差小于100 mm、垂直度小于1%的高精度要
2）波浪作用．由于人工岛项目施工工期长，碰上台风等极端天气情况，需要考虑大直径钢圆筒围堰面对波浪和极端天气海浪的稳定性分析．通过离心模型试验，可以确定波浪荷载作用下插入式钢圆筒结构的变位特点、土压力和筒身拉应变等特征值的分布特
3）岛内施工技术．在围堰结构完成后，排干海水，进行装配式地下结构施工．围堰结构处于悬臂状态，外侧受到海水侧压力和波浪作用．为避免在进行地下装配式结构施工期间，围堰结构发生倾覆破坏等情况，需要对该工况进行受力分析．在结构设计时，考虑抽干海水后钢圆筒土压力分布、基底结构的稳定性以及围堰与周围环境的相互作用等因素，确保围堰结构不会发生倾覆、滑动或变形等不稳定现象．在钢圆筒围堰施工后，通过在筒身布设土压力计，对钢圆筒在成岛过程中各个工序下的受力状况进行监测，客观反映钢圆筒工作状态下的土压力分布形式和分布规律．根据监测数据，应对突发事件，采取适当措施保证钢圆筒的稳定性．
围堰结构的施工要能够保证施工效率、围堰结构稳定性和工程造价的协调．围堰结构在后续施工过程中需要进行实时监测，并建立预警系
2.3.2 地下结构施工
在填筑过程中，地下结构施工与土方填筑同时进行，这种并行操作不仅缩短了整个施工周期，降低了工程成本，而且避免了因土体变形对地下结构造成的潜在风险．在施工中还应用了预制装配式结构．预制构件具有工厂化生产的优势，确保了构件质量的稳定性和一致性，从而提高了整体工程质量，同时也提高了施工效率．采用水上水泥搅拌桩等技术进行地基加固，增强了地下结构的承载能力和稳定性，确保了工程的安全．根据不同的回填厚度和结构标高，进行分层回填，确保了地下基础设施永久结构的装配质量，防止了由于回填不当导致的结构问题．地下结构施工的关键技术特点体现在同步建造、预制装配式结构、围堰式填海（干法）、地基加固、分层回填、绿色环保以及质量与安全保障等方面，这些技术的综合应用为实现高效、安全、绿色的地下工程建设提供了有力支撑．
2.3.3 地面沉降控制
在同步建造人工海岛时，地下结构施工后的填土区地面沉降控制是非常重要的一环，填筑后前几年发生的沉降最大，沉降时间持续达几十
1）优化设计和施工方案．在人工海岛的装配式地下结构施工过程中，应充分考虑填土区的地质条件、地下水位等因素的影响，合理选择填土材料和施工方法．
2）采用先进的地基加固和填土技术．在人工海岛建设的过程中，通过DSM技术进行地基处理，保证地基承载力，在填土过程中可以采用一些先进的填土技术来控制地面沉降．例如，采用振动碾压和强夯等压实方法，提高填土层的稳定性；还可以采用预应力锚杆和土工格栅等支护结构，增强填土层的抗变形能力．在地下结构布置区域设置钢管桩，利用基岩承载，减少地基承受荷载．
3）加强填土区的监测和管理．在人工海岛建设过程中，应加强对填土区的监测和管
2.4 人工海岛同步建造技术的优点
发展地下结构装配式建造技术，探索人工筑岛和地下结构同步建造方式，具备以下优点．
2.4.1 大幅缩短建设时间
传统人工岛及其地下空间传统建造方法是先在水域中填筑围堰，待围堰形成后再以吹填砂或淤泥等方式回填料造陆，进行软基加固，在人工陆域（岛）上进行围护结构施工，相继进行地下基坑开
2.4.2 减少填筑材料回填
目前人工海岛城市地下空间建造采用明挖基坑，或暗挖、盾构掘进和顶管等非明挖的施工方
图4 不同人工岛填筑方式的区别
Fig.4 Differences of filling methods for different artificial islands. (a) Traditional artificial island filling method, (b) synchronous construction of artificial island filling method.
2.4.3 节约建设成本
以240万
| 工程类别 | 工程体量 | 土方开挖及 运输/万港元 | 支护结构工程/万港元 | 合计/ 万港元 |
|---|---|---|---|---|
| 地铁 | 2.56 km | 28 950 | 22 250 | 51 200 |
| 地下道路 | 48.0 km | 103 680 | 71 520 | 175 200 |
| 地下综合管廊 | 12.0 km | 17 880 | 12 960 | 30 840 |
| 建筑基坑 |
400万 | 894 000 | 120 000 | 1 014 000 |
2.4.4 减少对海洋环境的污染
相对于传统抛石填海和吹砂填海等填海技术，在围堰结构未完成时进行填海，填海区域直接与围堰区域外海洋进行连接，围堰区填筑会造成附近海域扰动，填土区域填筑材料颗粒也会漂浮到附近海域，对环境造成污染．同步建造技术通过大量使用预制装配式地下结构，围堰结构施工完成并进行止水后再对填土区域施工，填土区域与海洋环境进行隔绝，减少现浇混凝土和填筑材料的使用，降低了填海过程对于海洋环境的污染．
2.4.5 实现低碳减排目标
在人工海岛建设中，采用预制装配式地下结构替代传统的现浇混凝土结构，有助于在各阶段提升碳减排效益．在运输阶段，由一体式装配结构的运输代替施工材料和机械的运输，可减少运输次数，提升装载效率，降低燃料消耗，减少温室气体排放．在施工阶段，减少了开挖阶段各类施工机械使用过程中产生的碳排放，以及临时支护材料在上游生产过程产生的碳排放．此外，与现浇混凝土结构施工相比，采用预制装配式地下结构施工可以缩小地基处理的范围，减少碳排放量．
结 语
人工岛海岛工程与地下基础设施同步建造方法是涉及城市整体规划、海上地基处理、海墙施工、岛屿回填工程以及岛上基础设施建设的一种全新技术方法，主要步骤包含地基加固、围堰结构构建、海水抽排、原状海底整平、地下工程结构施工和分层回填等，流程清晰有序．这种方法的应用，可以提高建设效率，缩短工期，降低建设成本，同时能够确保人工岛城市的可持续发展和整体建设质量，可用于大型居住式人工岛建造，具有广泛的应用前景．然而，人工海岛的建设涉及多个工程主管部门和多个业主单位的综合性项目，需要各个部门之间的紧密合作和协调，确保各方利益的平衡和整体规划的顺利进行．同时，同步建造技术需要严格控制围堰结构的稳定性和地面沉降的沉降量，需要较高的建造技术和管理方法，该技术还需在实践中不断完善．
补充材料
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