工程5（2019）15工程成就桥、岛、隧组合葛耀军、袁勇同济大学土木工程减灾国家重点实验室，上海2000921. 介绍一般来说，两种结构用于提供跨越河流、运河、海洋或其他障碍物的道路：越过障碍物的桥梁结构和在障碍物下方通过的隧道结构。虽然桥梁和隧道的建造可以追溯到数千年前，但使用岛屿作为跨海固定通道（SCFL）的桥梁-隧道组合仅在过去82年中建成。第一个这样的组合可能是6.4公里长的旧金山-奥克兰海湾大桥在美国，这是在1936年完成。最近建造的结合桥梁，隧道和岛屿的SCFL是香港在SCFL组合的82年建设历史中，世界各地已建成10个著名项目[1]。在旧金山-奥克兰海湾大桥之后这条SCFL组合长9.72公里，于1956年完工;它是第一条在桥梁部分和隧道部分之间建造人工岛的SCFL接下来，在美国建造的1964,的切萨皮克湾桥隧是最长的SCFL组合，直到最近完成的HZM大桥。切萨皮克湾桥隧项目包括22.2公里的桥梁、3.2公里的隧道和四个人工岛。在20世纪90年代，世界各地完成了三个桥梁-岛屿-隧道（BIT）组合项目：美国的走廊-梅里马克纪念桥梁-隧道，日本的跨东京湾高速公路和丹麦的大皮带固定连接。在21世纪，除了HZM大桥之外，迄今为止还建造了三个BIT组合项目：连接丹麦和瑞典的厄勒海峡固定连接线，中国的上海长江隧道和大桥，以及韩国的表1提供了这10个具有BIT组合的SCFL的基本信息由于SCFL组合通常由一个或多个桥梁、隧道和天然或人工岛屿以及这些组件之间的连接组成，SCFL系统的施工技术必须包括以下关键技术：建造桥梁、隧道和人工岛。为了对HZM大桥和其他采用BIT组合的SCFL进行比较，对上述8个项目的桥梁、隧道和人工岛进行了最先进的施工技术审查，除HZM大桥外，2. 跨海大桥施工与许多其他桥梁相比，采用BIT组合的跨海大桥具有几个显著的特点，例如长度长，跨度大，地基深;他们还遇到特定的条件，例如腐蚀条件和恶劣的施工环境，这可能会影响其设计和施工。考虑到这些方面，表2比较了用于建造这些跨海大桥的最新技术，包括航道桥、非航行引桥和深基础。2.1. 航道桥梁尽管BIT组合的主航道位于隧道上方，但大跨度桥梁可以在主航道下方设置一个或多个其他航道。本次比较的8个组合项目涉及4种通航桥梁：梁桥、桁架桥、斜拉桥和悬索桥（表2）。梁桥是最简单和最广泛使用的桥梁类型，具有简支和连续系统。最长的梁桥是跨东京湾高速公路的航道桥-一座10跨连续钢箱梁桥，最大跨度为240 m。上部结构完成后，观察到振幅超过0.5 m的涡激振动（VIV）。为了抑制这种振动，安装了16个调谐质量阻尼器（TMD），如图1所示。这是TMD在VIV控制中最早的应用之一[2]。上海长江隧桥https://doi.org/10.1016/j.eng.2019.01.0032095-8099/©2019 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng16Y. Ge，Y.元/工学5（2019）15表110个SCFL和BIT组合。名称完成日期桥梁长度（公里）海岛数量隧道长度（公里）总长度（公里）1旧金山19363.141 + 3.102 = 6.243一个天然岛屿0.1606.4032汉普顿公路19575.6一个人工岛2.06 + 2.06 = 4.129.723切萨皮克湾196419 + 3.2 = 22.2四个人工岛1.6 + 1.6 = 3.225.44Monitor–Merrimac19925.1两个人工岛1.4636.5635东京湾高速公路（日本）19974.4一个人工岛9.614.06Great Belt Fixed Link（丹麦）19976.790 + 6.611 = 13.401一个天然岛屿8.02421.4257丹麦-瑞典固定线路（丹麦-瑞典）20007.845一个人工岛4.05011.8958上海长江隧桥（中国）200916.6一个天然岛屿8.925.59Busan–Geoje Fixed Link20101.87+1.65 = 3.52两个天然岛屿3.26.7210HZM Bridge（中国）201822.9两个人工岛6.729.6总结十大工程1936–20183.52-22.91至4个岛屿0.160-9.66.403-29.6表2用于构建具有BIT组合的八个SCFL的技术的比较名称航道桥非通航孔桥深基础旧金山427 m悬挑桁架48 m混凝土梁桩2汉普顿公路3切萨皮克湾4跨东京湾公路2× 240 m连续钢箱梁130 m钢箱梁80m钢箱梁51624米悬索桥110米混凝土梁193 m钢箱梁6合龙海峡固定连接490米斜拉桥140米组合梁120米组合梁桩钢筋混凝土沉箱7上海长江隧桥730米斜拉桥220 m PC箱梁8Busan–Geoje2× 230 m斜拉桥105 m组合梁桩90 m组合梁钢沉箱总结八个项目四种桥梁类型三种材料两种基础类型PC：预应力混凝土; RC：钢筋混凝土。第二长的梁桥-连续预应力混凝土（PC）箱梁桥，中心跨度为220m[3]。钢桁架桥是19世纪70年代至20世纪30年代的一种常见桥梁结构，并在1936年建成的旧金山-奥克兰海湾大桥中用作航道桥。大桥最初的东段由五个下承式桁架跨度、一个桁架堤道和一个427米的双平衡悬臂跨度（当时第三长）组成，全部采用双层桥面[4]。切萨皮克湾大桥-Fig. 1.调谐质量阻尼器。隧道航道桥采用跨度140 m的钢桁梁[5]。最大跨度为140 m的钢桁混凝土板组合梁也被采用在2000年的厄勒海峡固定链接[6]。斜拉桥作为1955年诞生的最年轻的桥型，在近年来的工程中被广泛用作跨海航道桥海峡固定连接线采用双层斜拉桥，跨度490米，公路和铁路荷载都很重，是当时最长的铁路斜拉桥[6]。大约10年后，上海长江隧桥建成了一座730米的双箱梁斜拉桥[7]，釜山-巨济固定连接线建成了两座斜拉桥，包括一座475米的主跨桥和一座两座230米的主跨虽然这八个BIT组合项目只包括两座悬索桥，但大跨度跨海悬索桥的发展对桥梁建设技术做出了重大贡献。旧金山-奥克兰海湾大桥的西段包含两个单跨悬索桥单元，跨度为701米，是当时第二长的悬索桥。这些单元被建造，然后通过如图2（a）所示，这是当时维持平衡的一种很好的方法同时降低成本[4]。悬索桥的进一步发展导致了多主跨悬索桥的发展，这是一种具有两个侧跨，几个主跨，两端只有两个锚的悬索桥;任何地方都没有额外的锚，Y. Ge，Y. 元/工程5 （2019年）1517图2. 单主跨或双主跨悬索桥。（a）两座单主跨悬索桥;（b）一座双主跨悬索桥。单位：米。如图2（b）[9]所示。悬索桥技术的另一个贡献是创造了新的世界跨度纪录：Great Belt固定连接线的箱形梁悬索桥长1624 m，并进一步采用了用于颤振和VIV控制的抗风技术，并采用了角偏转器[10]。2.2. 非航行引桥非通航孔桥由于其长度较长，同时为了工程经济和施工方便，几乎都是钢、混凝土、钢-混凝土组合结构的梁式桥。由于跨海大桥是在恶劣的条件下建造的，并且具有深水基础，因此必须按大跨度设计，并且逐跨建造。非航行引桥通常需要比航道桥更短的跨度;因此，出于经济原因，混凝土箱梁是首选。最早的三座跨海大桥建于1936年至1964年，采用钢筋混凝土（RC）和PC梁，最长跨度为23至48米。1997年建成的大约在同一时间，Great Belt固定连接采用跨度为193 m的钢箱梁和跨度为110 m的PC箱梁，因此每种梁类型在逐跨吊装施工中具有相同的重量[10]。在21世纪建造的三座最新的BIT组合桥都是使用钢桁架和混凝土板组合梁建造的，跨度为90至140米，以保持材料强度和重量之间的平衡。有趣的是，跨海引桥的发展经历了从混凝土结构到钢结构，再到钢-混凝土组合结构的转变几乎所有的非航行引桥都是采用逐跨技术建造的，这需要建造大型船舶或浮式起重机来进行全跨主梁施工。用于桥梁建设的最大浮式起重机是荷兰制造的HLV Swanen起重机，制造于1991年，起重能力为8700 t，起重高度为76 m（图3（a））。第二大起重机是1995年制造的日本FC起重机，起重力为3000吨。为了在中国建造跨海大桥，制造了两种大型浮吊，包括2003年用于东海大桥建设的起重力为2500吨的小型斯旺恩起重机（图3（b））和2005年用于杭州湾大桥建设的起重力为3000吨的天一起重机。这两台起重机，以及最近建造的两台起重机-图3.第三章。巨型浮吊。（a）Swanen Crane;（b）Small Swanen Crane。4000吨用于HZM大桥的吊装施工（图第四章）.2.3. 深地基深基础是一种基础类型，它将桥梁的荷载传递到比浅基础更深的地表以下的土壤中。深基础主要有两种类型：桩基础和沉箱基础。桩基础可以使用两种不同类型的桩：由钢制成的打入桩，或用钢筋混凝土浇筑的钻孔桩。表2中的前四座BIT组合桥梁和上海长江隧桥采用打入或钻孔桩基础。其中，旧金山沉箱基础是由钢筋混凝土或钢制成的防水支护结构，其沉入地下至所需深度，然后填充混凝土以形成基础。表2中剩余的3座BIT组合桥采用沉箱基础，在岸边预制，从岸边运到现场，然后现场下沉。最大的RC沉箱用于Great Belt East大桥，桥塔基础沉箱长78 m，宽35 m，深20 m，重30 000 t，锚基础沉箱面积为6100m2，质量为50 000 t[10]。釜山-巨济固定连接线475米跨度斜拉桥的桥塔基础使用了最大的钢沉箱18Y. Ge，Y.元/工学5（2019）15×图第四章釜山-巨济固定连接线中的一个塔柱钢沉箱EL：升高。单位：米。该沉箱的面积为38 m × 20.5 m，深度为14 m，质量为2600 t[8]。3. 人工岛施工岛，无论是天然的还是人工的，都可以用来连接桥梁和隧道，或者可以构成从桥梁到隧道的过渡。规划建设区域内无天然岛的人工岛或小岛大小不一，功能各异，历史悠久。在现代，用于陆地运输的人工岛已被建造为桥梁的桥墩基础、隧道的通风塔以及桥梁和隧道之间的过境通道。从水中回收土地形成人工岛主要有两种方法：通过填充现有的小岛或珊瑚礁，以及从水中回收土地3.1. 先填一个现有的小岛或礁石，然后再保护堤岸传统的填海造地方法是在浅水区建一个小岛或礁石，然后用石头和其他材料扩大它一旦确定了所需的土地，就有必要为河岸建造防护结构通过填海建造的人工岛的例子包括跨东京湾公路的木更津岛[11]和波罗的海固定连接线的佩伯霍尔姆[12]。这些岛屿起着从海底隧道到桥梁的3.2. 先填海，再填海另一种方法是使用围堰回收水域。在过去，围堰是通过将松散的材料倾倒到水中来建造的，以便形成包围水域的堤岸。板桩是封闭水域的一种方法;这种方法通常用于浅水区。如果所需的土地不大，预制沉箱的下沉是一种可能的替代方法;这种方法被用于跨东京湾公路的川崎岛建设[11]（图11）。（五）。沉箱首先作为盾构机的启动竖井，然后在运行时成为通风塔。软土地基上的人工岛工程，有时会发生长期沉降这不仅不利于岛的防护结构的功能，也不利于桥梁和隧道的连接。软土地基的处理是一个重要的问题。常用的方法包括用沙子代替软土砂压实桩或SCP）或水泥（即，深层水泥搅拌桩或DCM）。另一种方法涉及桩基础的应用;然而，这种方法更昂贵。4. 跨海隧道施工旧金山-奥克兰海湾大桥由东部和西部的桥梁组成，通过YerbaBuena岛上的隧道连接。该隧道实际上是一条山岭隧道（宽23米，高18米，长160米），因此与其他BIT组合项目不同，后者涉及水下建造的隧道。BIT项目的本质是一条埋在海底的隧道。沉管隧道的概念首次应用于BIT与汉普顿公路桥隧联合项目这条隧道是当时世界上最长的沉管隧道，也是第一条在两个人工岛之间建造的隧道。第一次成功使用隧道掘进机（TBM）建造海底隧道发生在1994年英国和法国之间的英吉利海峡隧道几年前，在1991年，由于海水入侵，隧道掘进机被淹没，大贝尔特铁路隧道的建设被因此，该项目说明了施工前测量的重要性在位于地震带的地区，地震作用是另一个必须解决的关键问题[14]。4.1. 沉管隧道这些BIT组合项目中采用的沉管隧道与其他项目中采用的沉管隧道没有显著差异。沉管隧道的初始预制通常通过建造然后下沉钢管来进行，Y. Ge，Y. 元/工程5 （2019年）1519图五.川崎岛。单位：mm。经Ingenta许可，转载自参考文献[11]，©1993。[15]在造船厂建造的船坞。这项技术也被汉普顿公路大桥隧道采用。随着沉管隧道技术的发展，钢筋混凝土在沉管隧道施工中的使用逐渐变得更加广泛[16]。根据地质条件以及施工和运营期间考虑的荷载，隧道管道设计和预制为整体元件或节段元件。如表3所示，最近建造为RC节段隧道的BIT沉管隧道包括[12]第一条道路是“海子桥”，第二条道路用钢壳预制的浸没隧道通常包括整体元件。汉普顿路沉管隧道施工中经常遇到的挑战包括挖掘沟槽以保持管元件（或区段）;改善软土地基中的地基;预制元件;运输、下沉和对准沉管元件。表3BIT项目的沉管隧道。Hampton条件功能道路道路和铁路道路道路长度（km）2. 06 +2. 06 3. 51 3. 24 6. 7横截面（m）/11.1（/9.9）a38.8× 8.6 26.46×9.97 37.95 × 11.4至海底深度（米）（海平面以下）33.9 30 50 44.5地层河流沉积物石灰岩，冰川沉积物软粘土，中砂软粘土，砂地震带否否是设计挖沟设备基础砾石层整平板砾石层，码头驳船上有液压顶升装置单元（或节段）类型整体式双壳钢节段钢筋混凝土矩形箱号码23 22 18 33长度1 ×90m 8 × 22m8 × 22.5 m施工预制场地船坞厂露天干船坞厂拖船2拖船4拖船4拖船12拖船沉没设施横跨在两艘驳船之间的钢框架具有外部定位系统的a/是沉管的横截面的直径括号中的数字是管的内径，另一个是管的外径20Y. Ge，Y.元/工学5（2019）15然后用回填盖固定对齐的管子在第一条沉管隧道的建设中，沟渠主要是通过安装在驳船上的挖掘机挖掘的，拖船被用来拖曳部分。为了降低一段悬挂在驳船之间的管道，租用了电缆机器。沉管隧道基础的固定方法有多种。一种方法是在对齐管道部分后倾倒喷射砂或砂流;另一种方法是在下沉元件之前用碎石铺设砾石基底。桩基础也可用于软土地基。4.2. TBM隧道虽然只有三条BIT隧道使用TBM建造，但每条TBM隧道都打破了复合地基或软土地基的现有记录（表4）。大皮带固定链接[18]用于铁路运输。9.6公里长的东京湾横贯高速公路[19]的双隧道使用8台隧道掘进机进行屏蔽，每台掘进机的长度约为2.4公里。当两个面对的屏蔽机在管部分的中心相遇时，在海平面以下60 m处使用地面冻结技术进行连接作用。为了适应地震作用并确保耐久性，除了分段衬砌外，还设计了厚度为300 mm的二次衬砌。通风是长海底隧道的另一个关键问题[20]。在跨东京湾高速公路项目中，一个预制钢筋混凝土沉箱被拖到现场，然后作为四个隧道掘进机的始发井下沉。上海长江隧桥[21]保持了当时用于运营公路隧道的最大直径TBM机（15.43 m）和软土地层中最长的无换刀盾构距离（7.0 km）的记录。最近，从2013年开始，西雅图SR99隧道项目使用了更大的土压平衡（EPB）TBM（/17.45 m）在美国华盛顿屯门该隧道是一条经海底隧道通往香港国际机场人工岛的替代路线，长4.2公里;其施工于2015年开始，使用了一台/17.6米的混合盾构隧道掘进机。大直径TBM隧道的需求仍然很大，示于图第六章表4TBM隧道的BIT项目。大环线固定连接跨东京湾公路上海长江隧桥条件功能铁路公路公路长度（km）8. 02 + 8. 02 9. 6 + 9. 6 7. 47 + 7. 47到底部的深度（m）（水位以下）75 60 50地层冰川残留物、泥灰岩软质沉积物软质粘土、中砂地震带否是是设计衬里分段5 + 1 11 + 1 9 + 1外形尺寸（mm）400× 1650 650×1500 650 × 200内衬（mm）无300（RC）无施工TBM型土压平衡泥浆混合泥浆直径a（m）/8.7/ 14.14/ 15.43第四八二名EPB：土压平衡。a此处，直径是指TBM隧道的孔径。图第六章混合车辆TBM隧道的横截面（a）一层，三条车道;（b）双层，三条车道。单位：mm。资料来源：中交公路咨询有限公司，公司Y. Ge，Y. 元/工程5 （2019年）15215. 结论本文回顾了8个采用BIT组合的SCFL项目的桥梁、人工岛和隧道的最新施工技术。跨海大桥的关键施工技术可分为航道桥、非通航孔桥和深基础。对航道桥最突出的技术贡献来自大跨度悬索桥和单、双主跨斜拉桥。非航行引桥最重要的方面是使用大型浮吊的全跨度梁吊装施工方法，以及结构材料从混凝土到钢，最后到钢-混凝土组合结构的演变。跨海大桥的深基础主要是作为打入桩或钻孔桩的桩基础，或用混凝土或钢制成的沉箱基础。人工岛建设的两种主要方法是：①先填上现有的小岛或礁石，再进行护岸;或②先填海，再进行填海。两种主要的海底隧道施工方法包括沉管隧道法和TBM法。沉管隧道施工技术创新必须克服的重大挑战包括：开挖沟槽以容纳管元件（或节段）;改善软土地基中的地基;预制元件;装运、下沉和对准节段;以及固定对准的管。在TBM施工中，根据地层条件选择合适的掘进机是一个重要问题.通风和疏散系统是海底隧道的一个重要问题。在地震作用区，采用TBM隧道二次衬砌和沉管隧道抗震缝等方法提高隧道的抗震能力也是十分重要的技术。引用[1] 桥梁隧道列表[互联网]。维基百科; [引用2018年12月24日]。可查阅：[2] Nagai M，Yabuki T，Suzuki S.日本的设计实践。In：Chen W，Duan L，editors.桥梁工程手册。 Boca Raton：CRC Press; 1999.[3] 绍角大跨度连续组合箱梁桥概念设计。桥梁建设2008;1：41-3.[4] Middlebrook RF，摩尔多瓦RV.旧金山-奥克兰海湾大桥Struct Mag2014 Feb：26-8.[5] 切萨皮克湾酒店桥和隧道平行路口. In：Proceedings of the StructuresCongress; 2006 May 18 -21; St. Louis，MO，USA. 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