港珠澳大橋島隧工程人工島總平面設(shè)計(jì)

何祖淋，姜立得

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

人工島的建設(shè)在港珠澳大橋項(xiàng)目中是一大亮點(diǎn)，東、西人工島作為港珠澳大橋項(xiàng)目海上橋隧的連接樞紐，不僅具有項(xiàng)目管理和養(yǎng)護(hù)救援功能，同時(shí)還具有旅游觀光、環(huán)保安保和基礎(chǔ)設(shè)施用房等其它功能。

東、西人工島及島上建筑的外觀、造型以及材質(zhì)，規(guī)劃設(shè)計(jì)均十分慎重的考慮互相呼應(yīng)、匹配，力求從遠(yuǎn)眺到近觀都給人以氣勢(shì)磅礴感，宛如珠江口的兩顆海上明珠。兩島接連蜿蜒的大橋，又如一對(duì)盤踞于汪洋的麒麟，守望著伶仃洋的百年滄桑，展望三地輝煌的明天[1]。因此安全，經(jīng)濟(jì)，美觀，節(jié)能和環(huán)保的規(guī)劃島面布局成為港珠澳人工島島面設(shè)計(jì)研究的關(guān)鍵。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目介紹

港珠澳大橋是連接香港特別行政區(qū)、廣東省珠海市、澳門特別行政區(qū)的大型跨海通道，項(xiàng)目包括：從粵港分界線至珠海、澳門口岸的海中主體工程，總長(zhǎng)約29.6 km，其中包括長(zhǎng)5.99 km的海底隧道、兩個(gè)長(zhǎng)度均為625 m的海中人工島以及長(zhǎng)22.8 km的海中橋梁。為實(shí)現(xiàn)橋隧轉(zhuǎn)換和設(shè)置通風(fēng)井，主體工程隧道兩端各設(shè)置一個(gè)海中人工島，東人工島東邊緣距粵港分界線約366 m，西人工島東邊緣距伶仃西航道約2 000 m，兩人工島最近邊緣間距約5 584 m。

東人工島島上建筑主要以旅游觀光功能為主；西人工島島上建筑主要以管理功能為主。兩島的主體建筑造型力求簡(jiǎn)潔大方，形式追求統(tǒng)一，突出環(huán)保、節(jié)能的設(shè)計(jì)理念，使其與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，構(gòu)成“島即建筑、建筑即島”的設(shè)計(jì)構(gòu)想[1]。

1.2 場(chǎng)地條件

1）地處珠江口外海人工島上，遠(yuǎn)離大陸20 km以上。

工程施工條件惡劣，缺乏市政供水供電等基礎(chǔ)設(shè)施；施工效率低，原材料、水、管線、設(shè)備等全部需要水陸轉(zhuǎn)運(yùn)和臨時(shí)儲(chǔ)存，施工組織需更加合理、科學(xué)[2]；為滿足與香港同標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，需減少生活生產(chǎn)垃圾并及時(shí)外運(yùn)。

2）海洋性氣候條件，易受臺(tái)風(fēng)影響。

珠江口為標(biāo)準(zhǔn)的海洋性氣候，每年平均約3次臺(tái)風(fēng)，冬季易受寒潮影響，高風(fēng)壓環(huán)境。

3）處于高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境。

高溫度、高濕度、高鹽度的環(huán)境對(duì)混凝土、鋼構(gòu)件、設(shè)備系統(tǒng)等的腐蝕影響明顯，并進(jìn)而影響其工作壽命。

4）人工島靠近香港機(jī)場(chǎng)，城市規(guī)劃要求，島上建筑有限高要求。

5）三地共建共管，設(shè)計(jì)使用年限120 a，設(shè)計(jì)施工按三地標(biāo)準(zhǔn)就高要求。

國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 a，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用年限為120 a，如風(fēng)壓風(fēng)速、暴雨強(qiáng)度等直接影響幕墻、結(jié)構(gòu)、給排水及其各配套的供電、控制等系統(tǒng)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。港珠澳大橋?yàn)榛?、港、澳三地共建共管?xiàng)目，其耐久性要求、維護(hù)便利性要求以及養(yǎng)護(hù)要求均高于國(guó)內(nèi)一般的建構(gòu)筑物。

2 人工島總平面設(shè)計(jì)

港珠澳人工島作為港珠澳大橋一個(gè)重要的交通轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，人工島總平面設(shè)計(jì)需解決的問(wèn)題很多，涉及的專業(yè)面也廣，因此設(shè)計(jì)必須深入了解項(xiàng)目的設(shè)計(jì)背景、所處的地理環(huán)境、規(guī)劃要求等前期設(shè)計(jì)輸入條件[3]，以全局觀統(tǒng)籌各相關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)，合理解決項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，并開展多方案設(shè)計(jì)比較，從中做出正確的判斷和選擇，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)的總平面富有邏輯、布局合理、功能分區(qū)明確、交通流線順暢[4]。以下結(jié)合港珠澳大橋項(xiàng)目中人工島案例，通過(guò)平面布置、場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)以及室外綜合管線等設(shè)計(jì)要點(diǎn)[5]展開總平面設(shè)計(jì)介紹。

2.1 平面布置

東人工島島面呈貝殼狀，長(zhǎng)度約625 m，島面最寬處尺寸約230 m，島面面積約為10.2萬(wàn)m2，其中建構(gòu)筑物占地面積約為1.8萬(wàn)m2，道路廣場(chǎng)面積約為8.4萬(wàn)m2。島上建（構(gòu)）筑物主要包含主體建筑、減光罩、4個(gè)越浪泵房、消防水池、擋浪墻、排水明渠及污水處理池等，各建（構(gòu)）筑物具體分布如圖1所示。

圖1 東人工島總平面布置Fig.1 General layout of the east island

人工島島面范圍區(qū)域類似于常規(guī)陸域工程項(xiàng)目的建設(shè)用地紅線，人工島基本是以港珠澳大橋整個(gè)交通主線路為中心對(duì)稱軸，將島面可分為幾乎對(duì)稱的主線南區(qū)和主線北區(qū)兩個(gè)區(qū)域。島上緊靠“用地紅線”設(shè)置1圈用做防洪擋浪的墻，緊挨擋浪墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)島的排水明渠。環(huán)島排水明渠上在南、北兩區(qū)內(nèi)各均勻布置2座單層的越浪泵房。人工島作為海上橋隧的連接樞紐，島上主體建筑具有項(xiàng)目管理和養(yǎng)護(hù)救援功能，同時(shí)還具有旅游觀光、環(huán)保安保和基礎(chǔ)設(shè)施用房等其它功能，為了保證整個(gè)港珠澳大橋人工島的防洪排澇安全要求，人工島上的4個(gè)越浪泵房充當(dāng)著重要角色。在港珠澳大橋主線路上人工島島頭位置布置島上主體建筑，是整個(gè)人工島上的點(diǎn)睛之筆：東人工島主體建筑地下2層，地上4層，建筑高度為23.6 m；地上建筑面積為26 677.92 m2，地下建筑面積為14 456.86 m2；西人工島主體建筑地下2層，地上3層，建筑高度為20.5 m；地上建筑面積為18 997.41 m2，地下建筑面積為13 125.4 m2。環(huán)島排水明渠與主體建筑之間設(shè)置8 m寬環(huán)島交通道路。在人工島島面中心位置，緊靠主體建筑位于下穿隧道口處設(shè)置隧道口長(zhǎng)110 m減光罩。

西人工島島面長(zhǎng)度約625 m，島面最寬處尺寸約190 m，島面面積約為9.8萬(wàn) m2，其中建構(gòu)筑物占地面積約為1.6萬(wàn)m2，道路廣場(chǎng)面積約為8.2萬(wàn)m2。島上建（構(gòu)）筑物主要包含主體建筑、減光罩、4個(gè)越浪泵房、消防水池、擋浪墻、排水明渠、冷卻塔及污水處理站等，各建（構(gòu)）筑物具體分布如圖2所示。

圖2 西人工島總平面布置Fig.2 General layout of the west island

從宏觀上進(jìn)行功能分區(qū)安排是總平面設(shè)計(jì)的核心工作，它確定了各構(gòu)成元素的各自形態(tài)以及元素之間的相互關(guān)聯(lián)，從而確定了場(chǎng)地的基本形態(tài)[6]。東、西人工島島面采用中式對(duì)稱布置原則，島面空間布局經(jīng)濟(jì)緊湊合理，功能分區(qū)明確，交通流線順暢。

2.2 場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)

人工島總平面設(shè)計(jì)坐標(biāo)系為橋梁工程坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)；經(jīng)過(guò)前期多方論證、數(shù)字分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等方法收集數(shù)據(jù)，經(jīng)濟(jì)、合理分析人工島的島面豎向標(biāo)高。明確了東人工島島面高程為5.80 m，環(huán)島道路標(biāo)高為5.30 m，擋浪墻南側(cè)標(biāo)高為8.50 m，北側(cè)標(biāo)高為8.00 m，沿島面擋浪墻一圈內(nèi)側(cè)設(shè)置排水明渠，排水明渠的面標(biāo)高為5.00 m。島面上排水坡度0.3%～3%，島面排水方向如圖3。

圖3 人工島排水方向斷面圖Fig.3 Drainage direction profile of the artificial island

西人工島島面高程為5.40 m，環(huán)島道路標(biāo)高為5.20 m，擋浪墻南側(cè)標(biāo)高為9.50 m，北側(cè)標(biāo)高為8.00 m，沿島面擋浪墻一圈內(nèi)側(cè)設(shè)置排水明渠，排水明渠的面標(biāo)高為5.00 m。豎向設(shè)計(jì)的合理性可以保證工程功能要求，同時(shí)也進(jìn)一步提升了施工的進(jìn)度，降低工程的造價(jià)。

2.3 室外管線布置

人工島島面室外場(chǎng)地中布置的管線種類比較多，管線的包封結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，每種管線的性質(zhì)、用途、技術(shù)要求和管徑大小均不相同。因此進(jìn)行室外管線綜合設(shè)計(jì)能夠統(tǒng)籌安排在人工島有限空間的位置，協(xié)調(diào)管線和建筑物、構(gòu)筑物以及綠化之間的關(guān)系，為管線的鋪設(shè)創(chuàng)造良好的條件[7]。

東、西人工島島面室外管線布置一般原則[8]：1）采用規(guī)范統(tǒng)一的坐標(biāo)和標(biāo)高系統(tǒng)；2）所有管線力求短捷，少轉(zhuǎn)彎，少交叉，盡量和島上道路平行或垂直；當(dāng)管線需轉(zhuǎn)彎敷設(shè)時(shí)，其轉(zhuǎn)彎半徑符合有關(guān)規(guī)定；3）當(dāng)管線交叉布置發(fā)生矛盾時(shí)，一般應(yīng)以壓力管道避讓重力流管道；小管徑管道避讓大管徑管道；技術(shù)要求低的管線避讓技術(shù)要求高的管線；4）各類管線之間的間距及其與建筑、設(shè)施的最小水平和垂直間距符合三地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；5）管線布置需考慮方便施工、檢修且不影響交通，地下管線盡量布置在島上道路與擋浪墻之間的島面景觀地下位置。室外管網(wǎng)根據(jù)島面形狀、功能分區(qū)，科學(xué)、經(jīng)濟(jì)考慮管線的路由路徑，具體布置方式如圖4所示。

人工島上的各種管線主要是由經(jīng)港珠澳大橋沿橋敷設(shè)至人工島，在人工島島面的環(huán)島排水明渠與環(huán)島道路之間的回填空間敷設(shè)管線，接至島上主體建筑，連通東、西人工島。

圖4 東人工島室外管線布置Fig.4 Outdoor pipeline layout of the east island

3 結(jié)語(yǔ)

在外海寸土寸金的人工島上，平面規(guī)劃分區(qū)需嚴(yán)謹(jǐn)、合理，針對(duì)區(qū)域水文、地形地質(zhì)等比較復(fù)雜的建設(shè)條件，對(duì)其平面形態(tài)和布局、建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境的影響、陸域形成、水體交換等特點(diǎn)進(jìn)行研究、歸納、總結(jié)，通過(guò)大量的方案比選、模型試驗(yàn)、數(shù)值分析得出標(biāo)準(zhǔn)和方案。總平面設(shè)計(jì)必須密切結(jié)合環(huán)境，做到因地制宜，功能流線組織明確，平面緊湊，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)備管線布置相對(duì)集中規(guī)整，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保和美觀的發(fā)展理念。