浩瀚伶仃洋上，港珠澳大桥、深中通道两大世纪工程巍然屹立，一座座人工岛如明珠镶嵌碧波，将跨海长桥和海底隧道连为一体。大直径钢圆筒，正是筑就这些人工岛的核心 “脊梁”。作为新一代岛壁结构，它凭借施工高效、工期紧凑、经济性优、环境扰动小等突出优势，在港口、海岸及近海工程中得到广泛应用。在超级工程的建设征程中，复杂地质条件给钢圆筒施工带来重重挑战，一场围绕钢圆筒振沉及稳定性控制的技术攻坚战就此打响。
多锤联动振沉预测：
微观机理与宏观模型的“智慧攻坚”
多锤联动振沉预测不准，成为横亘在项目团队面前的首道难关。在港珠澳大桥人工岛施工时，就出现了令人困惑的现象。“同样是钢圆筒振沉，西人工岛可能只要十分钟就能完成，东人工岛却要耗时近两个小时。”课题负责人孟凡利眉头紧锁。
外海施工窗口期转瞬即逝，随时可能因海风、海浪、潮汐等自然因素中断作业，预测偏差不仅会打乱施工组织，还会增加建设成本。项目团队迅速集结力量，以“微观机理探索+宏观模型构建”为方向，在实验室展开攻坚。科研人员聚焦高频循环剪切作用下的动力特性与相互作用规律，密切观察饱和砂土结构界面的动态变化，精准捕捉循环效应、速率效应及孔压变化规律，经过无数次试验与分析，最终揭开界面动力弱化机理，提出专属动力本构模型。
在此基础上，团队搭建起竖向动力荷载传递模型与精细化三维动力有限元数值模型，厘清了钢圆筒振沉过程中界面动侧摩阻力的影响因素，自主研发出振动沉筒分析软件。经现场验证，软件预测精度较传统模型提升20%，为施工提供了更精准的指导，让外海施工的每一步都做到有章可循、有据可依。
与此同时，团队还通过能量分析，厘清了钢圆筒振沉过程中的能量传递与转化模式，进一步优化方案，提升了能量利用率。团队研发出的可打性分析软件相继应用于深中通道等重大项目，为施工组织与风险管控提供了坚实保障。
软土复合地基稳定性：
三轴试验与数值分析的“破局之路”
如果说振沉预测是钢圆筒施工的“先手棋”，软土复合地基稳定性控制，就是保障工程长期安全的“生命线”。
为破解这一难题，团队另辟蹊径，自主研发支持土体大变形的三轴试验系统。在实验室里，技术负责人刘爱民带领团队开展不固结不排水三轴剪切试验，精准记录每一组土体变形数据，直击三维大变形下土体变形均匀性的技术痛点。经过大量试验，研究团队发现滨海软土在三维大变形下会产生应变软化现象。“这一发现打破了传统认知，我们可以据此建立起适配软土大变形特性的数值分析方法。”刘爱民兴奋地说。
基于试验成果，团队迅速开展数值分析与现场验证工作。他们以港珠澳大桥人工岛钢圆筒基础为研究对象，对其在挤密砂桩软土复合地基中的受力机理和破坏模式进行了精准模拟，成功破解了滑移失稳的核心问题。针对滑移破坏模式，团队创新提出了基于包络面的水平稳定性计算方法，填补了行业现有规范在复合地基验算上的空白。
经过反复推导、现场验证与优化完善，团队最终修正基础抗滑稳定性验算公式，让稳定性判断告别经验估算，进入科学精准的新阶段。
技术成果落地：
重大项目中的“璀璨绽放”
从实验室到施工现场，一项项自主创新成果相继在港珠澳大桥、深中通道、三亚新机场等重大工程落地生根。
在港珠澳大桥施工现场，一系列技术成果为人工岛建设按下“加速键”，施工效率大幅提升，失稳风险与建设成本显著降低，助力项目打破多项世界纪录，成为中国海洋工程技术的标志性成果。
在深中通道建设过程中，科研团队与一线技术人员通力合作，不断丰富和完善复杂地质下钢圆筒可打性及稳定性控制理论，让技术成果应用范围不断扩展，从港口码头、跨海桥梁延伸至铁路、工民建等更多施工领域。
从精准预测振沉时间到破解软土滑移难题，一航技术团队以智慧与汗水，打造出一套拥有完整自主知识产权的理论体系与施工技术，为中国海工建设注入了强劲动能。
素 材 | 科学技术部、港研院
供 稿 | 张嘉莹
责 编 | 曹瀚文
校 核 | 潘祚声
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