中国开启水下公路隧道新时代

公路隧道可以贯山而过，呈现柳暗花明的壮观，也可以从水下穿过，给人的感觉却是穿越时空的奇妙。科技的发展扩大了人们活动的半径，也将诸多不可能变为现实。 
　　水下公路隧道溯源 
　　什么是水下公路隧道？凡是在河流、湖泊、海湾、海峡等水域底下开凿的公路隧道，都叫做水下公路隧道。世界上最早的水下隧道，大约产生于公元前2160年，由古巴比伦人修建，是一座穿越幼发拉底河的水下隧道。这条隧道全长900米、宽3.6米、高4.6米，用砖衬砌。有史学家推测，该隧道是用于军事行动，便于骑兵和战车的通过。这座距今近4000年的水下建筑是迄今发现的世界上最早的用于交通的水下隧道。 
　　中国古代有无水下隧道工程？由于资料的缺失现在已经无从考证。但根据小说《三国演义》第一百十三回，讲到魏蜀交兵，魏军挖掘隧道从骆谷穿过，钻进蜀军大营，内外夹击，攻破蜀军的故事，说明1700多年前的中国古代极有可能挖掘过穿越水下的隧道。 
　　进入20世纪后，一些欧美国家相继建设了水下公路隧道，其中较为著名的有1927年建成的位于美国纽约市穿越哈得孙河的霍兰公路隧道、1934年建成的英国利物浦市穿越默西河的公路隧道、1941年建成的荷兰鹿特丹市穿越马斯河的公路隧道等。目前，世界上最长的水下公路隧道当数日本1985年修建完成的青函海底隧道。这条海底隧道穿越日本津轻海峡，将日本北海道和本州连接起来，全长53.85公里，被公认为是20世纪最伟大的工程之一。 
　　随着经济的快速发展，人们对交通高质量设施的需求越来越迫切。公路建设不仅要穿山越岭，同时还要越江跨海。为了保护环境，拓展空间，人们已经不再满足仅仅依靠修建桥梁跨过水面。于是，水下隧道的研究和建设日益成为行业和社会关注的焦点。 
　　目前，我国已经建成和正在建设的水下公路隧道有30余条。其中，已建成通车的跨越长江的大型隧道有武汉长江隧道、南京长江隧道、上海长江隧道等3条；已建成的跨海峡隧道有厦门翔安海底隧道、香港红袋海底隧道和香港东区、西区海底隧道等，正在建设的海底隧道有青岛胶州湾海底隧道、大连海底隧道等。据悉，琼州海峡隧道、台湾海峡隧道也是专家们关注和论证的课题，而广州、重庆等大城市的越江隧道工程也在积极的筹划之中。从地理方面讲，我国地处亚洲东部，海岸线漫长，岛屿众多，河川纵横，具备了修建水下公路隧道的先决条件； 
　　从技术上看，众多水下公路隧道的开通，也为我国在这一领域提供了很好的技术支持，并开启了一个新的时代。 
　　我国第一大水系——长江，从雪山一路奔涌而来，拥有180多万平方公里的流域面积，滋养了沿岸16个省、市、自治区的土地。在这条“用母亲甘甜的乳汁，哺育我们成长”的大河上，已建和在建的大桥有50余座，对解决长江两岸的交通运输发挥了巨大的作用。但同时，一个严峻的现实也引起了人们的注意：不少长江大桥通航净高过低，导致4000吨以上，特别是万吨级巨轮难以通航，严重制约了水上运输，造成了巨大的水资源浪费，不利于社会经济的发展。因此，专家们大声疾呼：长江是我国最重要的黄金水道，今后要慎建桥梁，多采用过江隧道方案！ 
　　在地理条件制约与社会发展需要的双重作用下，我国水下隧道的建设，特别是长江隧道的建设进入了黄金时代。 
　　谁是“万里长江第一隧” 
　　目前，在我国长江沿线，过江隧道有3条：武汉长江隧道（2008年12月28日通车）、南京长江隧道（2010年5月28日通车）、上海长江隧道（2009年10月31日通车）。这3条穿越长江的隧道都在某种场合或新闻媒体上被赞誉为“万里长江第一隧”。武汉人听了不服气：我们是最先建成通车的，时间上就是“第一”。南京人说：不服气咱们就PK，不能只看时间早晚。上海人不理会这些，仍然自称“万里长江第一隧”。那么，究竟谁是“第一”？ 
　　从竣工通车的时间先后，以及地理位置上来看，武汉长江隧道是当之无愧的“万里长江第一隧”；建设规模方面，上海长江隧道以双洞平均长度8.95公里居三隧之首，而且公轨兼用，桥隧相接，双向六车道，规模宏大，蔚为壮观，堪称“第一”；但如果用施工难度和遇到的风险来衡量，南京长江隧道的施工过程被公认为是中国“水下施工第一难”。该隧道要在深达65米的水下穿越长江，隧道每平方厘米所承受的水压高达6.5公斤，而且穿越淤泥、粉细沙、砾砂、卵石和风化岩5种地质，施工中遇到了击穿冒顶、江底沉降、透水坍塌等各种巨大风险，是长江流域工程技术难度最大、地质条件最复杂的水下工程。由此看来，南京长江隧道自称“第一”，也名实相副。 
　　中国工程院院士、著名隧道专家钱七虎说，这3条隧道“各有千秋”。在笔者看来，哪个是公认的“万里长江第一隧”，不仅要看科技含量、看规模、看硬件，同时还要看管理、看服务、看软件。 
　　老百姓评价认可，才是真正的“第一”。 
　　科技创新铸就文化内涵 
　　为了使水下隧道的运行做到安全、环保、节能，在伴随水下隧道的整个建设过程中，科学研究和技术创新始终发挥着巨大的支撑作用。比如我国科技部门依托上海长江隧道的建设开展了国家863课题“超大特长越江盾构隧道关键技术研究”，解决了越江隧道工程的结构设计、施工技术、安全与防灾等一系列关键技术问题；依托厦门海底隧道工程开展的国家863课题“大型跨海隧道钻爆法修建核心技术研究”，其研究成果的应用，使厦门海底隧道的安全性得到了最大程度的保障，抗腐蚀、抗渗水性能达到最高等级，能抵抗8级地震，施工工艺达世界顶级水平，工程质量合格率达到100%。 
　　我国长江中下游三大越江隧道在一年半之内陆续建成通车，这在世界水下交通建设史上是绝无仅有的，这标志着我国穿越江河湖海的隧道技术臻于成熟，达到了世界先进水平。拿南京长江隧道来说，它是目前我国越江隧道工程中最难啃的一块“硬骨头”，然而，科技人员奋勇攻关，以自主创新的60多项核心技术，圆满地完成了在特殊不良水文地质条件下水下隧道工程的建设任务。可以说，南京长江隧道的建设蕴含着丰富的文化要素，集工程技术人员的智慧、社会的人本精神与低碳环保要求于一体，是我国越江隧道工程中的典范之作。 
　　先说“智慧”，隧道的设计者头脑之聪明令人佩服。南京长江隧道要经过江底的冲槽段是“最大的世界级难题”，冲槽段经江水长期冲刷，上面覆土最浅处只有11米，盾构机从此处穿过，极有可能像蚯蚓一样隆起。设计者们绞尽脑汁，想从水上抛石填厚江底，来保持泥水平衡，可是又担心会影响河床的稳定，最终否决了这一建议。经过反复论证，设计者们采取改变盾构参数的做法，又快又准、丝毫不敢停留地连续掘进72小时，终于成功地通过了险区。南京长江隧道总工程师郭信君说，在水下超浅软土段盾构，就像在豆腐里钻洞，速度要快，否则软土就会糊成一团。同时，科技人员还解决了衬砌管片的防漏水问题，在地层高透水性和高水压的条件下，保证隧道100年不漏水，解决了这一世界性难题。 
　　再说“人本”，隧道的结构设计和运行要以人为本。隧道运行的最大风险就是发生火灾。一旦发生火灾，烟火弥漫，会直接威胁灾害区域内的人员安全。而且，由于通道狭长，火情发生后外界救援很难及时到达。南京长江隧道的设计特别重视人的生命价值，采取了一系列安全和逃生措施。当火情发生时，自动喷淋设备会迅速喷向着火点，能够及时扑灭火焰；监控和报警设备会迅速向前后车辆和有关部门发出警报；路面铺设的沥青为阻燃沥青，可以大大减轻烟火弥漫的程度。在南京长江隧道中，还有一个特别的设计：隧道内的路面上每隔80米就有一个大盖子，逃生人员只要按一下开关，这个盖子就会自动弹开，逃生者可顺着盖子下面连接的逃生滑梯来到下层通道。多项安全设施的设计，使得灾害对人员生命的伤害程度降至最低，充分体现了“以人为本”的理念。 
　　再说“低碳”，这是当今社会节约能源的热门话题。南京长江隧道双洞平均长度为3930米，属大型特长隧道，必须每天24小时开启照明。如果按照旧式照明设备计算，一年所需电费十分惊人，而采用新式节能L E D灯具和节能供电方案，则可节省电费20%左右。南京长江隧道的出入口过渡区都采用了“双灯型配备”，利用钠灯的黄色光源，避免驾驶员进出洞口时产生的“黑洞” 
　　和“白洞”视觉差。同时，隧道两侧壁都安装了白色反光板，腰线使用“渐变色”，从中间的蓝色向绿色过渡，最终成为红色。这样的设计，可以在节约光能的情况下，使隧道内的行车环境如同白昼。在这样的公路隧道中驾车，驾驶员不仅毫无压抑之感，而且可以根据腰线的颜色来确定在隧道中的大致位置。 
　　武汉长江隧道使用盾构掘进技术，攻克了一系列世界性难题，成功实现了双线贯通；上海长江隧道桥隧相联，规模宏大，蔚为壮观；南京长江隧道突破新的技术难关，充分体现了人文关怀。它们的应用，不仅有利地保护了环境，降噪防尘，而且可以有效地抵抗地震，甚至在特殊情况下还能防御战争灾害。 
　　作为一名专业科技工作者，我欣喜地看到，最近10年来，在国家山区公路工程技术研究中心和隧道建设与养护技术交通行业重点实验室的创新成果引领下，我国水下公路隧道技术的发展已经进入了世界先进行列。随着我国交通事业的大踏步前进，我国水下公路隧道的发展前景一定会越来越好。 
　　延伸阅读： 
　　我国水下公路隧道的类型 
　　按照修建水下隧道的基本方法划分，可以分为盾构法水下隧道、钻爆法水下隧道、沉管法水下隧道等。 
　　盾构法水下隧道的施工，主要掘进设备是大型盾构机。到目前为止，我国已建成水下盾构法公路隧道达17条之多，设计车速为每小时40?100公里，具有双向四车道、双向六车道，双层、双向六车道等多种车流形式，隧道直径在10?15米之间。上海是我国采用盾构法修筑越江隧道的先行城市，自1965年以来陆续建成了穿越黄浦江的十多项水下隧道工程。上海崇明越江通道工程是目前世界上最大的桥隧结合工程之一，整个工程结构为“南隧北桥”，全长25.5公里。其中跨越长江口北港水域的桥梁工程长约16.65公里，穿越长江口南港水域的隧道工程，长约8.95公里。所用盾构机之大，有五层楼房高，直径达15.43米，为世界之最。从2004年12月28日正式开工建设，到2009年10月31日建成通车，花费了5年时间。 
　　交通运输部总工程师周海涛视察了上海长江隧道之后，感慨地说：“平淡无奇的水泥、钢筋、沙石，被上海的建设者们赋予了生命和智慧，而科技是其中最灵动的细胞。” 
　　钻爆法水下隧道的施工，是依靠超前地质预报，进行爆破和监测，实现安全推进挖掘的隧道施工方法。我国大陆地区的第一条海底隧道厦门东通道翔安隧道和第二条海底隧道青岛胶州湾海底隧道，就是采用钻爆法施工的海底隧道工程。海底隧道采用钻爆法施工，面临着涌水、突水、围岩坍塌和主体结构渗漏水的风险，因此，及时准确的超前地质预报、爆破监控分析，是保证安全的关键技术。 
　　厦门东通道翔安隧道已于2010年4月建成通车。工程全长8.7公里，其中海底隧道长约5.95公里，跨越海域宽4.2公里。该工程的特点是3孔隧道，两侧为行车主洞，各设置三车道，设计行车速度为每小时80公里。中间1孔为服务通道。隧道最深处距海平面约70米，工程总投资为32亿元人民币。该隧道的掘进，恰恰要通过强风化地层和海底风化深槽，施工人员克服了前所未有的困难。据统计，从翔安海底隧道中开挖、弃运土石方约235万立方米，几乎相当于埃及大金字塔的土方量。支护用锚杆、钢架、钢筋网、衬砌钢筋等钢材约5万吨，相当于修建7座巴黎艾菲尔铁塔的钢材。从2005年9月开工建设，用了将近5年时间，终于高质量、高水平地完成了建设任务。 
　　沉管法水下隧道的施工，是将在干坞中制作的管状隧道节段沉入水底，连接而成水下通道的施工方法。自1972年以来，我国香港、台湾高雄、广州、宁波等城市相继建成了1 2条沉管法水下公路隧道。上海外环隧道是我国大陆修建的规模最大的沉管隧道，其建设规模为亚洲第一、世界第二。该隧道全长2.88公里，结构设计的最大特点是分为3孔，左右孔分别为单向三车道。中间1孔为通行方向不固定的两车道，可根据来往车流量大小及时调整，如果往浦东方向车流量大，即调整为往浦东方向的车道； 
　　反之，则调整为往浦西方向的车道。由此，整个隧道可形成“五来三去”或“三来五去”的格局。隧道最大埋深33米，江中段长736米，由7节管段组成，每节长100多米，自重4.5万吨，面积相当一个足球场。将这样的庞然大物沉放江底，技术难度和风险之大可想而知。数千名建设者采用 G P S 定位、三维测深技术、大型绞吸船吹吸作业法等技术，排除了工程建设中遇到的险情，解决了沉管隧道施工中难度最大的管段水下位移问题，为特大型沉管隧道在复杂条件下施工积累了宝贵经验。上海外环沉管隧道于2003年6月21日建成通车。