方玄昌　黃步紅

它是一種水面上看不見的橋梁，無論水面如何波濤洶涌，它都平靜地懸浮在水體之中。

早晨從美國紐約“家門口”出發(fā)，1個小時之內(nèi)越過大西洋直達英國倫敦上班，晚上再乘坐“班車”返回紐約吃晚飯。

這是癡人說夢嗎？不是的。這是一伙雄心勃勃的美國科學家的未來計劃。他們說，幾百年或者更短時間之內(nèi)，工程師們將在大西洋海水中間建成一條隧道，人們可以乘坐磁懸浮列車以8000公里以上的時速穿越大西洋，從而將歐洲和北美之間的旅程縮短在1小時之內(nèi)。

比較早的時候，就有人提出建造一條跨越大西洋的線路將歐洲和北美連接起來的設(shè)想。然而，如果采用傳統(tǒng)的橋梁，就勢必要在數(shù)千米深的海水中打下成千上萬個巨型橋墩，這簡直不可想象：且不說建造幾千米高的橋墩的工程難度，單是尋找能夠承受這么高橋墩的自身重力的合適材料就夠科學家傷透腦筋。在海面上建造浮橋也行不通：海嘯、臺風等因素使之無法穩(wěn)定。第三種方案是打一條海底隧道，但這種方案帶來同樣難以解決的問題：這條隧道幾乎不可避免地要經(jīng)過一些地震帶，并且要經(jīng)過海底火山。

現(xiàn)在有人提出了第四種方案：建造一條懸浮隧道，從海水的中間通過大西洋。這就是被稱為“阿基米德橋”的一種新型水中跨越形式。

一個世紀前的構(gòu)思

“阿基米德橋”是一種水面下懸浮隧道，它依靠水的浮力支撐，又通過固定的繩索、錨等固定在水里或某種支撐物上，達到浮力和支撐力的平衡。隧道中可以行駛車輛，包括汽車和火車。

浮力原理最早由2000多年前的意大利物理學家阿基米德發(fā)現(xiàn)，所以這種依靠浮力支撐的隧道被叫做阿基米德橋。

根據(jù)中國科學院力學研究所所長洪友士博士的介紹，阿基米德橋作為一種交通隧道的概念，是在上世紀初被人提出的。20世紀中期，阿基米德橋的構(gòu)想被英國人申請了專利。但直到現(xiàn)在，真正的阿基米德橋還沒有產(chǎn)生，甚至還沒有哪一個地方的阿基米德橋建造計劃被正式立項。

究其原因，雖然它的基本原理是清楚的，但是一些技術(shù)上的問題并沒有得到完全的解決。包括結(jié)構(gòu)問題，如隧道節(jié)與節(jié)彼此之間、和岸之間的連接等。還有環(huán)境對橋的影響，包括波、流、水位落差所造成的影響，都需要有針對性的研究。

洪友士說，在建造實際應(yīng)用的阿基米德橋之前，科學界現(xiàn)在正在進行很重要兩個步驟，第一步是實驗室研究，以1-2米量級的模型來對隧道進行模擬計算和分析，為更大尺寸的工作提供基礎(chǔ)。第二步是研究中等尺寸的模型，即幾十米或十幾米量級的模型。中等尺寸模型的檢驗?zāi)転閷嶋H阿基米德橋的建造提供一些參照，包括驗證其可靠性、安全性等。

第三種選擇

在阿基米德橋的概念提出之前，跨越水域的方式已經(jīng)有多種，包括擺渡、傳統(tǒng)的大橋、浮橋、水下隧道以及海底隧道等等。那么，人們還有必要去發(fā)展這種技術(shù)還不成熟的阿基米德橋嗎？

“阿基米德橋是一種可供選擇的方案。在此之前，從水面和水底通過的方式已經(jīng)實現(xiàn)了，就是水中還沒有。當這種方案技術(shù)上成熟之后，人們遇到問題就會想，是用A還是B，或者是C？現(xiàn)在C還沒有，我們的當務(wù)之急就是把C這個方案變成可供使用的一種選擇，并且這種選擇是可行的、安全的、可靠的?！焙橛咽空f。

阿基米德橋當然有它獨特的優(yōu)點。在一些情況下，比如在一些很深而寬度不是太大的湖泊中，要做一個水底隧道，連接兩岸的部分就會比較陡，而阿基米德橋就可以提供一個坡度不大的交通隧道。另外，它能夠免除掉環(huán)境上的若干問題，包括交通工具的噪音、廢氣污染、對風景的分割破壞等，有保護生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢。

阿基米德橋還有一個巨大的優(yōu)點。有專家經(jīng)過分析，隨著橋的長度增加，阿基米德橋單位長度的造價基本是持平的。而其它類型的橋，隨著長度的增加，單位長度的造價會成倍增加。所以當長度相對大的時候，阿基米德橋有經(jīng)濟上的優(yōu)勢。

當然，阿基米德橋也有它的局限性，比如它不能建造在水太淺的地方，一般必須在30米或者更深的水里才可以建造。

大西洋隧道的結(jié)構(gòu)組成

美國已經(jīng)有科學家對構(gòu)想中的大西洋隧道進行了詳細的規(guī)劃。這是人類有史以來規(guī)劃過的最為宏大的工程，按照現(xiàn)在的技術(shù)水平和發(fā)展速度，專家預(yù)計它的工期將超過100年。

在主隧道之外，大西洋隧道還有一系列輔助部件。正如洪友士博士所認為的，“大西洋隧道是一個很有創(chuàng)意的科學幻想，從科學的角度來看，目前是不可能實現(xiàn)的。但科學幻想有時候也能給人們一種很新穎的思路，促使科學工作者來攻克一些技術(shù)難關(guān)?！北粯?gòu)思進去的大西洋隧道“附件”，也成為了一般阿基米德橋所需要“附件”的典范。

海錨：每段隧道都必須用錨固定在海床上，如此算來，這項工程至少需要10萬個巨型海錨。隧道必須位于海平面以下45.7米深處，以避開來往的船只，這樣隧道才不會晃動很厲害。

磁懸浮列車：為了讓隧道旅行成為可能，搭載乘客的列車速度必須20倍于如今最快的火車的速度。這意味著磁懸浮技術(shù)將取代傳統(tǒng)的車輪和車軌，以提升、操控和驅(qū)動列車。

維修點：維修管道位于隧道主體上下方，作為電力、通信和維修之用。

真空泵：要想達到每小時8000公里以上的速度，列車不能遭遇任何空氣阻力，整個系統(tǒng)必須完全真空，因此龐大的真空泵必不可少。

導(dǎo)軌：隧道內(nèi)設(shè)有一根向東行駛(從紐約至倫敦)的單軌，一根向西行駛(倫敦至紐約)的單軌，以及一根緊急輔助單軌。行駛的列車實際上并不落在軌道上，而是依靠磁力懸浮在軌道上方約2.54厘米處。

公用管道：隧道內(nèi)的供電線路長近5000公里。這些電線都鋪設(shè)在公用管道中。

墊圈：從紐約直達倫敦的隧道由5.4萬個預(yù)制管件組成，中間用防水真空密閉的墊圈相連。每個管件的外表均由不銹鋼所制，外包浮力十足的厚泡沫層。

窗口：供乘客瀏覽深海美景。

千島湖將首吃螃蟹？

目前，意大利、挪威、巴西和日本等國家都在考慮建造阿基米德橋。中國從2000年開始，準備選定舟山的金塘海峽建造阿基米德橋，但后來考慮到國際上還沒有真正的阿基米德橋被立項和建設(shè)，如果一開始就在自然環(huán)境比較復(fù)雜的水域中建設(shè)，遇到的問題可能會比較多。最終，相對風平浪靜的千島湖后來居上，被考慮作為建造第一座阿基米德橋的地方。

目前中科院力學擬選定的地方是在千島湖五龍島湖區(qū)，初步考察結(jié)果是：在三個島嶼之間建立阿基米德橋，長度為100米+200米(分別連接三個島嶼)。

“如果搶在其它國家之前在千島湖建成的話，它的意義比橋本身的用途更為重要：這將是世界上第一座阿基米德橋?！焙橛咽空f。