孫 鈞

悠悠島灣水 依依憶念情
——記對膠州灣海底隧道一縷抹之不去的追憶

孫 鈞

專家簡介：

孫 鈞，中國科學院院士，同濟大學資深榮譽教授。解放前夕上海國立交通大學畢業(yè)。歷任國際巖石力學學會副主席暨中國國家小組主席、中國巖石力學與工程學會理事長、中國土木工程學會副理事長。長期在高校從事教學和科學研究，在巖土力學與工程、隧道與地下工程領域有深厚造詣。幾十年來，承擔并完成國家各個五年計劃科技攻關、863和國家基金、部委省市重大項目等約70項，發(fā)表論文340余篇并專著8部，獲國家和省部級獎19項。是現(xiàn)代“地下結構工程力學”學科分支的主要奠基人與開拓者之一。

上世紀90年代初，我有幸參加青島、黃島通道工程的早年論證、評議工作，并擔任召集人，對該工程建設項目從工程線位、方案取舍、橋隧比選、建設可行性和經濟性、合理性，到初步設計以及工程招投標……，一路走來，目睹并參與了它的建設全過程。近20年了，往事歷歷如在眼前，轉瞬滄桑巨變，天塹變通途，令人感慨系之！如今，隧道已經竣工通車快一年了，為緬念過去，愿意寫幾句值得思考的點滴追憶，與同行讀者們共享。

一、隧位選擇

自上個世紀80年代開始，我應青島市建委總工姜震老學長之邀，赴港城參加青島地鐵線路的總體規(guī)劃研究，當時就有讓地鐵從市區(qū)團島穿越膠州灣到黃島的線位議案；其時，對另兩條水底隧道的越江線位進行了比較：方案一，在膠州灣內建隧（在與現(xiàn)在膠州灣大橋橋位相近的位置），并建議過采用沉管法施工的水下淺埋方案；方案二，由團島向東南穿越過海。那時，對薛家島的隧道現(xiàn)址，由于距當時的黃島市區(qū)比較遠而未作重點考慮。后來，膠州灣內的隧道方案因為施工期要干擾灣內大片錨地而受到輿論的廣泛問責，記得青島海洋大學的一位的老教授更在媒體上慷慨陳詞，提出了尖銳的反對、批評意見，這些都使我記憶猶新。而選用團島向黃島線路最短的越海方案也是困難重重：其一，當?shù)赜泻＼娝蠙C場，經交涉雖同意搬遷，可拆遷費時且又要價很高；其二，黃島一側的隧道出入口段將不可避免地要經過黃島近岸的油庫區(qū)，油料屬爆燃性強的危險品，專家們十分擔心日后運營時的環(huán)境維護與安全；其三，這條隧道線位將要斜向通過著名的滄口大斷裂，該斷裂還帶有一定的地震活動性。似此各點原因，上述的三個隧位方案看來均不可行。

現(xiàn)在的薛家島方案在當年是后來才提出來的，它的優(yōu)點是因距黃島市中心城區(qū)稍遠，而有可能將過境車輛繞行市外，不致引入兩島內的主城區(qū)；此外，考慮到規(guī)劃中的黃島區(qū)中心不久將向東拓展，這樣，在薛家島過海勢將更顯方便和有利。

二、橋、隧比較

當然，如改為在薛家島灣口處建橋也具有一些獨特的優(yōu)勢！從而，橋、隧之爭就引起了上自政府、下到廣大市民的熱切關注。記得由于當時的領導班子也意見不一，還想過要將大橋和隧道兩個方案提請到市人大去討論解決。在一次討論會上，當時的市委書記未有事先通知就率同市委常委班子一行人來旁聽了（聽完后擺擺手就默默地離開了，他自己的想法一句都未談，給在座許多人留下了極佳印象），他是想當面聽取專家們的第一手看法呢。

我從事隧道工程研究許多年，對隧道專業(yè)的感情自然是深厚的，但我不只是對建隧的優(yōu)點方面有比較全面深入的了解，且又對它存在的缺點和不足也是最清楚的。在討論建隧時，隧道的優(yōu)缺點我就要客觀地全都擺出來，我認為，如果隧道人只講隧道好、橋梁人又只講橋梁好，大家莫衷一是，議論不下，那叫領導又將如何下決心拍板呢。我總的想法是，在我有生之年能夠見到無論是建隧還是建橋，只要抉擇正確，都是對國家的貢獻，我都會同樣地感到由衷的高興——這就是我多年來的思想。此次，在膠州灣這片國人矚目以待的美麗土地上，要動工興建這樣大的工程建設項目，我也有自己堅定的想法：在一次實地踏勘后的評論會議上，我說：“昨天傍晚大家都實地看了，灣口那西落的血紅色夕陽和遠天的一抹晚霞映漾著青碧色的茫茫大海，波光瀲滟，艷麗照人！這太美，太美了。從薛家島隔海眺望，對岸遠處青島市區(qū)隱約朦朧的白色樓群，海上又輕帆點點，真是上天恩賜給青島人最最可人、最最美麗的自然風貌啊。這種自然界的生態(tài)美是世界上無與倫比的最美，任何人工建構筑物即使修造得再美，也只能是‘畫蛇添足’，無法與她原生的自然生態(tài)相匹比！這話可不是我亂說的，結構美哪能比得上原生的自然生態(tài)美??！西方許多學人、專家也都有這樣的共識?！蔽医又跁嫌诌M一步比方著說：“我想還有一比，可能不很貼切，生態(tài)的自然美就好像一位年方十七、倚在門邊亭亭玉立的美麗而純樸的村姑，她麗質天生，不施粉黛而楚楚動人，猶如養(yǎng)在深閨人未識時的楊貴妃；而如果給她涂脂抹粉，美倒也是美了，可那就變成了二十五六歲的美艷少婦了。各位說說是喜歡哪一位呢？”這意思自然是說，建造隧道不影響、更不會破壞膠州灣口那美麗動人的生態(tài)環(huán)境；而建橋即使造型再美觀，也只能是‘畫蛇添足’罷了。但不料我話語剛罷，就有一位橋梁老專家搶著說：“在這里建橋應該對環(huán)境生態(tài)是‘畫龍點睛’，美上添美。說實話我就是更喜歡美艷少婦?！边@話引起了一陣哄堂大笑，也得到了一些贊成建橋專家們的掌聲。我在會場休息時，面對幾十年老熟人的那位橋梁專家，拍拍他的肩膀打趣地說：“你這個老頭子可給美艷少婦癡迷住了唔！哈哈！”而就在那天的現(xiàn)場，記得一位從加拿大回國、現(xiàn)在清華大學建筑系任教的中年教授也說他贊成建隧，但他的見解竟帶有點迷信色彩。他調侃地笑著說：“青島的財源多數(shù)來自灣口之外，每天從韓國、日本、秦皇島、上海等地的進賬可不少呀；如果建橋，講風水就像在自己的大門口上了一條門杠，把要進來的財源都給堵在門外了，我看青島人民不會答應！”他接著又說：“如果從廣東請一位風水先生來，他一定也會是這個看法?！庇终f：“我這只是胡扯，不足為據(jù)的，今天媒體在不在？可別給我上報紙呀！”

上面說的，當然是些笑談，但也可以看到當時對建橋還是建隧，專家們也還是有過不少爭論的。下面說說后來市委，市政府最終敲定建隧的主要理由：

1.摒棄建橋方案的4點主要理由：

1)青島膠州灣內港區(qū)和今后港內造船業(yè)的發(fā)展當時尚未有定論。這樣，進出港區(qū)的遠洋郵、貨輪的噸位、吃水深度、特別是船上的塔桅高度一時都難以確定，進而影響了通航橋跨的大小及其通航凈高的具體尺寸和幅員也都一時定不下來。如以上海長興島來往浦東外高橋五道溝江段最終決定修建跨長江口特大型越江崇明南港隧道的情況為例：坐落長興島上的振華港機廠為國內外修造的拳頭產品之一——水上浮吊，所要求的橋下凈空達82m、建橋凈跨則要求2000m左右，這就為崇明越江長大水底隧道（現(xiàn)在早已建成）提出了客觀的必要性；

2)“灣口—青島”一線的線位，其地質條件總體上大部分堅硬致密、屬只有弱微風化的花崗巖地層，采用礦山法鉆爆開挖施工隧道的造價將遠比建造跨度超過千米的特大跨橋梁要低；

3)特大型跨海橋梁遇臺風、濃霧和暴雨等眾多極端惡劣氣候條件時，需要短時日封橋（每年可能有3-5天）；

4)大橋項目按目前高速公路收費標準測算的投資回收期約需15年，而隧道則為10年半左右。

2.建議修隧的主要理由，則基于以下5點：

1)隧道可以全天候通行，一年365天無論氣候條件如何惡劣，仍然可以全天候暢行無阻；

2)隧道出入口兩岸接線的占地量比較小，較比修建高橋時的長引橋，兩岸動拆遷工作量要小不少。這在城市橋隧方案兩相比較時是一項不容忽視的重要環(huán)節(jié)；

3)在良好地質情況下，礦山法施工隧道開挖、支護作業(yè)相對便速而價廉、工期也更短，已有豐富的實踐經驗，技術上較海上修建特大跨橋梁更有把握；

4)建隧不影響膠州灣良好的自然生態(tài)環(huán)境，對灣內港區(qū)日后發(fā)展和通航要求都沒有任何干擾和影響；

5)據(jù)青島市工程咨詢院（當年的前期論證負責單位）的調研測算資料：建隧投資合32億元，而建橋投資則高達41億元，隧要比橋節(jié)約造價28% 。

3.但是，建隧方案的缺點和不足也是客觀存在的，它們主要是：

1) 隧道運營中由于洞內需日夜照明和人工通風，其它如通訊、監(jiān)控和消防防災等設備的需用量大，其耗用的電能大，隧道運營投入（含隧道維護、管理的人力、物力）也都較橋梁為高，年均營運成本估計在3000萬左右；

2) 相對在橋上行車，隧道內的行車條件比較差，洞內行車事故也比較多。

4.橋、隧兩者的工程耐久性問題，其設計基準使用期在良好維護保養(yǎng)條件下均可滿足安全使用100年，而事實上如有良好養(yǎng)護維修則均可望更長達120～150年以上；但在此處海水、海洋氣候環(huán)境（氯離子侵蝕）和洞內汽車尾氣（CO2,CO）造成襯砌砼保護層碳化等自然腐蝕條件下，隧道砼襯砌較之大橋鋼纜和箱梁，何者更為堅固耐久（同樣的經常維修和養(yǎng)護情況），這個問題國內外似尚無定論。

綜上對比研究后，經慎密考慮最終抉擇采用了海底隧道，我認為是正確的；施工實踐也證實了這一點，但猶待在日后運營中進一步檢驗和考察，以積累海底隧道的運營經驗。

三、服務隧道設置

國內外長大水底隧道和越嶺隧道許多都在上下行主隧道的中間位置加設了服務隧道，就水下隧道而言，有如：英吉利海峽隧道、我國廈門翔安海底隧道等等都是。在對這一問題的評議中，就膠州灣海底隧道要否設置服務隧道，由于各方意見不一，經歷了“設、不設、又再設”的幾番反復，后來的施工實踐證明了加設服務隧道還是劃得來的。這是因為：服務隧道不只是作為先行導洞（超前地質探洞）和增加開挖作業(yè)面（沿隧道縱向從服務隧道的左右橫向增設一處或幾處施工平洞后可做到“長洞短打”）兩者的需要之外（在早年建成的秦嶺終南山高速公路隧道施工中，利用左鄰尚在擴挖的鐵路隧道作為服務隧道，對上兩者的優(yōu)點曾有過深切的體會），它還能滿足以下的其它各種功能，主要有：

1.用作為施工進（或排）風管道布設，溝通作業(yè)面到洞外，風管不占主洞幅員；

2.供作運輸施工機具、設備到洞內作業(yè)面的通道，而不致干擾主洞施工作業(yè)；

3.供作運營通風時的風道和專用排煙道（火災工況下）；

4.供作洞內火災時的消防救援通道；

5.供作運營時主洞內沖洗路面污水的疏排、泄水通道（服務隧道設置于左右主隧道居中的稍下方位置，在其最低點設地下泵房）；

6.供作布設電纜、煤氣管和其它專用管線設施的過海通道，等等，不一而足。

所以，服務隧道的功能如上述應該是多方面的，其中，用作施工先導的、對作業(yè)面塌方和突水的風險預警和因增加作業(yè)面而大大縮短工期兩個方面的積極效果更是十分突出的。

四、設計、施工、科研特色

緊扣設計施工進度，本項工程曾進行了一系列既富理論內涵、又具工程實用價值的科學研究。據(jù)我了解，認為最有意義的似有以下各項課題；此處說的恐掛一漏萬在所難免，這里就不追求全面闡介了。這些課題主要的有：

1.在隧道開挖和支護設計中，進行了對各種不同開挖方案（如上下臺階法、CD工法、CRD工法、側壁導坑、留核心土法、其它分部開挖法等等）的施工力學數(shù)值分析，而不只滿足于整個斷面開挖完成和設置支護以后的力學效應。對軟弱松散圍巖言，這種施工力學分析更顯必要和重要；

2.研究探討了硬巖失穩(wěn)的力學機制——塊體分析和赤平投影設計方法，得出了導致硬巖失穩(wěn)的“關鍵塊體”及其多米諾骨牌式的硬質圍巖塌方、失穩(wěn)狀態(tài)及其所在的具體部位；

3.洞內不良地質缺陷地段的超前地質預報和工程險情預警；

4.對軟弱圍巖施工變形的智能預測與控制（屬高一層次的信息化施工）；

5.地下深層承壓水的控制與防治；

6.圍巖預注漿加固的實施，與結合圍巖構造和變形實際的、新型防水材料的優(yōu)選與采用，等等。對上述各個課題這里也就不展開介紹和探討了。

五、結束語

我想用一首不成文的短句，來體念自己對隧道建成通車周年的感慨吧：

島海風煙，春光好，天塹變通途；

鉆爆驚濤，憶崢嶸歲月稠；

加鞭都為人民，揭海底奧秘，山河添色；

日月輝映，千秋功業(yè)，好把豐碑刻；

隧道通車，慷慨大地遍澤。

謹以上面的短句獻給為青島膠州灣海底隧道建設作出辛勞貢獻的人們！感謝你們！

辛卯年早春佳日

于滬濱同濟園

（2012年3月舊文錄記）

鏈接：

膠州灣海底隧道簡介

青島膠州灣海底隧道，就過海段而言，它是我國第二長海底隧道（廈門翔安海底隧道過海段的長度居首位），南接黃島區(qū)的薛家島街道辦事處，北連青島主城區(qū)的團島，下穿膠州灣灣口海域。隧道全長約7800米，其中海底段隧道長約3950米。設雙向六車道，設計車速80公里/小時。膠州灣隧道處于火山巖及次火山群地帶,覆蓋層較薄,斷裂帶密集,共穿越18條斷層破碎帶,斷面最大跨度達28.20米,最深處位于海平面以下82.8米。路線等級為城市快速路，設計基準期為100年。隧道采用V形坡，隧道最低點高程為－70.5米，至海底面44.5米，隧道的最小埋深25米。采用雙洞加中間服務隧道，礦山法施工，工期為3-4年。2011年6月竣工通車?？偼顿Y31.8億元（不含城區(qū)接線工程），其中工程投資23.1億元，拆遷及征地等其他費用5.1億元。

悠悠島灣水 依依憶念情——記對膠州灣海底隧道一縷抹之不去的追憶

上世紀90年代初，我有幸參加青島、黃島通道工程早年論證、評議工作，并擔任召集人，對該工程建設項目從工程線位、方案取舍、橋隧比選、建設可行性和經濟性、合理性，到初步設計以及工程招投標……，一路走來，目睹并參與了它的建設全過程。近20年了，往事歷歷如在眼前，轉瞬滄桑巨變，天塹變通途，令人感慨系之！

孫 鈞——中國科學院院士、同濟大學資深榮譽教授

孫 鈞，中國科學院院士，同濟大學資深榮譽教授。解放前夕上海國立交通大學畢業(yè)。歷任國際巖石力學學會副主席暨中國國家小組主席、中國巖石力學與工程學會理事長、中國土木工程學會副理事長。長期在高校從事教學和科學研究，在巖土力學與工程、隧道與地下工程領域有深厚造詣。幾十年來，承擔并完成國家各個五年計劃科技攻關、863和國家基金、部委省市重大項目等約70項，發(fā)表論文340余篇并專著8部，獲國家和省部級獎19項。是現(xiàn)代“地下結構工程力學”學科分支的主要奠基人與開拓者之一。