孫 鈞

(同濟(jì)大學(xué)， 上海 200092)

0 前言

渤海海峽跨海通道研究的主要設(shè)想是利用渤海海峽的有利地理?xiàng)l件，從山東蓬萊經(jīng)長島至大連旅順，建設(shè)公路和鐵路相結(jié)合的跨越渤海的直達(dá)快捷通道，將有缺口的“C”形交通變成四通八達(dá)的“D”形交通，進(jìn)而形成縱貫我國南北的東部鐵路、公路交通大動(dòng)脈[1-2]。

渤海海峽跨海通道擬議中的建設(shè)問題，經(jīng)過多方努力，現(xiàn)已完成該通道方案的戰(zhàn)略性規(guī)劃研究報(bào)告并正上報(bào)審批。對此類國內(nèi)外業(yè)界矚目、廣泛關(guān)注的世紀(jì)性宏偉工程再多作些進(jìn)一步的深化研商，以謀求各項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵決策能集思廣益，求得諸疑難問題的逐一優(yōu)化解決，就目前言是十分必要的。

以下對幾點(diǎn)有關(guān)問題略述自己不成熟的思考和淺見，借以拋磚引玉，供業(yè)界同仁請教、指正。

1 在建設(shè)渤海海峽跨海通道的必要性方面，對一些疑議問題的商榷

1.1 我國長城關(guān)內(nèi)外交通運(yùn)輸量增長的需求，是渤海海峽跨海通道建設(shè)位列首位的決定性因素

據(jù)有關(guān)的可信資料，從下列幾項(xiàng)有關(guān)交通運(yùn)量的歷時(shí)增長數(shù)據(jù)(見表1)， 可以說明問題。

表1近年來環(huán)渤海灣區(qū)域交通運(yùn)量發(fā)展統(tǒng)計(jì)

Table 1 Statistics on development of traffic volume around Bohai Bay Region in recent years

欄次交通運(yùn)量 運(yùn)量年鐵路客運(yùn)總量/萬人次年鐵路貨運(yùn)總量/萬t 12017年實(shí)際已達(dá)到的運(yùn)量8 0007 000 22017年實(shí)際可提供的運(yùn)量12 00010 000 3預(yù)測8～10年后所需求的運(yùn)量15 0008 000 4 2018年京沈高鐵投運(yùn)后,實(shí)際可提供的運(yùn)量23 00014 000 5 環(huán)渤海灣城市群建設(shè)增長后(5～8年內(nèi)),將可提供的運(yùn)量30 00016 000

注： 對比第1欄與第3欄，因產(chǎn)業(yè)升級和今后管道運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，日后貨運(yùn)量增長將趨穩(wěn)。

從表1的數(shù)據(jù)可見： 就當(dāng)前1～3年內(nèi)，實(shí)際上關(guān)內(nèi)外交通聯(lián)系靠已有的鐵路運(yùn)能似尚能滿足需求；但對比第4欄與第5欄，在5～7年以后，由于環(huán)渤海灣城市群建設(shè)及其產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，以2018年現(xiàn)有鐵路運(yùn)能看，將感“捉襟見肘”。如仍然采用為增加運(yùn)能而另外再在舊線上增加列車(現(xiàn)有舊線，特別是津浦段的運(yùn)能當(dāng)前已呈飽和)，似已無多大余地，且運(yùn)輸線路繞行過長，運(yùn)行時(shí)間上也不劃算，屆時(shí)興建渤海海峽跨海通道將勢在必行(更應(yīng)注意跨海通道工程量巨大，其施工需要很長的時(shí)間)。需要指出的是，渤海海峽跨海通道即使于現(xiàn)在開建，也最早會在21世紀(jì)30年代中葉才能竣工通車、投入運(yùn)營，而并不是“今天動(dòng)、明天用” 。

正如上述，此處容易忽視的一個(gè)大問題是： 興建這類特大型海上/海底工程(無論是修橋，還是建隧)，是需要相當(dāng)?shù)氖┕すて诘?。以建隧為例，暫按隧道全長約125 km計(jì)，工期歷時(shí)將在15～20年，甚或更長。這樣，假設(shè)計(jì)劃于2020年啟動(dòng)開建，最早也將于2035年才能竣工通車。故此，上面說的從現(xiàn)在起之后的5～8年，隧道還正在加緊施工中，遠(yuǎn)未能投入使用而產(chǎn)生效益；而到2035年通車后，那時(shí)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要恐已早感工程施工進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上了，是一種即使現(xiàn)在開始修建就已感太晚的形勢了！

1.2 交通運(yùn)輸便捷性方面

現(xiàn)在鐵路運(yùn)行從大連經(jīng)山海關(guān)入關(guān)，繞行京津唐經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，再經(jīng)過濟(jì)南一線到達(dá)煙臺，兜了一個(gè)大圈子。如乘坐直達(dá)高鐵，經(jīng)天津中轉(zhuǎn)，約耗時(shí)10 h。普通快車和貨車其速度就更慢，耗時(shí)也將更長。乘飛機(jī)，“煙—大”直飛僅45 min，但其運(yùn)量過小。渤海口有直達(dá)輪渡，但也需6～7 h。在“時(shí)間就是金錢”，人們工作生活和貨物運(yùn)輸節(jié)奏普遍都要求快捷的現(xiàn)代社會，如何做到交通便捷、順暢、舒適，應(yīng)是旅程的首選。

渤海海峽跨海通道長約125 km(比繞行減少了約1 500 km的距離[2])，連帶兩岸接線，據(jù)有關(guān)研究資料顯示，全程約需45 min(列車洞內(nèi)運(yùn)行時(shí)速受隧道密閉空間內(nèi)列車運(yùn)行前方和側(cè)面風(fēng)壓增高的約束，擬暫設(shè)定為250 km/h)。據(jù)了解英法海峽隧道全長約51 km，隧內(nèi)安全行車平均車速僅設(shè)定為130 km/h。這是因?yàn)椋?隧道內(nèi)為密閉空間，車速如果過高，將導(dǎo)致車頭迎面和側(cè)面的風(fēng)壓驟然猛增，其風(fēng)頭壓力足以使列車車窗玻璃粉碎；同時(shí)，風(fēng)壓高還將導(dǎo)致洞內(nèi)列車運(yùn)行噪音呈高次方的比例加劇，會使乘客不能忍受。

英法海峽隧道因研究洞內(nèi)通風(fēng)問題十分精細(xì)透徹，當(dāng)年被國外業(yè)界譽(yù)為“air dynamics tunnel”，它設(shè)定的上述標(biāo)準(zhǔn)是有相當(dāng)?shù)睦碚摵蛯?shí)驗(yàn)依據(jù)的。當(dāng)然，此處渤海海峽跨海通道如能采用多種合理的洞內(nèi)宣泄風(fēng)壓措施，諸如隧道上方頂板增設(shè)排風(fēng)通道、側(cè)面雙洞間多設(shè)橫向水平聯(lián)絡(luò)通道等進(jìn)行泄風(fēng)降壓，以大力降低氣流風(fēng)壓，則有望將洞內(nèi)車速提高至180～200 km/h，甚或以上。估計(jì)計(jì)入列車啟動(dòng)時(shí)增速、到達(dá)前減速折算，當(dāng)需要40～50 min可跑完全程。較之上述的由陸上繞行，加快了多倍。

1.3 通道建成后的區(qū)域受益方面

“不同意現(xiàn)在就建”的一位專家的反對意見是：“如果今天的大連能達(dá)到上海的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，而煙臺現(xiàn)又已具備深圳那樣的創(chuàng)新科技局面，當(dāng)然贊成現(xiàn)在就建；否則，可以暫緩”。他把這條通道的作用局限地看作為只是大連和煙臺這2座城市間局部地域的交通聯(lián)絡(luò)問題，忘了工程施工決不會一蹴而就，即使現(xiàn)在開建，也還得待10多年后才能通車起作用。到那時(shí)，我國東北、華北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展又該是什么局面了？上述看法筆者不敢茍同。

“煙—大”跨海通道是我國沿海交通發(fā)展規(guī)劃中沿?！巴龂馈?黑龍江省同江市—海南省三亞市)的重要組成部分?，F(xiàn)在杭州灣大橋已通車多年，瓊州海峽火車客貨輪渡也早已開通使用。所以，建設(shè)渤海海峽跨海通道，它日后的服務(wù)面以及將為此受益的區(qū)域范圍，可說是因通暢了南北交通聯(lián)系而帶動(dòng)北達(dá)京津唐、大連、沈陽、長春、哈爾濱等諸大城市及所屬省、市的廣大地域，向南又將惠及濟(jì)南、煙臺、青島、徐州、連云港、合肥、南京，甚至蘇錫常、上海、杭州等長三角發(fā)達(dá)地區(qū)，而其間接受益面恐更將影響我國東部整片錦繡大地。所以，不能只看到煙臺、大連兩地，而應(yīng)著眼我國整個(gè)南北和關(guān)內(nèi)、關(guān)外的大片中華沃土，更又輻射全國的經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都將為之受益和得到促進(jìn)，產(chǎn)生巨大的正能量。渤海海峽跨海通道建設(shè)的重大意義非同一般！

正如今天的港珠澳大橋一樣，這座大橋?qū)⑹俏覈l(fā)展南方的粵港澳大灣區(qū)宏偉計(jì)劃的核心紐帶。渤海海峽跨海通道建成后，將對環(huán)渤海灣南北沿海岸區(qū)廣大地域技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生促進(jìn)甚至騰飛作用，將有望媲美京津唐、長三角、珠三角和上面說的粵港澳大灣區(qū)。當(dāng)前的說法是，增加區(qū)域間的相互融合將促進(jìn)更大地域范圍的經(jīng)濟(jì)增長，而交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，正是“要想富、先鋪路”，有一種必然的可喜前景。

1.4 關(guān)于興建渤海海峽跨海通道的時(shí)機(jī)

國外工程界很早前就有如下說法，甚至已是一種不成文的默契。是說：“一項(xiàng)工程建設(shè)，如果從各種需求上做測算，要等到工程建成的8～10年后才能達(dá)到所需求的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、社會效益指標(biāo)時(shí)，則一般認(rèn)為目前可以緩建；如果現(xiàn)在或建成后的3～5年以內(nèi)其需求指標(biāo)就要達(dá)到和實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)該馬上就開建(特大型工程還要著重關(guān)注工期，即需要的施工時(shí)間)；而如果測算在建成后的6～7年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)需求指標(biāo)，則需審時(shí)度勢，看當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和主客觀條件，經(jīng)妥慎研究后再作出現(xiàn)在修建與否的抉擇”。筆者非常同意以上論點(diǎn)。

此處的渤海海峽跨海通道，無論是修橋還是建隧，因工程規(guī)模十分宏大，技術(shù)又非常復(fù)雜，還可能在施工期間遇到各種不可預(yù)測的突發(fā)性和隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)(如：工期預(yù)測不準(zhǔn)、地震災(zāi)害、作業(yè)面嚴(yán)重突涌水、出現(xiàn)未預(yù)勘到的其他重大地質(zhì)災(zāi)變事故、施工期間爆發(fā)戰(zhàn)爭，等等)，筆者預(yù)估的施工工期(包括區(qū)域海床地形地貌、地震地質(zhì)和海床水文詳勘工作，恐需耗時(shí)3～5年)為18～20年。如果設(shè)定2020年正式興工，通車時(shí)間最早也已經(jīng)是2038—2040年了。那時(shí)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢的持續(xù)發(fā)展將會達(dá)到什么程度？筆者認(rèn)為，只要國家經(jīng)濟(jì)形勢許可，條件基本具備，就應(yīng)抓緊進(jìn)行各項(xiàng)前期工作，促使工程早日開工建設(shè)。

1.5 關(guān)于沿渤海灣海邊陸域另外新建沿?？焖賴?高鐵的建議

近日，在網(wǎng)上讀到了另一種見解。認(rèn)為海上建隧投資過高(粗估約3 000億元，恐將超出該預(yù)算)，而施工、運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)又大，建設(shè)工期過長(需18～20年)，反不如繞行整個(gè)渤海灣在其西側(cè)的沿海另外新建一條高鐵、國道來代替。它竣工歷時(shí)快，陸上施工和運(yùn)營都有成熟經(jīng)驗(yàn)，而資金投入將會少得多，約為海上建隧的1/3不到。但筆者對此只能指出： 此念差矣。

沿海陸域高鐵不能單純?yōu)榍蠼途o貼海邊修筑，不能只顧及始發(fā)和終點(diǎn)城市的快速聯(lián)絡(luò)，還應(yīng)主要考慮沿線要求通過環(huán)渤海灣諸大經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)而必需要停靠的各大城市，如沈陽、錦州、秦皇島、唐山、天津、滄州、德州、濟(jì)南、淄博、濰坊等，最終到達(dá)煙臺，通過付出巨額的交通投資帶動(dòng)并換取對這些周邊沿線城市和相鄰地域產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)和促進(jìn)作用。這樣，不就是擬新建的鐵路線與現(xiàn)在已有的津浦、京煙高鐵走向完全一致了？

已如上述，現(xiàn)在的津浦一線運(yùn)能早已呈飽和態(tài)勢，也決不會沿老路另再平行加修。因?yàn)?，如果那樣，征購億萬畝農(nóng)田和城市周邊的土地費(fèi)，加之沿線居民動(dòng)拆遷的間接花費(fèi)，恐較現(xiàn)在擬議的興建渤海海峽跨海通道高出數(shù)倍的投資；更且，在陸地繞行的時(shí)間上與此處興建海上通道也絕非一個(gè)層次可比。

筆者認(rèn)為現(xiàn)在就亟需在國家層面建立工程各項(xiàng)前期工作的協(xié)調(diào)機(jī)制，在國家審批通過后，積極開展“預(yù)可”、“工可”研究，并視條件和可能，抓緊進(jìn)行有關(guān)海床地形、水文、工程地質(zhì)與地震地質(zhì)以及海床水文等方面的各種詳勘工作；工程投融資方式(新的PPP模式在此處當(dāng)也有可喜的生命力吧？)和社會效益與經(jīng)濟(jì)效益評估分析等各項(xiàng)工作也都亟待抓緊開展。時(shí)不我待，事不宜遲！

1.6 施工風(fēng)險(xiǎn)問題

施工風(fēng)險(xiǎn)方面的前期研究工作中，現(xiàn)已見發(fā)表有多篇相關(guān)文獻(xiàn)，提及的各種主要施工和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)分別都達(dá)10多種，并采用各種方法進(jìn)行了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評估，這些都很好。有必要去做詳細(xì)的研究分析，并似宜將重點(diǎn)放在風(fēng)險(xiǎn)對策預(yù)案和與之相對應(yīng)的采用各種設(shè)定的工程整治措施方面。

工程“風(fēng)險(xiǎn)”與“危險(xiǎn)”不同，只要預(yù)先測算或估計(jì)到，并做到預(yù)判準(zhǔn)確及對其嚴(yán)重程度先有一定有據(jù)的預(yù)判，則絕大多數(shù)工程風(fēng)險(xiǎn)都是可以規(guī)避的、可控的，也是有辦法求得解決的。其要點(diǎn)還是早年毛主席對北京修建地鐵時(shí)曾說過的：“精心設(shè)計(jì)、精心施工”。我看這話現(xiàn)在還很管用。

20年前，還不敢說定下面的一段話，可現(xiàn)在不同了，大工程干得多了，心中有底氣了。筆者這里大膽斷言：“土木工程，當(dāng)然也包括海底建隧，諸凡施工中可能出現(xiàn)的困難、問題和風(fēng)險(xiǎn)，只要事先能夠覺察得到(而不是“突然襲擊”，來個(gè)措手不及)，現(xiàn)在國內(nèi)工程業(yè)界都有了各種各樣克敵制勝的應(yīng)對手段和經(jīng)驗(yàn)，也都有足夠的辦法和措施來應(yīng)對，但得要增加投入、花時(shí)間來解決各類不同的風(fēng)險(xiǎn)問題，所有這些自然都是十分必須做的”。

在各種各樣的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)中，筆者認(rèn)為最為要害的，可能是： 由于海床水情和地質(zhì)上的漏勘和誤勘，以及施工中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作有嚴(yán)重失誤所導(dǎo)致的重大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

此處再對渤海灣區(qū)域的主要地質(zhì)缺陷和可能導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害及其工程整治對策問題簡述如下。

僅從已見刊的少數(shù)報(bào)道來看，渤海海峽災(zāi)害地質(zhì)相對發(fā)育，其類型多種多樣，這是必須著重關(guān)注且采用應(yīng)對措施必須得當(dāng)?shù)淖畲蟮拈L期持續(xù)風(fēng)險(xiǎn)；而海床下淺層沼氣異常發(fā)育，潛在的巖漿活動(dòng)等也不容忽視。

利用穿過渤海海峽的多條單道和多道地震剖面，詳細(xì)弄清楚該灣區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征，顯得十分必要。在渤海海峽活動(dòng)斷裂發(fā)育方面，以NW和NE向?yàn)橹鳎粶\層氣發(fā)育，與蓬萊油田具有較好的對應(yīng)關(guān)系，顯示其為深層來源，而新構(gòu)造期巖漿活動(dòng)與區(qū)域活動(dòng)斷裂也具有較好的對應(yīng)性。故而，渤海海峽跨海通道的建設(shè)在地質(zhì)問題處理上難度巨大，后續(xù)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格、詳盡的風(fēng)險(xiǎn)評估，并采取有效的安全避險(xiǎn)、減險(xiǎn)措施。限于現(xiàn)有基礎(chǔ)資料匱乏，只能先說到這里。

2 渤海海峽跨海通道選用建隧方案的優(yōu)勢及對幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題的淺識

渤海海峽跨海通道中“蓬萊—長島”一線(只占工程全長的一小部分)的南邊一小段，由于有長山列島的眾多小島群(廟島群島，到北隍城島止)為過渡，且水深較淺，如果建長橋跨越，其橋基工程量相對會小得多，似可進(jìn)行橋、隧不同建設(shè)方案的比選(相信可能已經(jīng)做過一些了)；而再向北的一大段主體海域，因水深加大(最深達(dá)40 m以上)，又沒有沿程小島作過渡，可行的方案當(dāng)首選海底高速鐵路隧道。至于修建懸浮式水中橋(floating immersed bridge)(或稱懸浮式海底隧道(floating tunnel))，還只是一種可供設(shè)想的比選。由于國內(nèi)外均尚未有過類似實(shí)踐，如立即在如此宏偉的深水長大海上工程中貿(mào)然采用，則可能因其施工和運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)程度都過高而難以被審議通過。

2.1 選擇建隧的技術(shù)優(yōu)勢

海面臺風(fēng)和濃霧、地震頻發(fā)等惡劣氣象、地震地質(zhì)條件，對建橋而言都將是嚴(yán)重的制約因素。而與橋梁方案相比，選擇建隧的技術(shù)優(yōu)勢主要有： 1)能夠全天候通行。隧道過海對風(fēng)、雨、霧、震都基本無阻，對海工、港口(港區(qū)發(fā)展尚未有定論)和航運(yùn)方面也沒有不可克服的大的障礙和不利影響。而在海上高60 m(通航凈空要求)以上的橋上行車，將偶有遇到一定的翻車風(fēng)險(xiǎn)(盡管橋側(cè)設(shè)置了人工風(fēng)障)，甚至因受惡劣天氣的制約而封橋。 2)隧道深埋于地下，即使在大地震情況下，除了洞口重點(diǎn)部位設(shè)計(jì)時(shí)需要作抗震加固外，其主體隧洞的抗震性能優(yōu)良，在地層巖盤的圍護(hù)下因遭受震害而被破壞的概率比地上建(構(gòu))筑物和大橋等相對都要低得多。3)相對于大橋跨徑>1 000 m 的橋梁主跨而言，與巖盤穩(wěn)固、節(jié)理裂隙不發(fā)育且滲水量不大的隧洞圍巖相比，在工程造價(jià)方面，采用鉆爆法開挖隧道的資金投入將比特大主跨橋梁的費(fèi)用低(以青島灣口海底隧道建成后與若建橋的相互財(cái)務(wù)決算作比較，可作為實(shí)例說明)。但對小跨引橋而言，則一般的大橋引橋造價(jià)都比水下隧道造價(jià)為廉。此處，由于大部分海域水深達(dá)30～40 m，水下樁基工程量太大，對建橋來說還有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，更而會產(chǎn)生不易克服的困難。

一般還認(rèn)為，海床下隧道位置隱蔽，利于戰(zhàn)時(shí)防護(hù)，被破壞的概率較小。對此，現(xiàn)國內(nèi)地下和水下工程業(yè)界的共識是： 這種看法是不正確和不全面的。由于當(dāng)今的衛(wèi)星探測能力非凡提高；激光制導(dǎo)導(dǎo)彈和飛機(jī)投彈的命中率都在5 m以內(nèi)，彈體爆炸后產(chǎn)生巨大沖擊波導(dǎo)致的破壞力極大，即使不直接命中，也會引起海水和泥砂大量涌入受裂損的隧道內(nèi)，其后果定然是水下隧道要遭受嚴(yán)重?fù)p毀而修復(fù)又十分困難，較之橋梁戰(zhàn)時(shí)受損(較易修復(fù))實(shí)在是有過之而無不及。故此，該論點(diǎn)不是建隧的優(yōu)點(diǎn)，反而成為了難以克服的劣勢！

2.2 建隧方案中若干有疑議的觀點(diǎn)和對此不成熟的淺識

限于篇幅，本節(jié)在文字上擬不再作展開。

1)一種說法是，因?yàn)樗淼纼砂督泳€仍然會受惡劣、災(zāi)害氣候的影響而在災(zāi)害時(shí)關(guān)閉交通，即使建成了隧道也無法實(shí)現(xiàn)全天候通行，不還是“白搭”。(？)

2)特長大隧道的運(yùn)營通風(fēng)和防災(zāi)問題突出，將制約建隧方案的日后實(shí)施。(？)

3)隧道施工費(fèi)用比橋梁高得多，而除了造價(jià)外，其運(yùn)營和維養(yǎng)、管理費(fèi)用也都高于橋梁，從工程全壽命的經(jīng)濟(jì)效益分析，有感不劃算。(？)

4) 隧道內(nèi)行車速度受一定制約，不如在橋梁上行車順暢、快捷(？)，而建橋還可用公路、鐵路共建運(yùn)行。

5)因地質(zhì)條件制約，礦山法建隧(含TBM掘進(jìn))需要的埋深大，使隧道出入口將遠(yuǎn)離海邊岸線；而沿海邊岸上一般因城市交通發(fā)達(dá)、市內(nèi)道路網(wǎng)密集，與隧道呈正交的岸線相平行，各條道路車輛與隧道間用匝道銜接時(shí)，進(jìn)出需繞行而耗時(shí)。(？)

6)海底建隧存在的許多不良地質(zhì)缺陷而引起的工程病害(如： 遇節(jié)理密集帶和膠結(jié)性差的斷層破碎帶、松散破碎大擠壓型變形帶等，更且有潛在的活動(dòng)斷裂等)一時(shí)較難以得到較好的治理。

以上的1)—5)打了“ ？”，筆者認(rèn)為都是在相當(dāng)程度上不難克服和改善的；只有6)才具有實(shí)實(shí)在在的難度，它是選用水下隧道存在的主要問題和風(fēng)險(xiǎn)，需要妥慎對待，進(jìn)一步完善對它的應(yīng)對措施。

3 渤海海峽跨海通道施工方案與工期估計(jì)

3.1 隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)與鉆爆法相配合

特長巖石隧道的開挖施工，應(yīng)以采用隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)為主；但因鉆爆法開挖的機(jī)動(dòng)性好及其適應(yīng)面廣的特點(diǎn)，擬建議此處以鉆爆法為掘進(jìn)機(jī)開挖的輔佐和配合，作為正、副兩手考慮，可能是合適的。此處，在上、下行主隧道之間，與之相平行地增設(shè)輔助性的服務(wù)隧道，除地質(zhì)勘探有用外，做到增加作業(yè)面而“長洞短打”，也將是十分必要的。

3.2 加建中間服務(wù)隧道

中間服務(wù)隧道(約φ5.5 m，見圖1)的必要性及其主要功能，可歸結(jié)為7個(gè)方面： 1)以服務(wù)隧道先行開鑿，作為施工先導(dǎo)，再利用它從其橫向兩側(cè)施打平洞，使主隧道能增加開挖作業(yè)面，做到“長洞短打”，從而可大大加快主洞施工進(jìn)度； 2)服務(wù)隧道可起到先導(dǎo)的超前探洞作用，以填補(bǔ)原先海上地質(zhì)勘探和海床地下水文勘測資料的不足，并就近用于施工期對主洞地質(zhì)、水文超前預(yù)報(bào)和探水險(xiǎn)情預(yù)警； 3)服務(wù)隧道在施工階段和日后運(yùn)營期間，都可用作主隧洞的進(jìn)風(fēng)或排風(fēng)通道，以大大減少(對此處鐵路隧道而言，甚或可以免除不用海上通風(fēng)豎井)沿程布設(shè)通風(fēng)豎井的數(shù)量(在通航海域，伸出海面的龐大豎井除作為夜間航標(biāo)外，會增添諸多不利因素)，還可兼作火災(zāi)工況下的排煙道(否則，主洞上方一般需吊設(shè)專用煙道板，從而增大隧道斷面尺寸)； 4)服務(wù)隧道在主洞施工期間，還可作為工程機(jī)具和施工器材等進(jìn)洞時(shí)的運(yùn)輸通道； 5)火災(zāi)工況下，服務(wù)隧道可作為消防、救援通道，救護(hù)車和消防車可通過服務(wù)隧道直達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，就近施救； 6)在服務(wù)隧道內(nèi)的一側(cè)，可安裝過海隧道的各種管線設(shè)施，但對電纜等過海，要加設(shè)妥善的防護(hù)措施； 7)服務(wù)隧道居上、下行主隧道的中間偏下位置，以便于主洞中清洗污水的排放，在服務(wù)隧道最低位置處設(shè)置地下泵站，像此處約125 km的特長隧道，將沿隧道全長由下至上直至近洞口以內(nèi)，設(shè)置不少于12～15座的接力式地下泵站。

圖1 中間服務(wù)隧道(單位： m)

Fig. 1 Service tunnel located between main tunnel tubes (unit: m)

3.3 隧道越海施工方案

跨海隧道橫斷面布置可有以下幾種不同方案，如表2所示。施工中可考慮選用國外現(xiàn)成的(可以現(xiàn)購)幾種TBM機(jī)械設(shè)備[3]，如圖2所示。此處如感尺寸不符合要求，則另需量身定制。當(dāng)然，如能采用國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)(如“彩云號”大型TBM,盤徑9.03 m，整機(jī)全長230 m，質(zhì)量約1 900 t，2017年8月在昆明中鐵電建總裝車間下線，現(xiàn)正用于云南大瑞鐵路高黎貢山隧道掘進(jìn)施工)，則尤為期待！

表2 渤海海峽跨海通道橫斷面布置的不同方案

此處，主要由工程建成后8～10年內(nèi)交通運(yùn)量增長(日后要對長遠(yuǎn)期的運(yùn)量發(fā)展另有預(yù)測)的初步估計(jì)，并暫定選用表2中的方案2(高鐵，單線、雙洞)為依據(jù)，以進(jìn)行后續(xù)粗估的方案實(shí)施，及作為其工期估計(jì)的依據(jù)。

以下將對隧道工程施工工序和所需工期粗略地作一些預(yù)估測算。此處暫按表2中的方案2(即高鐵，單線、雙洞，主洞φ8.0 m，服務(wù)隧道φ5.5 m)考慮。

主隧大洞TBM先通過小直徑服務(wù)隧道進(jìn)洞的技術(shù)關(guān)鍵在于： 需專門對所用多臺TBM作定制設(shè)計(jì)加工，將主洞TBM的大刀盤、中間核心塊主軸承和掘進(jìn)機(jī)作業(yè)艙，先拆卸、支解成一分為四；拖車部分也拆零后先拖進(jìn)服務(wù)隧道小洞，在其橫向一側(cè)的平洞口處打曲線轉(zhuǎn)彎，將彎口做成放大尺寸的弧形空間；另外，在主洞作業(yè)面后方約180 m空間處要作拓寬、拓高處理，以便有足夠空間和洞內(nèi)組裝場地，再用機(jī)械手將大直徑(φ8.0 m)TBM重新組裝成整體。平洞轉(zhuǎn)彎處和作業(yè)面后方180 m地段，均先用鉆爆法開挖成約φ10 m 的大洞，即比主洞直徑再加大約2 m 。

(c)海瑞克TBM(φ9.45 m)，全長140 m

3.4 跨海隧道施工方案的實(shí)施

按表2中的方案2，將上述跨海隧道的施工方案再分別以以下 2種子方案作比選后擇優(yōu)實(shí)施。

3.4.1 第1子方案

中間服務(wù)隧道先行，用作施工期的輔助通道(φ5.5 m)。主洞大口徑TBM(φ8 m)的主體和后面拖車部分均需先拆卸成塊(中央的4 m 核心主軸承塊是個(gè)整體，不能拆解)，以便從服務(wù)隧道和平洞中進(jìn)入主隧道內(nèi)，之后在主洞內(nèi)組裝成一體，以便開挖掘進(jìn)。

在主隧道起始段(平洞進(jìn)主洞的兩側(cè)各長約180 m范圍)，先用鉆爆法成洞，其長度應(yīng)大于TBM全長再加約20 m，毛洞高、寬均擴(kuò)挖約2 m ，以便TBM及其后配套拖車均能先在洞內(nèi)重新組裝，然后再開挖掘進(jìn)。

3.4.2 第2子方案(備選)

主洞起始段(約180 m)先用φ5.5 m的小型TBM開挖(但在經(jīng)橫洞時(shí)，仍需拆卸，待進(jìn)入主隧道后再在洞內(nèi)重新組裝)；主洞先形成φ5.5 m的小洞為先導(dǎo)，隨后再用鉆爆法擴(kuò)挖成型，以容得φ8 m TBM 掘進(jìn)。當(dāng)然，也可以改用先將橫洞擴(kuò)挖成弧形大空間，使φ5.5 m 的TBM在打彎進(jìn)主洞時(shí)不需要先拆解。這樣可能更好。

上述2個(gè)子方案多年前在終南山秦嶺鐵路、公路隧道已成功采用過。利用此復(fù)線鐵路作為服務(wù)隧道，在其一側(cè)沿該隧道縱長加打了8 條施工平洞，為側(cè)翼后續(xù)施工的高速公路西安終南山秦嶺隧道(長約18 km)增設(shè)了16個(gè)作業(yè)面，所謂“長洞短打”，從而大大縮短了后者的工期。 當(dāng)時(shí)鐵路和公路雙方的成功合作，曾傳為佳話。

從后面所述的隧洞工期進(jìn)度分析情況看，此處先設(shè)定暫按第 1 子方案實(shí)施。

在深海巖盤內(nèi)掘進(jìn)開挖的特長大過海隧道，其暗挖段可能長達(dá)約125 km，然后再連上兩岸地面接線。由于海床地質(zhì)情況目前尚不明確，隧道埋深和縱剖面線形走向、各節(jié)段縱坡和坡長等均不可能準(zhǔn)確知曉，故影響隧道暗挖段的線形和長度。目前因資料匱缺，也不能在此有據(jù)確定。

3.5 對工期的粗略估計(jì)

3.5.1 極粗略的“完全成洞”綜合定額

這里說的“完全成洞”，不只是僅完成毛峒開鑿(土石方作業(yè))和構(gòu)筑好隧道襯砌，還包含： 多臺TBM的洞內(nèi)拆零和重新組拼，專業(yè)所用各類洞室的開鑿及室內(nèi)技術(shù)設(shè)施、設(shè)備安裝就位，隧道通風(fēng)、供電、照明、給排水、高鐵列車接觸網(wǎng)架設(shè)、無碴道床、鋪軌和洞內(nèi)裝修等等必要的所有作業(yè)。因此，其“完全成洞”的綜合定額取值只能是十分粗略的。

匯集完成以上一整套工種的綜合定額指標(biāo)，國內(nèi)外業(yè)界現(xiàn)在都還沒有過。此處，只是筆者近年來從他人(現(xiàn)在都已是國內(nèi)隧道界有相當(dāng)聲望和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專家了)那里調(diào)研、咨詢和學(xué)習(xí)中得到的。這當(dāng)然只能是極其粗略的，待將來施工組織設(shè)計(jì)出來，定將有大幅度的細(xì)化和修正。

3.5.2 就上述的具體情況而言，似應(yīng)有以下4點(diǎn)需著重考慮

1)利用建設(shè)籌劃階段(有關(guān)方曾說需3～5年，含工程地質(zhì)、海床水文各項(xiàng)海上詳勘工作)，同時(shí)，此處按將“服務(wù)隧道”用作為圍巖地質(zhì)、水文探洞申報(bào)提前作業(yè)的名義，則在規(guī)劃階段即可同步進(jìn)行服務(wù)隧道的開挖和支護(hù)，工期安排也在工程籌劃階段就先行同時(shí)進(jìn)行；主洞進(jìn)洞則定然要在初步設(shè)計(jì)完成之后再開展施工招投標(biāo)工作。

2)利用服務(wù)隧道從其兩側(cè)橫向開鑿施工平洞，現(xiàn)設(shè)定主隧洞可分成5個(gè)區(qū)段作“長洞短打”，則125 km/5=25 km/區(qū)段，先后進(jìn)行流水、平行作業(yè)。此處跨海通道全長暫按125 km計(jì)，全長均按建隧方案考慮，作以下施工工期預(yù)測。

3)服務(wù)隧道只能南、北向單頭掘進(jìn)(只有到了中央最后一個(gè)區(qū)段，才為雙頭對打)，φ5.5 m，按以上“完全成洞”設(shè)定的綜合定額平均 330 m/月成洞估算，其年掘進(jìn)成洞為330 m×12月≈4 km /年。這樣，服務(wù)隧道1個(gè)區(qū)段25 km要耗時(shí)6年3個(gè)月打通并成洞(這里也是指上述的“完全成洞”)。據(jù)悉，近日云南高黎貢山隧道采用國產(chǎn)“彩云號”TBM(φ9.03 m)掘進(jìn)，最高日掘進(jìn)32.14 m，遠(yuǎn)高于國外名牌，令國人振奮！

4)左、右2條主隧洞按分割成5個(gè)區(qū)段，共設(shè)4條橫洞，整條雙線隧洞共10個(gè)掘進(jìn)作業(yè)面，按雙頭對打，因?yàn)槭谴蟪叽缢矶?φ8.0 m)，其石方量將是服務(wù)隧道的1倍多，單頭進(jìn)度暫按φ5.5 m折半計(jì)算，即進(jìn)尺減緩為按單頭165 m/月(日平均進(jìn)尺約5.5 m)，雙頭對打后，2頭×165 m/月×12月≈4 km/年。這樣，1條主隧道分段25 km“完全成洞”也需耗時(shí)6年3個(gè)月；總共5個(gè)區(qū)段，即全長 125 km 隧道，按南北向同步平行作業(yè)，連服務(wù)隧道先行，共約需19年才能“完全成洞”。這是筆者現(xiàn)在的認(rèn)識，不一定正確，僅供有更多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專家們指正。

3.5.3 幾點(diǎn)說明

若如上述，假設(shè)2020年為工程前期籌劃(服務(wù)隧道同時(shí)進(jìn)洞)的起始年，則粗略設(shè)想的工程進(jìn)度及施工組織安排見圖3。

南、北向同步平行作業(yè)。

圖3施工進(jìn)度與工期估計(jì)
Fig. 3 Estimation on construction progress and construction period

1)服務(wù)隧道可以工程地質(zhì)、海床水文探洞為由，在詳勘起始階段就可同步進(jìn)洞(2020年)；在左、右共4個(gè)區(qū)間開挖時(shí)，均為單頭(指按1個(gè)區(qū)段而言，謂之“單頭”打)掘進(jìn)，“完全成洞”速度以4 km/年計(jì)，需6年3個(gè)月完成1個(gè)區(qū)段。

其最中間的1個(gè)區(qū)段，為雙頭對打，“完全成洞” 速度則改以8 km/年，2035年8月服務(wù)隧道可以貫通。

2)兩邊主洞按規(guī)定只能在詳勘和隧道初步設(shè)計(jì)全部完成后(約2025年)，才能開始招投標(biāo)，嗣后進(jìn)洞施工(2025年)。共5個(gè)區(qū)段，均為雙頭對打。因主洞的橫斷面積大(約為服務(wù)隧道的1倍)，又是雙頭對打，其“成洞”速度亦可設(shè)定為4 km/年，也是按每6年3個(gè)月完成1個(gè)區(qū)段。其最中間的1個(gè)區(qū)段，對打合攏時(shí)間為進(jìn)洞后13年9個(gè)月，即在2038年9月貫通，也是指“完全成洞”，指全部工程作業(yè)(連洞內(nèi)裝修)均已完成。

3)按以上極粗略測算，可以期待，約在2038年9月，左、右側(cè)主隧道均可“完全成洞”，宣告竣工通車。這樣，連同海上詳勘的5年，總工期約19年。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，這只是一個(gè)極為粗略的估計(jì)，并需設(shè)定在施工期內(nèi)施工組織工作一切正常運(yùn)行，不發(fā)生任何重大突發(fā)事故(含工程決策不調(diào)整、不改動(dòng)，要求的所有器材、物資、設(shè)備均能及時(shí)到位，等等)為其先決條件。

4)這里最要害的一點(diǎn)是： 要研制和開發(fā)出一種專門為洞內(nèi)拆解和重新組裝TBM零部件成整機(jī)的新型圓形拼裝機(jī)械手，使拆零、拼裝作業(yè)均可以在洞內(nèi)快速、有序進(jìn)行。

在前期規(guī)劃與勘察、審批、籌款、投融資、設(shè)備購置、有關(guān)各方會簽和現(xiàn)場“三通一平”等各個(gè)環(huán)節(jié)，按需要耗時(shí)約5年作最樂觀的估計(jì)。已如上述，此處利用這一期間，以進(jìn)行地勘名義同步施工服務(wù)隧道作為探洞，使為主隧道開挖提供“長洞短打”的客觀條件。

這樣，如能使隧道的南北兩頭各先完成2個(gè)服務(wù)隧道的開挖區(qū)段(2段×25 km/段=50 km/頭)，此時(shí)在左、右主隧道各有10個(gè)開挖作業(yè)面的前提下，可基本上做到主洞10個(gè)作業(yè)面同時(shí)平行開挖作業(yè)。在主洞完成5個(gè)區(qū)段貫通并襯砌成洞的年限內(nèi)，其中還需包括TBM的洞內(nèi)拆解和再組裝、維修、刀具刀盤更換、掘進(jìn)機(jī)大修、故障停工和拆換零部件等等。在這些不得已的間歇期間，將以鉆爆法作輔助施工手段而不需待工歇業(yè)。

5)其他專用洞室的建設(shè)。這里還需要強(qiáng)調(diào)指出：特長大隧道決不只是如圖3所繪的上、下行2條直線(隧道主洞)，除了主體隧道和服務(wù)隧道以外，還定然要在隧道內(nèi)部設(shè)置為許多專業(yè)需用的各種專用洞室，其大小不一、位置各異，但均不可或缺。

筆者在20世紀(jì)80年代后期，應(yīng)邀去日本青函鐵路隧道(約53 km)作專業(yè)調(diào)查和訪問學(xué)習(xí)，由日方人員引導(dǎo)走遍除2條正洞外該隧道北岸的各種專業(yè)洞室。它們主要是： 供配電間，故障時(shí)使用的備用發(fā)電機(jī)房，照明供電間，數(shù)十個(gè)水泵房，制冷、供熱設(shè)備用房，交通信號管理用房，主控計(jì)算機(jī)房，指揮調(diào)度中心和事故處理、警衛(wèi)保安、消防、救護(hù)等等設(shè)施各類專業(yè)用房，可謂名目繁多、各司其職，不一而足。這些房間洞室及其設(shè)施、設(shè)備的安置和調(diào)試，也要投入大量的時(shí)間，當(dāng)然可以平行作業(yè)，不致過多耽誤總工期。

當(dāng)然，時(shí)代不同了。由于網(wǎng)絡(luò)和信息管理技術(shù)的進(jìn)步，上述的許多洞室可以從洞內(nèi)移到洞外的地面大樓內(nèi)，洞內(nèi)專業(yè)洞室的工程量當(dāng)可有大幅度地減少。

4 結(jié)語

如上所述，如預(yù)期從2020年規(guī)劃籌建，渤海海峽跨海通道大體將歷時(shí)19年才能竣工完成，土建及后續(xù)配套的風(fēng)、水、電、洞內(nèi)建筑裝修和鋪軌作業(yè)若能按序同步進(jìn)行。這樣，將在2039年左右實(shí)現(xiàn)通車。屆時(shí)，按國家遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃，為全國實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興之年(2049年)的前10年，跨渤海灣南北兩岸將共襄“世紀(jì)之夢”，完成關(guān)內(nèi)關(guān)外兩岸結(jié)為一體的圓夢盛舉！值得期待。

建議在國家層面盡快成立渤海海峽跨海通道工程項(xiàng)目的執(zhí)行組織機(jī)構(gòu)，并開展前期地質(zhì)勘探研究工作。

以下方面的問題，本文介紹時(shí)未能涉及，它們是：

1)海底隧道合理的最小埋置深度研究；

2)隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)選型及其在深海巖盤中掘進(jìn)的工程應(yīng)用與問題；

3)鉆爆法開挖施工機(jī)具設(shè)備的成套配置與評價(jià)；

4)長大隧道掘進(jìn)中地質(zhì)與施工信息的智能管理，以及智能監(jiān)控系統(tǒng)專用軟件的研制與開發(fā)，等等。