李更新 沈陽化工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院

邊晶梅 畢子楊 沈陽化工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院

新中國成立以來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度不斷加速。交通運(yùn)輸業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)性領(lǐng)域和拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)交流和增長的基礎(chǔ)性領(lǐng)域，已經(jīng)取得了舉世矚目的成就。到2019年，我國汽車保有量已超美國位居世界第一，截至2021年末，遼寧省民用汽車擁有量達(dá)1003.2萬輛，隨之而來的是交通壓力也在逐步增大，堵車問題日漸凸顯，尤其是在人口密集城市（如沈陽市、大連市）尤為突出，上下班高峰時(shí)期更是嚴(yán)重。

遼寧省海岸線參差蜿蜒，對跨海交通的需求越來越大。世界上主要跨海交通方式有橋梁、隧道等，其中水下隧道既不受臺(tái)風(fēng)、濃霧等惡劣天氣影響，可以全天候運(yùn)營，又不影響水上航運(yùn)作業(yè)，并且在戰(zhàn)時(shí)具有極高的隱蔽和防御能力。我國沉管隧道經(jīng)過近30年的發(fā)展，無論是應(yīng)用場景還是技術(shù)路線，都已取得了較大發(fā)展。

1.沉管海底隧道發(fā)展概述

1.1 沉管海底隧道發(fā)展歷史

沉管隧道技術(shù)最早可追溯至1810年Charles Wyatt在倫敦進(jìn)行首次沉管隧道施工試驗(yàn)。早期的沉管隧道技術(shù)一般僅用于內(nèi)河的通道建設(shè)，隨著設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的不斷發(fā)展和工藝難題的逐步克服，沉管隧道的適用范圍也逐漸擴(kuò)大到河床、海床上。1993年我國大陸第一條大型公鐵兩用水下隧道— 珠江隧道的建成標(biāo)志著我國沉管隧道技術(shù)成功實(shí)踐。1910年世界上第一條沉管鐵路隧道— 底特律河鐵路隧道的建成作為里程碑事件，開啟了沉管隧道在全世界范圍的飛速發(fā)展階段。

近些年，我國沉管海底隧道技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。港珠澳大橋采用橋-隧結(jié)合的方式成功實(shí)現(xiàn)了珠江三角洲西岸“兩制三地”的聯(lián)接，其中島隧工程是迄今世界范圍內(nèi)最長、規(guī)模最大、綜合難度最大、要求最高的跨海橋隧工程，采用沉管法施工的海底隧道是我國首條于外海建設(shè)的沉管隧道，也是目前世界唯一深埋大回淤節(jié)段式沉管工程。在此成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，位于遼寧省大連市的大連灣海底隧道于2017年開工建設(shè)，是我國采用沉管法建造海底隧道的又一宏偉實(shí)踐。

1.2 沉管海底隧道特點(diǎn)論述

沉管法也稱管段浮運(yùn)沉埋法，是一種用于水底建設(shè)隧道的施工方法：將若干個(gè)按設(shè)計(jì)形狀和尺寸在干塢或船臺(tái)預(yù)制的沉管管節(jié)分別浮運(yùn)和定位沉放在已疏浚好的基槽內(nèi)并回填砂土以完成安裝施工。其主要過程分為預(yù)制段（管節(jié)）制作、基槽處理、預(yù)制段（管節(jié)）運(yùn)輸與沉放、水下連接和回填等。沉管海底隧道是特指在海域水下使用沉管法修建的隧道工程。

目前，沉管海底隧道有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種材料形式，前后者斷面形狀主要有圓形和矩形兩種，按斷面布局可分為單孔或多孔。沉管海底隧道型式的選擇不僅要依據(jù)所掌握的技術(shù)及擁有的設(shè)備，還與經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備、管理能力、經(jīng)濟(jì)效益等有很大關(guān)系。近年來，現(xiàn)代科技已更多應(yīng)用于施工過程，使得沉管海底隧道質(zhì)量、安全、進(jìn)度和成本控制能力大大提高。相比于其它工藝的隧道工程，沉管海底隧道工程具有以下優(yōu)勢：

環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。相較于其它隧道施工方法，沉管海底隧道對地層硬度和地基允許承載力的要求較靈活，且在常見的雨（雪）、霧（霾）、風(fēng)等惡劣天氣和一般洋流作用下仍可發(fā)揮作用，對地質(zhì)、氣象、水文條件適應(yīng)性較強(qiáng)。

設(shè)計(jì)靈活度高。在制作材質(zhì)方面，可結(jié)合成本、技術(shù)、使用環(huán)境等條件靈活選擇鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；在斷面形狀方面，由于管節(jié)是在造船臺(tái)或干塢中制作而成，因此可以根據(jù)功能要求靈活選擇橫斷面形狀，可圓可方亦可混合使用；在斷面大小方面，可根據(jù)使用需要定制管節(jié)尺寸，如設(shè)計(jì)成雙向多車道型。

目標(biāo)可控性好。在質(zhì)量控制方面，管節(jié)預(yù)制可較易保證防水等質(zhì)量目標(biāo)，精確定位技術(shù)的應(yīng)用可確保沉放精度范圍，重型船舶、大型機(jī)械的使用可為質(zhì)量控制提供保障；在工期控制方面，沉管隧道的管節(jié)預(yù)制、基槽處理、浮運(yùn)沉放等主要工序可在不用物理空間平行作業(yè)，工序間干擾少，可以有效縮短工期；在經(jīng)濟(jì)控制方面，在設(shè)計(jì)階段可綜合考慮使用需求靈活調(diào)整方案，加之水底土方工程量較小，有利于追求成本效益最優(yōu)化，同時(shí)因管節(jié)已預(yù)先制作，故海上施工期對航運(yùn)和周圍環(huán)境干擾較小，對社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響可控。

1.3 我國沉管海底隧道工程發(fā)展特點(diǎn)

建設(shè)規(guī)模不斷增大。從首座沉管隧道工程竣工以來，我國沉管隧道工程無論是在沉管管節(jié)尺寸、設(shè)計(jì)使用年限，還是在工程跨度、工期和造價(jià)控制方面，都在不斷邁上新臺(tái)階，為發(fā)展沉管海底隧道提供了有力支撐。

應(yīng)用場景不斷拓展。我國沉管隧道建造地從淺水區(qū)向深水區(qū)發(fā)展，逐步適應(yīng)較大水流速度條件。隨著海港(海灣)周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對大容量交通通道的需求日益增長，使得可與不同工法組合使用的沉管法海底交通隧道方案更具優(yōu)勢，如橋島隧組合已經(jīng)在港珠澳大橋等工程中得到應(yīng)用。

施工裝備水平和最終接頭技術(shù)不斷進(jìn)步。自20世紀(jì)發(fā)明GINA橡膠止水帶，采用水力壓接技術(shù)實(shí)現(xiàn)管節(jié)柔性接頭，到伸縮式最終接頭的成功應(yīng)用，隧道的縱向設(shè)計(jì)技術(shù)不斷突破。后填法基礎(chǔ)墊層技術(shù)的發(fā)明解決了沉管隧道基礎(chǔ)墊層平整度問題。隨著沉管法技術(shù)應(yīng)用范圍和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，為適應(yīng)分部分項(xiàng)工程技術(shù)的組合應(yīng)用，我國專用施工設(shè)備不斷創(chuàng)新。

2.遼寧省發(fā)展沉管海底隧道影響因素分析

2.1 技術(shù)因素

2.1.1 工業(yè)體系支撐

遼寧的工業(yè)體系發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一階段為1949年至1977年的探索發(fā)展期，主要特點(diǎn)是在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下的粗放式自然資源開發(fā)，表現(xiàn)為形成了以重工業(yè)和化工業(yè)為主的工業(yè)格局。第二階段為1978年至2002年，改革開放背景下，遼寧工業(yè)規(guī)模雖有增長，但相比內(nèi)地以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的跨越式發(fā)展模式，內(nèi)生動(dòng)力明顯不足，增速和市場競爭力下滑明顯。第三階段為2003年至今，尤其是十八大以后，東北振興戰(zhàn)略為遼寧工業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)心劑，遼寧工業(yè)逐步向新型工業(yè)化靠攏，逐步發(fā)展輕工業(yè)，工業(yè)指標(biāo)增速也出現(xiàn)了觸底反彈現(xiàn)象。

沉管隧道的施工是一項(xiàng)重工業(yè)和輕工業(yè)同時(shí)發(fā)力的系統(tǒng)工程，主要體現(xiàn)在大型機(jī)械制造及自動(dòng)化水平等方面。遼寧作為東北老工業(yè)基地的重要一員，重工業(yè)門類齊全，輕工業(yè)在近20余年也得到了飛躍發(fā)展，對于沉管海底隧道工程的發(fā)展具備很好的工業(yè)體系支撐。

2.1.2 技術(shù)和知識(shí)儲(chǔ)備

已建成的港珠澳大橋沉管隧道工程造就了多項(xiàng)世界之最，積累了一大批技術(shù)人才、經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備和專利技術(shù)。作為我國北方首條沉管海底隧道，大連灣海底隧道很好的運(yùn)用了港珠澳大橋沉管隧道工程的經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備，并于2017年正式開工建設(shè)，預(yù)計(jì)將于2024年竣工通車。大連灣海底隧道主線全長5035m，南北岸暗埋、敞開段1.7km，接線道路0.4km，人工島面積約0.5km2，沉管段長3035m，由1節(jié)135m管節(jié)、12節(jié)180m管節(jié)和5節(jié)148m管節(jié)組成，海底沉管最淺處也距海面20m以下，管節(jié)斷面尺寸為33.4 m×9.7m，首節(jié)沉管已于2020年12月9日成功安裝。

在我國海底隧道技術(shù)愈發(fā)成熟的背景下，北起遼寧大連旅順，南至山東煙臺(tái)蓬萊的渤海海峽隧道（煙大隧道）也于近些年受到了越來越多專家學(xué)者的研究探討。2019年國際橋梁與隧道技術(shù)大會(huì)上，中國科學(xué)院院士孫鈞表示渤海灣跨海通道的內(nèi)部研究已到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，課題組已完成通道方案的戰(zhàn)略性規(guī)劃研究報(bào)告并已上報(bào)國家發(fā)改委審批。

大連灣海底隧道工程的落地推進(jìn)，渤海海峽隧道方案設(shè)計(jì)和技術(shù)的反復(fù)論證，在極大鞏固了遼寧省建造沉管海底隧道的工業(yè)工程體系的同時(shí)，也為遼寧省積累了一大批工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備。

2.1.3 人才儲(chǔ)備

大連灣海底隧道作為位于遼寧省域內(nèi)的沉管海底隧道工程，為遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程培育了大批研究成果和技術(shù)人才儲(chǔ)備。加之我國其它沉管海底隧道工程的成功實(shí)踐與探索，更是豐富了專業(yè)人才庫。

此外不可忽略的是，截至2022年遼寧省高校數(shù)量已達(dá)194所，其中工業(yè)工程類研究型和應(yīng)用型院校具有很大占比。大量的高素質(zhì)工程技術(shù)人才也為遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程提供了有力保障。

2.2 經(jīng)濟(jì)因素

2.2.1 沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平較高

2021年，遼寧省沿海6個(gè)地級(jí)市的GDP總量在全省的占比超49%，2021上半年，遼寧省沿海6 個(gè)地級(jí)市的旅游業(yè)收入在全省占比達(dá)52.37%。從數(shù)據(jù)可見沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)底子較厚，旅游業(yè)較為發(fā)達(dá)，可為發(fā)展沉管海底隧道工程和配套基礎(chǔ)設(shè)施提供較好經(jīng)濟(jì)助力。同時(shí)，沉管海底隧道工程的建設(shè)也可形成正向反饋，更好促進(jìn)旅游業(yè)收入增長和激發(fā)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活力，對省內(nèi)沿海城市具有很好的的經(jīng)濟(jì)和民生意義。

2.2.2 資金支持力度大

“十四五”時(shí)期，遼寧交通基建投資達(dá)5976億元。在水運(yùn)方面，遼寧將加快沿海地區(qū)港口建設(shè)，推進(jìn)營口仙人島港區(qū)LNG碼頭等9個(gè)新項(xiàng)目開工，完成盤錦榮興港區(qū)公共航道等4個(gè)續(xù)建項(xiàng)目竣工，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)港區(qū)疏港鐵路全覆蓋、全省集裝箱海鐵聯(lián)運(yùn)量保持100萬標(biāo)準(zhǔn)箱以上、提升多式聯(lián)運(yùn)服務(wù)效率和發(fā)展?jié)摿?，促進(jìn)大連及沿海城市港口積極融入“一帶一路”國家發(fā)展戰(zhàn)略。

2.3 環(huán)境因素

2.3.1 政策環(huán)境

2009年7月，《遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃》上升為國家戰(zhàn)略，海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。黨的十八大報(bào)告提出全面振興東北地區(qū)老工業(yè)基地戰(zhàn)略，并逐年加大投入力度。十八大以來，中央領(lǐng)導(dǎo)人先后深入遼寧調(diào)研并作重要講話，從黨和國家事業(yè)發(fā)展全局的戰(zhàn)略高度，為遼寧省貫徹新發(fā)展理念、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)全面振興把脈定向、掌舵領(lǐng)航。遼寧省作為東北地區(qū)通過“一帶一路”與東北亞乃至歐洲開放的重要門戶和關(guān)鍵站點(diǎn)，與“一帶一路”戰(zhàn)略深度融合。而中國（遼寧）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)的落地建成，使得遼寧的開放水平越來越高。

無論是東北地區(qū)老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略，還是“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，政策紅利必將為遼寧省這一擁有較長海岸線的東北大省發(fā)展海運(yùn)交通乃至水運(yùn)交通提供強(qiáng)大支撐，而海運(yùn)交通的完善也將為遼寧省更好助力東北振興和推行“一帶一路”戰(zhàn)略提供有益反饋。

2.3.2 社會(huì)環(huán)境

遼寧省海岸線長達(dá)3026km，且蜿蜒曲折，遼東半島南部海岸線更是極不規(guī)整，岸上公路也因地貌不平整而多呈蛇形，大大增加了建設(shè)成本和通勤時(shí)間。隨著北部兩省人口向南流動(dòng)的趨勢未見扭轉(zhuǎn)，加之濱海城市的宜居氣候?qū)?nèi)陸居民的吸引力只增不減，預(yù)計(jì)未來時(shí)期遼寧省沿海城市人口數(shù)量將緩慢增加。沿海岸線居民集中且跨區(qū)域交往密切，對于市際更為便捷的交通需求也將隨之增加。

遼中南地區(qū)與我國內(nèi)陸地區(qū)的通勤方式雖已“陸?？铡比?，但空勤成本高昂，輪渡受洋流及氣候影響較大，公鐵路方式需繞過遼東灣呈“U”或“L”形，大大降低了通勤效率。2021年遼寧全省水路客運(yùn)量僅0.03億人，更加說明易受氣候和洋流影響的水路運(yùn)輸仍具有很大增長空間。

2.3.3 自然環(huán)境

氣候水文方面，遼寧沿海地區(qū)緯度較低，屬于溫帶大陸季風(fēng)性兼具海洋性氣候，降雨量大，“冬暖夏涼”，受海洋調(diào)節(jié)影響較大。海冰、風(fēng)暴潮、冷空氣浪、氣旋浪等海洋災(zāi)害對沿海地區(qū)影響最大，對水上通勤極為不利。

地質(zhì)條件方面，遼寧省沿海地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性較好，主要為相對穩(wěn)定區(qū)和相對較穩(wěn)定區(qū)，相對較不穩(wěn)定區(qū)很少，不存在相對不穩(wěn)定區(qū)。區(qū)域斷裂活動(dòng)發(fā)育，少數(shù)地區(qū)偶發(fā)地面沉降、地面塌陷、海岸侵蝕淤積、海水入侵等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，且集中于旅大半島、大連金州區(qū)、丹東市東部區(qū)域。大連旅順口區(qū)西部延伸至丹東市南部近陸海域?yàn)闇\埋基巖，綏中縣海域及遼東灣北部沿線近陸海域水下三角洲發(fā)育。

3.遼寧省沉管海底隧道工程發(fā)展總結(jié)

3.1 遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程現(xiàn)狀

規(guī)模從無到有。2017年正式開工建設(shè)的大連灣海底隧道開啟了我國北方建設(shè)海底隧道的元年，沉管法工藝也是第一次踏足東北大地。隨著一節(jié)節(jié)管節(jié)的順利鋪設(shè)安裝，大連灣海底隧道進(jìn)入火熱建設(shè)期。與之配套的干塢等子項(xiàng)工程的順利建成，填補(bǔ)了遼寧省建設(shè)沉管隧道的技術(shù)空白。

配套技術(shù)不斷完善。隨著大連灣海底隧道和我國其它沉管隧道的管節(jié)埋藏深度、橫截面積、體積和重量的不斷突破，遼寧省在管節(jié)制造、浮運(yùn)、安裝，以及抗壓和密封等方面積累了寶貴技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，與其相適應(yīng)的干塢和船舶等超大型配套設(shè)施也有了位居國際前列的硬件和技術(shù)儲(chǔ)備。這些寶貴積累對于將來更大的技術(shù)實(shí)踐突破奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

需求不斷擴(kuò)大。從大連灣海底隧道作為大連市內(nèi)快速交通，到后來對渤海灣海峽隧道這種市際乃至省際間交通要道的熱烈探討，人們對跨區(qū)域通勤的需求不斷擴(kuò)大。具有多重優(yōu)勢的沉管隧道工程將更加普遍的應(yīng)用到水下交通工程，不僅在工程建設(shè)周期和區(qū)域內(nèi)應(yīng)用密度上有所體現(xiàn)，更將在功能適應(yīng)性上凸顯，比如在多車道和多用途方面。

3.2 遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程的設(shè)想與建議

3.2.1 設(shè)想

在建大連灣海底隧道的持續(xù)推進(jìn)，儲(chǔ)備和培養(yǎng)了一大批配套技術(shù)、理論成果和專業(yè)人才，遼寧省可發(fā)揮近水樓臺(tái)的先天優(yōu)勢，鼓勵(lì)和支持其就近轉(zhuǎn)化。不僅可運(yùn)用在海底隧道建設(shè)，也可在內(nèi)河、湖泊等場景的水下通道建設(shè)發(fā)揮作用。

渤海海峽隧道（煙大隧道）如能順利實(shí)踐，將極大促進(jìn)遼寧省建設(shè)超大型水下通道和跨區(qū)域協(xié)同作業(yè)能力。長山群島作為國家級(jí)海島型森林公園，旅游資源和水產(chǎn)資源特別豐富，海底除局部深水道受海流沖刷外，大部分基巖為淺海相的細(xì)沙和淤泥所覆蓋；葫蘆島市綏中縣和大連市瓦房店市間海域地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)較為穩(wěn)定，水深較淺，遼東灣沿海陸運(yùn)通勤當(dāng)前呈“U”形格局；上述長山群島—普蘭店區(qū)、綏中縣—瓦房店市兩地是否滿足建造沉管海底隧道的要求，還需各方面因素綜合論證，且因各地間距離較長、區(qū)域發(fā)展水平不夠發(fā)達(dá)，建設(shè)海底隧道的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義有待商榷。

3.2.2 建議

注重政策和資金支持連續(xù)性。營造良好的市場環(huán)境，鼓勵(lì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，促進(jìn)工程項(xiàng)目有序發(fā)展；建立健全重點(diǎn)項(xiàng)目和國家級(jí)、省級(jí)課題監(jiān)督保障機(jī)制，引導(dǎo)大型工程全生命周期有序且連續(xù)性推進(jìn)落地；加大資金投入，尤其是涉及民生福祉和增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力的大型基建工程項(xiàng)目。

重視地質(zhì)因素影響。遼寧省域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要活動(dòng)斷裂有郯廬斷裂帶、金州斷裂帶和鴨綠江斷裂帶等；遼寧省域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，區(qū)域地殼垂直形變主要向渤海沿岸傾斜，沿海地區(qū)水平形變位移整體均勻；區(qū)域影響較大的地震條帶有北東向郯廬帶北段、北西向燕山—渤海帶和北西向朝鮮半島條帶。在進(jìn)行大型基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)施工時(shí)，要充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行全面且科學(xué)的地質(zhì)學(xué)研究。

重視經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性論證。遼寧省沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大，要充分考慮跨區(qū)域修建沉管海底隧道對兩岸城市發(fā)展的效益程度；同時(shí)，遼寧海域水運(yùn)繁忙，漁業(yè)依賴度較強(qiáng)，要考慮海底隧道工程施工周期對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不利影響；注重可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)成本、安全、質(zhì)量管理。

4.結(jié)語

經(jīng)過幾十年的努力，我國沉管海底隧道工程有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。大連灣海底隧道的順利建設(shè)為遼寧帶來了發(fā)展沉管海底隧道工程的有利條件。沉管隧道技術(shù)不僅可以在跨海交通，也可在內(nèi)河、湖泊等場景建設(shè)水下通道時(shí)運(yùn)用，對緩解通勤壓力、改善民生福祉方面具有積極意義。遼寧省擁有較長海岸線，同時(shí)作為東北地區(qū)老工業(yè)基地振興和一帶一路戰(zhàn)略的重要角色，具有很好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境條件，發(fā)展沉管隧道技術(shù)，充實(shí)沉管海底隧道研究，可提升遼寧在水下通道建造方面的綜合競爭力，更好服務(wù)遼寧發(fā)展。

在發(fā)展沉管海底隧道工程時(shí)，要深入分析和結(jié)合各類因素，充分論證；以系統(tǒng)工程思維綜合考究技術(shù)能力、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)等條件影響；同時(shí)注重人才和知識(shí)成果積累與轉(zhuǎn)化。