|
3月5日，“十三五”规划纲要草案公布，在加快完善高铁网部分提出要建设北京经福州到台北的高铁路线，这一提法引起关注。 实际上，“京台高铁”已经修到了大陆一侧的海峡边上，因为由几段高铁组成的“京福高铁”，包括京沪高铁的北京—蚌埠段（2011年6月30日通车）、蚌埠-合肥客运专线（2012年10月16日通车）和合肥-福州客运专线，已于去年的6月28日全线通车。 目前从北京开到福州，用时最短的G27次“标杆车”（停站最少，不过也停了8个中间站）1800多公里只需7小时44分，并仍有相当的提速空间。 再往前，从福州用公铁两用大桥跨海延伸到距离台湾最近的平潭岛，福州-平潭快速铁路也已开工，拟于2019年4月全线建成通车。  福州-平潭快速铁路，是合肥-福州高铁的延伸，也是京台通道的组成部分 在福平铁路的示意地图上，平潭也并非终点。再往前，延伸出的虚线继续伸向更宽阔的台湾海峡，并标注着方向：新竹。  京台高铁”唯一剩下的缺口，就是从平潭到新竹，跨越台湾海峡的通道了 新竹在哪里？台湾的西北沿海，新竹科学园区号称台湾硅谷，台湾高铁在此设有新竹站。 海峡对岸，台湾西海岸的高速铁路也已通车运营近10年。“京台高铁”唯一剩下的缺口，就是从平潭到新竹，跨越台湾海峡的通道了。 当然，所有的人都知道，真的要建跨海通道，需要两岸比现在高得多的政治互信，跨海通道开工之日，基本就是统一之时。 我们且不去管政治因素，从技术角度，修建台湾海峡隧道要解决哪些挑战？ 首先就是长度。 从平潭到新竹，最近的直线距离是128公里，加上前后的入海导引段，还有海底坡道带来的长度增加，至少需要修筑150公里的隧道。 另外，台湾海峡通道，由于是极其重要的航道，通航船只极多，吨位大（30-40万吨），航线密集，加之水深较大，还有台风的影响，修桥是不现实的。 同时，悬浮隧道、沉管隧道等新形式隧道也难以满足如此连续长距离的施工等要求，只有常规的地层隧道才能实现。 目前，世界上最长的铁路隧道有这么三座：  日本青函隧道：全长53.85公里，海底部分23.3公里，1985年建成。  英吉利海峡隧道：全长50.5公里，海底部分37.9公里，1994年建成。 瑞士新圣哥达隧道：全长57公里，2015年建成，2017年将投入使用。 可见，台湾海峡隧道的长度达到了这三条50公里量级隧道的3倍。超长的长度，在掘进、出渣等施工问题上的难度就不止是线性增长了。 那么，还有没有什么长度、体量能与台湾海峡隧道相比拟的呢？那就是即将兴建的渤海海峡隧道。 渤海海峡隧道从烟台蓬莱到大连旅顺，全长123公里，仅比台湾海峡隧道略短一点。但是，渤海海峡有一个地理便利条件是台湾海峡不具备的，那就是沿渤海海峡的横向，分布着一连串的小岛，也就是靠山东一侧的内长山列岛。  其中的南长山岛、北长山岛、大黑山岛、小黑山岛、砣矶岛、北隍城岛、南隍城岛等10余个岛屿，正好形成了一连串的“珍珠”。 各岛之间距离长则20公里，短仅2公里，这一个个岛屿就是建桥的天然桥墩、建隧道的气孔孔位，是世界上罕见的建设跨海通道的优越地理位置。  所以，渤海海峡通道的建设难度比想象的要低很多，可以有全隧道、南桥北隧的选择。 这样，从最北的南隍城岛到对岸的旅顺，距离实际只剩下41公里隔海相望。 要知道目前中国已通车的铁路隧道，已有32.6公里的青藏铁路新关角隧道，以及好几个28公里左右的长大隧道了。修一个41公里的隧道，难度就不是那么大了。 而且，即使是用最后选定的123公里全隧道方案，这些一连串的海中小岛，也能作为工作面竖井、通风竖井所用，这就涉及到挖隧道的另一个问题：开挖工作面。 如果挖一条长隧，又只能从外面两端的两头或者一头开挖的话，工期必然很漫长。 但如果能够在合理的其他部位，直接先打一个比较短的隧道，让工人和机器进入到隧道预定的中间位置，然后从这里开始，分别向两头预定的洞口处开挖的话，这就相当于有里外共4个掘进工作面左右对进，工期能缩短一半。 （这个办法在小学课文《詹天佑》上就提到） 实际上，现代的长隧道施工，往往远远不止打一个两个，各种利用地形特点插到中心地带的竖井（比如这里山体厚度比较薄，往下不用掘太深）、横洞（比如这里隧道两侧的山体比较薄）、斜井（介于竖井和横洞之间）比比皆是。 像新关角隧道，就设置了11座斜井（合计15.26公里）辅助掘进，这样，把一条长隧道，直接分解为十来个短隧道，即所谓的“长隧短打”，大大缩短工期。 但以上这些便利条件，台湾海峡具备么？ 现实的说，不具备。从平潭到新竹，一百多公里是没有岛屿的，而且水深从50米（西侧）到80米（东侧）不等，在“半路上”打辅助隧道非常困难。 那么这就意味着不打什么辅助井，一隧到底慢慢挖着就是了么？  1802年，法国工程师Albert Mathieu最早设想英法海峡隧道，当时即使只跑马车，油灯照明，也得考虑通风问题 不行。150公里的超长隧道，哪怕只跑电力火车，只靠两端通风也是不够的，各种因素都考虑上的话，每隔50公里左右还是得开有一个通风井。再结合隧道长度，辅助竖井还是必须要打。  英法隧道19世纪晚期的设想图，构筑人工岛或者人工平台就成为选项 茫茫大海，怎么打下去？那就必须得构筑人工岛或者人工平台了。  可以再来参考正在兴建的港珠澳海上通道的情况。为了便利珠江口出入的大型船只，港珠澳通道采用桥隧组合方案，其中海中隧道约7公里。为了连接海上大桥和海底隧道的转换，在深约10米的珠江口要修建两个人工岛。  上海振华重工从上海长兴岛基地，用自有的巨型装载船，每次运载8只巨型钢桶，至1600公里外的港珠澳大桥施工海域。每个人工岛平均需要60个巨型钢桶。 怎么修？直接填海么？那是不行的，水流很快会把投下去的石料土方冲开，效率会非常低。 这里稍微解释一下南沙吹填，这也是围海造陆的一种，所谓“围海造陆”，第一前提就是“围堤”，不管巨型的水泥沉箱，修筑围堰，或者用钢桶（学名沉井），总之都得先圈闭出一片海域，才能排空海水，填土夯实。 南沙的优势也正是那里都是礁盘，水深5-10米，外缘的环形礁盘又一定程度上阻挡了海潮和洋流，所以才有围筑的便利条件，另外从抛放防浪构件、码头沉箱，直至吹沙填岛，工程量也是很惊人的。  中交集团派出1600吨级大型浮吊将巨型钢桶吊到位，珠江口水深只有10米左右，因此这时钢桶大部分都在水面上。 因此，在海中填岛需要先修起围栏。这就是由上海振华重工承制的直径22米、高40至50米、空重即达450吨的巨型钢桶。 振沉之后，钢桶大部分就埋入海底了，这样，整个钢桶在海底30米，海中10米，露头5米左右。 运抵现场后，用1600吨级大型浮吊吊放到位；然后用激震力达4000吨的八个液压锤，将巨型钢桶“敲”进海底近30米。 钢桶全部打下后，在基础内部抽干海水 然后，把钢桶用土方填满，具备设计围护强度。再用几十个钢桶全部打下，形成岛壁结构。 巨大的人工岛，注意挖掘机的大小 然后，抽干内部的海水，填入200万立方米、约400万吨重——万吨轮也要运几百次的土方，夯实压紧，形成人工岛的建筑基础。 钢筒外围还会抛石加固，形成一个斜坡，保护人工岛的基础部分。即使百年之后，钢桶全部锈蚀，也不会影响人工岛的基础安全。 这样下来，一个人工岛的造价就达100亿元（人民币，下同）之巨。 那么，台湾海峡隧道能直接复制这种模式么？ 很有难度。因为台湾海峡水深50～80米，比珠江口区区10米的水深得多。 这样一来，用钢桶围栏的模式，包括下探到隧道埋深的通道和水中基础部分（至少40米）、水中部分（50-80米）、出水部分（5-10米），钢桶的高度就要达到100～120米左右，这已相当于30多层的民用高层塔楼了，一次性建造、运送、安装都难以想象。再加上五倍以上的巨大填方工程量，实在是难以复制。 港珠澳通道人工岛要具备隧道入口功能，从高架桥转到水下隧道，还有坡度要求，面积比较大 当然，台湾海峡隧道海中人工岛要解决的主要是通风竖井、施工入口竖井问题。不需像港珠澳通道那样要具备隧道入口功能。这就有可能用海中井架平台的办法，较大程度的节约工程量和工程难度。 当然，即使这样，这样的巨型海中平台，至今人类也都还没有建造过，仍然是名副其实的超级工程，需要海洋工程技术的大飞跃和答突破。 按需求，台湾海峡隧道至少需要2个海中平台，间距约50公里，将整个超长隧道分为三段约50公里的长隧道。（实际上可能需要3个平台，分成四段） 这就是修建台湾海峡隧道的核心技术难题，其次要考虑的，是海底岩层地质情况调查。与陆上隧道相比，海底隧道要穿过深水进行海底地质勘测，更困难、成本更高，准确性相对较低，所以遇到未预测到的不良地质情况风险更大。 为此，青函隧道和英法隧道在正式动工之前，都花了5～10年做地质详细调查，几乎和施工时间等同。要是把19世纪就已进行的调查算起，英法隧道可以说是调查了近200年。 即使这样，两条隧道都还专门安排了“超前导洞”。这一导洞直径较小，掘进进度超前于主洞200～500米，施工时可进行地质超前预报，以便详细了解掘进前方的地质情况，必要时可实施向地层灌浆等辅助手段保障正洞开掘。完工后，则可作为服务隧道和应急逃生通道使用。 另外，海底地层中的地下水由于具备很高的渗水压力，又有无限的水源补给，一旦发生大的涌水，几乎无法处理。因此要根据地质调查情况，合理确定海底隧道的埋藏深度。 如果过薄，就可能发生严重海水涌入、乃至隧道报废的灭顶之灾。但如果埋藏太深，坡道太陡，会延长海底隧道的长度，也会增加施工难度。 英法海峡隧道，海底埋深约50米 至于抗震性并非需要考虑的重点，隧道埋在地层当中，随地壳整体运动，反而是抗震性最好的人工构筑物之一。在8.0级汶川特大地震的震中，投运的、正在修筑的隧道都没有垮塌的，只是洞口岩层会出现坍塌掩埋现象，清理即可。 日本青函隧道，因穿越7条断层，为安全起见，埋深达100米 而且台湾海峡并非大断层，也非强震带，历史最强地震为7.5级，位于南侧的泉州外海。对于隧道线路所在的北侧，地震强度一般在5～6级。强地震带上的日本都跨越断层修筑了多条跨海隧道，因此抗震并非重点难题。 除此之外，就没有太多的难题了。无非是大型隧道掘进机掘进，这已经是相当成熟的施工技术了。 习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构，将用于岩石地层的称为TBM。大型隧道掘进机被称为工程机械的“航空母舰”和“掘进机之王”。 在岩石基础较好的地方通过TBM连续快速掘进，岩石不结实有问题风险的地方采取钻爆法人工推进进行处理。一般进度良好的话一个工作面TBM一个月可以掘进500米，人工钻爆法可以推进200米。 当然，TBM有工作寿命问题（一般20公里，最多不超过30公里），整体出洞问题（整体成型的巨无霸没法在洞内切割分解，不整体出洞就把隧道给堵住了。当然，不出洞让TBM拐弯挖到侧面报废，再以人工联通正洞也是一种办法），怎么运用，修几个海中平台，还需要详细论证。 同传统的施工工法相比，TBM能整体快速连续推进，掘进、支护、衬砌施工、渣土集运同时完成，实现工厂化生产，是隧道施工的革命。但对地质的适应性有一点局限。 双线隧道，六个或八个工作面，按相当理想的进度，修通隧道也需要10年。 按目前测算的123公里渤海海峡隧道工程造价，是2000～2600亿元；约140公里台湾海峡隧道由于要解决修建巨型海中人工平台的问题，造价可能达到4000～5000亿元。当然，再加上连接大陆与海南岛的琼州海峡隧道，三者都意义非凡。（因为通航、水深、台风等问题，这三条通道都不能用修桥的办法解决） 现实的看，要修建台湾海峡隧道，首先需要修建渤海海峡、琼州海峡隧道，取得修筑超长距离海底隧道的经验；再取得构筑深水巨型人工固定构筑物的突破；最后，在两岸统一之后，启动地质调查和修建工作，毕其功于一役，完全联通国家的三大海峡、两大岛屿。 至于台湾海峡隧道正式联通的时间，笔者估计会是2050年，读者你认为呢？ 凤凰新闻客户端主笔 唐驳虎 |
|
|
