科学界如何评价渤海湾隧道

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“世界最长海底隧道”、“烟台－大连半小时可达”、“2600亿巨资打造”……连日来，渤海湾海底隧道未建先“红”，成为人们茶余饭后的谈资，仿佛可以轻易打通渤海湾海底交通的“任督二脉”，谈笑间，天堑变通途。

现实远未如此简单。事实上，渤海湾海底通道工程在目前仍然只是一个咨询项目。中国工程院院士、防护工程专家钱七虎告诉记者，对长距离海底通道这样的大工程，应当“宜桥则桥，宜隧则隧”，有时还要因地制宜“桥隧并举”。他强调，无论哪种方式，海底交通工程都不是简单的工作，海底通道要从图纸上“走”下来，还需要克服一系列难题。

架桥？通隧？

正如钱七虎所说，我国江河两岸、海上交通命脉的打通，既有大桥，也有隧道，还有许多海湾实施桥隧结合的工程。举世瞩目的港珠澳跨海大桥即是采用桥隧结合的方式，利用人工岛在伶仃洋主航道下连接约6.7公里的海底隧道与海上部分的跨海大桥。

港珠澳大桥之所以建海底隧道，主要是为保证30万吨级油轮和15万吨级以上集装箱顺利通航(若架桥需要架设非常高，成本更高且技术难度更大)。另外，该处海域位于中华白海豚保护区，建海底隧道亦能减少对中华白海豚栖息地的影响。

钱七虎认为，从建造成本上讲，一般情况下，大桥的修建相对略低。

“桥梁工程的工厂化程度高、建成工期短，且成本一般来说比隧道要低，但如果大桥引桥涉及到拆迁征地等情况，就不能一概而论了。”钱七虎举例说，南京、武汉大桥一端建在城市建城区，除建桥成本之外，还需要支付一笔拆迁费用。

钱七虎指出，虽然藏埋在海湾里的海底隧道一般不会在建城区，但隧道需要开通风孔、通风井，以排掉通过隧道的汽车尾气和烟尘(假定修建公路隧道)。如果隧道距离太长又没有自然形成的小岛，还需要修建人工岛。“这样一来，就增加了修建隧道的成本和难度。”钱七虎说。

就桥和隧的运营等方面，北京交通大学土木建筑工程学院院长、隧道及地下工程教育部工程研究中心主任张顶立认为，隧道具有全天候运营的优势。

“在遇到台风、大雾等极端恶劣天气的时候，海底隧道由于建造在海床以下，仍可以实行全天候的运营，而这些恶劣的天气条件对大桥的影响较大。”张顶立对记者说，当然这也伴随着全天候照明、排水、通风，这是隧道比桥梁多付出的“代价”。

张顶立也指出，由于隧道对地质的依赖性比桥大很多，隧道在建设中面临的风险更大。

这并不难想象：建桥时只要桥桩立稳在稳定地层上就可以了，而修隧道要求每个断面都要通过，有一处断面出问题就意味着事故。

不过，从战略保护的角度来讲，桥梁容易被炸坏，隧道更不容易被摧毁，适应性更好一些；从耐久性等方面，隧道服务寿命也相对久一点。

“我们常说‘逢山开路遇水架桥’，现在‘遇水’又多了一个选择。”张顶立对记者说，“修桥可能会遇到妨碍海运航道的问题，修隧有时会遭遇不良地质的难题，具体项目上要根据实地情况，本着科学的精神做选择。”

盾构机施工中常发生“卡机”故障无法转动，同时刀具磨损也给施工带来另一个课题：换刀。

挑战从未间断

在实际的隧道建造中，常用三种工法，分别是：沉管法、盾构法、钻爆法。钱七虎说，这三种工法各有适用范围和条件，也各有待突破的难题。

沉管法工程造价低、水下工期短、隧道施工质量容易保证，且断面空间可自行设定，但只适于海/河床稳定、水流较缓(一般要小于3m/s)的水文条件下的隧道铺设。沉管法是几种工法中较易实现的方法，然而现实情况是，理想的水文条件往往难以达到。

钱七虎介绍说，港珠澳大桥海底隧道沉管就是一个例子。为保证伶仃洋主航道上油轮的正常通行，沉管需要深埋在30多米的海沟内。随着沉管的埋深，其上的荷载结构也较之浅埋式沉管法更重，而且伴随着潮水回淤和不均匀沉降等一系列的挑战。另外，沉管的沉放受水流速度影响很大，在水速较大情况下沉管的沉放对接也是一大难题。

作为暗挖施工中的一种全机械化施工方法，盾构法水下施工对水面航运交通不会造成影响。这种方法自动化程度高、不受天气影响，但要求“一次成洞”。钱七虎告诉记者，武汉、南京、上海长江隧道的修建都是用的盾构法，除上海长江隧道较为顺利外，武汉、南京隧道段都遇到了不良地质条件的挑战。

“在已建成的南京纬七路、武汉长江隧道和目前正在开展的南京纬三路隧道施工过程中，盾构机在江底遇到了砂砾石层和基岩，这种上软下硬的岩层和基岩，对盾构机刀具和刀盘的磨损非常严重。”钱七虎说，基岩堪称高水压下盾构、掘进的天敌。

此外，盾构机推进中遇到断层，常发生“卡机”故障无法转动。如何顺利地在高水压下对类似岩层开展盾构施工；如何防止盾构机卡机，都是目前国家“973”计划亟待攻关的课题。

不良地质条件的困扰，不仅仅局限于盾构法施工，自实施隧道工程以来，人们和它的战争从未休止。张顶立告诉记者，对不良地质段的处理，直接影响到工程是否安全、快速、经济、有效。

盾构机刀具磨损也同时给施工带来另一个更大的麻烦——洞下换刀。在无法自动检测刀具磨损程度的情况下，在高水压下的刀盘前泥水舱内换刀，其困难程度可想而知。钱七虎对记者说：

“这就提出了盾构机刀具磨损自动、实时检测和控制机器人换刀的课题。”

另外，盾构法还存在盾构机直径待拓的问题。目前，世界上已建成的直径最大的盾构机是德国海瑞克公司生产的15米直径的泥水混合式盾构机，上海三车道长江隧道采用的即是该盾构机。然而，要满足四车道甚至更宽隧道的建设，需要研制大直径盾构机，这就需要科技创新。

“一直以来，我提倡隧道机械设备国产化、本土化，目前沈阳、上海、郑州都能生产盾构机，但都是中小型的，距离建造中国的‘巨无霸’盾构设备还尚待时日。”钱七虎说。

钻爆法一般从岩层通过，可以与盾构法互为补充。也正是因为钻爆施工要深入岩层，需满足最小岩层厚度的要求，以保证施工过程中不会发生海水突出，故采用该方法一般要比沉管法、盾构法更深。

与盾构法不同，钻爆法的“敌人”是断层和风化槽。钱七虎说：“如果修建很长的隧道，难免遇到断层或者风化槽，为了保证不漏水，就要加固断层带。一般采取封闭注浆，这也是很有难度的工作。”

张顶立告诉记者，目前，在针对不良地层条件的对策上，我国以注浆为主体的加固处理技术，在国际上处于领先地位。

“如果能够准确地对地质情况做到超前预报，比如提前了解要开挖地质的透水性、强度，它与海水的联系连通性，该种地层的规模、位置、发育情况等性质，将会对施工提供很大的帮助。”张顶立说，至今，超前地质预报仍是一个难点。

学科联动，杜绝科技欠账

尽管面临一系列挑战，我国的隧道工程“以用促产”，正以一个隧道大国的姿态，逐步推动着我国的隧道工程技术走在前沿。

“我国海岸线较长，岛屿较多，河流也多，跨江河湖海的水下工程也多，在这方面的技术领先也是比较迫切和必要的。”张顶立说，隧道工程促进技术的发展和成熟，而反过来技术的成熟也推动工程的顺利推进。

他告诉记者，近年来，得益于国家经济的发展和投资的拉动，我国的隧道修建技术也得到了长足的发展。

然而，海底隧道工程涉及土木工程、海洋地质勘探、机械装备制造、自动化控制、海洋生态评估等错综复杂的学科领域，亟需各学科联动发展，推进工程技术的革新。

“目前制约海底隧道发展的一个很重要的命题是防灾。如果选择公路隧道而非铁路，按照防灾标准设置相应的消防救灾措施代价极高，这也是为什么更多发展铁路隧道的原因。”张顶立说，防灾水平的提高也取决于其相关学科的发展。

记者了解到，海底隧道工程常伴有服务通道的修建，一方面服务通道断面相对较小，可以在施工期间作为探路地质情况的“先锋”，另一方面还可以在施工期间“护驾”，起到防灾作用。但是，随着隧道修建距离越来越长，服务通道无疑增加了许多成本。

钱七虎在谈及海洋地质预报时指出，目前常用的是地质雷达、地震勘测(TSP)、红外勘探等手段，单独使用不能满足隧道工程对其超前、精确预报的要求。

日前，山东大学突水突泥综合地质预报成果突出，中国工程院在济南召开的工程科技座谈会上认为，该成果已达到国际领先水平。

针七虎强调：“建设海底隧道是人类共同的难题，在建设过程中遇到了种种挑战，这更要求我们结合现有的技术手段把问题和困难研究在前面。要坚持如履薄冰、如临深渊的科学态度，学习载人航天工程‘零问题发射’的精神，少走弯路。”

专家们表示，在海底隧道这样关系重大的工程中，不能有科技欠账。海底隧道工程亟需我们在各技术领域的配合、各学科间的协同合作，从理论和实践上付出更多的努力，形成一套隧道工程技术系统和理论体系，才能更好地支撑隧道大国的建设需要，最终成为隧道强国。