孫 鈞

(同濟大學， 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條件，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快捷通道，將有缺口的“C”形交通變成四通八達的“D”形交通，進而形成縱貫我國南北的東部鐵路、公路交通大動脈[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)劃研究報告并正上報審批。對此類國內(nèi)外業(yè)界矚目、廣泛關(guān)注的世紀性宏偉工程再多作些進一步的深化研商，以謀求各項技術(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，從下列幾項有關(guān)交通運量的歷時增長數(shù)據(jù)(見表1)， 可以說明問題。

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

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

欄次交通運量 運量年鐵路客運總量/萬人次年鐵路貨運總量/萬t 12017年實際已達到的運量8 0007 000 22017年實際可提供的運量12 00010 000 3預測8～10年后所需求的運量15 0008 000 4 2018年京沈高鐵投運后,實際可提供的運量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)升級和今后管道運輸?shù)陌l(fā)展，日后貨運量增長將趨穩(wěn)。

從表1的數(shù)據(jù)可見： 就當前1～3年內(nèi)，實際上關(guān)內(nèi)外交通聯(lián)系靠已有的鐵路運能似尚能滿足需求；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)有鐵路運能看，將感“捉襟見肘”。如仍然采用為增加運能而另外再在舊線上增加列車(現(xiàn)有舊線，特別是津浦段的運能當前已呈飽和)，似已無多大余地，且運輸線路繞行過長，運行時間上也不劃算，屆時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30年代中葉才能竣工通車、投入運營，而并不是“今天動、明天用” 。

正如上述，此處容易忽視的一個大問題是： 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?shù)氖┕すて诘?。以建隧為例，暫按隧道全長約125 km計，工期歷時將在15～20年，甚或更長。這樣，假設(shè)計劃于2020年啟動開建，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，遠未能投入使用而產(chǎn)生效益；而到2035年通車后，那時國家經(jīng)濟發(fā)展的需要恐已早感工程施工進度遠遠跟不上了，是一種即使現(xiàn)在開始修建就已感太晚的形勢了！

1.2 交通運輸便捷性方面

現(xiàn)在鐵路運行從大連經(jīng)山海關(guān)入關(guān)，繞行京津唐經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，再經(jīng)過濟南一線到達煙臺，兜了一個大圈子。如乘坐直達高鐵，經(jīng)天津中轉(zhuǎn)，約耗時10 h。普通快車和貨車其速度就更慢，耗時也將更長。乘飛機，“煙—大”直飛僅45 min，但其運量過小。渤?？谟兄边_輪渡，但也需6～7 h。在“時間就是金錢”，人們工作生活和貨物運輸節(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)運行時速受隧道密閉空間內(nèi)列車運行前方和側(cè)面風壓增高的約束，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。這是因為： 隧道內(nèi)為密閉空間，車速如果過高，將導致車頭迎面和側(cè)面的風壓驟然猛增，其風頭壓力足以使列車車窗玻璃粉碎；同時，風壓高還將導致洞內(nèi)列車運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)通風問題十分精細透徹，當年被國外業(yè)界譽為“air dynamics tunnel”，它設(shè)定的上述標準是有相當?shù)睦碚摵蛯嶒炓罁?jù)的。當然，此處渤海海峽跨海通道如能采用多種合理的洞內(nèi)宣泄風壓措施，諸如隧道上方頂板增設(shè)排風通道、側(cè)面雙洞間多設(shè)橫向水平聯(lián)絡(luò)通道等進行泄風降壓，以大力降低氣流風壓，則有望將洞內(nèi)車速提高至180～200 km/h，甚或以上。估計計入列車啟動時增速、到達前減速折算，當需要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到上海的經(jīng)濟發(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，我國東北、華北地區(qū)的經(jīng)濟發(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)系而帶動北達京津唐、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、產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都將為之受益和得到促進，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)濟發(fā)展產(chǎn)生促進甚至騰飛作用，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)。當前的說法是，增加區(qū)域間的相互融合將促進更大地域范圍的經(jīng)濟增長，而交通運輸?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機

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年后才能達到所需求的各項經(jīng)濟、社會效益指標時，則一般認為目前可以緩建；如果現(xiàn)在或建成后的3～5年以內(nèi)其需求指標就要達到和實現(xiàn)，則應(yīng)該馬上就開建(特大型工程還要著重關(guān)注工期，即需要的施工時間)；而如果測算在建成后的6～7年內(nèi)可實現(xiàn)需求指標，則需審時度勢，看當時、當?shù)貙嶋H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。

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)又非常復雜，還可能在施工期間遇到各種不可預測的突發(fā)性和隨機性風險(如：工期預測不準、地震災害、作業(yè)面嚴重突涌水、出現(xiàn)未預勘到的其他重大地質(zhì)災變事故、施工期間爆發(fā)戰(zhàn)爭，等等)，筆者預估的施工工期(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3～5年)為18～20年。如果設(shè)定2020年正式興工，通車時間最早也已經(jīng)是2038—2040年了。那時國內(nèi)經(jīng)濟形勢的持續(xù)發(fā)展將會達到什么程度？筆者認為，只要國家經(jīng)濟形勢許可，條件基本具備，就應(yīng)抓緊進行各項前期工作，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海快速國道/高鐵的建議

近日，在網(wǎng)上讀到了另一種見解。認為海上建隧投資過高(粗估約3 000億元，恐將超出該預算)，而施工、運營的風險又大，建設(shè)工期過長(需18～20年)，反不如繞行整個渤海灣在其西側(cè)的沿海另外新建一條高鐵、國道來代替。它竣工歷時快，陸上施工和運營都有成熟經(jīng)驗，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)濟開發(fā)區(qū)而必需要?？康母鞔蟪鞘?，如沈陽、錦州、秦皇島、唐山、天津、滄州、德州、濟南、淄博、濰坊等，最終到達煙臺，通過付出巨額的交通投資帶動并換取對這些周邊沿線城市和相鄰地域產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟發(fā)展的推動和促進作用。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)在的津浦一線運能早已呈飽和態(tài)勢，也決不會沿老路另再平行加修。因為，如果那樣，征購億萬畝農(nóng)田和城市周邊的土地費，加之沿線居民動拆遷的間接花費，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，在陸地繞行的時間上與此處興建海上通道也絕非一個層次可比。

筆者認為現(xiàn)在就亟需在國家層面建立工程各項前期工作的協(xié)調(diào)機制，在國家審批通過后，積極開展“預可”、“工可”研究，并視條件和可能，抓緊進行有關(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模式在此處當也有可喜的生命力吧？)和社會效益與經(jīng)濟效益評估分析等各項工作也都亟待抓緊開展。時不我待，事不宜遲！

1.6 施工風險問題

施工風險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，提及的各種主要施工和運營風險分別都達10多種，并采用各種方法進行了相應(yīng)的風險評估，這些都很好。有必要去做詳細的研究分析，并似宜將重點放在風險對策預案和與之相對應(yīng)的采用各種設(shè)定的工程整治措施方面。

工程“風險”與“危險”不同，只要預先測算或估計到，并做到預判準確及對其嚴重程度先有一定有據(jù)的預判，則絕大多數(shù)工程風險都是可以規(guī)避的、可控的，也是有辦法求得解決的。其要點還是早年毛主席對北京修建地鐵時曾說過的：“精心設(shè)計、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、問題和風險，只要事先能夠覺察得到(而不是“突然襲擊”，來個措手不及)，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，也都有足夠的辦法和措施來應(yīng)對，但得要增加投入、花時間來解決各類不同的風險問題，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險中，筆者認為最為要害的，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)預報工作有嚴重失誤所導致的重大技術(shù)風險。

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

僅從已見刊的少數(shù)報道來看，渤海海峽災害地質(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?shù)淖畲蟮拈L期持續(xù)風險；而海床下淺層沼氣異常發(fā)育，潛在的巖漿活動等也不容忽視。

利用穿過渤海海峽的多條單道和多道地震剖面，詳細弄清楚該灣區(qū)的新構(gòu)造運動特征，顯得十分必要。在渤海海峽活動斷裂發(fā)育方面，以NW和NE向為主；淺層氣發(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)造期巖漿活動與區(qū)域活動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)進行嚴格、詳盡的風險評估，并采取有效的安全避險、減險措施。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40 m以上)，又沒有沿程小島作過渡，可行的方案當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營的風險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、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險(盡管橋側(cè)設(shè)置了人工風障)，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，除了洞口重點部位設(shè)計時需要作抗震加固外，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用低(以青島灣口海底隧道建成后與若建橋的相互財務(wù)決算作比較，可作為實例說明)。但對小跨引橋而言，則一般的大橋引橋造價都比水下隧道造價為廉。此處，由于大部分海域水深達30～40 m，水下樁基工程量太大，對建橋來說還有相當?shù)募夹g(shù)難度，更而會產(chǎn)生不易克服的困難。

一般還認為，海床下隧道位置隱蔽，利于戰(zhàn)時防護，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。由于當今的衛(wèi)星探測能力非凡提高；激光制導導彈和飛機投彈的命中率都在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重損毀而修復又十分困難，較之橋梁戰(zhàn)時受損(較易修復)實在是有過之而無不及。故此，該論點不是建隧的優(yōu)點，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，因為隧道兩岸接線仍然會受惡劣、災害氣候的影響而在災害時關(guān)閉交通，即使建成了隧道也無法實現(xiàn)全天候通行，不還是“白搭”。(？)

2)特長大隧道的運營通風和防災問題突出，將制約建隧方案的日后實施。(？)

3)隧道施工費用比橋梁高得多，而除了造價外，其運營和維養(yǎng)、管理費用也都高于橋梁，從工程全壽命的經(jīng)濟效益分析，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、鐵路共建運行。

5)因地質(zhì)條件制約，礦山法建隧(含TBM掘進)需要的埋深大，使隧道出入口將遠離海邊岸線；而沿海邊岸上一般因城市交通發(fā)達、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，進出需繞行而耗時。(？)

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，更且有潛在的活動斷裂等)一時較難以得到較好的治理。

以上的1)—5)打了“ ？”，筆者認為都是在相當程度上不難克服和改善的；只有6)才具有實實在在的難度，它是選用水下隧道存在的主要問題和風險，需要妥慎對待，進一步完善對它的應(yīng)對措施。

3 渤海海峽跨海通道施工方案與工期估計

3.1 隧道硬巖掘進機(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機(TBM)為主；但因鉆爆法開挖的機動性好及其適應(yīng)面廣的特點，擬建議此處以鉆爆法為掘進機開挖的輔佐和配合，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個方面： 1)以服務(wù)隧道先行開鑿，作為施工先導，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度； 2)服務(wù)隧道可起到先導的超前探洞作用，以填補原先海上地質(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)、水文超前預報和探水險情預警； 3)服務(wù)隧道在施工階段和日后運營期間，都可用作主隧洞的進風或排風通道，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豎井)沿程布設(shè)通風豎井的數(shù)量(在通航海域，伸出海面的龐大豎井除作為夜間航標外，會增添諸多不利因素)，還可兼作火災工況下的排煙道(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，還可作為工程機具和施工器材等進洞時的運輸通道； 5)火災工況下，服務(wù)隧道可作為消防、救援通道，救護車和消防車可通過服務(wù)隧道直達火災現(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。當然，如能采用國產(chǎn)掘進機(如“彩云號”大型TBM,盤徑9.03 m，整機全長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)交通運量增長(日后要對長遠期的運量發(fā)展另有預測)的初步估計，并暫定選用表2中的方案2(高鐵，單線、雙洞)為依據(jù)，以進行后續(xù)粗估的方案實施，及作為其工期估計的依據(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)計加工，將主洞TBM的大刀盤、中間核心塊主軸承和掘進機作業(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 核心主軸承塊是個整體，不能拆解)，以便從服務(wù)隧道和平洞中進入主隧道內(nèi)，之后在主洞內(nèi)組裝成一體，以便開挖掘進。

在主隧道起始段(平洞進主洞的兩側(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。

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，仍需拆卸，待進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，隨后再用鉆爆法擴挖成型，以容得φ8 m TBM 掘進。當然，也可以改用先將橫洞擴挖成弧形大空間，使φ5.5 m 的TBM在打彎進主洞時不需要先拆解。這樣可能更好。

上述2個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個作業(yè)面，所謂“長洞短打”，從而大大縮短了后者的工期。 當時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度分析情況看，此處先設(shè)定暫按第 1 子方案實施。

在深海巖盤內(nèi)掘進開挖的特長大過海隧道，其暗挖段可能長達約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

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、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，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)隧道界有相當聲望和實踐經(jīng)驗的專家了)那里調(diào)研、咨詢和學習中得到的。這當然只能是極其粗略的，待將來施工組織設(shè)計出來，定將有大幅度的細化和修正。

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)、海床水文各項海上詳勘工作)，同時，此處按將“服務(wù)隧道”用作為圍巖地質(zhì)、水文探洞申報提前作業(yè)的名義，則在規(guī)劃階段即可同步進行服務(wù)隧道的開挖和支護，工期安排也在工程籌劃階段就先行同時進行；主洞進洞則定然要在初步設(shè)計完成之后再開展施工招投標工作。

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個區(qū)段作“長洞短打”，則125 km/5=25 km/區(qū)段，先后進行流水、平行作業(yè)。此處跨海通道全長暫按125 km計，全長均按建隧方案考慮，作以下施工工期預測。

3)服務(wù)隧道只能南、北向單頭掘進(只有到了中央最后一個區(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，其年掘進成洞為330 m×12月≈4 km /年。這樣，服務(wù)隧道1個區(qū)段25 km要耗時6年3個月打通并成洞(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，最高日掘進32.14 m，遠高于國外名牌，令國人振奮！

4)左、右2條主隧洞按分割成5個區(qū)段，共設(shè)4條橫洞，整條雙線隧洞共10個掘進作業(yè)面，按雙頭對打，因為是大尺寸隧洞(φ8.0 m)，其石方量將是服務(wù)隧道的1倍多，單頭進度暫按φ5.5 m折半計算，即進尺減緩為按單頭165 m/月(日平均進尺約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6年3個月；總共5個區(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)在的認識，不一定正確，僅供有更多實踐經(jīng)驗的專家們指正。

3.5.3 幾點說明

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

南、北向同步平行作業(yè)。

圖3施工進度與工期估計
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洞(2020年)；在左、右共4個區(qū)間開挖時，均為單頭(指按1個區(qū)段而言，謂之“單頭”打)掘進，“完全成洞”速度以4 km/年計，需6年3個月完成1個區(qū)段。

其最中間的1個區(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)計全部完成后(約2025年)，才能開始招投標，嗣后進洞施工(2025年)。共5個區(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個月完成1個區(qū)段。其最中間的1個區(qū)段，對打合攏時間為進洞后13年9個月，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)該強調(diào)，這只是一個極為粗略的估計，并需設(shè)定在施工期內(nèi)施工組織工作一切正常運行，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，要求的所有器材、物資、設(shè)備均能及時到位，等等)為其先決條件。

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

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”等各個環(huán)節(jié)，按需要耗時約5年作最樂觀的估計。已如上述，此處利用這一期間，以進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個服務(wù)隧道的開挖區(qū)段(2段×25 km/段=50 km/頭)，此時在左、右主隧道各有10個開挖作業(yè)面的前提下，可基本上做到主洞10個作業(yè)面同時平行開挖作業(yè)。在主洞完成5個區(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、掘進機大修、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)查和訪問學習，由日方人員引導走遍除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，故障時使用的備用發(fā)電機房，照明供電間，數(shù)十個水泵房，制冷、供熱設(shè)備用房，交通信號管理用房，主控計算機房，指揮調(diào)度中心和事故處理、警衛(wèi)保安、消防、救護等等設(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，也要投入大量的時間，當然可以平行作業(yè)，不致過多耽誤總工期。

當然，時代不同了。由于網(wǎng)絡(luò)和信息管理技術(shù)的進步，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)洞室的工程量當可有大幅度地減少。

4 結(jié)語

如上所述，如預期從2020年規(guī)劃籌建，渤海海峽跨海通道大體將歷時19年才能竣工完成，土建及后續(xù)配套的風、水、電、洞內(nèi)建筑裝修和鋪軌作業(yè)若能按序同步進行。這樣，將在2039年左右實現(xiàn)通車。屆時，按國家遠景發(fā)展規(guī)劃，為全國實現(xiàn)中華民族偉大復興之年(2049年)的前10年，跨渤海灣南北兩岸將共襄“世紀之夢”，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目的執(zhí)行組織機構(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)隧道掘進機(TBM)選型及其在深海巖盤中掘進的工程應(yīng)用與問題；

3)鉆爆法開挖施工機具設(shè)備的成套配置與評價；

4)長大隧道掘進中地質(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。