水下隧道，別有洞天

電梯門打開，一股穿堂風迎面撲來，10月份青島的海邊，透著滿滿的涼意。電梯下降途中，各種思緒腦補，我將要面對怎樣一個水下場景？正想著，隨著電梯觸底的一震，一片工地映入眼簾，圓形的洞口似有四五層樓高，里面傳來叮叮當當的嘈雜聲。

跟隨工作人員指引，我們上了工程車輛，目的地是隧道施工的最前沿。這座直徑可達15米的隧道是山東省青島市膠州灣第二海底隧道，是一條公路隧道，全長超過14公里，施工規模位居世界前列。隧道貫通后，將成為青島市主城區和西海岸新區連接的最新通道，便利兩地民眾的生活、生產，進而推動青島市東西兩岸同城一體化發展、提升周邊城市群的整體競爭力。

這座海底隧道由中國鐵建下屬的中鐵第四勘察設計院設計。這所成立于1953年的設計院，深耕隧道設計，尤其是水下隧道，積累了大量的經驗。武漢長江隧道、南京長江隧道、廣深港高鐵獅子洋隧道、濟南黃河隧道……這些記錄在院史上的隧道，背后是中國水下隧道技術的一次又一次突破和提升。

 

修橋還是修隧道？

生活在長江邊上的人，想必都有如何渡過長江前往對岸的想法。來到湖北武漢，站在長江岸邊，我也有同樣的疑問。在經濟、科技不發達的過去，只能依靠各式船舶來橫渡長江。

如今，在武漢，江上有大橋，江面有輪渡，江下有隧道。而讓武漢過江邁入“三維”時代的，正是2008年正式通車的武漢長江隧道。

車輛駛入武漢長江隧道，第一感受是忙碌。隧道內是雙車道，車輛十分密集。據了解，該隧道是雙向四車道，每天的通行車輛可達7萬輛。

“設計武漢長江隧道的時候，原本計劃是修建雙向六車道，但當時水下隧道技術剛剛起步，建造經驗并不豐富，加上建設條件復雜，為了安全起見，最終決定修建雙向四車道。”中鐵第四勘察設計院總工程師肖明清講起這段歷史時，口氣中帶著微微的遺憾。

肖明清身邊的人一直叫他“大師”，起初我以為只是同事間的戲稱。但后來才明白“大師”是國家授予的稱號——全國工程勘察設計大師。從1992年參加工作起，肖明清就一直深耕于水下隧道技術，在他的帶領下，中鐵第四勘察設計院已經設計完成水下隧道超過80座。

此前，我們對于隧道的印象更多是山體隧道?？缭酱蠼藿蛄核坪跏堑谝贿x擇。“過去一說過江過河，第一反應確實是修橋，修建水下隧道確實不在考慮范圍?，F如今，情況已經反過來，優先考慮水下隧道。”肖明清說。

有幾個因素促成了這種轉變，首先是對水面通航的影響；其次就是經濟方面的因素，也就是我們俗稱的性價比。

以長江為例，如果想修建一條四車道或者六車道的過江通道，那么水下隧道在減少對江面通航影響、工程造價成本等方面就有著很大的優勢，是第一選擇。但如果是公路、鐵路合用的過江通道，那跨江大橋則是更合適。“因為受隧道直徑限制，如果修建公鐵兩用隧道可能需要打多條隧道，兩相比較，公鐵兩用通道上橋梁更有優勢。”肖明清表示。

此外，對周邊環境的影響也是考慮因素之一。在修建過江通道時，無論是橋梁還是隧道，都涉及對岸邊居民的影響。如果是修建橋梁，需要考慮引橋的征地和拆遷問題，同時還要考慮運營期振動和噪聲的影響。“對比修建橋梁，修隧道影響會小很多，在岸邊打一個豎井，然后將盾構機安裝上，就可以開始施工，建成后的交通噪聲和振動也很小。”肖明清解釋著隧道的優勢。

盾構隧道是主流

10月31日，中國自主研制、最大開挖直徑達16.64米的超大直徑盾構機在湖南長沙下線，將應用于目前全國最長公路水下盾構隧道——海太長江隧道施工。

水下盾構隧道是水下隧道修建技術的一種，也是現在常用的技術之一。除此之外，還有沉管法、鉆爆法、圍堰明挖法等技術。

肖明清一一解釋了這幾種隧道修筑技術：沉管法簡單來說就是在水下挖基槽，將提前預制好的管段沉放下去，然后再連接上，港珠澳大橋、深中通道建設中運用的就是這種技術；圍堰明挖法適合建造小規模隧道，并且是在淺水的地方，把水抽干，然后再建造隧道；鉆爆法是借鑒建造山體隧道技術而來，是在比較堅硬的巖層中使用炸藥，炸開巖石然后修筑隧道。

與其他幾種方法比起來，盾構法是相對經濟、安全的，并且施工過程中對周圍環境影響也小。

為了一探盾構隧道的究竟，我們來到了武漢地鐵十二號線越長江隧道的施工現場。沿著樓梯一路走到隧道口，施工的嘈雜聲越來越大。終于走到隧道口，猶如“黑洞”一般，一望無際。

坐上工程車輛，我們開始向隧道深處行去。走到中段偏后的時候，“這是管片，在盾構機向前挖掘的同時，這些預制好的管片就被運輸進來，安裝在隧道內，安裝過程是自動的，工人只需要在最后打上螺栓。”隨行的中鐵第四勘察設計院設計人員高云龍不斷介紹著有關水下隧道的情況，“這條隧道還有一個內襯，相當于加了一層防護，能夠消除滲漏水、火災、撞擊等引發的安全隱患，提升了整個隧道的韌性。”

當溫度越來越高，聲音越來越大時，我們走到了施工的最前沿——盾構機刀頭的后面，此時想要跟身邊的人交流，只能趴在耳朵邊大聲叫喊，但仍然很難聽見。盾構機平均每天能夠向前掘進6至8米。只有需要更換刀具和正常的設備維養時，才會將機器停下。

現如今，水下隧道以盾構隧道為主流，但是走過的路并不是一帆風順。南京長江隧道是中鐵第四勘察設計院設計的第二座水下隧道，2009年全線貫通，是當時世界上在強透水地層中修建的直徑最大的盾構隧道，隧道直徑達14.5米。

“我們對南京河段的地質情況和水文特性很熟悉，因為從上世紀90年代研究京滬高鐵跨長江通道時就做了大量的研究。所以當時提出建設雙孔雙向六車道。”肖明清回憶著，沒想到后續進程卻遭到了反對，因為國內當時沒有做過直徑如此大的盾構隧道，部分參與論證的專家擔心安全問題，因此建議減少直徑，改為四孔八車道。

但肖明清帶著團隊針對安全性問題，做了大量的工作：理論研究、結構模型試驗、結構原型試驗、防水試驗、火災試驗等，來證明雙孔雙向六車道的隧道結構沒有問題。頂住壓力，肖明清團隊的方案最終得到了隧道領域專家的支持，成為南京長江隧道的最終設計方案并施工。

“我們國家深水寬水域的地區比比皆是，如果一直停留在小直徑隧道上，將來不能應付越來越大的交通量。因此必須要突破大直徑甚至超大直徑盾構隧道技術。”回憶著當年，肖明清依舊心情澎湃，這也鼓勵著他帶領中鐵第四勘察設計院的團隊不斷創新，取得盾構隧道技術上一個又一個突破。

造有韌性的隧道

整個采訪過程，無論是肖明清還是其他設計人員，一直都在講“韌性”這個詞。

如果說一個人有韌性，那說明這個人抗壓能力強、恢復能力強，具有堅定的意志品質。一座水下隧道有韌性，同樣也是指水下隧道可以適應各種復雜地質環境，應對各類災害，從而保證正常使用。韌性隧道可以稱得上是對隧道設計理論的提升。

“現在水下隧道設計多采用‘概率極限狀態法’，”肖明清解釋說，所謂概率極限狀態法，就是將荷載效應和影響結構抗力的主要因數作為隨機變量，根據統計分析確定可靠概率來度量結構可靠度的結構設計方法，其中包括對各種單一災害的作用分析。”

經過長時間的實踐，肖明清和團隊都在思考如何在保證安全的情況下，建造隧道更加經濟、更加科學。“簡單來說，就是在概率極限狀態法的基礎上，進一步考慮各種災害量級的不確定性以及不同災害之間的耦合作用進行綜合設計，然后通過周密的計算來設計隧道。”肖明清說。

我們參觀過的青島第二海底隧道、武漢地鐵十二號越長江隧道都是按照這種盾構隧道韌性設計理論和方法進行設計和施工。根據這套理論，這些隧道可以在遭受極端事件或意外情況時依然保持功能，并且還可以進行修復。

隨著信息技術的發展，尤其是人工智能的飛速發展，全自動的拼裝技術已經逐漸運用到隧道建造過程中，中鐵第四勘察設計院已經研發了多項自動拼裝技術，應用于隧道的建設。

穿行過已建好的水下隧道，參觀了正在建造的水下隧道，我對水下隧道有了更加直觀的認識，但同樣也產生了疑問，隧道是有設計壽命嗎？在設計壽命到期后，隧道何去何從？

肖明清為我解答了第一個疑問：100年。那么問題又來了，中國修建大型水下隧道可以追溯到上世紀60年代，上海市修建的打浦路越江隧道，擁有近60歲的“年齡”。按照100年的設計壽命，這條隧道只剩40余年的使用壽命。

“處理這種到期的隧道，最簡單明了的就是廢棄。第二種則是減少隧道的一些功能，修繕后繼續使用。這兩種方法都比較容易實現。”肖明清表示。事實上，國外不少早期修建的隧道都進行過大修，對隧道中的土建、設備等進行更新修復。

但是修復隧道不是一件簡單的事情，隧道空間有限，再加上地質環境復雜等，能不能修復、如何修復都是需要認真研究的問題。

“還有一種方法就是原位修復。”肖明清解釋說，國外已經有這方面的研究，甚至研制出新型的機器來進行驗證，“我們國內在這方面剛剛開始，畢竟我們現在的水下隧道都比較新，所以給我們留下了充足的時間來繼續研究。”

（責編：汪翠萍）