南京長江隧道。

青島膠州灣第二海底隧道施工現(xiàn)場。 　　本報(bào)記者 張一琪攝

武漢長江隧道及洞內(nèi)3D示意圖。 　　本版圖片除署名外，均為受訪企業(yè)供圖

　　電梯門打開，一股穿堂風(fēng)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(bǔ)，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?zhèn)鱽矶６．?dāng)當(dāng)?shù)泥须s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(dá)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(guī)模位居世界前列。隧道貫通后，將成為青島市主城區(qū)和西海岸新區(qū)連接的最新通道，便利兩地民眾的生活、生產(chǎn)，進(jìn)而推動青島市東西兩岸同城一體化發(fā)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(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。這所成立于1953年的設(shè)計(jì)院，深耕隧道設(shè)計(jì)，尤其是水下隧道，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。武漢長江隧道、南京長江隧道、廣深港高鐵獅子洋隧道、濟(jì)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(shù)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(jīng)濟(jì)、科技不發(fā)達(dá)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?cè)胛錆h長江隧道，第一感受是忙碌。隧道內(nèi)是雙車道，車輛十分密集。據(jù)了解，該隧道是雙向四車道，每天的通行車輛可達(dá)7萬輛。

　　“設(shè)計(jì)武漢長江隧道的時候，原本計(jì)劃是修建雙向六車道，但當(dāng)時水下隧道技術(shù)剛剛起步，建造經(jīng)驗(yàn)并不豐富，加上建設(shè)條件復(fù)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shù)，在他的帶領(lǐng)下，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院已經(jīng)設(shè)計(jì)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。跨越大江，修建橋梁似乎是第一選擇。“過去一說過江過河，第一反應(yīng)確實(shí)是修橋，修建水下隧道確實(shí)不在考慮范圍。現(xiàn)如今，情況已經(jīng)反過來，優(yōu)先考慮水下隧道。”肖明清說。

　　有幾個因素促成了這種轉(zhuǎn)變，首先是對水面通航的影響；其次就是經(jīng)濟(jì)方面的因素，也就是我們俗稱的性價(jià)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(jià)成本等方面就有著很大的優(yōu)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?yàn)槭芩淼乐睆较拗疲绻藿üF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(yōu)勢。”肖明清表示。

　　此外，對周邊環(huán)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(yùn)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(gòu)機(jī)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(yōu)勢。

　　盾構(gòu)隧道是主流

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

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

　　肖明清一一解釋了這幾種隧道修筑技術(shù)：沉管法簡單來說就是在水下挖基槽，將提前預(yù)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(shè)中運(yùn)用的就是這種技術(shù)；圍堰明挖法適合建造小規(guī)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(shù)而來，是在比較堅(jiān)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(gòu)法是相對經(jīng)濟(jì)、安全的，并且施工過程中對周圍環(huán)境影響也小。

　　為了一探盾構(gòu)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(xiàn)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(gòu)機(jī)向前挖掘的同時，這些預(yù)制好的管片就被運(yùn)輸進(jìn)來，安裝在隧道內(nèi)，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(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員高云龍不斷介紹著有關(guān)水下隧道的情況，“這條隧道還有一個內(nèi)襯，相當(dāng)于加了一層防護(hù)，能夠消除滲漏水、火災(zāi)、撞擊等引發(fā)的安全隱患，提升了整個隧道的韌性。”

　　當(dāng)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(gòu)機(jī)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(gòu)機(jī)平均每天能夠向前掘進(jìn)6至8米。只有需要更換刀具和正常的設(shè)備維養(yǎng)時，才會將機(jī)器停下。

　　現(xiàn)如今，水下隧道以盾構(gòu)隧道為主流，但是走過的路并不是一帆風(fēng)順。南京長江隧道是中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的第二座水下隧道，2009年全線貫通，是當(dāng)時世界上在強(qiáng)透水地層中修建的直徑最大的盾構(gòu)隧道，隧道直徑達(dá)14.5米。

　　“我們對南京河段的地質(zhì)情況和水文特性很熟悉，因?yàn)閺纳鲜兰o(jì)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(dāng)時提出建設(shè)雙孔雙向六車道。”肖明清回憶著，沒想到后續(xù)進(jìn)程卻遭到了反對，因?yàn)閲鴥?nèi)當(dāng)時沒有做過直徑如此大的盾構(gòu)隧道，部分參與論證的專家擔(dān)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(tuán)隊(duì)針對安全性問題，做了大量的工作：理論研究、結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)原型試驗(yàn)、防水試驗(yàn)、火災(zāi)試驗(yàn)等，來證明雙孔雙向六車道的隧道結(jié)構(gòu)沒有問題。頂住壓力，肖明清團(tuán)隊(duì)的方案最終得到了隧道領(lǐng)域?qū)＜业闹С郑蔀槟暇╅L江隧道的最終設(shè)計(jì)方案并施工。

　　“我們國家深水寬水域的地區(qū)比比皆是，如果一直停留在小直徑隧道上，將來不能應(yīng)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(gòu)隧道技術(shù)。”回憶著當(dāng)年，肖明清依舊心情澎湃，這也鼓勵著他帶領(lǐng)中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院的團(tuán)隊(duì)不斷創(chuàng)新，取得盾構(gòu)隧道技術(shù)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(shè)計(jì)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(qiáng)、恢復(fù)能力強(qiáng)，具有堅(jiān)定的意志品質(zhì)。一座水下隧道有韌性，同樣也是指水下隧道可以適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)對各類災(zāi)害，從而保證正常使用。韌性隧道可以稱得上是對隧道設(shè)計(jì)理論的提升。

　　“現(xiàn)在水下隧道設(shè)計(jì)多采用‘概率極限狀態(tài)法’，”肖明清解釋說，所謂概率極限狀態(tài)法，就是將荷載效應(yīng)和影響結(jié)構(gòu)抗力的主要因數(shù)作為隨機(jī)變量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定可靠概率來度量結(jié)構(gòu)可靠度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其中包括對各種單一災(zāi)害的作用分析。”

　　經(jīng)過長時間的實(shí)踐，肖明清和團(tuán)隊(duì)都在思考如何在保證安全的情況下，建造隧道更加經(jīng)濟(jì)、更加科學(xué)。“簡單來說，就是在概率極限狀態(tài)法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮各種災(zāi)害量級的不確定性以及不同災(zāi)害之間的耦合作用進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，然后通過周密的計(jì)算來設(shè)計(jì)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(gòu)隧道韌性設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。根據(jù)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(jìn)行修復(fù)。

　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是人工智能的飛速發(fā)展，全自動的拼裝技術(shù)已經(jīng)逐漸運(yùn)用到隧道建造過程中，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院已經(jīng)研發(fā)了多項(xiàng)自動拼裝技術(shù)，應(yīng)用于隧道的建設(shè)。

　　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(rèn)識，但同樣也產(chǎn)生了疑問，隧道是有設(shè)計(jì)壽命嗎？在設(shè)計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)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(xù)使用。這兩種方法都比較容易實(shí)現(xiàn)。”肖明清表示。事實(shí)上，國外不少早期修建的隧道都進(jìn)行過大修，對隧道中的土建、設(shè)備等進(jìn)行更新修復(fù)。

　　但是修復(fù)隧道不是一件簡單的事情，隧道空間有限，再加上地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等，能不能修復(fù)、如何修復(fù)都是需要認(rèn)真研究的問題。

　　“還有一種方法就是原位修復(fù)。”肖明清解釋說，國外已經(jīng)有這方面的研究，甚至研制出新型的機(jī)器來進(jìn)行驗(yàn)證，“我們國內(nèi)在這方面剛剛開始，畢竟我們現(xiàn)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(xù)研究。”

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