早在2000年时,海南省人民政府就发过公报,证实有7位工程院院士和数十位博士生导师,成立过关于琼州海峡隧道的联合研究小组。如今20余年已经过去了,特别是在深中通道、珠港澳大桥都已相继建成通车的背景下,国内基建又有如此雄厚的实力加持,为什么最短处只有19km的琼州海峡至今还是一片空白?要回答这个问题,我们就需要从现有的几种海底隧道施工方案讲起。

  最近处相距19公里,施工方案一改再改,琼州海峡隧道为什么难修建?

  盾构法是现今隧道工程中最常用的技术之一。它的工作流程是通过庞大的盾构机在地下掘进,利用绞盘旋转破碎泥土和岩层,一边掘进一边浇筑安装混凝土管片,形成隧道的外壁衬砌;同时注水,把打碎的泥土和碎石通过水压向后排出。采用盾构法施工的海底隧道中,最成功的案例肯定是英法海底隧道,这条长达50.5km的海底通道连接着英国与法国。

  英法海底隧道的成功很大程度上得益于其得天独厚的地质条件。工程师们在海峡底部发现了一层厚度适中、性质特殊的白垩泥岩层,这种泥层既坚硬,在隧道掘进时不容易坍塌,又足够柔软,方便盾构掘进;更难得的是,其天然防水特性为隧道提供了得天独厚的保护屏障。

  最近处相距19公里,施工方案一改再改,琼州海峡隧道为什么难修建?

  像世界上最长的海底隧道——日本青函隧道的建设,正好和英法海底隧道的好运截然相反。这条全长53.85km的海底隧道,从规划到完工历时42年,就是因为海底地层变化导致在施工期间曾发生过两次重大漏水事故,造成多名工人丧生。事后,光是两次抽干隧道中的积水,一共就花了一年多的时间。不过为此日本积累了大量关于隧道防水的经验,甚至在我国后来的建设中,也曾利用到这些防水经验和技术。但是,琼州海峡的地质复杂性还远超青函隧道穿越的津轻海峡,它完全不适用盾构法施工:这里位于板块断裂带,地质构造复杂,多发地震的现实情况决定了它很难在海床地下修建隧道。

  沉管法是另一种比较常见的海底隧道施工方案。施工时首先在海底开挖一条基槽,同时在岸边预制好大型混凝土管段,然后使用工程船舶将其锚拽到指定位置,通过缆绳把管道沉放,安装在预先挖好的基槽内。最后,无数条管道进行水下拼接,岸基入水处做好防水,把形成隧道里的水分抽干即可。我国的港珠澳大桥海底隧道部分和深中通道,都成功使用到了这种施工方法。

  不过,琼州海峡的海床上覆盖着厚厚的淤泥层,最深处达20多米。在这种极软地基上安装沉管将很难保持稳定,光是施工时各个管段的姿态稳定对接就是个超高难题。就算先行进行地基处理,依然会存在长期沉降的问题,会影响到隧道的整体结构安全。

  面对这些方法的局限,聪明的工程师们提出了更具创新和想象力的方案——悬空隧道。既然地底和海床都没有建设条件,那就另辟蹊径,干脆把隧道直接建在水里:通过锚索系统用来固定位置、对抗水流压力,同时配合浮筒进行水深调节。挪威就打算在世界最大最深的松恩峡湾采取这种悬空在水中的设计方案。自2016年提出之后就深受关注,不过受限于资金和材料问题,至今也未能开工建设。

  这种方案虽然足够大胆,但是也面临着不少挑战。就像在琼州海峡里建设悬空隧道,虽然可以避免直接面对地质问题,但是如果发生频繁的地质活动,还是可能会让锚索系统发生位移,从而影响到整体结构的稳定。甚至在强对流天气下,整个隧道承受的水流压力都异于往常,对于固定位置的结构和材料使用提出了难以想象的超高要求。

  最近处相距19公里,施工方案一改再改,琼州海峡隧道为什么难修建?

  琼州海峡是典型的海盆结构,倾斜角度大、多地震,春夏多台风、秋冬多大雾的条件决定了不适合在此建设跨海大桥的桥梁方案,而隧道方案也依然面临着诸多的考验。所以就不难理解,为何这个项目在20多年来都迟迟未能动工。当然,人类的技术发展从来都不是随心所欲的:从了解每一处地质构造、每一寸岩层特性、每一股海水的波动开始,从尊重自然规律的角度出发,相信在未来,凭借着工程师们的聪明才智,我们一定可以找到更加安全可靠的方案,让天堑变成通途。