摘要：本文總結了國內外沉管隧道的發展情況，并通過對沉管隧道特點的分析，針對瓊州海峽的水文、地質、氣象條件，提出鐵路穿越瓊州海峽的推薦方案—沉管隧道方案。

關鍵詞：瓊州海峽，沉管隧道，越海通道

1沉管隧道的發展

1.1國內外越海隧道工程建設和研究現狀

世界上由于海峽存在，陸地被分割，在不同條件下形成兩個區域，并造成交通障礙及文化差異。連接海峽兩岸主要有三種方式：輪渡、修建橋梁和修建隧道。輪渡受氣象條件的影響較大，并且不能直接連通，造成人員物資轉運十分麻煩。修建橋梁往往受跨度、水深的影響，且建成運營后也同樣受氣象條件的影響。而修建海峽隧道既可以穿越較大跨度直接連通海峽兩岸，又可以在運營后很少手氣象條件影響，能保持連續通行。

世界上已建成了許多海峽隧道,許多正在研究中。

日本關門海峽在本世紀40年代即用隧道連接，以后又建了橋梁，是世界是上最早的海峽隧道。經過艱苦努力，日本于1988年建成了青函隧道，使本州——北海道之間實現了鐵路運輸。

英法海峽隧道從拿破侖時代（1800年）以來就曾兩次開挖，但都停了下來。1993年隧道全部貫通，投入運營。

1996年，丹麥大海峽隧道竣工，它把丹麥和歐洲本上連接起來，實現把瑞典和德國連成一體的計劃，從而使歐洲范圍內幾乎都能陸路相通。

直布羅陀海峽通道從七十年代開始調查，西班牙及摩洛哥交換了協議，分別設立勘察機構，依靠自身力量和日本、英、法等協作進行勘察設計。最初有橋梁及隧道兩個方案，原定1990年內確立其中一個，由于種種原因而未能如愿。海峽水深300 m（從摩洛哥的丹吉爾向北的海上距離約28km，橋梁方案在技術上十分困難，還有政治因素。現在方案初步確定為橋梁和隧道的組合方案，即在航道下用隧道，其余部分架浮橋通過。這個海峽通道和僅是兩個國家間的英法海峽通道相比，它將連接歐亞及非州兩片大陸，而具有劃時代的意義。

在亞洲，計劃的有日韓對馬海峽隧道、臺灣海峽隧道、馬六甲海峽隧道、爪哇島與蘇門答臘島之間的巽他海峽隧道、宗谷海峽、間宮海峽通道。日韓隧道經過約十年的勘察及方案設計，至今日本側佐賀縣的呼子長400m左右的試驗斜井已經開挖，對地質地形狀況有了很好的了解，但和韓國側的資料在精度上有差別，出現一個界面。該通道被構想作為亞洲高速公路的一部分，現有多個方案正在比選之中，這還和韓國政治形勢有關，但總要逐步集中到某一方案。

臺灣海峽隧道目前由清華大學進行可行性研究。鑒于兩岸的政治形勢和技術條件，初步估計最早要到2030年才可能修建。

關于馬六甲海峽，從該地區發展需要來看，是引人注目的通道。

巽他海峽隧道正在日本及法國的幫助下進行調查。海峽原為火山巖屑堆積體，海底深部狀況不明，水深100m左右，中間有島嶼，施工比較方便（將由地質狀況來決定合適的施工方法）。

關于宗谷海峽，間宮海峽通道，因眼下考慮的僅是輸送西伯利亞、薩哈林的石油與天然氣資源的需要，故至今未進行勘察。

至于白令海峽，曾有筑壩發電之說，撇開其長度，由于水深不太大，如果選用合適的方案，作為運輸通道也是可能的，它的實現將把亞歐大陸和美洲連接起來。

隨著經濟的發展和技術的進步，特別是許多越水隧道成功的建成運行的事實使得人們的觀念發生了變化，人們已意識到“遇水架橋”不再是唯一的選擇，在許多情況下以水下溝通兩岸比建橋更為優越。到目前為止，我國大陸已建成的水（海）底隧道已超過10座。在上海的黃浦江先后修建 了打浦路、延安東路和延安東路復線三座城市道路隧道；1999年初，又建成了兩條上海地鐵二號線黃浦江區間隧道。計劃中的軌道交通明珠線還采將建成4條黃浦江隧道。已建成的黃浦江隧道均采用盾構施工。黃浦江吳淞口隧道擬采用沉管法。90年代以來，我國大陸除建成了眾所周知的多條黃浦江隧道外，還建成了廣州珠江沉管隧道和寧波甬江沉管隧道。值得注意的是，這兩座水底隧道都是由國內的技術力量設計和施工的，其運營情況和防水效果都十分良好。京滬高速鐵路穿越長江的南京上元門隧道已由鐵道部第四勘察設計院完成初步設計。該隧道采用沉管隧道方案，沉埋段長1930m，全長5765m。由鐵道部第四勘察設計院承擔編制的武漢長江水底隧道（含地鐵）的預可行性研究報告也已于1999年6月完成，該隧道也擬采用沉管隧道方案，沉埋段長約1300m，全長約3.2km。正在規劃研究的水底隧道工程還有：連接遼東半島和膠東半島的渤海海底隧道，長約57km；連接上海和南通的長江水底隧道，長度約7km；上海至寧波的杭州灣水底隧道，最長的隧道方案長約約52km，隧道建成后滬甬兩地的運輸距離較經杭州錢塘江大橋縮短約250km；另外還有其它穿越長江的水底隧道。臺灣海峽隧道目前由清華大學進行可行性研究。

此外，我國香港已建成5座越海隧道，它們全部采用沉管隧道的型式。我國臺灣也修建了高雄港跨港隧道和新店溪河隧道。廣州救撈局參與了香港西區的兩條隧道的沉放工作。

1.2國內外沉管隧道發展現狀

自1894年美國在波斯頓修建世界第一座沉管隧道以來，到現在世界上已經修建了一百多座沉管隧道。我國大陸、香港和臺灣高雄已修建了8座沉管隧道。

沉管隧道結構型式的發展:沉管隧道主要有兩種基本類型：一種是鋼殼管段隧道；一種是混凝土管段隧道。

第一座鋼殼管段沉管隧道是在二十世紀初在北美建成的。鋼殼管段沉管隧道是鋼殼與混凝土的組合結構。鋼殼可作為防水層并在結構上有明顯作用。混凝土主要承受壓力和作為鎮載物，并且也有助于結構上的需要。由于鋼殼具有彈性特點，因此，完工的鋼殼管段沉管隧道成為一個具有柔性的整體結構。全世界修建的鋼殼管段沉管隧道大多在北美，日本也修建了幾座，歐洲采用得不多。

沉管混凝土隧道最早出現在歐洲。半個世紀以前，在荷蘭的鹿特丹建成了第一座歐洲的沉管隧道。此后，這種施工方法得到了極大的簡化和優化。現今全世界約建成了四十多座混凝土管段沉管隧道。混凝土管段沉管隧道大多數在歐洲，其中約有一半在荷蘭。亞洲的日本、中國也修建了幾座混凝土管段沉管隧道。

混凝土管段沉管隧道的主要特點是隧道的管段由鋼筋混凝土制成，鋼筋混凝土用于結構構造和作為鎮載物。盡管大多數新近建造的混凝土管段沉管隧道沒有防水薄膜，但老的使用了混凝土管段的沉管隧道一般都使用了鋼板或瀝青防水薄膜。大多數完工的混凝土管段由多個節段組成，管節長約20～25m，用柔性接縫將其連在一起。因為每一管節是一個整體結構，更易控制混凝土的灌注和限制管節內的結構力。只有極少數的混凝土管段沉管隧道有剛性的隧道接縫。

除了管段制造中使用各種不同技術外，鋼殼管段沉管隧道和混凝土管段沉管隧道的水上施工技術也不同，這些與不同管段不同材料的本來性能有關，也與承包人的技術有關，這種技術是在不同的環境下各自開發出來的。每一種實施方法都對工程進度、引道斜坡的施工、澆注場地等有不同影響。例如，對私人投資的工程來講，時間很重要，可能導致有更高的直接投資。至于成本，不能簡單說成是混凝土管段沉管隧道比鋼殼管段沉管隧道要昂貴些。例如，由于環境要求，建造一個專門制造混凝土隧道管段的灌注場地的費用增高，這就很可能改而選擇鋼殼管段沉管隧道方案。鋼殼管段沉管隧道的沉埋深度可能會比混凝土管段沉管隧道的沉埋深度深一些，這樣就增長了現場引道斜坡的長度。

美國和歐洲的方法不同，有其科學和政治發展的根源。但是，總的來講，歷史已證明最終結果——即在質量、防水性能、壽命、可靠性及維修等方面的最終結果并不存在不同之處。

基槽開挖方法: 對開挖來說，人們所熟悉的技術例如戽斗式挖泥機、帶切泥頭或吸泥頭的吸泥機或挖泥機和帶抓斗的起重機都是可以選擇的。切泥頭挖泥機是對要浚挖的泥土進行混攪成漿后吸走。如使用浮放管路排泥時，這種挖泥機的垂直運輸是封閉的，而且最后的水平運輸也是封閉的。這樣對環境的影響就比較小。戽斗式挖泥機在垂直運輸泥土時，以及當泥土卸進駁船中供水平運走時產生的溢出都會對環境造成污染。與戽斗式挖泥機一樣，帶抓斗的起重機對環境也有同樣不利的影響。

基礎施工方法:現有三種不同的基礎，歐洲普遍使用噴砂和注砂基礎，美國普遍使用樣板刮平的礫石基礎。

(1)樣板刮平的礫石基礎

一般用于北美的鋼殼管段隧道。地槽浚瓦好后，接著便在地槽底上鋪一層粗砂或礫石。礫石和砂的粒度級配必須與水力條件相適應：即水流越大級配越高。這層厚度約0.7mm。必須注意礫石基礎的刮平度。要求的平順精度為±3cm，這取決于當地條件、砂或礫石的級配以及使用的設備。刮平是用一塊樣板來進行的，樣板從滑架上的絞盤車上懸掛下來，滑架沿支承在兩個浮筒上的軌道滾動。這套設備錨定在要刮平處的水面上，樣板的的懸掛高度可以調節以補償潮汐水位的變化。為了盡可能排除來自水面的影響，可以采用按半潛水的原則制成的特殊設備。這種方法允許樣板直接連到錨墩上。

(2)噴砂基礎

建造砂基礎的第一個系統用的是C&N法（ChrisTIAni & Nielson 法），即使用在隧道管段上方滾動的鋼門架，與門架相連的為三根毗鄰的管子，這三根管子被引入到隧道管段底部與地槽之間的空間。最大的管子在中間，通過這根管子，砂水混合物被泵送到隧道管段下面。位于大管子兩側的兩根管子又將水吸回去，從而形成一種流動作用，使砂在隧道管段下面以一種良好限定和良好控制的型樣沉淀下來。門架位于隧道管段上面并可使管子繞一垂直軸轉動，這樣就可以做到隧道管段下面的整個空間都可以達到。隧道管段下面需有約1m的空間以便移動管子。砂必須是干凈的，砂的平均粒徑約為0.5mm。砂水混合物的濃度和排除口速度與噴出形成的砂餅的直徑有直接關系，必須很好地控制。

(3)注砂基礎

為了避免使用門架（因門架可能妨礙航運交通），以及為了在更深的隧道下面鋪設基礎，開發出砂流注砂法。這種方法像噴砂法一樣把砂水混合物泵送到管段下面的空間里。只不過不是使用可移動的系統，而是在隧道管段底板上開許多孔口，這些孔口與放在管段里面相連。當管道從岸上經過隧道通到這些孔口處進行充填砂基時，不會影響航運。砂水混合物通過在隧道管段內的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空間直到砂堆接觸到隧道管段的底部為止。這樣就在隧道管段下面形成一個擴大的砂餅。直到砂餅內部的水壓超過了預先指定的最大值，然后才打開下一個孔口，同時將前一個孔口關閉。這種方法速度快，能在24小時內填滿一個隧道管段下面的整個空間，這樣就能避免管段放置后產生淤積的危險。

沉管隧道的管段制作技術研究

(1)管節制作

管節制作是大型沉管隧道的主要工序，它的工期和質量不僅直接影響沉管的浮運和沉放，而且關系到隧道運營的成敗。制作工藝的關鍵技術是控制混凝土的容重和管節體形（結構）尺寸精度，以及控制鋼筋混凝土結構的裂縫來實現結構的自身防水。

(2)、制造管段的場地

現在制作鋼殼管段主要是在隧址附近的船塢制作鋼殼，然后拖到隧道施工現場附近進行艤裝，在拖至施工現場后灌注鎮載混凝土。制作混凝土管段主要采用干船塢的方式，即在隧址附近的岸邊修建大型的干船塢，在干船塢中澆制混凝土管段，管段造好后浮運至施工現場沉放。干船塢在排水后繼續制作下一批管段。在丹麥和瑞典的斯熱桑得隧道在干船塢里還建造有一條混凝土管節生產的流水線的工廠，管節造好后在干船塢里連接成管段。

1.2.5沉管隧道的管段浮運沉放技術研究

(1)隧道管段的浮運

浮運方式受航道條件、浮運距離、水文和氣象等多種因素控制，主要有以下兩種施工方案：（1）拖輪浮運方案；（2）絞車拖運、拖輪頂推方式。在運輸隧道管段時，應注意以下條件：（1）將遇到的情況；（2）在現場的特定條件下的隧道管段的特性；（3）在航行水道中可資利用的空間；（4）拖船的種類和能力；（5）定位系統和將這些結果提交給作業指揮者的方式。

(2)隧道管段的沉放

隧道管段的沉放是這種工程任務中最危險的部分。或許是因為參加這項工作的人們已知道其危險，所以盡管到目前為止已沉放了數百節的隧道管段，卻很少發生事故或失敗。巨型隧道管段的沉放是在相對困難的條件下進行的，因為那里的大多數作業是在無法直接觀察的情況下完成的。因此，作業的關鍵是盡可能使作業簡單，盡量多地利用水的自然能力。

沉放方法的選定與管節的結構計算、在施工狀態下的受力狀況、著力點的布置、干舷及抗浮系數都有著密切的關系。主要有以下三種方案：（1）雙駁船吊掛沉放方法；（2）自抬式吊掛沉放方法，國外稱為SEP工法（Self Elevated Platform）；（3）起重船吊掛沉放方法。

沉管隧道的接頭設計及處理技術研究: 接頭設計和處理技術是沉管隧道的關鍵技術之一，接頭的設計應能承受溫度變化、地震力以及其它作用并保證隧道接頭具有良好的水密性。

沉管隧道的每一個管段都是一個預制件，在管段之間和管段與通風塔之間存在接頭。接頭可分為兩種形式：一種接頭具有與其連接管段相似的斷面剛度和強度——剛性接頭；另一種接頭則允許在三個主軸方向上有相對位移——柔性接頭。在某些情況下，沉管隧道的所有接頭都采用同一種形式，在另外一些情況下，兩種形式都可能采用。

接頭的位置、間距和形式應按照土壤條件、基礎形式、抗震以及可加工性來決定。同時，還應考慮接頭的強度、變形特性、防水、材料以及細部構造。

2瓊州海峽沉管隧道方案

海南島是我國僅次于臺灣島的第二大島嶼，資源十分豐富，素有祖國寶島之稱。海南島獨特的風土人情，山光水色，是天然旅游勝地。1998年，國務院批準建立海南省，是改革開放后最大的經濟特區。海南島資源的開發利用在海南省的經濟建設中起著關鍵的作用。而經濟要騰飛，關鍵是交通。但是，海南島島內雖有鐵路、公路，卻不能和大陸連通，使海南豐富的資源和祖國大陸的各種物資被海峽所隔，交通不便，交流受阻。據98年統計，每年通過旅客愈500萬人次，且近年仍呈上升趨勢，嚴重影響海南省的經濟發展。目前，越海鐵路有限公司已經成立，并開始著手黎——湛鐵路末端湛江至徐聞段的鐵路修建工作，并初步擬定輪渡方案越海。但據初步研究，認為該方案存在以下幾個問題：

（1）海峽兩側需修建大型的輪渡碼頭，且需解決輪船與鐵路連接機構隨水位升、降的調節問題。

（2）碼頭內需配設數條調車作業線，以進行越海列車的解體與編組作業，即不能實現直通。初步估算，越海時間至少需要2～3小時，而直通僅需約15分鐘，為輪渡方式的8～12倍。

（3）不能全天候運行，遇大風和暴雨天氣必須中斷。而在海峽地區此類天氣占全年的50%，不適應緊急時期的需要。

因此，采用直通方式連接海峽兩岸交通已迫在眉睫，必須提到日程上來，這是時代的需要和歷史的責任。做好直接溝通瓊州海峽兩岸的前期規劃，已刻不容緩。在開始決定修建直接越海通道前，作好各種越海方案的可行性研究，以供決策者參考，是完全有必要的。

目前，海峽通道主要由輪渡、橋梁、隧道、橋隧組合四種形式。輪渡受氣象條件的影響最大，不能直接連通，效率較低，人員與物資的轉運十分困難和麻煩。修建橋梁是一種常見的方式，但從戰備效益來看，跨海大橋的安全性不如越海隧道，科索沃戰爭中，多瑙河南聯盟段的所有橋梁都受到轟炸攻擊，另外跨海大橋的技術難度也很高，同樣受到跨度、水深和地質等條件的影響，建成運營后受氣候變化的影響也始終存在。因此，海峽通道選擇修建海峽隧道是一種較好的方式，既可以穿越大跨度的海域，直接連通海峽兩岸，又可以在運營后避免氣候條件的影響，保持連續通行。

就海峽隧道來講，目前主要有深埋海底隧道、沉管隧道、懸浮隧道等幾種方案。深埋隧道的特點是埋深大、隧道長，從而投資較大、工期較長。長距離深埋海底隧道為了縮短工期，通常采用掘進速度較快的TBM施工，但對于我們國家來講，TBM機械還不能自己研制，需要從國外引進，因此將增加許多額外的投資。對于懸浮隧道來說，至今為止世界上尚無建成實例，有關方案的研究則有不少成果，但因無實際工程經驗，因此尚有待于進一步摸索。

沉管隧道具有許多優點。首先，從對地層條件的適應性來看，沉管隧道不怕軟弱地層，基本上不受地質條件的限制，對地基允許承載力的要求也很低，一般5N/cm2左右即可。第二，沉管隧道的埋深很淺，一般1m即夠，甚至與海床齊平或超出海床。而深埋隧道至少要10m以上。青函隧道最淺埋深100m，地層條件較好的英法海峽隧道的最淺埋深也有40m。這樣，沉管隧道的長度就比較短，造價也因而降低。第三，沉管隧道的斷面既可做成圓形，也可做成矩形或其它形狀，十分靈活。矩形斷面利用率高，埋深也相對較淺。第四，沉管隧道的主要工序，如基槽開挖、管段預制、管段浮運沉放和內部裝修等可平行作業。因而沉管隧道各工序間干擾少，施工質量可提高，且工期可縮短。第五，由于沉管隧道接頭數量少，且其水力壓接采用了先進的Gina防水帶，在加上管段整體預制可保證管段良好的自防水性，通常還采用外加防水膜，這樣，沉管隧道的防水性能十分優良，能做到滴水不漏。第六、具有很強的抵抗戰爭破壞和抗自然災害的能力。在戰爭條件下，一顆精制導彈或巡航導彈就足能摧毀一座堅固的大橋，不僅橋梁自身的交通中斷，且阻塞江河海港航道，難以疏通。海灣戰爭第一天，幼發拉底河所有的橋梁全部被炸毀，水下隧道卻安然無恙。此外，隧道的防震、防核效應的能力是橋梁的幾倍，甚至幾十倍。第七，國外的沉管隧道技術都比較成熟，國內也進行了大量的研究，已經修建了廣州珠江沉管隧道和寧波甬江沉管隧道，初步具備了獨立設計、獨立施工的能力。當然，沉管隧道在施工時，將受氣象、水文條件的制約，一定程度上影響航運。但總體說來，在瓊州海峽采用沉管隧道方案具有較高的可行性。

3結語

沉管隧道建成的實例目前為止已有100多座。從1894年——1969年七十多年間，世界上僅修建了四十座長沉管式隧道，而1970年——1995年二十五年間就修建隧道六十余座，僅1990年——1995年就高達二十座，沉管隧道的發展舉世矚目。最長的沉管隧道是1970年完成的美國加利福尼亞、舊金山海灣地區快速交通隧道，總沉埋長度5825m，到結構底部的深度40.5m。瓊州海峽的寬度在18.2～35km之間，水深80～160m。盡管目前尚沒有如此規模的沉管隧道實例，但國外已有這方面的研究成果和可行性方案。例如，1985年10月提出的英吉利海峽聯絡線方案，由高架橋和沉管管道組成，沉管公路隧道管段部分總長為20.7km。英國建筑公司（B.S.C.）提出的一座沉管隧道方案，鐵路隧道部分穿越海峽全寬，雙車道的公路隧道部分穿越海峽中心11km的寬度。擬建的日韓海底沉管隧道，將穿越日本壹岐海峽22km，最大水深60m；穿越東對馬海峽49km，水深120m；穿越西對馬海峽49km，水深 200m。因此，雖然瓊州海峽的寬度較大，水深較深，但基于當前的技術研究情況來看，建設沉管隧道仍然是一種推薦的可行性方案。

1993年8月我國大陸第一條六車道公、鐵路合一的大型水下隧道——珠江隧道勝利建成通車（如圖1）。這是我國工程界經過三十多年攻關，首次采用沉管法施工的結晶，為我國沉管隧道填補了空白。1995年11月，寧波甬江隧道也順利建成。世界第二、亞洲第一（按管段排水量）的上海外環線黃浦江沉管隧道也已于2000年十月開工興建（如圖2、3）。

香港的東、西區沉管隧道管段的沉放由交通部廣州救撈局施工，廣州珠江 沉管隧道，寧波甬江沉管隧道是由我國自行設計和施工的，說明我國已具備了沉管隧道的設計和施工能力。

關于瓊州海峽隧道方案的技術觀點必須解決土木工程史上尚未經歷過的很深的海底問題，很多問題有待解決。在這種情況下，采用沉管隧道方案的未知因素和風險要比深埋隧道方案和懸浮隧道方案少一些。可望通過采用海底油田所發展的海上作業平臺、工作船上的操作技術、造船設施等去克服采用沉管隧道方案所涉及的最大困難。鋼材和水泥的大量需要將增進這些工業的發展，而大規模地生產碎石和石料也會有助于促進建筑工業的發展。

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The Summarization of Immersed Tunnel Development and The Immersed Tunnel Project of Qiongzhou StraitLi Xingbi, Wang Mingyang, Qian Qihu

(PLA University of Sci.& Tec, Engineering Institute, Nanjing China, 210007 )

Abstract The immersed tunnel development was summarized in this paper. The immersed railway tunnel project was recommended to across Qiongzhou strait according to the character of immersed tunnel and the hydrology, geology, weather of Qiongzhou Strait.Keywords Qiongzhou Strait, immersed tunnel, crossing through strait

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