楊新安  戈志帆

在海底建隧道，聽起來是不是很科幻？

但是，你想過沒有，浩瀚的海洋、不斷變化的地層、巨大的水壓與滲流、難以想象的施工難度與復雜無比的海洋環(huán)境，這些都是建設“海底隧道”的“攔路虎”。

我們說“海底隧道”，一般是指線路在海域（海峽、海灣或近海水域）下方穿越、并長期處于海水壓力與海底地層共同作用環(huán)境中的交通或市政隧道。

按跨越對象與服務功能，“海底隧道”通?？煞譃?ldquo;海峽隧道”與“海灣隧道”等類型。前者多用于跨越海峽、連接兩岸或島陸，線路往往更長、埋深更大、環(huán)境更復雜；后者多服務于灣區(qū)城市群或入?？诮煌ㄗ呃?，往往與港航、城市交通組織密切相關。

放眼全球，連接英國與法國的英法海峽隧道、日本連接本州與北海道的青函隧道，都屬于典型的海峽隧道；而東京灣跨海通道則更具海灣隧道的代表性特征。

英法海底隧道平面示意圖

東京灣海底隧道平面示意圖

隨著跨海交通需求增長和施工工藝的進步，海底隧道也從早期的以單工法施工方式為主，逐步發(fā)展為盾構、礦山等多工法并用，并持續(xù)向更長距離、更高水壓與更復雜地層條件拓展。

那么，如何在不同海域工程環(huán)境與地質條件下選用更合理的施工方案，并在多工作面并行的情況下實現(xiàn)高精度連接呢？這已成為海底隧道建造中最具代表性的技術挑戰(zhàn)之一。

施工方法各有千秋

從修建方法看，海底隧道施工工法大體可歸納為三大類：沉管法、盾構法與礦山法。這些施工方法各有千秋，適用條件也各不相同。

沉管法更像“先在岸上造好，再到海底安裝”。工程通常在船塢或干塢預制大型隧道節(jié)段，將其封閉后浮運至現(xiàn)場，再在開挖好的海床基槽內(nèi)沉放、對接并回填覆蓋。沉管法的優(yōu)勢是斷面可做得很大、線形組織相對靈活，適合公路或城市快速路等對斷面與坡度要求更高的通道；同時在近岸淺水、海床以軟土為主且可開挖條件較好的海灣、入?？趨^(qū)域更具優(yōu)勢。但沉管法對航道組織、基槽開挖、基礎處理以及節(jié)段接頭止水提出極高要求，施工窗口與海況約束也更強。

沉管法施工示意圖

盾構法則更像“在地下連續(xù)掘進”。通過土壓或泥水等方式在開挖面建立穩(wěn)定壓力，盾構機像一臺“地下工廠”一樣，一邊掘進排除渣土、一邊拼裝管片襯砌，實現(xiàn)連續(xù)成洞。它對地表擾動小、封閉性強、連續(xù)性好，特別適用于軟弱地層、富水地層或需要深埋避開航道與海床擾動的海底區(qū)段。更重要的是，盾構法在超長距離隧道中更容易形成穩(wěn)定的施工節(jié)奏，是當前我國超長海底隧道的重要選擇之一。

盾構法施工示意圖

鉆爆法更適用于以巖層為主、圍巖完整性較好的工況。它的優(yōu)勢在于對復雜圍巖具有更強的適應性、斷面與支護調整更靈活；但在高水壓、強滲透條件下，需要依賴超前地質預報、超前探孔與注漿加固等手段降低涌水風險，對施工組織、通風排煙與安全管理的要求也更高。

鉆爆法施工示意圖

中國方案獨具特色

近年來，我國海底隧道工程進入“密集攻關期”，不少項目在高水壓、長距離、軟硬交互等條件下持續(xù)刷新紀錄，也讓“組合工法施工”和“地中對接技術”從工程難點逐步走向工程常態(tài)，可以說中國方案走出一條獨具特色的技術路線。

以“廣深港高鐵獅子洋隧道”為例，它面對的是長距離風化巖層與高水壓環(huán)境。工程組織盾構雙向掘進，在水下深埋條件下實現(xiàn)精確對接，體現(xiàn)了“長距離盾構+對向施工+地中會師”的系統(tǒng)能力，為此后的工程提供了良好示范。

獅子洋海底隧道縱斷面圖

再如“甬舟鐵路金塘海底隧道”，其突出特征是長距離、海底高水壓以及多次軟硬地層變化。工程采用兩臺大直徑盾構從寧波側與舟山側相向掘進，最終在海底“會師”對接。這類工程把“精確控制”推到更前臺：對接點的選擇、姿態(tài)控制、同步注漿、管片拼裝精度以及對接段止水構造，都直接決定貫通成敗。

甬舟金塘海底隧道縱斷面圖

在地質條件“軟硬差異顯著、兩端特征不對稱”的海底工程中，“單一工法走完全程”往往并不經(jīng)濟或風險過高，組合工法因此成為更現(xiàn)實的選擇。比如青島膠州灣第二海底隧道，采用鉆爆法穿越圍巖完整性較好的島陸域和島端海域地層，采用盾構法穿越淤泥質土和破碎巖層，最終在花崗巖與凝灰?guī)r分界附近圍巖較好的花崗巖段完成對接。它的邏輯并不復雜：讓更適合巖體段的工法去解決巖體段，讓更適合富水軟弱段的工法去解決軟弱段，最終用一個可靠的“接口”把它們連接成一條完整通道。

膠州灣第二海底隧道縱斷面圖

組合施工協(xié)同接力

海底隧道往往跨越距離長、地層變化快。同一條線路上，可能既有軟土、砂層，也有風化巖、斷裂帶；既要穿越高滲透地層，也要面對海水壓力和復雜地下水環(huán)境。若全程只用一種辦法，要么成本過高，要么風險難控。

因此，工程實踐越來越傾向于把隧道按地質條件、施工條件與風險等級劃分為若干“區(qū)段”，再匹配最合適的工法，形成整體的“組合方案”；為了減低施工風險，單個區(qū)段獨頭掘進的長度往往需要控制在10 km以內(nèi)?？梢园阉斫鉃椋汉５姿淼啦辉偈且粭l“單一工法的長跑”，而更像一場“多戰(zhàn)術協(xié)同的接力賽”。

組合施工法的關鍵不只在“選什么工法”，更在“如何根據(jù)海域環(huán)境、隧道設計和工程地質條件等合理地劃分不同的區(qū)段以及合理的施工工法，并妥善處理不同工法區(qū)段的安全平順地連接”。連接的斷面形式、結構體系、防水體系、地層加固、施工設備轉換與工序銜接，都需要系統(tǒng)論證。接口越多，對“接頭”的要求就越高；線路越長，對“并行施工”的需求也越強。于是，一個趨勢逐漸清晰：兩端（甚至多端）同時施工、在地中實現(xiàn)高精度對接，正在成為超長海底隧道縮短工期、分散風險的重要組織方式。

“地中對接”精準會師

地中對接技術，簡單說就是：讓兩端（或多端）掘進的隧道在地下按既定坐標實現(xiàn)精確相遇，并完成結構連接與止水處理。它最難的地方在于：地下不可見、測量受限、地層擾動，盾構姿態(tài)與軌跡會隨著阻力變化產(chǎn)生偏差。要在這些不確定因素疊加的情況下實現(xiàn)“會師”，需要一套系統(tǒng)性的控制方法。

盾構地中對接示意圖（a）先行盾構掘進至對接點

盾構地中對接示意圖（b）后行盾構掘進至對接點

盾構地中對接示意圖（c）對接位置注漿堵水加固

盾構地中對接示意圖（d）盾構拆機及二襯澆筑

第一步是對接位置選得科學。對接點不是“隨便定一個中點”。工程往往優(yōu)先選擇地層相對均勻、風險可控的區(qū)段，盡量避開斷層破碎帶、強滲透砂層和地層突變界面；同時還要考慮施工進度匹配、資源組織與應急處置條件。換句話說，對接點的目標是“讓不確定性更少、控制更容易”。

第二步是把誤差當成對象來管理。地中對接不追求抽象的“零誤差”，而強調誤差預算與閉合控制：地面測量控制網(wǎng)如何傳遞到地下、姿態(tài)如何實時監(jiān)測、管片拼裝偏差如何控制、偏差趨勢如何識別與糾偏，最終都要落到“對接可控”這一目標上。

第三步是對接區(qū)盾構施工進入“精細化駕駛”。越接近對接區(qū)，掘進控制越從“效率優(yōu)先”轉向“精度優(yōu)先”。推力、扭矩、刀盤轉速、土壓/泥水壓力更強調穩(wěn)定；糾偏更強調小幅、漸進式修正；同步注漿質量更關鍵，因為它直接影響盾尾空隙的充填與地層變形，從而影響姿態(tài)穩(wěn)定；管片拼裝也更嚴格，因為拼裝誤差會累積成對接誤差。

最后一步是把“幾何相遇”升級為“結構與防水意義上的連接”。兩端相遇后，還要處理端頭結構、止水構造、接頭受力與耐久問題，并具備涌水、超挖、盾構拆機失穩(wěn)等情況下的應急預案。對接的成敗，不僅是“接得上”，更是“接得牢、接得久、接得不漏”。

“海底拼圖”未來可期

展望未來，我國海底隧道建設很可能從“灣區(qū)跨江跨海”繼續(xù)邁向“超長海峽通道”。無論是社會長期關注的煙臺—大連跨海通道構想，還是瓊州海峽通道的持續(xù)研究與比選討論，甚至是臺灣海峽通道的討論與研究，都指向一個方向：跨海通道將越來越多地進入國家綜合交通體系的長期視野。

我國已經(jīng)是隧道建設體量第一大國，可以預見，在走向隧道強國的征途上，隨著跨海工程走向“更長、更深、更復雜”，海底隧道將成為我國實現(xiàn)交通強國、服務海洋空間開發(fā)與海洋經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎設施選項之一。而要把這些工程從“設想”變?yōu)?ldquo;可實施”，技術路徑上必然更依賴兩項能力的持續(xù)精進：其一是組合工法的精細化匹配，例如按地質分段選型、按風險分級組織施工、按接口強化轉換段與止水體系等；其二是地中對接技術的體系化提升，包括高精度測量控制、姿態(tài)糾偏、同步注漿與拼裝精度、接頭結構與防水耐久、以及更完備的應急與韌性設計。

當我們坐在列車或車流中穿越海底時，真正支撐這段“看不見的旅程”的，是工程人員把每一段地層當作不同的題目來解，把每一次地下會師當作一場精密的海底“拼圖”。海底隧道之所以能成為現(xiàn)實，靠的正是這種把復雜問題拆解、再嚴密組合，并在關鍵節(jié)點實現(xiàn)可靠連接的工程智慧。正是這種敢于挑戰(zhàn)極限、善于化繁為簡的工程精神，讓海底隧道從藍圖變?yōu)楝F(xiàn)實，也讓中國的跨海夢想一步步延伸向更深、更遠的海洋。

作者簡介：

楊新安 工學博士，同濟大學交通學院教授，博士生導師，交通隧道研究室主任。從事“隧道工程、城市地下工程”等方面的教學與研究工作40年，主持“京張高鐵八達嶺長城地下車站施工關鍵技術研究”、“獅子洋復合地層盾構掘進姿態(tài)控制與對接技術”、“壁板坡特長隧道施工關鍵技術研究”等課題研究，在隧道支護與加固理論、長大隧道及深埋地下車站修建技術、城市隧道施工風險控制等方面做出突出貢獻。近年來，參與甬舟鐵路金塘海底隧道、青島第二海底隧道相關科研課題研究工作。

研究成果獲省部級科技獎8項，發(fā)表論文180余篇，獲國家專利20多項，出版著作（包括合著）10部，主編國家“十一五”規(guī)劃教材《鐵路隧道》。培養(yǎng)碩士、博士研究生60余名。

戈志帆 同濟大學交通學院在讀碩士研究生，發(fā)表相關論文3篇，主要從事海底盾構隧道領域研究工作。