台湾问题日趋焦灼,但也是大势所趋。
就在最近,一手脍炙人口的儿歌牵动了无数国民的心声:坐上那动车去台湾,就在那年,去看看那情歌阿里山,还有那神奇的日月潭。
就是那么一手简单的歌曲,唱出了多少大陆和台湾人民的心声,而关于年坐高铁去台湾,国台办发言人朱凤莲也出来回答:这个愿望一定会实现!
那要实现这个愿望,首先要解决的就是铁路问题,而且是长达多公里的跨海大桥,当然还有其他实现的方式,在下文会给大家罗列出来:
该工程实施难度如何?
年2月,国家印发了《国家综合立体交通网规划纲要》
《纲要》中提到的发展目标为:“到年,基本建成便捷顺畅、经济高效、绿色集约、智能先进、安全可靠的现代化高质量国家综合立体交通网。”
根据《纲要》中的内容,可以发现,台湾也是交通网规划中的一部分。
台湾也纳入了交通网规划
如果要实现《纲要》中的规划,一条跨越台湾海峡的交通通道必不可少。
北线,中线or南线?
早在上世纪90年,修建台湾海峡通道的构想已被提出。之后,在多次召开的论证研讨会中,基本上稳定为3条路线方案。
依据地理分布,分别称为北线方案,中线方案及南线方案:
(1)北线方案
从福建平潭岛东澳村-台湾新竹市南寮渔港,全线约公里。
(2)中线方案
从福建莆田市南日岛-台湾苗栗县,全线约公里。
(3)南线方案
从福建厦门市厦门市,经烈屿(小金门)、金门至澎湖,然后穿越澎湖水道,最终连接至台湾嘉义,全线约公里。
台湾海峡通道的三种线路方案
基于技术层面,业界普遍较倾向于北线方案。主要原因有二:
1、北线方案在三者中路程最短
无论采用哪条线路,台湾海峡通道一旦建成,都会一举跃升为世界上最长的跨海通道。目前最长的港珠澳大桥,全长也仅为55公里,尚不及前者的一半。对于这类跨海超级工程,每一公里的延长,都会造成投资和建设难度的指数型增加。如果将路程最短的北线方案与路程最长的南线方案相比,它们之间的长度差距整整相当于再建一条港珠澳大桥。
2、北线方案遭遇强地震的可能性相对较低
台湾海峡处于台湾造山带前缘,受马尼拉海沟影响,地质构造较为复杂,震区周边历史强震较为活跃。从台湾海峡的历史地震分布来看,海峡内的地震活动特点是西强东弱、南强北弱。而中线方案和南线方案均穿过了历史中强地震区域。强地震会带给超长跨海通道极不确定的损害风险。
线路与台湾海峡历史地震的关系
我们从另一个事件中也可以一窥端倪。年12月26日,平潭海峡公铁大桥通车运营。线路北起福州市长乐区,南至平潭县苏澳收费站,全长约16公里。
作为合福高速铁路的一部分,全国铁路网络已将末端延伸至了平潭县。
平潭海峡公铁大桥
海上or地下?
如果采用北线方案,则需要穿越长达km,水深约60~70m的水域。
北线方案水域深度约60~70m
在如此长距离的海峡建立交通通道,以目前的技术有两种选择。
一是架设特大型悬索桥,在海面上跨过台湾海峡。
特大型悬索桥
桥梁方案的好处是施工技术成熟,且大部分施工活动都位于肉眼可见的海上,只有在桩基施工时才需要应对复杂的地质情况。同样的,由于位于海上,桥梁的缺点也很明显——海上现实条件对桥梁的影响巨大。
超过km长的海上大桥,对风力的响应十分敏感。在台湾海峡,一年中至少有4个月会遭遇强风和大浪,对桥梁在使用阶段的运营造成不可忽视的困扰。当风力大到一定程度时(如遭遇强台风),甚至可以引起桥梁上的车辆出现颠覆。
台湾海峡各月份的风力频率
其次,台海海峡还拥有繁忙的通航海道,高度超过30m的巨型油轮会从海峡中来回穿过。桥梁建造后对通航条件的影响也是一个复杂的难题。
繁忙的台湾海峡
基于以上两个棘手的现实条件,似乎只能转向第二种选择——海床面以下建立海底隧道,从地下穿越海峡。
海底隧道
海底隧道在施工阶段和运营阶段都几乎不占用任何海上空间,是现有条件下的较优方案。不过,由于隧道要从看不见的地下穿过,复杂的地质条件和受限的空间是此方案最大的挑战。
钻爆,沉管orTBM?
若采用隧道形式从台湾海峡底部穿过,为了隧道在施工和运营阶段的安全,在穿越时需要保证隧道与海床之间留有一定的安全距离,即覆盖层厚度。覆盖层厚度的大小主要与海域深度和岩石质量有关。
覆盖层厚度与水深、岩石质量的关系
台湾海峡底部的岩层由燕山期花岗岩和第三系砂页岩组成,属于中等坚硬岩。在水深60~70m的条件下,加上覆盖层的厚度,隧道的最终埋深可能会在海平面m以下。
在世界已经成功建设的跨海隧道中,施工工法主要有钻爆法、沉管法及TBM法三种:
(1)钻爆法
钻爆法是隧道施工中最传统的工法,通过人和设备在隧道中钻孔装填炸药,将坚硬的岩石爆破进行开挖。国内代表性工程是厦门翔安海底隧道。
钻爆法施工
然而,钻爆法需要工人持续在掌子面作业施工,人员的安全如何保障一直是它最大的弱点。如果台湾海峡采用此工法进行施工,在这种超长距离中,一旦隧道发生塌方或涌水,逃生将面临极大的困难。
因此,钻爆法仅能在局部短距离情况使用,并不能作为穿越台湾海峡的首选。
(2)沉管法
沉管法是常见的水下隧道施工方法。与钻爆法现场作业不同,此工法先将隧道在工厂内进行预制,再通过船舶将隧道拖至海上沉入海底预先挖好的基槽中进行安装。国内代表性工程是港珠澳大桥海底隧道。
沉管法施工
在沉管法施工中,由于隧道并不是在现场制作完成,所以它对安装精度的要求比其余两者均要严格。在70m的水深以下,如何确保两节管之间的精密对接挑战巨大。
港珠澳大桥沉管隧道段长5.6km,用了4年时间才全部安装完成。如果台湾海峡使用此工法,完工将会变得遥遥无期。
(3)TBM法
TBM(TunnelBoringMachine)是一台复杂精妙的机械,通过最前端刀盘的切割,逐步将岩石挖除粉碎,最终形成隧道。
TBM法施工
由于是控制机械进行挖掘,它的安全性及效率在三者中具有明显优势。对于坚硬岩石中长距离隧道建设,TBM是最可能采用的工法。
建设难度?
通过以上分析可知,在现实条件下,台湾海峡通道最可能是采用北线方案,通过TBM法施工超长海底隧道,将两岸连通。隧道的形式可能类似于著名的英法海底隧道,由两条主隧道与一条服务隧道构成。
英法海底隧道
在北线方案中,跨海段长达公里。可以说,整个工程建设的难度轻易主要是取决于这段。在TBM法施工中,若想使得工期可控,最好的办法是利用多台TBM机同时进行掘进。
现假设隧道从福建往台湾方向进行施工,如果将4台TBM机按下图所示放在不同里程进行掘进,理论上隧道跨海段的建设周期会比1台TBM机的情况下缩短75%。
TBM在不同里程段同时掘进
然而,要将4台TBM放到图示位置,则要先施工四个超深配套竖井,才能将设备吊入进行掘进。
设备吊入竖井进行掘进
对于上图中的TBM1,施工它的配套竖井并不困难,因为它从福建的平潭岛陆地开始掘进。但是对于TBM2、3、4而言,则需要在海上建造3个深达百米的深水竖井。
TBM需要配套竖井
先不讨论深水竖井在海上的施工困难性,在掘进过程中,如何保障海水不渗入竖井影响TBM和人员的安全,就是一大难题。
在实践中,如果TBM确实想在海域部分开始掘进,一般会先填海造陆,形成人工岛,再在人工岛上采用与陆地相同的方法施工竖井。
海上形成人工岛再施工竖井
在世界已建成的人工岛中,大部分建于近岸,水深小于20m。当水深超过一定限度,人工岛填筑的技术难度将成倍增加。
台湾海峡水域深60~70m,在这种水深下形成海中的人工岛,不仅在技术上有不确定的风险,每个人工岛的填土量都会以百万方计。
所以,想保障跨海段隧道的施工效率,最可能的方法是采用英法海底隧道的掘进方法。两台TBM分别从两端陆地相向掘进,最终在隧道中段的某点完成地中对接。
采用TBM地中对接工法
即使是这样,每段的掘进距离也长达几十公里,在超过超长距离的掘进过程中,地质的复杂性是首要挑战因素,若日后建成,必然会成为又一世纪工程。
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