挑战直通渤海海峡

时间:2018-07-11 栏目:科学24小时

宋克志

“C”变“D”的关键一“笔”

渤海湾是我国最大的内海,然而美丽的海湾却成了阻碍交通,甚至阻碍经济进一步发展的“罪魁”——从东北到华东、华南必须绕行。比如从大连到烟台、青岛乘火车要多绕行1500千米,走高速公路要多绕行1600千米。而山海关位于东北和华北交界处,形成一边是山、一边是海的格局,如咽喉般狭窄的交通廊道制约了南北交通。因此,不论是从地理位置、物流人流、经济发展,还是从能源、军事资源任何一方面来看,这条能将渤海海湾有缺口的“C”型交通变成四通八达的“D”型交通的通道都堪称“关键一笔”!

隧道横断面图

修建渤海湾跨海通道是一项技术复杂、工程艰巨、投资巨大但效益显著的宏伟工程,更是一个涉及到多学科、多领域、多层次的超级工程。初估全长约110~130千米,将从山东蓬莱经长岛跨越渤海直达辽宁旅顺,其规模为世界跨海通道之最。它将是铁路与公路相结合的直达快捷通道,一旦建成,将形成一个从黑龙江到海南縱贯南北,全长5700千米的中国东部铁路交通大动脉。正可谓“一隧穿越渤海,天堑变通途”!

渤海湾的现实条件

工程建设,不但要利用当地有利的自然地理条件,也需避开不良地质地貌对工程建设造成的影响,不然轻则小影响、重则大事故。因此,在所有工程建设的前期,都要对当地的自然地理条件进行考察和研究,摸清工程的建设条件。

渤海湾这片海域中散落着星星点点的岛屿,其中,庙岛群岛是最负盛名的岛屿之一。群岛共有大小岛屿32个、暗礁16个、长滩2处,较大的有北隍城岛、大钦岛、北长山岛、南长山岛等。这些岛屿沿东北-西南走向依次展开,坐落于胶、辽半岛之间、黄渤海交汇处,可谓渤海咽喉、京津门户、海防要塞。

水道是指沟通两片水域,且位于陆地之间的狭窄水域,海峡就是水道的一种。有些水道实为航道,因此在建设跨海桥梁、选址以及设计桥梁跨度的时候都要考虑到水道的因素。渤海海峡北部水道宽而深,南部水道窄而浅,自北而南依次有老铁山水道、长山水道、登州水道等,而商船常走老铁山、长山、庙岛3条水道。其中,庙岛群岛为渔场;老铁山水道是海峡中最深最宽的水道,也是黄海海水进入渤海的主要通道;长山水道则是南黄海通往天津新港的捷径;登洲水道又称庙岛海峡,是渤海海水外流的主要通道,也是山东半岛通往庙岛群岛最近的水道。

隧道开挖对当地地质地貌的要求很高,因为地质地貌会直接影响隧道的施工及后期运营、养护。隧道开挖前都要有严格的地质勘测,以便于设计人员对隧道施工地点的地质条件进行了解和研究,之后才能开展隧道选址工作。

长岛岛陆以剥蚀山丘和海岸地貌为主要特征,丘陵和山脉多与地层走向一致。岛陆起伏较大,最高岛海拔202.8米,最低岛仅17米。这些岛的山势大多为平顶山或半劈山;海岸多为基岩海岸,而且由于基岩性和产状不同,形成了独特的海蚀地貌。这里还分布着许多千姿百态的奇礁异石、沙嘴和连岛沙坝,甚至有沙堤堆积形成的现代泻湖。

而渤海湾的海底地貌蔚为壮观:老铁山岬和蓬莱角断壁直下海底,庙岛群岛横亘其间。海峡的地势自南向北呈阶梯状下降,宽而深的老铁山水道成“V”形沟谷,其冲刷槽则位于最北端的老铁山岬之下。

长岛诸岛北邻辽东,南连胶东。出露岩性多为石英岩和泥质岩层的千枚岩、板岩和石英岩,表层风化比较严重,断层比较少,岩浆活动比较微弱。研究地质不仅要通过考查岩性来确定隧道开挖位置,还要通过考查当地的地震安全性来设计抗震设防标准。长岛地区小震活动频繁,集群分布特征明显,震源深度在7~56千米范围内均有分布,但主要分布在8~24千米范围内。要保证该工程的顺利实施,首先要解决好地震活动对工程的影响。

四种线位方案,其中线位2为初步确定的连岛方案。

长岛地区的气候为季风区大陆性气候。春季风大回暖晚,夏季雨多气候凉,秋季干燥降温慢,冬季风频寒潮多。

长岛海域的潮汐性质属于半日潮,俗称“四架潮”。这种潮汐的规律是一昼夜两涨两退。长岛海域的潮流以东西流为主,浪型则主要为“风浪”——秋季和冬季偏北风浪,夏季偏南风浪,历年大浪平均高度为8.6米,极端最大浪高达10米。

通道线路的初步方案

渤海海峡跨海通道的线路方案是专家考察和讨论的重点。任何隧道的建设都涉及到多学科、多领域、多层次和多方面的专业知识,对于渤海海峡跨海通道而言更甚——渤海湾具有水深、风大、浪高、流急,地质构造复杂,地震烈度较高,通航要求高等特点,建设条件相当复杂;与此同时,线路勘测、方案确定及施工需要跨越深海、远海作业,由此而来的技术难点和关键技术均需要进行科研攻关。根据国内外跨海工程的经验,跨海通道的投资与所采用的跨越方案关系密切。因此,在工程建设之前,有必要对跨海通道的方案作出全面、详细的调查研究和对比,以求减少投资、降低风险。

经过多次的调研和方案比选,渤海海峡跨海通道初步方案为全隧道、铁路隧道,线位方案初步选择了连岛方案,登陆点则选择在了旅顺和蓬莱。

隧道的抗震性能好,又深埋于地下,不但能保证通道不受恶劣气候或洋流等影响而全天候运营,还能做到在运营期间毫不干扰水上航运,对海洋环境和周边岛屿的影响也可降到最低。同时,全隧方案又可以有效避免全桥方案或南桥北隧方案带来的建设、抗风、抗震及桥梁使用问题。

公路隧道相比铁路隧道,施工风险和施工难度都远远高出一个等级,而且过长的路程会使驾驶员产生紧张和疲劳感,导致事故率远远高于铁路隧道。若汽车通过“搭乘”火车通过隧道更为安全,这种专用火车被称为“穿梭列车”,而这种过隧道的方式则称为“穿梭列车背负式过隧道”。搭着“顺风列车”的汽车不但可以让驾乘人员在车上休息,还大大加快了过隧道的速度。与此同时,隧道可以兼顾铁路的客货运输,可谓一箭双雕!

隧道线位最初有4种方案,经过专家对地层、地质和海况的综合调研分析,初步选定了经过岛屿数量最多的“老铁山-北隍城岛-大钦岛-砣矶岛-北长山岛-南长山岛-蓬莱东港”连岛方案,该方案中的竖井则设置在北隍城岛和北长山岛。

在线位选择中我们注意到,隧道的登陆点选择在了旅顺老铁山角和蓬莱东港。在旅顺设置登陆点,可以通过旅顺西站实现与哈大铁路连接,进而连接东北铁路网;或通过土羊高速实现与沈海高速、丹大高速的连接;或通过旅顺军港实现物资人员转运,可以说此线路构建了铁路、公路、海运的综合运输体系。而在蓬莱东港的登陆点,则可以直接实现与京沪线、蓝烟线以及青荣城际铁路的连接,直接接入荣乌高速、沈海高速所在的高速路网,形成了网状的交通,同样有利于综合运输体系的建立,成为带动经济高速发展的“高速列车”。

这是一条集我国以及世界上建设跨海通道的成功经验和多方考察而形成的最优方案,它将连接起咽喉要地并贯通中国东部铁路的交通廓道。这个宏伟的超级工程建设起来并不简单,但它所带来的效益更不简单。61年前,毛泽东主席为武汉长江大桥写下“一桥飞架南北,天堑变通途”的诗句,相信不久的将来,这个将渤海湾的“C”变成“D”的跨越性的工程,也能化天堑为通途!

(作者为鲁东大学土木工程学院教授 )

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