崔金泰

詹天佑建京張鐵路隧道創(chuàng)奇跡

1905年正式開工的京張鐵路是我國自主設(shè)計(jì)建造的第一條鐵路。這條鐵路全長200多千米，工程復(fù)雜浩繁， 要穿山越嶺地通過居庸關(guān)、八達(dá)嶺等高山峻嶺，這必然要建造橋梁和工程異常艱巨的多條大隧道。外國專家認(rèn)為，中國人沒有能力自己修建這樣艱巨的鐵路工程。詹天佑20歲留學(xué)回國后， 憑著在國內(nèi)修建灤河大橋顯露的出眾才華，很快被派任京張鐵路總辦，并兼任總工程師。他要為中國人爭這口氣。

京張鐵路的關(guān)鍵工程是從南口往北20多千米的一段線路，盡是懸崖峭壁和高山深澗，特別是關(guān)溝地帶最為險(xiǎn)峻，工程十分艱巨。鐵路要從這里經(jīng)過，必須開鑿居庸關(guān)、五桂頭、石佛寺和八達(dá)嶺四條大隧道。開鑿這些隧道時(shí)， 由于沒有任何國內(nèi)外先例可以借鑒，施工人員遇到的困難一個(gè)接一個(gè)。以居庸關(guān)隧道為例，其山勢高，巖層厚，開挖隧道的工作量浩大。詹天佑針對這種情況進(jìn)行大膽試驗(yàn)，他用炸藥炸開巖石，從而開創(chuàng)了我國用炸藥開山建隧道的先例。當(dāng)開挖工作進(jìn)行到幾十米長時(shí)，山頂上的泉水往下滲漏，隧道里像下雨似的嘩嘩地流個(gè)不停，到處積聚著坑坑洼洼的泥水，使工程無法進(jìn)行。當(dāng)時(shí)沒有抽水機(jī)，詹天佑便用開排水溝的辦法排除洞中積水，從而保障工程得以繼續(xù)進(jìn)行。他還利用我國古代建造拱橋的經(jīng)驗(yàn)，在隧道中及時(shí)砌上邊墻環(huán)拱，防止剛開挖出的隧道塌方。這可以說是對隧道施工的開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。

相當(dāng)于居庸關(guān)隧道3倍長的八達(dá)嶺隧道，施工更為艱巨復(fù)雜。由于它長達(dá)1000多米，開挖難度很大。詹天佑向有經(jīng)驗(yàn)的老工人征求意見，采用從中部鑿井的辦法，即從山頂打兩個(gè)直井，然后分別向兩頭開鑿。這樣，就可同時(shí)在6個(gè)工作面施工，大大加快了工程進(jìn)度。然而，由于沒有升降機(jī)，工人進(jìn)隧道上上下下便成了問題。詹天佑便采用土辦法，在隧道井口裝上了又大又結(jié)實(shí)的轆轤，用來接送工人上下進(jìn)出隧道，同時(shí)還可以運(yùn)出隧道的土石，運(yùn)進(jìn)炸藥、器材等。

就這樣，詹天佑帶領(lǐng)施工大軍排憂解難，攻克了一個(gè)個(gè)難關(guān)，創(chuàng)造性地使居庸關(guān)、八達(dá)嶺等大隧道比原計(jì)劃提前兩年相繼鑿?fù)?，在世界鐵路隧道建造史上創(chuàng)造了奇跡！

世界最難施工的鐵路隧道

我國在鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展中，鐵路隧道的建造也取得了重大突破：自主創(chuàng)新建造了世界最難施工的鐵路隧道和鐵路隧道群、創(chuàng)建了世界海拔最高的永久凍土鐵路隧道和世界最長的高原凍土鐵路隧道等，邁入了世界鐵路隧道建造的先進(jìn)前列，并在隧道設(shè)計(jì)、施工、材料與設(shè)備等方面獲得高水平成果，為今后鐵路隧道發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

瀏陽河鐵路隧道是武（漢）廣（州）高鐵線路上的關(guān)鍵工程，也是我國首座穿越城市、河流和高速公路的鐵路隧道。該隧道全長約10.12千米，屬于特長、特大斷面隧道。由于隧道為客運(yùn)專線雙線，開挖寬度最大超過16米，開挖高度超過13米，斷面積超過160平方米，平均埋深在30至50米，成為國內(nèi)外高速鐵路綜合性施工難度最大、長度最長的鐵路隧道之一。具體來說，這座隧道由于穿越市區(qū)建筑物、立交橋等市政設(shè)施，具有復(fù)雜環(huán)境下城市地鐵隧道建造的特點(diǎn)。隧道穿越地層多為泥巖、泥質(zhì)砂巖等軟弱圍巖，這對大跨度斷面隧道的穩(wěn)定極為不利。由于工期緊迫，施工人員采取了超常規(guī)施工方案，對6個(gè)工作面同步展開施工，并采用以非爆破銑挖法為主的施工工藝，加快了施工進(jìn)度。

大瑤山隧道是衡（陽）廣（州）鐵路復(fù)線最難施工的隧道。隧道全長14.3千米，是20世紀(jì)80年代我國最長的雙線電氣化鐵路隧道，其長度在世界雙線鐵路隧道中名列前茅。這座隧道橫穿南嶺山區(qū)瑤山山脈主峰。這里地勢陡峭，峽谷縱橫，河道迂回曲折，灘多水急，素有“九龍十八潭”之稱。隧道埋深70至910米，穿越11條巖石破碎、地下水豐富的斷層帶，加之圍巖穩(wěn)定性差和斷層地段涌水量大，因而地質(zhì)情況十分復(fù)雜，給施工帶來極大困難。從施工方面看，大瑤山隧道具有“長”“大”“難”“新”四大特點(diǎn)。“長”和“大”是指隧道長和斷面積大；“難”指施工困難，主要難在穿越的地層破碎，地下水大，以及沒有更多可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和資料；“新”是在施工中采用新技術(shù)和新設(shè)備。施工中，施工人員成功地研究出全斷面（面積達(dá)80至130平方米）5米深孔光面爆破技術(shù)。通常采用的爆破技術(shù)，猶如在土堆中放“二踢腳”鞭炮，而光面爆破這種新技術(shù)所炸出的隧道表面光潔齊整，而且面積很大，減少了對表面的修整施工環(huán)節(jié)，因而達(dá)到了快速施工的要求。施工人員在施工中還首次運(yùn)用了光電測距和光電三角高程控制測量新技術(shù)進(jìn)行控制和豎井投點(diǎn)，并首次成功地進(jìn)行了獨(dú)頭巷道施工通風(fēng)等。由于在設(shè)計(jì)和施工中大膽創(chuàng)新，采用科研成果和先進(jìn)技術(shù)，隧道建設(shè)比原計(jì)劃提前3年建成，為今后修建鐵路隧道開辟了一條新路。

全球最長的公路雙洞隧道

20世紀(jì)90年代以來，隨著我國公路建設(shè)的大發(fā)展，公路隧道的建造也獲得豐碩成果，修建了不少長隧道、特長隧道和隧道群。在21世紀(jì)的前10年中，我國建成總長約185千米的公路隧道，其中千米長以上的公路隧道達(dá)160多座，并在設(shè)計(jì)與施工技術(shù)上取得重大突破。這些隧道中，包括世界最長的公路雙洞隧道—穿越秦嶺山脈的終南山特長公路隧道、世界最大的秦嶺隧道群、湖南雪峰山公路隧道等。

秦嶺終南山公路隧道是我國自行設(shè)計(jì)建造的世界最長的雙洞單向公路隧道，隧道單洞長18.02千米，雙洞長36.04千米，人們驅(qū)車行駛15分鐘就可穿越秦嶺這一天然屏障。有了這一穿越秦嶺的隧道，西安至柞水的公路里程由146千米縮短為60千米，行程由3小時(shí)縮短為40分鐘，大大減少了交通運(yùn)輸費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。這座隧道還是國家高速公路網(wǎng)包頭至北海、銀川至武漢兩條公路西部大通道共用的“咽喉工程”，是溝通黃河經(jīng)濟(jì)圈與長江經(jīng)濟(jì)圈的交通樞紐。其建設(shè)規(guī)模居世界第一，也是目前世界上第一座采用雙洞單向行駛的特長山嶺公路隧道。

作為我國秦嶺高速公路示范性工程的終南山公路隧道，是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高、建設(shè)規(guī)模最大的高速公路隧道，其獨(dú)特之處是具有國際領(lǐng)先的防災(zāi)救援系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)，以及先進(jìn)的特殊燈光帶和全球口徑最大、深度最深的隧道豎井通風(fēng)工程。

終南山公路隧道在設(shè)計(jì)上處處體現(xiàn)人性化的理念，如在隧道里專門設(shè)置了世界上高速公路隧道最先進(jìn)的特殊燈光帶。這是3個(gè)150米長的彩色燈光帶，通過不同的燈光色彩和幻燈圖案的變化，營造出“藍(lán)天”“白云”“彩虹”等自然景象，再配上隧道內(nèi)公路兩旁的樹木花草，構(gòu)成了一幅幅大自然田園風(fēng)光，使駕駛員和乘客有身臨其境的感覺。這種燈光和圖案的變化可以將特長隧道演化成幾個(gè)短隧道，從而減輕駕駛員在特長隧道內(nèi)行駛的單調(diào)感和焦慮情緒，緩解駕駛疲勞。

終南山公路隧道還擁有世界上高速公路隧道最完備的監(jiān)控技術(shù)裝備。隧道每隔125米設(shè)罝一臺(tái)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)，整個(gè)隧道兩洞共有攝像機(jī)288臺(tái)，是世界上高速公路攝像機(jī)安裝最密集的隧道。同時(shí)，隧道內(nèi)每隔250米還設(shè)置一臺(tái)視頻事件檢測器和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，對突發(fā)事件采用雙系統(tǒng)全方位的自動(dòng)跟蹤監(jiān)控，并根據(jù)事件類型提供有效的救援方案。這些監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì)水平居世界領(lǐng)先地位，其中許多關(guān)鍵技術(shù)屬國內(nèi)首創(chuàng)。

后起之秀的地鐵隧道

1863年，世界上第一條地鐵在倫敦建成通車，標(biāo)志著城市軌道交通正式誕生。地鐵實(shí)際就是鐵路列車在城市地下隧道行駛，是占用土地和空間最少、運(yùn)輸能力最大、運(yùn)輸速度最快、污染環(huán)境最小的理想交通工具，因而被越來越多的世界大都市采用。地鐵隧道和陸地隧道基本相同，地鐵隧道的規(guī)模雖然不如鐵路隧道大，但其隧道長，而且城市地下管線多，加之隧道線路交匯多，給施工帶來更大困難。1969年，我國在北京建成第一條地鐵。到2008年，北京地鐵運(yùn)營里程達(dá)200千米，已居世界前列。近幾年，我國地鐵的運(yùn)營里程已超過發(fā)展地鐵最早的歐美國家。在地鐵長度世界排名前10名的城市中，我國就占5個(gè)。目前，我國已有近50個(gè)城市建成或籌建地鐵，寸土寸金的都市迎來了地鐵發(fā)展的黃金時(shí)代。

天津地鐵是我國大城市建成的第二條地鐵。由于天津?qū)儆诤訛_擊平原地區(qū)，地下水非常豐富，這給地鐵施工帶來很大困難。在天津地鐵1號(hào)線西站施工過程中，地下水滲漏涌出，造成地鐵廂體下沉達(dá)40厘米，涌水歷經(jīng)半年未能堵住。這是地鐵施工中從未遇到過的難題。

面對這一情況，施工單位專門成立技術(shù)攻關(guān)小組進(jìn)行解決。攻關(guān)小組采取對地鐵廂體的底板進(jìn)行雙液注漿新工藝、新方案，經(jīng)過對水泥、水玻璃的配料反復(fù)比選，確定了最佳凝固時(shí)間。經(jīng)過4晝夜的緊急施工，終于將涌水堵住。這一施工項(xiàng)目為在地鐵施工中解決地下涌水難題開創(chuàng)了先河，所獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)在今后的地鐵建設(shè)中推廣應(yīng)用。

1993年5月，上海建成第一條地鐵，是天津之后我國第三個(gè)建成地鐵的大城市。上海地鐵1號(hào)線新閘路車站是施工的主要難點(diǎn)。這座車站為矩形二層三跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全長226米，寬21.2米，分地面、地下兩部分，總建筑面積達(dá)1.2萬平方米。地下部分采用“連續(xù)墻圍護(hù)明挖法”施工。該工程獲上海市市政工程金獎(jiǎng)。經(jīng)過20多年的建設(shè)，上海市地鐵運(yùn)營里程已居全國之首，榮獲世界之冠。

我國最復(fù)雜、最難施工的地鐵線路，當(dāng)屬廣州地鐵5號(hào)線工程。它位于人口密集、商業(yè)繁華地區(qū)，穿越上千棟樓房，7次穿越地質(zhì)斷層地帶，6次穿越廣（州）茂（名）鐵路，兩過珠江。施工中，遇到了花崗巖、砂層、淤泥、富水破碎層等幾乎所有的不良地質(zhì)條件。在5號(hào)線西段，有上百個(gè)猶如陷阱的地下溶洞，它們隨時(shí)都會(huì)“吞掉”施工用的盾構(gòu)機(jī)，造成機(jī)毀人亡、路面塌陷和建筑物坍塌等特大事故。這項(xiàng)工程的施工難度在于：一是要在高樓林立的地下深挖近40米，挖出一個(gè)建筑面達(dá)2.5萬平方米的車站；二是在“急轉(zhuǎn)彎”的動(dòng)物園至楊箕區(qū)間，建兩條轉(zhuǎn)彎半徑只有206米、上下重疊的隧道；三是用暗挖法挖出一個(gè)空間建設(shè)車站。施工人員在施工中， 因地制宜地采用盾構(gòu)法、鉆爆法、明挖法等施工方法。在施工高峰期，曾有26臺(tái)盾構(gòu)機(jī)同時(shí)作業(yè)，這在世界地鐵建設(shè)史上也是罕見的。施工人員克服重重困難，在施工中創(chuàng)造了“6個(gè)世界第一”：建成第一條用盾構(gòu)機(jī)成功穿越溶洞的地鐵線路；第一次用盾構(gòu)機(jī)挖出最小曲率半徑的隧道；第一次采用先隧道后車站的創(chuàng)新施工方法；第一次在富水砂層進(jìn)行暗挖鉆爆法施工，并成功開挖隧道；第一次用鉆爆法對隧道內(nèi)樁基托換；第一次用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行信息化施工。

快速發(fā)展的海底隧道

從海上交通發(fā)展的歷程來看，海底隧道是跨海峽交通的最佳方式。20世紀(jì)30年代以來，世界各國已相繼建成跨海和跨海峽海底隧道100余座，其中包括日本于20世紀(jì)40年代在關(guān)門海峽建成的世界最早的海底隧道，以及英、法兩國于1993年聯(lián)合建成的全長49.26千米的英吉利海峽隧道。

我國海灣、海峽眾多，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通運(yùn)輸日益增長的需要，海底隧道的建造已提上了國家交通建設(shè)的日程。2010年4月，我國大陸第一條海底隧道即廈門翔安海底隧道建成通車。這條海底隧道采用鉆爆法建成三洞隧道形式，其中兩側(cè)行車主洞各設(shè)3車道，中洞為服務(wù)隧道，主要用于市政管理、檢修和逃生。隧道橫向?qū)挾?7.5米，行車主洞開挖斷面最大面積達(dá)170平方米，是目前世界上斷面最大的海底隧道。隧道在施工中遇到很多困難，而且還需要穿越多處海底風(fēng)化深槽、疏松土層、透水砂層等不良地質(zhì)路段。施工人員堅(jiān)持科技創(chuàng)新，改進(jìn)傳統(tǒng)施工方法，在主洞軟弱圍巖地帶連續(xù)6個(gè)月月掘進(jìn)超過60米，刷新了世界特大斷面海底隧道的施工紀(jì)錄。廈門翔安海底隧道的建成，不僅使廈門出入島形成了從海上到海底的全天候立體交通格局，而且為在復(fù)雜地質(zhì)條件下建設(shè)海底隧道提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。更值得一提的是，這條海底隧道穿越的海域位于臺(tái)灣海峽，從而為未來的臺(tái)灣海峽隧道的建設(shè)創(chuàng)造了優(yōu)越條件。

繼第一條海底隧道建成通車后，我國大陸第二條海底隧道—青島膠州灣海底隧道于2011年 6月正式建成通車。它的建成通車，是對青島發(fā)展成為國際大都市的有力支撐。

作為港珠澳大橋重要組成部分的海底隧道，于2018年10月24日正式開通運(yùn)營。港珠澳大橋建造海底隧道最為關(guān)鍵的一環(huán)，是建造外海沉管隧道。這條隧道已成為當(dāng)今世界上最長（全長6.7千米）和唯一的深埋沉管隧道。在外海沉管隧道工程的建造中，最難的是外海沉管的安裝。沉管隧道由33節(jié)沉管對接而成，每節(jié)沉管長180米，重達(dá)8萬噸，比一艘航空母艦還要重。沉管最終接頭的精準(zhǔn)度為毫米級(jí)偏差，創(chuàng)造了震撼人心的世界紀(jì)錄。沉管安裝時(shí)， 首先要把這個(gè)龐然大物用船從工廠運(yùn)到施工地點(diǎn)， 然后再精準(zhǔn)沉放到指定位置， 并與前面的沉管對接。這每一次對接都需要幾百人共同協(xié)作才能完成。實(shí)踐表明，沉管海底隧道在40米的水壓下“滴水不漏”，打破了海底隧道防水密封性的世界紀(jì)錄。