三大隧道見證現(xiàn)代工程學(xué)奇跡

鎖象劈麋

如果指給一位登山家一條連綿不絕的山脈，他的眼光會(huì)落在最高的峰頂。如果給一位航海家指向一條海峽，他的眼光會(huì)停在對(duì)面最適合?？康膷{灣。如果把山脈和海峽指給一位隧道工程師，他會(huì)立刻做出一個(gè)關(guān)于穿越山海的隧道設(shè)計(jì)方案，還附送一摞預(yù)算表。

在現(xiàn)代，技術(shù)因素不再是阻止宏偉計(jì)劃實(shí)施的最大壁壘。一批批隧道工程師們?cè)谏侥_和海底孜孜不倦地指揮挖掘，他們的成果不僅使世界各地人們的生活更加安全、便利，也創(chuàng)造了一系列工程學(xué)上的奇觀。

陸路貫通英吉利海峽

遠(yuǎn)在1802年，拿破侖即將當(dāng)選法蘭西共和國(guó)的終身執(zhí)政時(shí)，意氣風(fēng)發(fā)的他手握攻無(wú)不克的世界最強(qiáng)陸軍雄視歐洲，恨無(wú)對(duì)手。而長(zhǎng)期與法國(guó)隔海相望的宿敵英國(guó)，是他的最大目標(biāo)之一。

恰好，有一位法國(guó)青年阿爾伯特·馬修獻(xiàn)策，希望借著共和國(guó)的財(cái)力修建一條貫通英吉利海峽的海底隧道。拿破侖聞言大喜，作為著名的新技術(shù)擁護(hù)者，他敏銳地注意到這條隧道一旦建成，在軍事上將大大有利于他的精銳陸軍。于是，他于《亞眠和約》時(shí)期讓自己的哥哥跟英國(guó)方面吹了吹風(fēng)。

日本津輕海峽鳥瞰圖

第二次反法同盟剛剛失敗，對(duì)拿破侖的崛起無(wú)比警惕的英國(guó)人接收到這個(gè)消息后，哪會(huì)猜不出拿破侖推銷這條號(hào)稱“馬車兩小時(shí)跑過海峽”的隧道的醉翁之意？他們只是無(wú)可無(wú)不可地聽取，這項(xiàng)工程自然連立項(xiàng)的機(jī)會(huì)都沒有就胎死腹中了。

其實(shí)這項(xiàng)大計(jì)劃即使真的破土動(dòng)工，多半也不會(huì)有太好結(jié)果，因?yàn)樗鼘?duì)于當(dāng)時(shí)法國(guó)的工程技術(shù)水平而言，算是大大超前了。

隧道計(jì)劃由人力挖掘，馬車運(yùn)載泥土，隧道內(nèi)的照明靠油燈，解決空氣問題要用木質(zhì)換氣塔伸出海面。如今，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)稍有了解的中學(xué)生，都會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)計(jì)劃里很多不合理處。不過，作為設(shè)計(jì)海峽隧道的先驅(qū)，馬修這個(gè)名字依然銘刻在歐陸交通史上。

當(dāng)人們乘坐“歐洲之星”號(hào)豪華列車穿越英吉利海峽時(shí)，恍若穿越了200年的時(shí)光。

30年后，一位叫作德加蒙德的法國(guó)工程師，又對(duì)海底隧道產(chǎn)生了濃厚的興趣。他最早期的計(jì)劃是把一些大鐵管子用船沉到海底，然后派工人抽水并接合管子?？上攵压茏悠雌饋?lái)的工程非常艱巨。而在同一時(shí)期，盾構(gòu)法被法國(guó)人發(fā)明出來(lái)，在英國(guó)泰晤士河隧道項(xiàng)目上經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終獲得了成功。

當(dāng)時(shí)的盾構(gòu)法比較原始，就是建造一個(gè)大型構(gòu)架，通過多個(gè)工作面的工人挖掘，以及構(gòu)架底部工人的加固，使得構(gòu)架一點(diǎn)一點(diǎn)往前擠壓，最終挖通隧道。這種盾構(gòu)方式只適合在松軟的泥土層作業(yè)，遇到巖石等問題基本上沒有辦法。為了證明英法海底隧道的可行性，德加蒙德甚至親自潛水到海峽底部勘測(cè)土層，并證明土層適合挖掘隧道—計(jì)劃上的最后一塊拼圖已經(jīng)拼好。

德加蒙德是拿破侖三世的好友，拿破侖三世也一度對(duì)這個(gè)看起來(lái)可行性相當(dāng)高的計(jì)劃表示大力支持。但由于種種原因，直到拿破侖三世下臺(tái)，海峽隧道依然沒有破土動(dòng)工，如今被稱作“英法海底隧道之父”的德加蒙德，也因未遂其志而一生郁郁。

19世紀(jì)后期，英國(guó)人也曾經(jīng)試圖為海峽隧道立項(xiàng)，但是又一次出于國(guó)家安全考慮而放棄。雖然19世紀(jì)的幾次嘗試均以失敗告終，但這些先驅(qū)們進(jìn)行的計(jì)算和論證沒有白費(fèi)。

20世紀(jì)兩次世界大戰(zhàn)之后，美蘇強(qiáng)勢(shì)崛起，歐洲諸強(qiáng)國(guó)難以與之抗衡，只能抱團(tuán)取暖。于是，英法均加入歐盟的前身歐洲共同體。以往的恩怨雖然難以徹底放下，但至少它們暫時(shí)認(rèn)為對(duì)方是親密盟友加重要貿(mào)易伙伴。英法海底隧道這一計(jì)劃，因而再次被提上日程。

真正促成青函海底隧道建設(shè)的，是發(fā)生在1954年的一出慘劇。

當(dāng)時(shí)的法國(guó)總統(tǒng)密特朗和英國(guó)首相“鐵娘子”撒切爾夫人，都是實(shí)干型的政治家，同意私人募集資金開挖隧道。隧道計(jì)劃在1981年被提上日程，1985年獲正式提案，1988年開工。

這項(xiàng)工程由三條隧道和兩個(gè)終點(diǎn)站組成。三條隧道均長(zhǎng)51公里，由北向南平行排列，南北兩隧道相距30米，是單線單向的鐵路隧道，隧道直徑為7.6米;中間隧道為輔助隧道，用于上述兩隧道的維修和救援工作，直徑為4.8米。

在輔助隧道的1/3和2/3處，分別為兩條鐵路隧道修建了橫向聯(lián)接隧道。當(dāng)鐵路出現(xiàn)故障時(shí)，可把在一側(cè)隧道內(nèi)運(yùn)行的列車轉(zhuǎn)入另一隧道繼續(xù)運(yùn)行，而不中斷整個(gè)隧道的運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)。在輔助隧道線上，每隔375米，都有通道與兩主隧道相連，以便維修人員工作和在緊急情況下疏散人員。

英吉利海峽

20世紀(jì)80年代，隧道掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)成了隧道施工的主要設(shè)備。施工方準(zhǔn)備了11臺(tái)來(lái)自不同國(guó)家的掘進(jìn)機(jī)，它們的總重量甚至超過了埃菲爾鐵塔，可分別滿足不同情況的施工要求。機(jī)器沿著三條隧道的兩端開挖，一共有12個(gè)開挖面。由于每耽誤一天工期，就要支付高達(dá)200萬(wàn)英鎊的貸款利息，所以海峽隧道的施工速度非常迅速。但最終，整個(gè)施工的費(fèi)用達(dá)到46.5億英鎊，遠(yuǎn)超預(yù)算。

1994年5月6日，英法海底隧道竣工，從拿破侖開始的陸路貫通英吉利海峽之夢(mèng)，終于告一段落。一條隧道把孤懸海外的英吉利變成了歐洲大陸事實(shí)上的一部分，這不僅是歐洲交通史上的重要里程碑，也是人類工程史上的一樁偉業(yè)。如今，人們花35分鐘就可以穿過海峽，而當(dāng)人們乘坐“歐洲之星”號(hào)豪華列車穿越英吉利海峽時(shí)，恍若穿越了200年的時(shí)光。

青函隧道：笨蛋工程？

說起日本著名的青函隧道，可能很多日本的普通市民會(huì)報(bào)以會(huì)心一笑。因?yàn)檫@個(gè)隧道與“大和”號(hào)戰(zhàn)列艦、伊勢(shì)灣“排海造田”工程，并列為昭和時(shí)代三大“馬鹿”（笨蛋）工程。

這個(gè)至今仍是世界第一長(zhǎng)海底隧道的青函隧道，真的是笨蛋工程嗎？這還要從它建設(shè)的初衷說起。

拿起日本地圖，我們會(huì)看到位于最北端的北海道跟日本本州島是分開的，中間那一條狹窄的縫隙就是風(fēng)急浪高的津輕海峽。隧道開通前，從日本本州到達(dá)北海道只能靠船運(yùn)或者空運(yùn)。從青森到海峽對(duì)岸的函館，海上航行要4.5小時(shí)，到了臺(tái)風(fēng)季節(jié)，每年至少要中斷海運(yùn)80次，而且青函隧道未建成時(shí)的空運(yùn)還是非常昂貴的。

北海道北側(cè)的北方四島（南千島群島），是日俄（蘇）均主張主權(quán)但由俄羅斯實(shí)際控制的島嶼。擁有北方四島的俄羅斯（蘇聯(lián)）對(duì)北海道的覬覦，是日本最擔(dān)心的事情。于是，建造可以由陸路迅速支援北海道的海底隧道，一直是日本政府籌劃的計(jì)劃。

2015年8月24日，瑞士政府在圣哥達(dá)基線隧道內(nèi)召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布隧道已基本完工

二戰(zhàn)戰(zhàn)敗后，日本百?gòu)U待興，一批戰(zhàn)前從事工程事業(yè)的士兵歸國(guó)。1946年，一位叫作粕谷逸男的鐵路工程師，爭(zhēng)取到一筆小額經(jīng)費(fèi)和國(guó)家運(yùn)輸省少數(shù)贊助者的支持，對(duì)建設(shè)穿越津輕海峽的隧道的可行性進(jìn)行論證，開始初步的勘探和取樣。鉆孔機(jī)鉆至海床下90米的深度，取得了一些數(shù)據(jù)。但計(jì)劃還是被擱置了。

真正促成青函海底隧道建設(shè)的，是發(fā)生在1954年的一出慘劇。津輕海峽渡輪“洞爺丸”在航行中途遇臺(tái)風(fēng)翻沉，1155人遇難。慘劇發(fā)生后，雖然隧道計(jì)劃重新引起了政府的重視，但直到十年后的1964年，隧道項(xiàng)目才破土動(dòng)工。

由于青函隧道的海底部分，存在不可預(yù)知的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及火山巖結(jié)構(gòu)，比英法海底隧道復(fù)雜，因此，工程師無(wú)法使用大規(guī)模的掘進(jìn)機(jī)械，有時(shí)還不得不爆破掘進(jìn)。

青函隧道主要采用的掘進(jìn)施工方法，是采用了當(dāng)時(shí)十分先進(jìn)的“下導(dǎo)坑先墻后拱法”和“側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法”兩個(gè)策略，利用千米級(jí)超長(zhǎng)水平鉆探，以水玻璃泥漿泵壓軟巖加固，以及噴射混凝土加固等具體施工方法，掘進(jìn)后立刻加以支護(hù)，從而控制圍巖的變形和松弛。

隧道由南北兩支各1800名工程技術(shù)人員和工人組成的挖掘隊(duì)同時(shí)鑿進(jìn)。由于挖掘條件十分艱苦，挖掘人員每4小時(shí)輪班，每小時(shí)挖掘的進(jìn)度只以英寸計(jì)。施工中還出現(xiàn)了幾次嚴(yán)重的隧道注水事故，其中一次讓施工中斷了半年之久，有33位技術(shù)人員在搶險(xiǎn)過程中付出了生命的代價(jià)。

此后，在通行安全方面，青函隧道作了非常周密的準(zhǔn)備。隧道內(nèi)建有兩座避難車站和8個(gè)熱感應(yīng)點(diǎn)，隧道內(nèi)裝有火災(zāi)探測(cè)器、煙霧報(bào)警器、自動(dòng)噴淋裝置、地震早期探測(cè)系統(tǒng)、漏水探測(cè)器等設(shè)備。一旦發(fā)生危險(xiǎn)，列車可迅速就近駛?cè)搿褒堬w”或者“吉岡”避難車站，乘坐避難列車離開，或者直接從車站中的豎井升上地面。

1988年3月13日，歷經(jīng)24年的施工建設(shè)，共耗資6890億日元的青函隧道正式投入運(yùn)營(yíng)。兩趟列車自函館站與青森站對(duì)開，通過海峽的單程不到 30分鐘，連通了日本本州與北海道。

之所以有人會(huì)把它稱作“笨蛋工程”，是因?yàn)樵诮ㄔO(shè)隧道的24年中，空運(yùn)事業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，飛往北海道的航班變成了普通人享受得起的服務(wù)。所以，花費(fèi)大量公款建成的青函隧道，顯得相當(dāng)雞肋。

但是，火車和飛機(jī)這么橫向?qū)Ρ人坪醪皇翘貏e公平，更何況隧道還有軍事上的用途，所以到底是不是“馬鹿”工程？還是仁者見仁、智者見智吧。

至今，圣哥達(dá)基線隧道仍是世界上最長(zhǎng)與最深的隧道。

穿越阿爾卑斯：愚公移山

數(shù)百年來(lái)，瑞士南部阿爾卑斯山脈圣哥達(dá)峰的山口，一直是意大利通往德國(guó)和北歐的一條重要通道。這個(gè)山口早在古羅馬時(shí)代就為人們所知曉，但直到14世紀(jì)才被頻繁使用。圣哥達(dá)山口一向是兵家必爭(zhēng)之地：無(wú)論是作為反抗哈布斯堡王朝的義軍根據(jù)地，還是在近現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中令瑞士作為永久中立國(guó)閉關(guān)自守的重要基地，圣哥達(dá)都是戰(zhàn)略要地。

二戰(zhàn)結(jié)束，來(lái)之不易的歐洲和平基本降臨后，被德法意奧拱衛(wèi)的瑞士，地理位置愈發(fā)重要。在圣哥達(dá)基線隧道開工之前，圣哥達(dá)峰下已經(jīng)開通了一條重要的圣哥達(dá)公路隧道。圣哥達(dá)線路是瑞士公路系統(tǒng)中連接南北干線的重要環(huán)節(jié)，甚至是連通歐洲南北的一條軸線中的重要部分。公路通車時(shí)，北面從巴塞爾經(jīng)當(dāng)時(shí)的聯(lián)邦德國(guó)通往法國(guó);南面從洛迦諾經(jīng)意大利與當(dāng)時(shí)的南斯拉夫相連，堪稱歐洲的大動(dòng)脈之一。

由于人民的富裕程度隨現(xiàn)代化進(jìn)程提高，圣哥達(dá)線路的交通量暴增十幾倍之多。瑞士政府從運(yùn)輸、環(huán)保等多方面考量，決定再修建一條貫通圣哥達(dá)峰的隧道。與本文前兩條海底隧道不同，圣哥達(dá)基線隧道是在充塞巖石的山脈里開鑿，雖然遇到的困難不同，但在工程實(shí)施的難度上，毫不遜色于海底隧道。

1947年，雖然圣哥達(dá)基線隧道的設(shè)計(jì)圖已經(jīng)基本完成，但正式破土動(dòng)工的日子是在50多年后的1999年。在圣哥達(dá)山的南北側(cè)，施工隊(duì)在離地面幾千米的覆蓋層下共同開工。

隧道工程中的絕對(duì)主力—撐靴式硬巖掘進(jìn)機(jī)，約長(zhǎng)410米。它的先進(jìn)之處在于，切割巖塊后還能將碎巖拋向后方，同時(shí)將預(yù)先塑好的水泥塊鋪到周圍，以形成隧道。灌漿貼合水泥隧道壁的工作，也由其他機(jī)器完成。24小時(shí)掘進(jìn)56米的成績(jī)，也是當(dāng)時(shí)該尺寸掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)世界紀(jì)錄。縱使有如此強(qiáng)大的機(jī)器，隧道工程投入的工人也達(dá)到了2000名以上，整個(gè)工程亦持續(xù)17年之久。

隧道施工的最深處，離地面有2300米左右，溫度最高可達(dá)46攝氏度，工作環(huán)境相當(dāng)惡劣。許多頭發(fā)茂密時(shí)加入施工的青年工人，經(jīng)過17年的磨礪，完工后已是謝頂?shù)拇笫辶恕Ｋ淼啦扇‰p孔單線式設(shè)計(jì)，在安全性方面，每隔325米就有一條橫向的聯(lián)絡(luò)通道將兩條隧道連接到一起。若有緊急情況，乘客在第一時(shí)間便可疏散到安全區(qū)，列車也會(huì)駛?cè)雰勺o急?？空荆尦丝蛷呢Q井撤離。

由于圣哥達(dá)基線隧道極高的施工難度，其建設(shè)過程吸引了全世界的關(guān)注。這條瑞士花費(fèi)103億美元建設(shè)的隧道，也被稱作歐洲奇跡以及歐洲團(tuán)結(jié)的象征。2016年6月1日，圣哥達(dá)基線隧道開通典禮上，瑞士、德國(guó)、法國(guó)、意大利等歐洲多國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人親臨現(xiàn)場(chǎng)，見證穿越阿爾卑斯山心臟地帶只需17分鐘的科技魔法。至今，圣哥達(dá)基線隧道仍是世界上最長(zhǎng)與最深的隧道。

以上三大隧道只是現(xiàn)代工程學(xué)奇跡的一小部分。和平時(shí)代，人類的智慧不再全力為戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)時(shí)，科學(xué)家和工程師們就可以在增進(jìn)人們生活便利、促進(jìn)全球一體化的科技參天大樹上，催發(fā)出更加絢麗的花朵。