沉管海底隧道發(fā)展若干思考
——以遼寧省為例

李更新 沈陽化工大學經(jīng)濟與管理學院 商丘職業(yè)技術學院

邊晶梅 畢子楊 沈陽化工大學經(jīng)濟與管理學院

新中國成立以來，我國基礎設施建設力度不斷加速。交通運輸業(yè)作為國民經(jīng)濟的先導性領域和拉動經(jīng)濟交流和增長的基礎性領域，已經(jīng)取得了舉世矚目的成就。到2019年，我國汽車保有量已超美國位居世界第一，截至2021年末，遼寧省民用汽車擁有量達1003.2萬輛，隨之而來的是交通壓力也在逐步增大，堵車問題日漸凸顯，尤其是在人口密集城市（如沈陽市、大連市）尤為突出，上下班高峰時期更是嚴重。

遼寧省海岸線參差蜿蜒，對跨海交通的需求越來越大。世界上主要跨海交通方式有橋梁、隧道等，其中水下隧道既不受臺風、濃霧等惡劣天氣影響，可以全天候運營，又不影響水上航運作業(yè)，并且在戰(zhàn)時具有極高的隱蔽和防御能力。我國沉管隧道經(jīng)過近30年的發(fā)展，無論是應用場景還是技術路線，都已取得了較大發(fā)展。

1.沉管海底隧道發(fā)展概述

1.1 沉管海底隧道發(fā)展歷史

沉管隧道技術最早可追溯至1810年Charles Wyatt在倫敦進行首次沉管隧道施工試驗。早期的沉管隧道技術一般僅用于內(nèi)河的通道建設，隨著設計、施工技術的不斷發(fā)展和工藝難題的逐步克服，沉管隧道的適用范圍也逐漸擴大到河床、海床上。1993年我國大陸第一條大型公鐵兩用水下隧道— 珠江隧道的建成標志著我國沉管隧道技術成功實踐。1910年世界上第一條沉管鐵路隧道— 底特律河鐵路隧道的建成作為里程碑事件，開啟了沉管隧道在全世界范圍的飛速發(fā)展階段。

近些年，我國沉管海底隧道技術得到了突飛猛進的發(fā)展。港珠澳大橋采用橋-隧結合的方式成功實現(xiàn)了珠江三角洲西岸“兩制三地”的聯(lián)接，其中島隧工程是迄今世界范圍內(nèi)最長、規(guī)模最大、綜合難度最大、要求最高的跨海橋隧工程，采用沉管法施工的海底隧道是我國首條于外海建設的沉管隧道，也是目前世界唯一深埋大回淤節(jié)段式沉管工程。在此成功經(jīng)驗的基礎上，位于遼寧省大連市的大連灣海底隧道于2017年開工建設，是我國采用沉管法建造海底隧道的又一宏偉實踐。

1.2 沉管海底隧道特點論述

沉管法也稱管段浮運沉埋法，是一種用于水底建設隧道的施工方法：將若干個按設計形狀和尺寸在干塢或船臺預制的沉管管節(jié)分別浮運和定位沉放在已疏浚好的基槽內(nèi)并回填砂土以完成安裝施工。其主要過程分為預制段（管節(jié)）制作、基槽處理、預制段（管節(jié)）運輸與沉放、水下連接和回填等。沉管海底隧道是特指在海域水下使用沉管法修建的隧道工程。

目前，沉管海底隧道有鋼結構和鋼筋混凝土結構兩種材料形式，前后者斷面形狀主要有圓形和矩形兩種，按斷面布局可分為單孔或多孔。沉管海底隧道型式的選擇不僅要依據(jù)所掌握的技術及擁有的設備，還與經(jīng)驗儲備、管理能力、經(jīng)濟效益等有很大關系。近年來，現(xiàn)代科技已更多應用于施工過程，使得沉管海底隧道質量、安全、進度和成本控制能力大大提高。相比于其它工藝的隧道工程，沉管海底隧道工程具有以下優(yōu)勢：

環(huán)境適應性強。相較于其它隧道施工方法，沉管海底隧道對地層硬度和地基允許承載力的要求較靈活，且在常見的雨（雪）、霧（霾）、風等惡劣天氣和一般洋流作用下仍可發(fā)揮作用，對地質、氣象、水文條件適應性較強。

設計靈活度高。在制作材質方面，可結合成本、技術、使用環(huán)境等條件靈活選擇鋼結構或鋼筋混凝土結構；在斷面形狀方面，由于管節(jié)是在造船臺或干塢中制作而成，因此可以根據(jù)功能要求靈活選擇橫斷面形狀，可圓可方亦可混合使用；在斷面大小方面，可根據(jù)使用需要定制管節(jié)尺寸，如設計成雙向多車道型。

目標可控性好。在質量控制方面，管節(jié)預制可較易保證防水等質量目標，精確定位技術的應用可確保沉放精度范圍，重型船舶、大型機械的使用可為質量控制提供保障；在工期控制方面，沉管隧道的管節(jié)預制、基槽處理、浮運沉放等主要工序可在不用物理空間平行作業(yè)，工序間干擾少，可以有效縮短工期；在經(jīng)濟控制方面，在設計階段可綜合考慮使用需求靈活調整方案，加之水底土方工程量較小，有利于追求成本效益最優(yōu)化，同時因管節(jié)已預先制作，故海上施工期對航運和周圍環(huán)境干擾較小，對社會經(jīng)濟影響可控。

1.3 我國沉管海底隧道工程發(fā)展特點

建設規(guī)模不斷增大。從首座沉管隧道工程竣工以來，我國沉管隧道工程無論是在沉管管節(jié)尺寸、設計使用年限，還是在工程跨度、工期和造價控制方面，都在不斷邁上新臺階，為發(fā)展沉管海底隧道提供了有力支撐。

應用場景不斷拓展。我國沉管隧道建造地從淺水區(qū)向深水區(qū)發(fā)展，逐步適應較大水流速度條件。隨著海港(海灣)周邊地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，對大容量交通通道的需求日益增長，使得可與不同工法組合使用的沉管法海底交通隧道方案更具優(yōu)勢，如橋島隧組合已經(jīng)在港珠澳大橋等工程中得到應用。

施工裝備水平和最終接頭技術不斷進步。自20世紀發(fā)明GINA橡膠止水帶，采用水力壓接技術實現(xiàn)管節(jié)柔性接頭，到伸縮式最終接頭的成功應用，隧道的縱向設計技術不斷突破。后填法基礎墊層技術的發(fā)明解決了沉管隧道基礎墊層平整度問題。隨著沉管法技術應用范圍和建設規(guī)模的擴大，為適應分部分項工程技術的組合應用，我國專用施工設備不斷創(chuàng)新。

2.遼寧省發(fā)展沉管海底隧道影響因素分析

2.1 技術因素

2.1.1 工業(yè)體系支撐

遼寧的工業(yè)體系發(fā)展可分為三個階段。第一階段為1949年至1977年的探索發(fā)展期，主要特點是在計劃經(jīng)濟體制下的粗放式自然資源開發(fā)，表現(xiàn)為形成了以重工業(yè)和化工業(yè)為主的工業(yè)格局。第二階段為1978年至2002年，改革開放背景下，遼寧工業(yè)規(guī)模雖有增長，但相比內(nèi)地以創(chuàng)新驅動的跨越式發(fā)展模式，內(nèi)生動力明顯不足，增速和市場競爭力下滑明顯。第三階段為2003年至今，尤其是十八大以后，東北振興戰(zhàn)略為遼寧工業(yè)發(fā)展注入了強心劑，遼寧工業(yè)逐步向新型工業(yè)化靠攏，逐步發(fā)展輕工業(yè)，工業(yè)指標增速也出現(xiàn)了觸底反彈現(xiàn)象。

沉管隧道的施工是一項重工業(yè)和輕工業(yè)同時發(fā)力的系統(tǒng)工程，主要體現(xiàn)在大型機械制造及自動化水平等方面。遼寧作為東北老工業(yè)基地的重要一員，重工業(yè)門類齊全，輕工業(yè)在近20余年也得到了飛躍發(fā)展，對于沉管海底隧道工程的發(fā)展具備很好的工業(yè)體系支撐。

2.1.2 技術和知識儲備

已建成的港珠澳大橋沉管隧道工程造就了多項世界之最，積累了一大批技術人才、經(jīng)驗儲備和專利技術。作為我國北方首條沉管海底隧道，大連灣海底隧道很好的運用了港珠澳大橋沉管隧道工程的經(jīng)驗儲備，并于2017年正式開工建設，預計將于2024年竣工通車。大連灣海底隧道主線全長5035m，南北岸暗埋、敞開段1.7km，接線道路0.4km，人工島面積約0.5km2，沉管段長3035m，由1節(jié)135m管節(jié)、12節(jié)180m管節(jié)和5節(jié)148m管節(jié)組成，海底沉管最淺處也距海面20m以下，管節(jié)斷面尺寸為33.4 m×9.7m，首節(jié)沉管已于2020年12月9日成功安裝。

在我國海底隧道技術愈發(fā)成熟的背景下，北起遼寧大連旅順，南至山東煙臺蓬萊的渤海海峽隧道（煙大隧道）也于近些年受到了越來越多專家學者的研究探討。2019年國際橋梁與隧道技術大會上，中國科學院院士孫鈞表示渤海灣跨海通道的內(nèi)部研究已到關鍵節(jié)點，課題組已完成通道方案的戰(zhàn)略性規(guī)劃研究報告并已上報國家發(fā)改委審批。

大連灣海底隧道工程的落地推進，渤海海峽隧道方案設計和技術的反復論證，在極大鞏固了遼寧省建造沉管海底隧道的工業(yè)工程體系的同時，也為遼寧省積累了一大批工程技術經(jīng)驗和知識儲備。

2.1.3 人才儲備

大連灣海底隧道作為位于遼寧省域內(nèi)的沉管海底隧道工程，為遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程培育了大批研究成果和技術人才儲備。加之我國其它沉管海底隧道工程的成功實踐與探索，更是豐富了專業(yè)人才庫。

此外不可忽略的是，截至2022年遼寧省高校數(shù)量已達194所，其中工業(yè)工程類研究型和應用型院校具有很大占比。大量的高素質工程技術人才也為遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程提供了有力保障。

2.2 經(jīng)濟因素

2.2.1 沿海地區(qū)經(jīng)濟水平較高

2021年，遼寧省沿海6個地級市的GDP總量在全省的占比超49%，2021上半年，遼寧省沿海6 個地級市的旅游業(yè)收入在全省占比達52.37%。從數(shù)據(jù)可見沿海地區(qū)經(jīng)濟底子較厚，旅游業(yè)較為發(fā)達，可為發(fā)展沉管海底隧道工程和配套基礎設施提供較好經(jīng)濟助力。同時，沉管海底隧道工程的建設也可形成正向反饋，更好促進旅游業(yè)收入增長和激發(fā)社會經(jīng)濟活力，對省內(nèi)沿海城市具有很好的的經(jīng)濟和民生意義。

2.2.2 資金支持力度大

“十四五”時期，遼寧交通基建投資達5976億元。在水運方面，遼寧將加快沿海地區(qū)港口建設，推進營口仙人島港區(qū)LNG碼頭等9個新項目開工，完成盤錦榮興港區(qū)公共航道等4個續(xù)建項目竣工，實現(xiàn)重點港區(qū)疏港鐵路全覆蓋、全省集裝箱海鐵聯(lián)運量保持100萬標準箱以上、提升多式聯(lián)運服務效率和發(fā)展?jié)摿?，促進大連及沿海城市港口積極融入“一帶一路”國家發(fā)展戰(zhàn)略。

2.3 環(huán)境因素

2.3.1 政策環(huán)境

2009年7月，《遼寧沿海經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃》上升為國家戰(zhàn)略，海洋經(jīng)濟快速發(fā)展。黨的十八大報告提出全面振興東北地區(qū)老工業(yè)基地戰(zhàn)略，并逐年加大投入力度。十八大以來，中央領導人先后深入遼寧調研并作重要講話，從黨和國家事業(yè)發(fā)展全局的戰(zhàn)略高度，為遼寧省貫徹新發(fā)展理念、推動高質量發(fā)展、實現(xiàn)全面振興把脈定向、掌舵領航。遼寧省作為東北地區(qū)通過“一帶一路”與東北亞乃至歐洲開放的重要門戶和關鍵站點，與“一帶一路”戰(zhàn)略深度融合。而中國（遼寧）自由貿(mào)易試驗區(qū)的落地建成，使得遼寧的開放水平越來越高。

無論是東北地區(qū)老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略，還是“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，政策紅利必將為遼寧省這一擁有較長海岸線的東北大省發(fā)展海運交通乃至水運交通提供強大支撐，而海運交通的完善也將為遼寧省更好助力東北振興和推行“一帶一路”戰(zhàn)略提供有益反饋。

2.3.2 社會環(huán)境

遼寧省海岸線長達3026km，且蜿蜒曲折，遼東半島南部海岸線更是極不規(guī)整，岸上公路也因地貌不平整而多呈蛇形，大大增加了建設成本和通勤時間。隨著北部兩省人口向南流動的趨勢未見扭轉，加之濱海城市的宜居氣候對內(nèi)陸居民的吸引力只增不減，預計未來時期遼寧省沿海城市人口數(shù)量將緩慢增加。沿海岸線居民集中且跨區(qū)域交往密切，對于市際更為便捷的交通需求也將隨之增加。

遼中南地區(qū)與我國內(nèi)陸地區(qū)的通勤方式雖已“陸?？铡比?，但空勤成本高昂，輪渡受洋流及氣候影響較大，公鐵路方式需繞過遼東灣呈“U”或“L”形，大大降低了通勤效率。2021年遼寧全省水路客運量僅0.03億人，更加說明易受氣候和洋流影響的水路運輸仍具有很大增長空間。

2.3.3 自然環(huán)境

氣候水文方面，遼寧沿海地區(qū)緯度較低，屬于溫帶大陸季風性兼具海洋性氣候，降雨量大，“冬暖夏涼”，受海洋調節(jié)影響較大。海冰、風暴潮、冷空氣浪、氣旋浪等海洋災害對沿海地區(qū)影響最大，對水上通勤極為不利。

地質條件方面，遼寧省沿海地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性較好，主要為相對穩(wěn)定區(qū)和相對較穩(wěn)定區(qū)，相對較不穩(wěn)定區(qū)很少，不存在相對不穩(wěn)定區(qū)。區(qū)域斷裂活動發(fā)育，少數(shù)地區(qū)偶發(fā)地面沉降、地面塌陷、海岸侵蝕淤積、海水入侵等地質災害現(xiàn)象，且集中于旅大半島、大連金州區(qū)、丹東市東部區(qū)域。大連旅順口區(qū)西部延伸至丹東市南部近陸海域為淺埋基巖，綏中縣海域及遼東灣北部沿線近陸海域水下三角洲發(fā)育。

3.遼寧省沉管海底隧道工程發(fā)展總結

3.1 遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程現(xiàn)狀

規(guī)模從無到有。2017年正式開工建設的大連灣海底隧道開啟了我國北方建設海底隧道的元年，沉管法工藝也是第一次踏足東北大地。隨著一節(jié)節(jié)管節(jié)的順利鋪設安裝，大連灣海底隧道進入火熱建設期。與之配套的干塢等子項工程的順利建成，填補了遼寧省建設沉管隧道的技術空白。

配套技術不斷完善。隨著大連灣海底隧道和我國其它沉管隧道的管節(jié)埋藏深度、橫截面積、體積和重量的不斷突破，遼寧省在管節(jié)制造、浮運、安裝，以及抗壓和密封等方面積累了寶貴技術經(jīng)驗，與其相適應的干塢和船舶等超大型配套設施也有了位居國際前列的硬件和技術儲備。這些寶貴積累對于將來更大的技術實踐突破奠定了堅實基礎。

需求不斷擴大。從大連灣海底隧道作為大連市內(nèi)快速交通，到后來對渤海灣海峽隧道這種市際乃至省際間交通要道的熱烈探討，人們對跨區(qū)域通勤的需求不斷擴大。具有多重優(yōu)勢的沉管隧道工程將更加普遍的應用到水下交通工程，不僅在工程建設周期和區(qū)域內(nèi)應用密度上有所體現(xiàn)，更將在功能適應性上凸顯，比如在多車道和多用途方面。

3.2 遼寧省發(fā)展沉管海底隧道工程的設想與建議

3.2.1 設想

在建大連灣海底隧道的持續(xù)推進，儲備和培養(yǎng)了一大批配套技術、理論成果和專業(yè)人才，遼寧省可發(fā)揮近水樓臺的先天優(yōu)勢，鼓勵和支持其就近轉化。不僅可運用在海底隧道建設，也可在內(nèi)河、湖泊等場景的水下通道建設發(fā)揮作用。

渤海海峽隧道（煙大隧道）如能順利實踐，將極大促進遼寧省建設超大型水下通道和跨區(qū)域協(xié)同作業(yè)能力。長山群島作為國家級海島型森林公園，旅游資源和水產(chǎn)資源特別豐富，海底除局部深水道受海流沖刷外，大部分基巖為淺海相的細沙和淤泥所覆蓋；葫蘆島市綏中縣和大連市瓦房店市間海域地質構造活動較為穩(wěn)定，水深較淺，遼東灣沿海陸運通勤當前呈“U”形格局；上述長山群島—普蘭店區(qū)、綏中縣—瓦房店市兩地是否滿足建造沉管海底隧道的要求，還需各方面因素綜合論證，且因各地間距離較長、區(qū)域發(fā)展水平不夠發(fā)達，建設海底隧道的社會意義和經(jīng)濟意義有待商榷。

3.2.2 建議

注重政策和資金支持連續(xù)性。營造良好的市場環(huán)境，鼓勵創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，促進工程項目有序發(fā)展；建立健全重點項目和國家級、省級課題監(jiān)督保障機制，引導大型工程全生命周期有序且連續(xù)性推進落地；加大資金投入，尤其是涉及民生福祉和增強經(jīng)濟發(fā)展活力的大型基建工程項目。

重視地質因素影響。遼寧省域地質構造復雜，斷裂構造發(fā)育，主要活動斷裂有郯廬斷裂帶、金州斷裂帶和鴨綠江斷裂帶等；遼寧省域新構造運動活躍，區(qū)域地殼垂直形變主要向渤海沿岸傾斜，沿海地區(qū)水平形變位移整體均勻；區(qū)域影響較大的地震條帶有北東向郯廬帶北段、北西向燕山—渤海帶和北西向朝鮮半島條帶。在進行大型基礎設施設計施工時，要充分考慮當?shù)氐刭|特點，進行全面且科學的地質學研究。

重視經(jīng)濟和環(huán)保性論證。遼寧省沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平差異較大，要充分考慮跨區(qū)域修建沉管海底隧道對兩岸城市發(fā)展的效益程度；同時，遼寧海域水運繁忙，漁業(yè)依賴度較強，要考慮海底隧道工程施工周期對相關產(chǎn)業(yè)的不利影響；注重可持續(xù)發(fā)展，加強成本、安全、質量管理。

4.結語

經(jīng)過幾十年的努力，我國沉管海底隧道工程有了突飛猛進的發(fā)展。大連灣海底隧道的順利建設為遼寧帶來了發(fā)展沉管海底隧道工程的有利條件。沉管隧道技術不僅可以在跨海交通，也可在內(nèi)河、湖泊等場景建設水下通道時運用，對緩解通勤壓力、改善民生福祉方面具有積極意義。遼寧省擁有較長海岸線，同時作為東北地區(qū)老工業(yè)基地振興和一帶一路戰(zhàn)略的重要角色，具有很好的技術、經(jīng)濟、環(huán)境條件，發(fā)展沉管隧道技術，充實沉管海底隧道研究，可提升遼寧在水下通道建造方面的綜合競爭力，更好服務遼寧發(fā)展。

在發(fā)展沉管海底隧道工程時，要深入分析和結合各類因素，充分論證；以系統(tǒng)工程思維綜合考究技術能力、經(jīng)濟效益、環(huán)境保護等條件影響；同時注重人才和知識成果積累與轉化。