坐车穿越海底

2013-04-29 00:44史峰
军事文摘·科学少年 2013年9期
关键词:海底隧道盾构火车

史峰

在我们的地球上,有两种表面,一是陆面,还有就是水面。多数水面是彼此相联的,所以理论上驾船出游是可以游遍全球的。陆面常被水面包围或是切割,呈现支离破碎的状态,因此,开车出游的时候前面常常会被水面阻断……

风险很高的轮渡

展开地图,我们可以发现辽宁省的大连市和山东省的烟台市直线距离是120公里。120公里的距离不算远,但这是隔海相距的120公里——辽宁半岛和山东半岛隔渤海而不相联。

因为开车不能直达,所以从烟台到大连的120公里直线距离,需要绕出1600公里才能到达。既然开车渡海有难度,那不妨坐轮船到达嘛。是的,大连和烟台两市之间是有海航线的,两地的许多货运客运都是靠着轮渡完成,甚至自东北地区而来的火车也可从铁路上“搬下来”,由大连轮船渡到烟台,然后再装到烟台的铁路上继续南行,这种技术叫“跨海铁路轮渡”。

但自古以来,海上航行都是一件风险特别高的出行方式,几年前,山东烟台海域就曾发生一起特大海难事故,一客轮沉没,造成118人死亡,172人失踪。那海峡两岸能不能找到更快、更安全的交通方式呢?当然能,那就是在海底构建海底隧道。

让渡海更安全的海底隧道

其实,修建海底隧道的最初想法不是提升交通速度,而是为了降低海运风险。1945年,有个叫皤谷逸男的日本人向政府建议开凿自本州和北海道之间的海底隧道。可是政府不当回事,没有听从皤谷逸男的建议。9年后,一艘名为“洞爷丸”的渡轮在本州和北海道的航行过程中遇台风翻沉,造成1155人死亡。经此沉船惨剧,皤谷逸男挖筑海底隧道提议才得到政府许可并动工兴建。

在海底开挖隧道是一项综合工程,体现着一个国家的技术水平和工程能力。目前,掌握海底隧道优秀技术的国家非英国莫属。英国兴建的英吉利海峡铁路隧道,采用的各项技术几乎成为海底隧道修建的技术标准,这些标准解决了海底隧道建设的许多技术细节和难题。比如火车在海底隧道内高速行驶时会对空气进行挤压,隧道内空气压力会增加,从而给火车带来很大的空气阻力,这个难题是这样解决的:隧道沿线每250米设一个2米直径的卸压管,从后勤服务洞的顶上跨过,把两个铁路主洞连接起来,这会让空气可以在两个铁路主洞之间快速交换流通,火车行驶时就可以把受挤压的空气从“此洞”排到“彼洞”,从而快速降低空气压力,大大减轻火车在行驶过程中所受的空气阻力。

最长的海底隧道

随着科技的进步和人类工程能力的不断提升,人们挖筑海底隧道的志向越来越宏伟,原来是在数公里以内的海底下挖筑通行隧道,后来就能在二三十公里以内的海底下挖筑海底隧道了。如今,我国已经决定在辽宁省的大连市和山东省的烟台市之间超过100公里的海底下挖筑海底隧道了。随着科技的进步,在太平洋下挖筑海底隧道也并非天方夜谭。

目前,世界上最长的海底隧道是“英吉利海峡海底火车隧道”,它连接英国和法国,于1987年底动工,1993年投入使用,全长49公里,其中海底段长38公里。还有一条长隧道是“日本青函海底隧道”,它横越日本津轻海峡,全长54公里,海底部分23公里。1964年动工,1987年建成。很明显,我国将要修建的“渤海湾海底隧道”,将以120公里的长度成为世界第一海底隧道了。

知识链接:开挖海底隧道的几种方法

比较落后的钻爆法

所谓“钻”是指在施工操作面上打眼,所谓“爆”是指“在眼内填充炸药起爆”。这种方法最早用于矿石开采,后来用在海底隧道的挖掘。钻爆开挖海底隧道,效率高,速度快,但是因为需要“爆炸”,所以会引发塌方事故,危险度高,是一种技术含量低的隧道挖掘方法,目前基本被淘汰。

不能在深海中运用的沉管法

先在地面上用水泥预制成海底隧道的一节节箱体,然后把这些箱体一个接一个地沉放于海底疏浚好的基槽内,对接好,这类似于在地面上修铁路,只不过修铁路对接的是铁轨,而修海底隧道对接的是“水泥预制管道”。水泥管道对接完毕之后,再把管道内的海水抽干,海底隧道就建成了。这种构建海底隧道的方法是“陆上预制,水下安装”,所以工程量要小许多,工程难度也会降低。但水泥预制管道承受海水压力的能力有限,所以不能在较深的海水中铺设。

最先进的盾构法

如今,最先进的海底隧道开挖工具应该是盾构机了。这种机器是实现海底隧道全自动开挖的高科技工具,它的模样像是一条“钻木虫”,头部有切削装置,可以轻易把石土“嚼碎”吞进“肚里”,“肚里”有传送装置把石土送到尾部运走。盾构机在“吃土前进”的过程中,还会把预制混凝土管片一片片拼接到“吃出”的隧道壁上,形成结实的支撑层,可谓是“吃出一段,支撑出一段”,速度快并且安全性高,现在越来越多的海底隧道都在使用这种盾构机开挖了。

盾构机的设计是仿生学的结果。一位工程师偶然发现船蛆在蛀食船木时,会一边打洞,一边从身体表面分泌出一种液体加固洞体,于是工程师受此启发研发了最初的盾构机。现在,美国制造的盾构机长达近百米,可谓是个超级大钻,其集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。用这种高科技的大家伙开挖海底隧道真是又快又准。

海底隧道:让沟通无极限

展开地图,我们就会发现:凡是被海水隔断的陆地之间都可以开挖海底隧道,因此海底隧道不仅可以成为国内交通方式,还是联系国与国之间的通道。就国内而言,我国已经修建了厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾海底隧道,即将修建“渤海湾海底隧道”。长远来看,还可以修建台湾海峡海底隧道和琼州海峡海底隧道,这样就可以把台湾岛、海南岛用隧道交通的方式和大陆紧密联系在一起了。放眼国际,中国和韩国之间也可以修一道“跨国海底隧道”,美国和墨西哥之间也可以修建“墨西哥湾海底隧道”,俄罗斯和美国也可以修建“白令海峡海底隧道”,总之,沟通无极限,海底隧道是挖不完的。

未来人类将移居海底?

开挖海底隧道改变的不仅仅是陆陆之间的交通方式,对人类的生存和发展也有着极其深远的影响。

随着地表环境的污染越来越严重,人类在地表生存的困难程度将越来越高,于是,寻求“地外移民”便成为人类的梦想。但是,向地外星球移民的困难很大,目标也太久远,移民海底可能更实际些。

到海底建造城市不仅仅是幻想,而是已经具有了现实性。日本国土面积狭小,正在研究海底建城的位置;美国要在夏威夷群岛的海底建造环岛海底城市;新加坡已经修建了一处海底大酒店……科学家预测,到本世纪末,人类将构筑起海底城市、海底工厂、海底牧场、海底机场,到时会有十分之一的人口将移居海底—看来,人类有可能再次从陆地返回海洋,成为海洋的居民了。

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