跨海天塹變通途

地球上的大陸被海洋所分割，形成了懸浮在海中的孤島和群島，還有蜿蜒曲折的海岸線。海洋在分割的陸地之間形成了海峽和海灣。在過去漫長的歲月里，人們需要借助船舶來通過海峽，風大浪高，翻船沉沒的悲劇經(jīng)常上演。而在沿海地區(qū)，彎曲復雜的海岸線將直線距離不遠的兩座城市阻隔，要到達彼此，需要繞行很遠的距離。隨著社會的不斷進步，科技發(fā)展一日千里，人類靠掌握的科學利器不斷與險惡的自然環(huán)境做斗爭，創(chuàng)造了一個又一個工程奇跡，而這些工程奇跡將天塹變通途，讓山水阻隔成為歷史。

人類漫長的交通發(fā)展歷史無外乎“路上行車，水上行舟”，持續(xù)千年，至今不衰。到了19世紀20年代，蒸汽機車的發(fā)明使鐵路不再只是礦區(qū)上的配套設(shè)備，而是開始了大規(guī)模的商業(yè)應用，掀起了一場史無前例的運輸革命，鐵路很快便一枝獨秀，在近兩百年時間里稱霸全球運輸業(yè)，改變了世界的面貌。到了20世紀，飛機的發(fā)明與應用再次改寫了交通歷史。

雖然飛機能夠飛越海峽，但因為飛機適合于長距離的快速運輸，有很多局限性，比如受惡劣天氣影響很大，運量也極為有限，運輸成本非常昂貴，所以飛機并非交通首選。鐵路雖然運量大，但是面對天水茫茫的海峽，依舊會一籌莫展。那么，除了飛機之外，我們還有哪些辦法穿越海峽呢？還有哪些措施可以讓天塹兩端的人們互通有無呢？總結(jié)起來一般有三類：第一個辦法是修建鐵路輪渡，第二個辦法是修建跨越海峽的大橋，第三個辦法是修建穿越海峽的海底隧道。

鐵路輪渡：開著輪船運火車

鐵路在跨越江河的時候，大都是采用架設(shè)橋梁通過，但是當鐵路跨越幾十千米甚至上百千米海峽的時候，就需要經(jīng)過多方比較，采取既能穿越海峽、投資也不大的最優(yōu)措施。修建跨海大橋和海底隧道，工程難度很大，投資也特別高，而修建鐵路輪渡則是一種花錢不多卻能解決問題的折中辦法。同學們或許會問，什么是鐵路輪渡呢？舉個例子就會明白，海峽將兩端陸地隔開，沒有橋梁可供使用，兩端都有鐵路連接到港口，需要通過渡輪將火車從海峽的一側(cè)運往另一側(cè)。因此，鐵路輪渡就是將江河湖海另一側(cè)的火車，通過渡輪運往彼岸，上岸后與鐵路銜接，完成火車跨越江河湖海的運輸。橋梁建造技術(shù)不發(fā)達的年代，鐵路輪渡為運輸發(fā)揮了巨大作用。

如何借助鐵路輪渡過海峽

我們只看字面意思，鐵路輪渡主要包括“鐵路”與“輪渡”。如果細分一下，鐵路輪渡是由輪渡車站、輪渡棧橋、鐵路渡輪和輪渡港口組成的一套運輸系統(tǒng)。其中，輪渡車站設(shè)置在港口附近，火車首先到達車站，做好登船的準備工作：輪渡棧橋是銜接港口碼頭和渡輪的重要設(shè)備，火車通過棧橋才能開到渡輪之上。渡輪采用高新技術(shù)制造，功能齊全，這種渡輪和普通的輪船不同，不但有客艙，還有火車停車艙和汽車滾裝艙。等火車開上了渡輪，停穩(wěn)并固定好之后，這艘大船就可以起錨開航了，一路劈波斬浪開到對岸。到了對岸之后，火車通過棧橋下船，開進附近的車站，整個運輸過程就結(jié)束了。輪渡港口也非常重要，要滿足在惡劣天氣下輪船的安全停靠與錨固，還要采取措施防止渡輪對港口撞擊造成破壞。

海上安全監(jiān)控為渡輪保駕護航

鐵路渡輪在海上運行，需要通過安全監(jiān)控系統(tǒng)保證航行的安全。安監(jiān)系統(tǒng)主要為航行中的渡輪提供監(jiān)控、助航和應急反應等服務。其中“監(jiān)控功能”可以隨時掌握鐵路輪渡航線附近水域內(nèi)的船舶航行情況，收集并處理信息，實施交通監(jiān)控和信息服務。“助航功能”是為了加強渡輪的安全監(jiān)督管理，實時提供助航信息，包括向渡輪提供航行定位數(shù)據(jù)、遭遇船舶的位置數(shù)據(jù)、渡輪附近水域內(nèi)的船舶動態(tài)信息以及氣象信息等。“應急反應功能”可向附近的有關(guān)船舶和相應的管理機構(gòu)提供渡輪航行的狀況，一旦渡輪海上遇險，能夠有效地實施海上搶險和搜救工作。鐵路輪渡的安全監(jiān)控設(shè)備采取預防控制的辦法，即在渡輪航行過程中，預計前方航路上的交通狀況，預知危險因素，做好應對措施。

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鐵路輪渡之最

★世界上第一條鐵路輪渡——1850年修建于英國福斯海灣，起自福斯港口，到達伯恩迪斯港，銜接英國愛丁堡和丹迪兩大城市。

★世界上最長的鐵路輪渡——從美國華盛頓州的西雅圖通往阿拉斯加的惠迪爾，全長約2600千米，1964年通航。

★世界上修建鐵路輪渡最多的地區(qū)——歐洲，因為那里海岸線錯綜復雜并且異常曲折，最適合修建鐵路輪渡。

★中國第一條跨海鐵路輪渡——粵海鐵路輪渡，起自廣東省湛江市，經(jīng)瓊州海峽到海南省海口市（繼續(xù)延展到三亞市），海上運輸距離約30千米，2004年客運開通。粵海鐵路是世紀之交中國鐵路建設(shè)史上一項標志性工程，表明中國在建設(shè)跨海鐵路上取得了關(guān)鍵技術(shù)的突破，填補了國內(nèi)多項空白，標志著中國鐵路建設(shè)進入了新的歷史階段。

★中國最長的跨海鐵路輪渡——煙大鐵路輪渡，連通煙臺和大連，2006年11月投入使用，L是中國第二條跨海鐵路輪渡，海上運輸距離約160千米。

跨海大橋：蛟龍戲水飛躍彩虹

毛澤東主席曾為一座跨江大橋?qū)戇^一首詞，氣勢磅礴，膾炙人口：“風檣動，龜蛇靜，起宏圖。一橋飛架南北，天塹變通途。”這座大橋就是新中國成立后建成的武漢長江大橋。唐朝詩人陳潤也曾寫過一首詠彩虹詩：“一條微雨后，五色片云中。輪勢隨天度，橋形跨海通。”用來描寫跨海大橋照樣趣味盎然，可以栩栩如生地刻畫出橋梁的建筑美感。

從20世紀30年代至今，八十多年的發(fā)展令世界現(xiàn)代橋梁建造技術(shù)突飛猛進，橋梁的長度與建設(shè)難度不斷刷新紀錄，一項項令世人矚目的工程橫空出世。跨江、跨河的橋梁技術(shù)已經(jīng)成熟，而跨越海峽的超級大橋也不斷掀開新的篇章。

修建跨海大橋的關(guān)鍵技術(shù)

修建跨海大橋采用的技術(shù)要遠比跨越江河的橋梁復雜，面臨的技術(shù)難題也更多，例如要解決惡劣天氣對大橋的施工以及通車后行車安全的影響：還要研究海潮、海流和波浪力對大橋的破壞作用：需要計算船舶對橋墩的撞擊力以及采取相應的防撞措施：還要解決深海橋墩以及承臺的建造難題。在海中修建橋墩和承臺，首先修建橋梁水下基礎(chǔ)，基礎(chǔ)之上修建承臺，承臺之上建造橋墩，橋墩之上架設(shè)橋梁。深水基礎(chǔ)一般采用樁基礎(chǔ)、管樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、組合基礎(chǔ)，還有特殊基礎(chǔ)，這是建設(shè)跨海橋梁施工重點之一：還要解決超過1000噸重的橋梁架設(shè)技術(shù)難題。大橋竣工開通運營之后，必須安裝一套健康監(jiān)測系統(tǒng)，保證跨海大橋的安全。

延長跨海大橋的使用壽命

蜿蜒巨龍跨越海峽，所處的自然條件與在江河上面修建橋梁截然不同，雖然采用的建橋技術(shù)大同小異，但是還要想辦法延長跨海大橋的使用壽命。那么，都有哪些因素決定了橋梁壽命的長短呢？我們知道，構(gòu)成橋梁的主要材料除了鋼筋混凝土，還有純粹的鋼結(jié)構(gòu)，而這兩樣材料最容易受海水侵蝕，迅速腐蝕損壞。鋼筋混凝土主要受潮濕、高溫、氯離子、化學介質(zhì)的侵蝕與磨蝕破壞，使得混凝土剝落解體。在海洋大氣環(huán)境下，海水的常年蒸發(fā)增加了鋼結(jié)構(gòu)周圍的環(huán)境濕度，使得附近的酸性氣體和鹽粒溶解，鋼結(jié)構(gòu)不斷受到電化學的腐蝕，最終影響橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全。

既然如此，有什么好辦法來解決這些問題呢？當然有，這些技術(shù)問題難不倒科技人員。解決混凝土受侵蝕的辦法有很多種，一是提高鋼筋混凝土中保護層厚度，二是提高混凝土的水灰比（混凝土中水的用量與水泥用量的比值），水灰比越小，混凝土的強度越高，越耐腐蝕。除此之外，還可以采用阻銹劑，使用環(huán)氧涂層鋼筋和高性能混凝土以及在混凝土表面涂抹保護層等。鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕措施可以采取在其表面包裹隔離材料的辦法，從而將海水等能產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)進行隔離：或者在鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂一層防銹蝕的金屬，還可以采取一種電化學方法，叫作“陰極保護”，通過對鋼結(jié)構(gòu)表面施加電流，抑制腐蝕的發(fā)生。只要構(gòu)成橋梁的主要材料得到妥善保護，在工程質(zhì)量優(yōu)質(zhì)合格的前提下，橋梁使用100年是沒有問題的。

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世界跨海大橋長度前三甲

第一名：青島海灣大橋，起自青島主城區(qū)海爾路，經(jīng)紅島到黃島，大橋（包括引橋）全長41.58千米，投資額近100億元，歷時4年完工，是當今世界上跨海大橋中的長度冠軍。大橋于2011年6月30日全線通車，榮膺美國著名財經(jīng)雜志《福布斯》評選的“全球最棒橋梁”榮譽稱號。

第二名：切薩廢克灣弧伺跨海大橋，起自美國弗吉尼亞州的諾福克，終至特拉華半島，是世界上最長的橋梁隧道綜合體，全長37千米，1964年通車，被英國《衛(wèi)報》評選為“現(xiàn)代世界七大奇跡”之一。

第三名：乖亢州灣跨海大橋，北起浙江省嘉興市海鹽鄭家埭，南至寧波市慈溪水路灣，全長36千米，投資約118億元，2008年建成通車，使得寧波到上海的距離縮短了120千米。

如今，連接香港、珠海和澳門的港珠澳大橋正在施工中，該橋全長49.97千米，待2018年開通之后，將會超越青島海灣大橋，長度位居世界第一。

海底隧道：像土行孫一樣穿趙海峽

開山辟路，遇海架橋，不管是巍巍高山還是茫茫大海，都阻擋不住人們征服自然的腳步。跨越海峽，可以通過鐵路輪渡，也可以修建跨海大橋，除此之外，還可以修建海底隧道，像土行孫一樣從海底打洞鉆到對岸。

海底隧道的優(yōu)勢

也許有同學會問，在海底修建隧道，如果頂棚塌方透水該怎么辦？這是一個很好的問題，修建海底隧道與在地底和山中修建隧道迥然不同，前者面臨的風險會更大。在地底和山中打隧道，也會出現(xiàn)透水事故，可以采取疏導、截流措施，將水排出隧道之外。但是海底隧道一旦透水和涌水，將會是災難性的，因為海水無窮無盡，根本排不掉，所以，修建海底隧道，防止透水是關(guān)鍵的技術(shù)難題之一。修建海底隧道的施工難度和投資都較大，但與鐵路輪渡和跨海大橋相比，海底隧道能夠一勞永逸，不受惡劣天氣的限制，可以全天候使用，并且抗震能力比大橋更好。

海底隧道的施工方法

鉆爆法：先在隧道巖面上鉆眼，裝填炸藥爆破，讓巖石松動，再繼續(xù)將隧道開挖成型的施工方法。

沉管：專門在水底建筑隧道的一種施工方法。施工時將若干個預制混凝土隧道構(gòu)件分別浮運到海面或者河面現(xiàn)場，逐個沉放安裝在已疏浚好的基槽內(nèi)，最后連接成水下隧道。

盾構(gòu)法：暗挖法施工中的一種全機械化施工方法，它是將盾構(gòu)機械在地中推進，通過盾構(gòu)外殼和管片支撐四周圍巖防止其往隧道內(nèi)坍塌，同時在開挖面前方用切削裝置進行土體開挖，通過出土機械運出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進，并拼裝預制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機械化施工方法。

掘進機法：挖掘隧道、巷道及其他地下空間的一種方法。是用特別的大型切削設(shè)備，將巖石剪切擠壓破碎，通過配套的運輸設(shè)備將碎石運出，然后利用地下空間修筑隧道。

這四種施工方法采取哪種用來修建海底隧道最合適呢？根據(jù)隧道專家的研究結(jié)論，一般在石質(zhì)巖層中采用鉆爆法或者掘進機法，在松軟的地層中采用盾構(gòu)法。沉管法雖然可用于水下隧道的修建，但是有條件限制，即水道河床或者海底必須穩(wěn)定平坦，水流不能太急。很顯然，用沉管法在波濤洶涌的海峽修建隧道是不合適的。其余三種方法可依海底地質(zhì)條件擇機選用。

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全球著名的海底隧道

英法海底隧道：是一條穿越多佛爾海峽，把英倫三島與法國連接起來的鐵路隧道。于1987年12月1日正式開工，1994年5月6日開通。它由3條長51千米的平行隧洞組成，總長度153千米，是目前世界上最長的海底隧道。

青函海底隧道：因連接日本本州青森地區(qū)和北海道函館地區(qū)而得名。隧道橫越津輕海峽，全長54千米，海底部分23千米。青函海底隧道于1964年1月動工，1987年2月建成，用了23年。

香港海底隧道：香港有3條海底隧道，越過維多利亞海峽，把港島與九龍半島連接起來。港九中線海底隧道1972年建成，全長1.91千米，日通車約12萬輛次；港九東線海底隧道1989年建成，全長1.83千米，日通車約9萬輛次；1997年4月建成的港九西線海底隧道，日車流量可達20萬輛次。