唐驳虎:世界级的京台高铁,啥时候可以通车?
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唐驳虎:世界级的京台高铁,啥时候可以通车?

文/凤凰新闻客户端荣誉主笔 唐驳虎

核心提示:

1、在京台高铁线路中,连接台湾附近的平潭岛到福州的平潭海峡公铁大桥无论地质条件的复杂程度,还是海况恶劣程度,均远超已建成的杭州湾大桥、胶州湾大桥和港珠澳大桥。这段88公里的铁路,历时7年,于2020年底正式通车。其暂时“终点站”平潭站位于海坛岛中北部,但早在十年前,已为线路延伸制定好了路线,预留了延伸台湾新竹方向的接口。

2、连接两岸的线路方案中,由于中线、南线距离远,且穿越断层地震多,因此,连接福建平潭到台湾新竹南寮的北线是最优先的选择。考虑台风和海洋环境的影响,修筑桥梁不太现实。而修建台湾海峡隧道的关键技术难题是如何构筑80米水深条件下的人工岛和海底岩层地质情况调查,需要研发更强大的施工装备,集成更为先进的技术、仪器、设备等。才能取得构筑深水巨型人工固定构筑物的突破。

3、世界最长的三条交通隧道里,日本青函隧道,开挖到通车历时17年。英吉利海峡隧道历时7年;瑞士新圣哥达隧道历时17年。台湾海峡隧道的长度将达到130~140公里,接近这三条50公里量级隧道的3倍,造价可能达到3000~4000亿元以上,最终完全是世界顶级的超级工程。如果上述技术实现,8个工作面左右对进,像英吉利海峡隧道那样超顺利的话,3年即可打通。不顺利等话,可能需要十年。

4、京台高铁规划最重要的意义就是把台湾省完全纳入中华人民共和国中央政府的治理体系。因为要基建,必然要把行政权覆盖到台湾省;跨海通道开工之日,就是两岸统一已成之时。

在近期出炉的《国家综合立体交通网规划纲要》中,已明确要将台北列入2021-2035年建设的国内交通主轴之中,京台高铁、京台高速再次引发国人瞩目。

这个规划其实10多年前就有了,重点在于以前规划里是虚线,现在是实线。而且,现在到台湾,只剩最后130公里。

艰难施工,向台湾海峡前进了88公里

实际上,“京台高铁”已经修到了大陆一侧的海峡边上。在京台通道中,福州是一个重要节点。

由几段高铁组成的“京福高铁”,包括京沪高铁的北京—蚌埠段(2011年6月30日通车)、蚌埠-合肥客运专线(2012年10月16日通车),以及合肥-福州客运专线,已于2015年的6月28日全线通车。

再往前,从福州用公铁两用大桥跨海延伸到距离台湾最近的平潭岛,福州-平潭快速铁路也已于最近的2020年12月26日正式通车。

福平铁路全长88.433公里,设计时速200公里,为客货共线铁路,经长乐跨海抵达平潭,35分钟即可通达。

平潭海峡公铁大桥是福平铁路控制性工程,也是中国首座公铁两用跨海大桥——上层为双向六车道高速公路(京台高速公路),下层为双线快速铁路(京台高铁)。

高架悬空,隧桥相连。而建设的最大困扰,是终年肆虐的风。

这里常年刮着6级风,每年7级以上大风超过200天,台风年均3.8次,浪高最大近10米; 2.5米以上涌浪天数也达45%。

也就是说,正常情况下,这座大桥全年只有100多天能够正常施工。

风大、水深、浪高、涌急,这里波流力的影响,是在长江等内河的10倍以上,对水中结构冲击极大;

另外, 岩石硬度大、潮汐明显和岛屿暗礁等海底复杂的地质情况也考验着建设者。

中国工程院七院士在考察后表示,“平潭海峡公铁两用大桥,其独特的海峡环境, 无论地质条件的复杂程度,还是大风、强浪、强涌、急流等海况的恶劣程度,均远超已建成的东海大桥、杭州湾大桥、胶州湾大桥和港珠澳大桥。”

由于大桥施工难度大,这段区区88公里的铁路,2013年10月开工,到2020年年底通车,历时7年才完成,可见施工难度之大。

为了保证工程建设,自主研制了KTY5000大型液压动力头钻机,可一次成孔5米直径钻孔桩,成功施作世界上桩径最大的桥梁基础桩;

为充分利用大风环境中的施工“窗口期”,在架梁阶段,工人们先在工厂整体制造总拼钢桁梁,再运至桥位处,利用吊高110米、吊重3600吨的大型浮吊船,实现钢桁梁海上浮吊整孔架设;

同时研究建立桥址处风、浪、流监测及预报系统,保障复杂海洋气象条件下安全有序作业。

最后,项目部还量身打造了13架2000吨全封闭的海上造桥机,在海上营造出一个高达百米的空中长廊,建筑人员可以在长廊内作业。 既能遮风挡雨,又增加了施工的安全性。

“吃技术饭,打设备战”, 建成后的平潭海峡大桥全长16.34公里,其中公铁合建长度14.4公里,经人屿岛、长屿岛、小练岛、大练岛,从西北方向连接平潭岛。

全桥共计228个桥墩,并设有3座双塔斜拉主航道桥。 其中钢结构用量124万吨,混凝土用量294万方(约700万吨),用钢量和混凝土总方量都是迄今为止国内外桥梁之最,相当于两个港珠澳大桥。

仅大桥的造价就达120亿人民币,占全线造价超过60%。 坚固厚实的桥身,能够满足海上桥面在十级大风环境下安全运营。 看长龙渡峡,却犹如翔鸥轻捷。

延伸路线早已设计完成

福平铁路开通运营,全面融入全国高铁网,也就意味着京台高铁大陆一端的线路向前迈进了坚实的一步。

福州-平潭快速铁路,是合肥-福州高铁的延伸,也是京台通道的组成部分。

为此,一个小县城,专门拥有了北京始发终到的G55次列车。

还有来自上海、深圳、西安的长途高铁,彰显着这条短短“末端”铁路的不同寻常。

平潭是位于福州东部的一个沿海岛县,由以海坛岛为主的126个岛屿组成。

陆地总面积近400平方公里,主岛海坛岛面积324.12平方公里,是我国第五大岛。

这条铁路暂时的“终点站”平潭站位于海坛岛中北部,但已经预留了延伸台湾新竹方向的接口。 并包括从南段引入货运铁路,在平潭站汇合的计划。

在平潭当地的规划中,同样早在10多年前,已为线路延伸制定好了路线:

向东南方向延伸,划出弧线绕过平潭县城,沿着海坛湾架桥或挖掘隧道,直抵海坛岛的东南角,继续伸向更宽阔的台湾海峡。

从这个方向继续延伸约10公里,才是福建、福州向海峡方向的延伸远端——牛山岛。

牛山岛南北长940米,东西宽230米,面积仅0.34平方公里,最高海拔70.5米,是中国的领海基点之一。

虽说牛山岛没有常住人口,但因地理位置,早在1873年,英国人就在岛上建起一座灯塔,为国际商船安全航行服务,至今常年会有守塔人在此地坚守。

从牛山岛再往前120公里,一直到登陆台湾,就真的没有陆地了。

所以这里是工程能够利用的最后一块自然岛屿,迢迢横亘。

路线?形式?

从福建平潭到台湾新竹南寮是海峡两岸距离最近的两点,相距约130公里。

这条路线也是大陆规划的福建到台湾的海峡北线的路径,也是“京台高铁”。

另外,还有人提出了海峡中线,路线是从福建泉州到台湾台中,两点的距离约170公里。

还有台湾学者提出了海峡南线,从福建厦门先到金门,再到台湾澎湖,连接到嘉义东石。

金门到澎湖约160公里,澎湖到嘉义东石约45公里,南线全长约200公里,中间连接了澎湖岛。

由于中线、南线距离远很多,而且要穿越断层,地震较多,因此,北线依然是最优先的首选。

珠港澳大桥、深中通道位于珠江口与大海交界处,水深10~20米,在水深超过30米的地方,已设为深水航道,需转为隧道通过。

而台湾海峡平均水深60米,最深90米,差别巨大。 而且台湾海峡水流湍急,风浪比小小的平潭海峡更为汹涌。

要在此处连续修筑全高超百米的巨型围堰-桥墩,还要延绵120公里,在可预见的未来,工程难度都难以想象。

另外,台湾海峡是极其重要的航道,通航船只极多,吨位大(30-40万吨),航线密集。

巨型船舶对净空的要求达到了76米甚至80米,航道桥的航道宽度至少1公里。

桥面以下净空80米,桥面以上的索塔举高要达到250米,水面总高近350米,水下部分还有60米,桩基至少要打到海底200米深,相当于在大海中修建一座又一座迪拜塔。

还要考虑抗12级以上台风,云雾风等天气的影响,海中超大锚锭,海洋环境对钢结构的腐蚀,修筑桥梁完全不现实,运营维护可能性也太低。

同时,沉管隧道、悬浮隧道等新形式隧道也难以满足如此连续长距离的施工等要求。

港珠澳大桥的主航道海底段,由于在珠江口的浅泥水基底里挖掘隧道难度风险太大,因此采用了沉管隧道形式。

由33段长180米的钢筋混凝土巨型沉管和一节最终接头组成,每段的重量达到了7.6万吨。

这5.6公里已经是人类迄今最长的沉管隧道,而同样采用桥隧组合方案的深中通道,沉管隧道将延长到长6.7公里。

未来丹麦-德国的费马恩(Fehmarnbelt)海湾沉管隧道,沉管段将长17.6公里。

该项目为公铁两用,横断面宽达42.2米,还需要解决一系列难题。延伸到130公里、安放在80米水深下,而且要满足耐久免维护需求,还难以想象。

另外,在水流汹涌的台湾海峡,与水流平缓的珠江口也完全不同,安放巨型沉管的精度也难以保证。

因此,像珠港澳大桥、深中通道这样的航道桥、沉管隧道,只适用于浅水海湾。

通过长130公里、水深60~90米的台湾海峡,只能是常规的地层隧道。

同时,在自动驾驶全面普及之前,人驾驶汽车行驶130公里的隧道,安全问题突出。

和英吉利海峡隧道一样,只能采用火车驮载运输过海的形式。

超长隧道的问题

但即便是只行驶电力牵引列车的隧道,在超大长度时,也会有安全救援、通风、维护等问题。

尤其是考虑到施工问题,130公里长的隧道仅从两头掘进,那真是要打到猴年马月。

因此,把各种因素都考虑上的话,每隔40公里左右还是得开有一个通风及入口井。

这样,让工人和机器(现在主要是大型的TBM掘进机)进入到隧道中间的预定位置; 然后从这里开始,分别向两头开挖。

即所谓的“长隧短打”,这样,把一条长隧道,直接分解为若干段短隧道,大大缩短工期。

但从平潭牛山岛到新竹,整整120公里没有岛屿,而且水深从50米(西侧)到80米(东侧)不等,茫茫一片。

就必须得构筑人工岛或者人工平台了。

▎ 深中通道人工岛

参考港珠澳大桥、深中通道,为了连接海上大桥和海底隧道的转换,在深约10~20米的珠江口也要修建人工岛。

那么怎么修?直接填海么?那是不行的,水流很快会把投下去的石料土方冲开,效率会非常低。

“围海造陆”,第一前提就是“围堤”,不管巨型的水泥沉箱,修筑围堰,或者用钢桶(学名沉井),总之都得先圈闭出一片海域,才能排空海水,填土夯实。

因此,在海中填岛需要先修起围栏。 这就是由中国交建上海振华重工承制的直径22.5米、高40至55米、空重即达400~550吨的巨型钢桶。

上海振华重工从上海长兴岛基地,用自有的巨型装载船,每次运载8只巨型钢桶,至1600公里外的港珠澳大桥施工海域。每个人工岛平均需要60个巨型钢桶。

中交集团派出1600吨级大型浮吊将巨型钢桶吊到位,珠江口水深只有10米左右,因此这时钢桶大部分都在水面上。

振沉之后,钢桶大部分就埋入海底了,这样,整个钢桶在海底30米,海中10米,露头5米左右。

运抵现场后,用1600吨级大型浮吊吊放到位; 然后用激震力达4000吨的八个液压锤,将巨型钢桶“敲”进海底近30米。

钢桶(学名沉井)全部打下后,将钢桶填满土方,并在围护出的内部抽干海水。

然后,把钢桶用土方填满,具备设计围护强度。 再用几十个钢桶全部打下,形成岛壁结构。

巨大的人工岛,注意挖掘机的大小; 同时,左侧的运沙船也正好运来土方,正在靠泊卸载,

然后,抽干内部的海水,填入200万立方米、约400万吨重——万吨轮也要运几百次的土方,夯实压紧,形成人工岛的建筑基础。

钢筒外围还会抛石加固,形成一个斜坡,保护人工岛的基础部分。 即使百年之后,钢桶全部锈蚀,也不会影响人工岛的基础安全。

这样下来,一个人工岛的造价就达100亿元(人民币,下同)之巨。

突破新极限的难度

那么,台湾海峡隧道能直接复制这种模式么?

很有难度。因为台湾海峡水深50~80米,比珠江口区区10~20米的水深得多。

这样一来,用钢桶围栏的模式,包括下探到隧道埋深的导坑通道和水中基础部分(至少40米)、水中部分(50-80米)、出水部分(5-10米),超巨型钢桶的高度就要达到100~120米左右。

这已超过30多层的民用高层塔楼了,一次性建造、运送、安装都非常复杂,还要加上五倍以上的巨大填方工程量——2000万吨以上。

这样的巨型海中人工岛,至今人类也都还没有建造过,仍然是名副其实的超级工程,需要海洋工程技术的大飞跃和大突破。

总之,台湾海峡隧道的人工岛,工程难度和规模要比港珠澳大桥、深中通道的大得多、难得多。

要研发更强大的施工装备,例如超级举高幅度的举重船,以及可能需要集成各种更为先进的技术、仪器和设备等,才能取得构筑深水巨型人工固定构筑物的突破。

除了牛山岛可作为天然岛屿利用,剩下的120公里台湾海峡隧道,还至少需要修筑2个海中人工岛,间距约40公里,将整个超长隧道分为3~4段、每段最长约40公里的长隧道。

而参考港珠澳大桥的人工岛,长约625米,宽约215米,实际上占地面积已接近于牛山岛——宽度基本相当,长度约2/3。

这样从人工岛放入大型隧道掘进机(TBM),向两个方向同时开进,掘进距离可达20公里。

连同牛山岛、2个人工岛,一共有8个掘进工作面左右对进,如果像英吉利海峡隧道那样超顺利的话,3年即可打通。

不顺利的话,可能需要10年。这都有赖于地质调查的情况。

因此修建台湾海峡隧道的关键技术难题,就是如何构筑80米水深条件下的人工岛;其次要考虑的,是海底岩层地质情况调查。

与陆上隧道相比,海底隧道要穿过深水进行海底地质勘测,更困难、成本更高,准确性相对较低,所以遇到未预测到的不良地质情况风险更大。

为此,日本青函隧道和英吉利海峡隧道在正式动工之前,都花了5~10年做地质详细调查,几乎和施工时间等同。 要是把19世纪就已进行的调查算起,英法隧道可以说是调查了近200年。

即使这样,两条隧道都还专门安排了“超前导洞”。

这一导洞直径较小,掘进进度超前于主洞200~500米,施工时可进行地质超前预报,以便详细了解掘进前方的地质情况,必要时可实施向地层灌浆等辅助手段保障正洞开掘。

完工后,则可作为服务隧道、应急逃生通道或排水通道使用。

比隧道更宏大的

目前,世界上最长的交通隧道有这么三座:

日本青函隧道:全长53.85公里,海底部分23.3公里,1964年导洞开工,1971年本洞开挖,1988年通车。历时17年。

英吉利海峡隧道:全长50.5公里,海底部分37.9公里,1987年动工,1994年通车。历时7年。

瑞士新圣哥达隧道:全长57公里,1999年开工,2016年底通车,历时17年。

可见,台湾海峡隧道的长度将达到130~140公里,接近这三条50公里量级隧道的3倍,造价可能达到3000~4000亿元以上,最终完全是世界顶级的超级工程。

翻岭穿山,凌江越海,漫漫“京台高铁”唯一剩下的缺口,就是从平潭到新竹,跨越台湾海峡的130公里了。

新竹在哪里?台湾的西北沿海,新竹科学园区号称台湾硅谷,2007年通车运营的台湾高铁在此设有新 竹站。

当然,所有的人都知道,这个规划最重要的意义就是把台湾省完全纳入中华人民共和国中央政府的治理体系。

因为要进行基建,必然要把行政权覆盖到台湾省;跨海通道开工之日,就是两岸统一已成之时。

那么,这一天会是哪天呢?

无论如何,伟大事业、伟大工程、伟大梦想,都需要进行伟大的斗争。

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