唐駁虎:世界級的京台高鐵,啥時候可以通車?
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唐駁虎:世界級的京台高鐵,啥時候可以通車?

2021年03月13日 20:17:12
來源:唐駁虎

文/鳳凰新聞客户端榮譽主筆 唐駁虎

核心提示:

1、在京台高鐵線路中,連接台灣附近的平潭島到福州的平潭海峽公鐵大橋無論地質條件的複雜程度,還是海況惡劣程度,均遠超已建成的杭州灣大橋、膠州灣大橋和港珠澳大橋。這段88公里的鐵路,歷時7年,於2020年底正式通車。其暫時“終點站”平潭站位於海壇島中北部,但早在十年前,已為線路延伸制定好了路線,預留了延伸台灣新竹方向的接口。

2、連接兩岸的線路方案中,由於中線、南線距離遠,且穿越斷層地震多,因此,連接福建平潭到台灣新竹南寮的北線是最優先的選擇。考慮颱風和海洋環境的影響,修築橋樑不太現實。而修建台灣海峽隧道的關鍵技術難題是如何構築80米水深條件下的人工島和海底岩層地質情況調查,需要研發更強大的施工裝備,集成更為先進的技術、儀器、設備等。才能取得構築深水巨型人工固定構築物的突破。

3、世界最長的三條交通隧道里,日本青函隧道,開挖到通車歷時17年。英吉利海峽隧道歷時7年;瑞士新聖哥達隧道歷時17年。台灣海峽隧道的長度將達到130~140公里,接近這三條50公里量級隧道的3倍,造價可能達到3000~4000億元以上,最終完全是世界頂級的超級工程。如果上述技術實現,8個工作面左右對進,像英吉利海峽隧道那樣超順利的話,3年即可打通。不順利等話,可能需要十年。

4、京台高鐵規劃最重要的意義就是把台灣省完全納入中華人民共和國中央政府的治理體系。因為要基建,必然要把行政權覆蓋到台灣省;跨海通道開工之日,就是兩岸統一已成之時。

在近期出爐的《國家綜合立體交通網規劃綱要》中,已明確要將台北列入2021-2035年建設的國內交通主軸之中,京台高鐵、京台高速再次引發國人矚目。

這個規劃其實10多年前就有了,重點在於以前規劃裏是虛線,現在是實線。而且,現在到台灣,只剩最後130公里。

艱難施工,向台灣海峽前進了88公里

實際上,“京台高鐵”已經修到了大陸一側的海峽邊上。在京台通道中,福州是一個重要節點。

由幾段高鐵組成的“京福高鐵”,包括京滬高鐵的北京—蚌埠段(2011年6月30日通車)、蚌埠-合肥客運專線(2012年10月16日通車),以及合肥-福州客運專線,已於2015年的6月28日全線通車。

再往前,從福州用公鐵兩用大橋跨海延伸到距離台灣最近的平潭島,福州-平潭快速鐵路也已於最近的2020年12月26日正式通車。

福平鐵路全長88.433公里,設計時速200公里,為客貨共線鐵路,經長樂跨海抵達平潭,35分鐘即可通達。

平潭海峽公鐵大橋是福平鐵路控制性工程,也是中國首座公鐵兩用跨海大橋——上層為雙向六車道高速公路(京台高速公路),下層為雙線快速鐵路(京台高鐵)。

高架懸空,隧橋相連。而建設的最大困擾,是終年肆虐的風。

這裏常年颳着6級風,每年7級以上大風超過200天,颱風年均3.8次,浪高最大近10米; 2.5米以上湧浪天數也達45%。

也就是説,正常情況下,這座大橋全年只有100多天能夠正常施工。

風大、水深、浪高、湧急,這裏波流力的影響,是在長江等內河的10倍以上,對水中結構衝擊極大;

另外, 岩石硬度大、潮汐明顯和島嶼暗礁等海底複雜的地質情況也考驗着建設者。

中國工程院七院士在考察後表示,“平潭海峽公鐵兩用大橋,其獨特的海峽環境, 無論地質條件的複雜程度,還是大風、強浪、強湧、急流等海況的惡劣程度,均遠超已建成的東海大橋、杭州灣大橋、膠州灣大橋和港珠澳大橋。”

由於大橋施工難度大,這段區區88公里的鐵路,2013年10月開工,到2020年年底通車,歷時7年才完成,可見施工難度之大。

為了保證工程建設,自主研製了KTY5000大型液壓動力頭鑽機,可一次成孔5米直徑鑽孔樁,成功施作世界上樁徑最大的橋樑基礎樁;

為充分利用大風環境中的施工“窗口期”,在架樑階段,工人們先在工廠整體制造總拼鋼桁梁,再運至橋位處,利用吊高110米、吊重3600噸的大型浮吊船,實現鋼桁梁海上浮吊整孔架設;

同時研究建立橋址處風、浪、流監測及預報系統,保障複雜海洋氣象條件下安全有序作業。

最後,項目部還量身打造了13架2000噸全封閉的海上造橋機,在海上營造出一個高達百米的空中長廊,建築人員可以在長廊內作業。 既能遮風擋雨,又增加了施工的安全性。

“吃技術飯,打設備戰”, 建成後的平潭海峽大橋全長16.34公里,其中公鐵合建長度14.4公里,經人嶼島、長嶼島、小練島、大練島,從西北方向連接平潭島。

全橋共計228個橋墩,並設有3座雙塔斜拉主航道橋。 其中鋼結構用量124萬噸,混凝土用量294萬方(約700萬噸),用鋼量和混凝土總方量都是迄今為止國內外橋樑之最,相當於兩個港珠澳大橋。

僅大橋的造價就達120億人民幣,佔全線造價超過60%。 堅固厚實的橋身,能夠滿足海上橋面在十級大風環境下安全運營。 看長龍渡峽,卻猶如翔鷗輕捷。

延伸路線早已設計完成

福平鐵路開通運營,全面融入全國高鐵網,也就意味着京台高鐵大陸一端的線路向前邁進了堅實的一步。

福州-平潭快速鐵路,是合肥-福州高鐵的延伸,也是京台通道的組成部分。

為此,一個小縣城,專門擁有了北京始發終到的G55次列車。

還有來自上海、深圳、西安的長途高鐵,彰顯着這條短短“末端”鐵路的不同尋常。

平潭是位於福州東部的一個沿海島縣,由以海壇島為主的126個島嶼組成。

陸地總面積近400平方公里,主島海壇島面積324.12平方公里,是我國第五大島。

這條鐵路暫時的“終點站”平潭站位於海壇島中北部,但已經預留了延伸台灣新竹方向的接口。 幷包括從南段引入貨運鐵路,在平潭站匯合的計劃。

在平潭當地的規劃中,同樣早在10多年前,已為線路延伸制定好了路線:

向東南方向延伸,劃出弧線繞過平潭縣城,沿着海壇灣架橋或挖掘隧道,直抵海壇島的東南角,繼續伸向更寬闊的台灣海峽。

從這個方向繼續延伸約10公里,才是福建、福州向海峽方向的延伸遠端——牛山島。

牛山島南北長940米,東西寬230米,面積僅0.34平方公里,最高海拔70.5米,是中國的領海基點之一。

雖説牛山島沒有常住人口,但因地理位置,早在1873年,英國人就在島上建起一座燈塔,為國際商船安全航行服務,至今常年會有守塔人在此地堅守。

從牛山島再往前120公里,一直到登陸台灣,就真的沒有陸地了。

所以這裏是工程能夠利用的最後一塊自然島嶼,迢迢橫亙。

路線?形式?

從福建平潭到台灣新竹南寮是海峽兩岸距離最近的兩點,相距約130公里。

這條路線也是大陸規劃的福建到台灣的海峽北線的路徑,也是“京台高鐵”。

另外,還有人提出了海峽中線,路線是從福建泉州到台灣台中,兩點的距離約170公里。

還有台灣學者提出了海峽南線,從福建廈門先到金門,再到台灣澎湖,連接到嘉義東石。

金門到澎湖約160公里,澎湖到嘉義東石約45公里,南線全長約200公里,中間連接了澎湖島。

由於中線、南線距離遠很多,而且要穿越斷層,地震較多,因此,北線依然是最優先的首選。

珠港澳大橋、深中通道位於珠江口與大海交界處,水深10~20米,在水深超過30米的地方,已設為深水航道,需轉為隧道通過。

而台灣海峽平均水深60米,最深90米,差別巨大。 而且台灣海峽水流湍急,風浪比小小的平潭海峽更為洶湧。

要在此處連續修築全高超百米的巨型圍堰-橋墩,還要延綿120公里,在可預見的未來,工程難度都難以想象。

另外,台灣海峽是極其重要的航道,通航船隻極多,噸位大(30-40萬噸),航線密集。

巨型船舶對淨空的要求達到了76米甚至80米,航道橋的航道寬度至少1公里。

橋面以下淨空80米,橋面以上的索塔舉高要達到250米,水面總高近350米,水下部分還有60米,樁基至少要打到海底200米深,相當於在大海中修建一座又一座迪拜塔。

還要考慮抗12級以上台風,雲霧風等天氣的影響,海中超大錨錠,海洋環境對鋼結構的腐蝕,修築橋樑完全不現實,運營維護可能性也太低。

同時,沉管隧道、懸浮隧道等新形式隧道也難以滿足如此連續長距離的施工等要求。

港珠澳大橋的主航道海底段,由於在珠江口的淺泥水基底裏挖掘隧道難度風險太大,因此採用了沉管隧道形式。

由33段長180米的鋼筋混凝土巨型沉管和一節最終接頭組成,每段的重量達到了7.6萬噸。

這5.6公里已經是人類迄今最長的沉管隧道,而同樣採用橋隧組合方案的深中通道,沉管隧道將延長到長6.7公里。

未來丹麥-德國的費馬恩(Fehmarnbelt)海灣沉管隧道,沉管段將長17.6公里。

該項目為公鐵兩用,橫斷面寬達42.2米,還需要解決一系列難題。延伸到130公里、安放在80米水深下,而且要滿足耐久免維護需求,還難以想象。

另外,在水流洶湧的台灣海峽,與水流平緩的珠江口也完全不同,安放巨型沉管的精度也難以保證。

因此,像珠港澳大橋、深中通道這樣的航道橋、沉管隧道,只適用於淺水海灣。

通過長130公里、水深60~90米的台灣海峽,只能是常規的地層隧道。

同時,在自動駕駛全面普及之前,人駕駛汽車行駛130公里的隧道,安全問題突出。

和英吉利海峽隧道一樣,只能採用火車馱載運輸過海的形式。

超長隧道的問題

但即便是隻行駛電力牽引列車的隧道,在超大長度時,也會有安全救援、通風、維護等問題。

尤其是考慮到施工問題,130公里長的隧道僅從兩頭掘進,那真是要打到猴年馬月。

因此,把各種因素都考慮上的話,每隔40公里左右還是得開有一個通風及入口井。

這樣,讓工人和機器(現在主要是大型的TBM掘進機)進入到隧道中間的預定位置; 然後從這裏開始,分別向兩頭開挖。

即所謂的“長隧短打”,這樣,把一條長隧道,直接分解為若干段短隧道,大大縮短工期。

但從平潭牛山島到新竹,整整120公里沒有島嶼,而且水深從50米(西側)到80米(東側)不等,茫茫一片。

就必須得構築人工島或者人工平台了。

▎ 深中通道人工島

參考港珠澳大橋、深中通道,為了連接海上大橋和海底隧道的轉換,在深約10~20米的珠江口也要修建人工島。

那麼怎麼修?直接填海麼?那是不行的,水流很快會把投下去的石料土方衝開,效率會非常低。

“圍海造陸”,第一前提就是“圍堤”,不管巨型的水泥沉箱,修築圍堰,或者用鋼桶(學名沉井),總之都得先圈閉出一片海域,才能排空海水,填土夯實。

因此,在海中填島需要先修起圍欄。 這就是由中國交建上海振華重工承製的直徑22.5米、高40至55米、空重即達400~550噸的巨型鋼桶。

上海振華重工從上海長興島基地,用自有的巨型裝載船,每次運載8只巨型鋼桶,至1600公里外的港珠澳大橋施工海域。每個人工島平均需要60個巨型鋼桶。

中交集團派出1600噸級大型浮吊將巨型鋼桶吊到位,珠江口水深只有10米左右,因此這時鋼桶大部分都在水面上。

振沉之後,鋼桶大部分就埋入海底了,這樣,整個鋼桶在海底30米,海中10米,露頭5米左右。

運抵現場後,用1600噸級大型浮吊吊放到位; 然後用激震力達4000噸的八個液壓錘,將巨型鋼桶“敲”進海底近30米。

鋼桶(學名沉井)全部打下後,將鋼桶填滿土方,並在圍護出的內部抽乾海水。

然後,把鋼桶用土方填滿,具備設計圍護強度。 再用幾十個鋼桶全部打下,形成島壁結構。

巨大的人工島,注意挖掘機的大小; 同時,左側的運沙船也正好運來土方,正在靠泊卸載,

然後,抽乾內部的海水,填入200萬立方米、約400萬噸重——萬噸輪也要運幾百次的土方,夯實壓緊,形成人工島的建築基礎。

鋼筒外圍還會拋石加固,形成一個斜坡,保護人工島的基礎部分。 即使百年之後,鋼桶全部鏽蝕,也不會影響人工島的基礎安全。

這樣下來,一個人工島的造價就達100億元(人民幣,下同)之巨。

突破新極限的難度

那麼,台灣海峽隧道能直接複製這種模式麼?

很有難度。因為台灣海峽水深50~80米,比珠江口區區10~20米的水深得多。

這樣一來,用鋼桶圍欄的模式,包括下探到隧道埋深的導坑通道和水中基礎部分(至少40米)、水中部分(50-80米)、出水部分(5-10米),超巨型鋼桶的高度就要達到100~120米左右。

這已超過30多層的民用高層塔樓了,一次性建造、運送、安裝都非常複雜,還要加上五倍以上的巨大填方工程量——2000萬噸以上。

這樣的巨型海中人工島,至今人類也都還沒有建造過,仍然是名副其實的超級工程,需要海洋工程技術的大飛躍和大突破。

總之,台灣海峽隧道的人工島,工程難度和規模要比港珠澳大橋、深中通道的大得多、難得多。

要研發更強大的施工裝備,例如超級舉高幅度的舉重船,以及可能需要集成各種更為先進的技術、儀器和設備等,才能取得構築深水巨型人工固定構築物的突破。

除了牛山島可作為天然島嶼利用,剩下的120公里台灣海峽隧道,還至少需要修築2個海中人工島,間距約40公里,將整個超長隧道分為3~4段、每段最長約40公里的長隧道。

而參考港珠澳大橋的人工島,長約625米,寬約215米,實際上佔地面積已接近於牛山島——寬度基本相當,長度約2/3。

這樣從人工島放入大型隧道掘進機(TBM),向兩個方向同時開進,掘進距離可達20公里。

連同牛山島、2個人工島,一共有8個掘進工作面左右對進,如果像英吉利海峽隧道那樣超順利的話,3年即可打通。

不順利的話,可能需要10年。這都有賴於地質調查的情況。

因此修建台灣海峽隧道的關鍵技術難題,就是如何構築80米水深條件下的人工島;其次要考慮的,是海底岩層地質情況調查。

與陸上隧道相比,海底隧道要穿過深水進行海底地質勘測,更困難、成本更高,準確性相對較低,所以遇到未預測到的不良地質情況風險更大。

為此,日本青函隧道和英吉利海峽隧道在正式動工之前,都花了5~10年做地質詳細調查,幾乎和施工時間等同。 要是把19世紀就已進行的調查算起,英法隧道可以説是調查了近200年。

即使這樣,兩條隧道都還專門安排了“超前導洞”。

這一導洞直徑較小,掘進進度超前於主洞200~500米,施工時可進行地質超前預報,以便詳細瞭解掘進前方的地質情況,必要時可實施向地層灌漿等輔助手段保障正洞開掘。

完工後,則可作為服務隧道、應急逃生通道或排水通道使用。

比隧道更宏大的

目前,世界上最長的交通隧道有這麼三座:

日本青函隧道:全長53.85公里,海底部分23.3公里,1964年導洞開工,1971年本洞開挖,1988年通車。歷時17年。

英吉利海峽隧道:全長50.5公里,海底部分37.9公里,1987年動工,1994年通車。歷時7年。

瑞士新聖哥達隧道:全長57公里,1999年開工,2016年底通車,歷時17年。

可見,台灣海峽隧道的長度將達到130~140公里,接近這三條50公里量級隧道的3倍,造價可能達到3000~4000億元以上,最終完全是世界頂級的超級工程。

翻嶺穿山,凌江越海,漫漫“京台高鐵”唯一剩下的缺口,就是從平潭到新竹,跨越台灣海峽的130公里了。

新竹在哪裏?台灣的西北沿海,新竹科學園區號稱台灣硅谷,2007年通車運營的台灣高鐵在此設有新 竹站。

當然,所有的人都知道,這個規劃最重要的意義就是把台灣省完全納入中華人民共和國中央政府的治理體系。

因為要進行基建,必然要把行政權覆蓋到台灣省;跨海通道開工之日,就是兩岸統一已成之時。

那麼,這一天會是哪天呢?

無論如何,偉大事業、偉大工程、偉大夢想,都需要進行偉大的鬥爭。