俗话说,“要想富,先修路”,而随着建筑水平的不断提高,高速公路、跨海大桥、隧道等都已经不稀奇。提起隧道,大家想到的是在山腹打洞即可。可海底隧道就有些不同了,四周水茫茫一片,施工难度极大,海水中的压力也不小,大家有没有想过,海底隧道是如何修建的?
在海上要往返两地,最原始的方式就是乘船,之后跨海大桥的出现,让两地的车辆来往更加方便也更加迅速。与跨海大桥相比,海底隧道的最大优势莫过于建造在大海底部,不仅不会影响通航,也不会受到海上恶劣天气的影响。
就目前而言,海底隧道的开凿方法主要有四种,分别是钻爆法、沉管法、掘进机法和盾构法。
Part.1
修建海底隧道的方法——钻爆法
钻爆法也叫矿山法,是修建陆地上的隧道也会用到的方法,非常简单粗暴。只需要在开挖面钻上小孔,然后将爆破损伤的炸药放进去即可,就和我们生活中比较常见的“楼房爆破”一样。虽然看起来简单粗暴,但是挖掘海底隧道时钻的孔和安放的炸药量都是经过精准计算的。
由于爆破对岩石层的扰动较大,所以钻爆法,常常应用于围岩较好的地层,在挖掘过程中可能会从岩缝中渗水,需要立即注浆封堵。这种方法还有一个缺点,那就是挖掘速度较慢,而且挖掘的孔洞较为粗糙。我国大陆的第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道,便是利用这种方法建成的。
Part.2
修建海底隧道的方法——沉管法
沉管法顾名思义,就是将制作好的管道盛放到海底后再互相连接,就像连吸管一样,该法是目前国际上建造海底隧道最常用的方法,相对简单方便。简单来说,就是人们先利用探测遥感技术将海底地形进行探测,之后在海底规划出一条可用于沉管的路径,然后开出凹槽,等待沉管硬件的下沉。由于是拼接起来的,因此管道连接处的防水工作极为重要,最后只需要把隧道内的水抽干,海底隧道的主体就算是建造完成了。我国的港珠澳大桥隧道段就利用沉管法在海底连接了33节管道,为了防止连接后的管道上浮,还要使用碎石对隧道进行覆盖,因为需要在海水中运输、存放和拼接管道。所以,沉管法并不适用于水流湍急的海域。
Part.3
修建海底隧道的方法——掘进机法、盾构法
掘进机法和盾构法大体相似,都是利用大型的机械钻孔进行挖掘。掘进机法是用特制的大型设备将海底岩层破开,然后再运出碎石进行隧道修建。与钻爆法不同,掘进机法挖出来的隧道更具有连贯性和一体性,不容易出现海水渗入的情况。而盾构法是一种常用的全机械化的海底隧道施工技术,通过十几米的钻头旋转将隧道向前挖掘推进,在挖掘的同时可以通过传送带将挖掘出的泥土运送到地面。
掘进机常应用于坚固的岩石环境,而盾构法的机器主要用于软岩和软土中,与前者相比,它还自带防水功能,在挖掘的同时拼装混凝土管片,通过盾构外壳和管片支撑四周围,以防隧道内部发生坍塌。盾构机的一大优势就是其全自动化,对人力要求少,掘进速度快且噪音小,对海洋生物的影响也是最小的。但是,盾构机的掘进速度慢,每天只能将隧道向前推进几米。
对于没有看过海底隧道的小伙伴来说,可能想象中的海底隧道就是海洋馆中透明隧道的样子,其实并非如此。真实的海底隧道与普通的隧道并无二致,这背后最大的原因便是海水对隧道的压力。我们知道,从海面到海底,压力是持续增加的,要想实现海洋馆中能够看到流动的海底生物一样的海底隧道,对于材料学和工程学来说,都是前所未有的挑战。相信在科技更加进步的时代,人类可以制造出像海洋馆一样交通与观赏兼具的透明隧道。
参考文献:
[1]https://b23.tv/QKSLZIo
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/qkdqIlmwORjtYn84QYwuHQ
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/kVPvT4D4oT2z5g8ef4aYYQ
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