我們如何去跨越海峽天險？讓鐵路專家告訴你
《我們如何去跨越海峽天險？讓鐵路專家告訴你……》
文/王麟
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，通過海峽需要藉助船舶來進行，風高浪大，翻船沉沒的悲劇經常上演。而在沿海地區，彎曲複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，科技發展一日千里，人類通過掌握的科學利器，不斷與險惡的自然環境作鬥爭，創造了一個又一個工程奇蹟，而這些工程奇蹟，將天塹變通途，讓山水阻隔成為歷史。
人類漫長的交通發展歷史，無外乎路上行車，水上行舟，持續千年，至今不衰。到了19世紀20年代，蒸汽機車的發明，讓鐵路從礦區上的配套設備，開始了大規模的商業應用，掀起了一場史無前例的運輸革命，鐵路很快便一枝獨秀，在近兩百年時間裡稱霸全球運輸業，改變了世界的面貌。到了20世紀，飛機的發明與應用，再次改寫了交通歷史。
雖然飛機能夠飛越海峽，卻有點得不償失，因為飛機適合於長距離的快速運輸，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，所以飛機並非交通首選。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。那麼，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？總結起來一般有三類，第一個辦法是修建鐵路輪渡，第二個辦法修建跨越海峽的大橋，第三種辦法是修建穿越海峽的隧道。
鐵路輪渡：開著輪船運火車
鐵路在跨越江河的時候，大都是採用架設橋樑通過，但是當鐵路跨越幾十公里甚至上百公里的海峽的時候，就需要仔細研究各種可行的措施了，經過多方比較選擇，採取既能穿越海峽、投資也不大的最優措施。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，就是一種花錢不多卻能解決問題的折中辦法。目前，我國跨越海峽的鐵路輪渡有兩個，一是跨越瓊州海峽的粵海輪渡，另一個是跨越渤海海灣的煙大輪渡，都已經投入了運營。
【熟悉一下鐵路輪渡的發展史】
同學們或許會問，什麼是鐵路輪渡呢？我們舉個例子就會明白，一個海峽將兩端陸地隔開，沒有橋樑可供使用，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運往另一側。因此，「鐵路輪渡」就是將江河湖海另一側的火車，通過渡輪運往彼岸，上岸後與鐵路銜接，完成火車跨越江河湖海的運輸。
鐵路鐵路輪渡出現的時間非常早，只比全世界第一條鐵路晚了25年。在1850年，英國在福斯海灣修建了第一條輪渡，起自英國的福斯港口，到達伯恩迪斯港，銜接英國愛丁堡和丹迪兩大城市。百餘年來，在橋樑建造技術不發達的年代，鐵路輪渡為運輸發揮了巨大作用。世界上修建鐵路輪渡最多的地區就是歐洲，因為那裡海岸線錯綜複雜並且異常曲折，最適合修建鐵路輪渡。北美洲修建有全世界最長的鐵路輪渡，從美國華盛頓州的西雅圖到阿拉斯加的惠迪爾，全長約2600千米；亞洲的鐵路輪渡集中在日本和印度尼西亞等國家，除此之外，非洲、澳洲和大洋洲都有數量不菲的鐵路輪渡在使用中。
粵海鐵路輪渡是中國第一條跨海的鐵路輪渡，起自廣東省湛江市，經瓊州海峽到海南省海口市，繼續延展到三亞市，全長345千米，其中海上距離30千米左右。而煙大鐵路輪渡連通煙台和大連，2006年11月份投入使用，是中國第二條跨海的鐵路輪渡，鐵路線長35千米，海上運輸距離約160千米，是中國最長的跨海鐵路輪渡。
【如何藉助鐵路輪渡過海峽】
我們只看字面意思，鐵路輪渡主要包括「鐵路」與「輪渡」兩大部分，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。其中，輪渡車站設置在港口附近，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備，火車通過棧橋才能開到渡輪之上。渡輪採用高新技術製造、，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，停穩並固定好之後，這艘大船就可以揚帆起航了，一路劈波斬浪開到對岸。到了對岸之後，火車通過棧橋下船，開進附近的車站，整個運輸過程就結束了。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，還要採取措施，防止渡輪對港口撞擊造成破壞。
【海上安全監控為渡輪保駕護航】
鐵路渡輪在海上運行，需要通過安全監控系統保證航行的安全。安監系統主要為航行中的渡輪提供監控、助航和應急反應等服務。其中「監控功能」可以隨時掌握鐵路輪渡航線附近水域內的船舶航行情況，收集並處理信息，實施交通監控和信息服務。「助航功能」是為了加強渡輪的安全監督管理，實時提供助航信息，包括向渡輪提供航行定位數據、遭遇船舶的位置數據、渡輪附近水域內的船舶動態信息以及氣象信息等。「應急反應功能」可向附近的有關船舶和相應的管理機構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。鐵路輪渡的安全監控設備採取預防控制的辦法，就是在渡輪航行過程中，預計前方航路上的交通狀況，預知危險因素，做好應對措施。
跨海大橋：跨越大海的奔騰長龍
毛澤東主席為一座跨江大橋寫過一首詞，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。」這座大橋就是建國後建成的南京長江大橋。唐朝詩人陳潤也曾寫過一首詠彩虹詩，用來描寫跨海大橋照樣趣味盎然：「一條微雨後，五色片雲中。輪勢隨天度，橋形跨海通。」可以栩栩如生地刻畫出橋樑的建築美感。
從20世紀30年代至今，七十多年的發展，讓世界現代橋樑建造技術突飛猛進，橋樑的長度與建設難度不斷刷新紀錄，一項項令世人矚目的工程橫空出世。跨江、跨河的橋樑技術已經駕輕就熟，而跨越海峽的超級大橋也不斷掀開新的篇章。
【世界跨海大橋前三甲】
（杭州跨海大橋）
中國的橋樑建造技術起步較晚，但卻後來居上，取得了矚目的成就。目前世界排名前三甲的跨海大橋，有兩個在中國境內。長度排名世界第一的是青島海灣大橋，起自青島主城區海爾路，經紅島到黃島，大橋（包括引橋）全長41.58千米，投資額近100億，歷時4年完工，超過我國杭州灣跨海大橋和美國切薩皮克灣跨海大橋，是當今世界上跨海大橋中的長度冠軍。大橋於2011年6月30日全線通車，榮膺「全球最棒橋樑」榮譽稱號。排名第二的是美國切薩皮克灣雙向跨海大橋，起自弗吉尼亞州的諾福克，終至特拉華半島，是世界上最長的橋樑隧道綜合體，全長37千米，1964年通車，被稱為「現代世界七大奇蹟之一」。排名第三的是杭州灣跨海大橋，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、珠海和澳門的珠港澳大橋正在施工中，該橋全長49.97千米，待2018年開通之後，將會取代青島跨海大橋，長度位居世界第一。
【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樑截然不同，雖然採用的建橋技術大同小異，但是還要想辦法延長跨海大橋的使用壽命。那麼，都有哪些因素決定了橋樑壽命的長短呢？我們知道，構成橋樑的主要材料除了鋼筋混凝土，還有純粹的鋼結構，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、化學介質的侵蝕與磨蝕破壞，使得混凝土剝落解體。在海洋大氣環境下，海水的常年蒸發增加了鋼結構周圍的環境濕度，使得附近的酸性氣體和鹽粒溶解，鋼結構不斷受到電化學的腐蝕，最終影響橋樑整體結構的安全。
既然如此，有什麼好辦法來解決這些問題嗎？當然有，這些技術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，還可以採用阻銹劑，使用環氧塗層鋼筋和高性能混凝土，以及在混凝土表面塗抹保護層等。鋼結構的防腐蝕措施可以採取在其表面包裹隔離材料的辦法，從而將海水等能產生腐蝕的物質進行隔離；或者在鋼結構表面噴塗一層防鏽蝕的金屬，還可以採取一種電化學方法，叫做「陰極保護」，通過對鋼結構表面施加電流，抑制腐蝕的發生。只要構成橋樑的主要材料得到妥善保護，在工程質量優質合格的前提下，橋樑使用100年是沒有問題的。
【修建跨海大橋的關鍵技術】
修建跨海大橋採用的技術要遠比跨越江河的橋樑更加複雜，不但要考慮條件更加惡劣的海洋氣候，還要對付動輒十幾米高的呼嘯海浪，要克服十二級的特大颱風。不過，再惡劣的自然條件也難不倒技藝高超的科技人員，他們攻堅克難，將這些攔路虎一一攻克。那他們是如何解決這些技術難題的呢？首先，修建跨海大橋要解決惡劣天氣對大橋的設計、施工以及通車後行車安全的影響；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，以及採取相應的防撞措施。這點很重要，因為曾經發生過很多起船舶將橋樑撞壞的事故；還要解決深海橋墩以及承台的建造難題。在海中修建橋墩和承台，首先修建橋樑水下基礎，基礎之上修建承台，承台之上建造橋墩，橋墩之上架設橋樑。深水基礎一般採用樁基礎、管樁基礎、沉井基礎、組合基礎還有特殊基礎，這是建設跨海橋樑施工重點之一；還要解決超過1000噸重的橋樑架設技術難題；等大橋竣工開通運營之後，必須安裝一套健康監測系統，保證跨海大橋的安全。
海底隧道：土行孫穿越海峽
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，可以修建鐵路輪渡，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鑽到對岸。
【海底隧道的優勢】
也許有人會問，在海底修建隧道，如果頂棚塌方透水該怎麼辦？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，也會出現透水事故，可以採取疏導、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，防止透水是關鍵的技術難題之一。修建海底隧道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，可以全天候的使用，並且抗震能力比大橋更好。
【為世界上建成的海底隧道排名次】
世界上第一條海底鐵路隧道修建於1940年，在日本關門，長度3.6千米，975年日本在關門又建成了長18.7千米的第二座海峽鐵路隧道；1988年日本在津輕海峽建成了至今世界上最長的海峽鐵路隧道——青函隧道，其長度是54km，1964年1月動工，1987年2月建成，前後用了23年時間，記錄至今沒有打破；1994年，英法海底鐵路隧道通車運營，長度為50.5千米，歷時8年，耗資150億美元，是世界第二長的海底鐵路隧道； 1996年建成通車日本東京灣海底公路隧道，歷時10年，全長15.1千米。在國內已經建成的海底隧道主要有香港海底隧道、廈門海底隧道、青島膠州灣隧道、大連灣海底隧道等。目前正在規劃研究的還有中韓海底隧道、台灣海峽隧道以及渤海海峽隧道等。
【選擇合適的技術修建海底隧道】
（沉管法施工）
修建海底隧道採取的技術與在陸地開鑿隧道相同，一般採取三種辦法，第一是鑽爆法，就是先在隧道岩面上鑽眼，裝填炸藥爆破，讓岩石鬆動，繼續將隧道開挖成型的施工方法；第二種是沉管法，這是專門在水底建築隧道的一種施工方法，就是將若干個預製混凝土隧道構件分別浮運到海面或者河面現場，逐個沉放安裝在已疏浚好的基槽內，最後連接成水下隧道；第三種是盾構法，採用一種專門開鑿隧道的盾構機進行施工；第四種是掘進機法，在整個隧道斷面上，用連續掘進的聯動機施工的方法。這四種方法均可行，那麼，採取哪種辦法最合適呢？根據隧道專家的研究結論，一般在石質岩層中採用鑽爆法或者掘進機法，在鬆軟的地層中採用盾構法。沉管法雖然可用於水下隧道的修建，但是有條件限制，即水道河床或者海底必須穩定平坦，水流不能太急。很顯然，用沉管法在波濤洶湧的海峽修建隧道是不合適的。其餘三種方法根據海底地質條件擇機選用。
（盾構機）
綜上所述，跨越海峽讓天塹變通途，可以採取三種辦法，通過修建鐵路輪渡，利用渡輪運送火車和汽車到兩岸；通過修建跨海大橋，連接海峽兩邊，縮短陸上繞行距離；通過修建海底隧道，既能通火車，也能通汽車。但是當隧道長度超過10千米後，就不宜再通行汽車了，因為隧道越長，存在的不可預計風險就越高，此時只能通過鐵路運輸來保證安全了。
請您繼續閱讀更多來自 未來超級迴路 的精彩文章:
地球之外的生命與超級英雄群體
※這家祖墳逆天，愛新覺羅皇室根本不敢惹！修鐵路都繞著走
※誰家祖墳這麼牛？慈禧光緒都不敢惹，鐵路從這裡過都要繞道走
※鐵路荒唐事：「上帝」笑了，我們哭了！
※誰家祖墳能比它牛？鐵路得繞道走，光緒不敢惹，連慈禧都不敢碰
※小田急的鐵路廣告拍的如此暖心，我也好想去下北澤啊！
※哪家古墓有它牛？修鐵路都要繞行，就連郭沫若都不敢碰
※好消息！明後年山東這些新鐵路都通了，看看到你家嗎？
※誰家祖墳這麼牛~鐵路都得繞道修！
※這家祖墳就是牛，修鐵路時，光緒不敢令其遷墳，慈禧讓鐵路繞道
※牛叉！這家祖墳光緒不敢惹，連慈禧都不敢碰，鐵路還得繞道，為何
※誰家祖墳這麼牛~鐵路都得繞道修
※鐵路永遠到不了我的家
※這家祖墳真牛：借給慈禧一個膽子都不敢惹，光緒那更就不敢碰，修鐵路都繞道走
※菲新總統：我沒錢修鐵路中國得幫忙，我還要黃岩島！
※如果鐵路建在海邊，火車經過會怎麼樣？
※解密：誰家祖墳這麼牛~鐵路都得繞道修
※誰家墳墓比它還牛？修鐵路得繞著它，光緒不敢惹，連慈禧都不敢碰
※沈詩偉：蒙內鐵路破壞環境？想想青藏鐵路吧
※高鐵新時代：廣東又迎來一條鐵路，看看有無經過你家鄉？