今年4月，煙臺(tái)到大連跨海通道的消息時(shí)隔多年再次引發(fā)關(guān)注。起因是遼寧4月獲批的國(guó)土空間規(guī)劃中提到，“預(yù)留渤海灣跨海通道大連端引線”。山東今年1月獲批的最新國(guó)土空間規(guī)劃中，同樣提到“推動(dòng)渤海海峽跨海通道規(guī)劃論證”。這個(gè)討論多年的跨海通道，終于有了實(shí)際進(jìn)展。
海南到廣東之間的瓊州海峽之間何時(shí)能修建一條跨海通道，同樣時(shí)常引發(fā)關(guān)注。很多業(yè)內(nèi)專家也曾發(fā)文探討，瓊州海峽修建跨海通道無(wú)論是跨海大橋還是沉管隧道，都面臨技術(shù)困難、運(yùn)行困難和高額成本。
實(shí)際上，除跨海大橋和沉管隧道之外，一項(xiàng)專門針對(duì)深海峽灣通行的新型交通方式，已經(jīng)在交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院研究超過(guò)6年，那就是海底懸浮隧道。這個(gè)項(xiàng)目，是天科院承接的交通強(qiáng)國(guó)試點(diǎn)任務(wù)之一，已經(jīng)取得諸多成果。
深海懸浮隧道示意圖。天科院供圖
日前，紅星新聞?dòng)浾邊⒓印凹涌旖ㄔO(shè)交通強(qiáng)國(guó)”主題采訪活動(dòng)，前往天津探訪了海底懸浮隧道的最新研究成果。據(jù)悉，這項(xiàng)世界級(jí)難題一旦取得突破，駕車自由通行海峽天塹將不再是夢(mèng)想。
懸浮隧道
面向未來(lái)的深海峽灣通行方式
在天科院長(zhǎng)440米寬100米、中間卻沒(méi)有一根立柱的懸浮隧道實(shí)驗(yàn)廳里，工作人員向紅星新聞?dòng)浾呓榻B了海底懸浮隧道的最新研究成果。
懸浮隧道又稱阿基米德橋，是利用浮力原理懸浮在水中的一種大型交通結(jié)構(gòu)建筑物，是繼跨海大橋、大型浮橋以及海底沉管隧道后又一種未來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)深海峽灣通行的一種交通方式。
工作人員表示，我國(guó)研究的錨索式懸浮隧道一般懸浮在平均水深約90米的海洋中，通過(guò)管體材料自重、浮力及系在海床上錨索的張力，形成懸浮平衡，并保持隧道的平穩(wěn)。
懸浮隧道概念提出已經(jīng)40多年，包括中國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家都在研究，但目前還沒(méi)有建成的先例，是世界級(jí)難題。
懸浮隧道研究室副主任陽(yáng)志文博士介紹，瓊州海峽的跨距、水深、氣象等環(huán)境，較為適合海底懸浮隧道的建設(shè)，在目前國(guó)內(nèi)的幾大跨海通道中關(guān)注度最高。
大型土工離心機(jī)為深海懸浮隧道研究提供試驗(yàn)平臺(tái)。劉亞洲 攝
按照傳統(tǒng)方案，瓊州海峽跨海通道就只有跨海大橋和沉管隧道兩種方式，但兩者難度都非常大?！昂Ｋ?，建橋就要建特別深的樁基，這種深海樁基本身的安全性、穩(wěn)定性都存在問(wèn)題，還有被船撞的風(fēng)險(xiǎn)，橋梁通行還要面臨大風(fēng)大霧影響。而沉管隧道又要面臨深海水壓的考驗(yàn)，施工和建設(shè)難度特別大。”陽(yáng)志文介紹，作為橋隧結(jié)合體的港珠澳大橋有6.8公里的海底建設(shè)部分，成本極高。其沉管接口精度要求是厘米級(jí)的，每一節(jié)沉管在海底承受的重量在8萬(wàn)噸左右，相當(dāng)于一個(gè)航母的重量。
陽(yáng)志文告訴紅星新聞?dòng)浾撸５讘腋∷淼劳黄坪?，將提供第三種深海峽灣通行方式。天科院承接的六項(xiàng)交通強(qiáng)國(guó)試點(diǎn)任務(wù)，懸浮隧道排在首位。
三大創(chuàng)新點(diǎn)
外媒稱中國(guó)挪威是冠軍競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手
陽(yáng)志文介紹，海洋工程、橋隧工程、巖土工程、材料工程這幾大領(lǐng)域中最難的點(diǎn)都集合在了懸浮隧道上。
海底懸浮隧道需要解決三大難題：一是復(fù)雜的海洋環(huán)境下如何保證隧道平穩(wěn)減少晃動(dòng)；二是在車輛和波流長(zhǎng)期循環(huán)荷載下如何保證結(jié)構(gòu)材料不發(fā)生疲勞破壞；三是能否在颶風(fēng)浪、海嘯、地震、意外撞擊作用下保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不至摧毀等問(wèn)題。
2018年，中國(guó)科協(xié)發(fā)布了中國(guó)面向未來(lái)的12個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域60個(gè)重大科學(xué)問(wèn)題和工程技術(shù)難題，懸浮隧道工程技術(shù)研究位列其中。同年，中交集團(tuán)與天科院聯(lián)合組建團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行海底懸浮隧道技術(shù)研究。
陽(yáng)志文告訴紅星新聞?dòng)浾?，全球首次水彈性整體物理模型試驗(yàn)是在天科院完成的，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了許多不一樣的現(xiàn)象。目前，天科院的研究成果包括三大創(chuàng)新點(diǎn)：明確了復(fù)雜懸浮隧道的工作原理、構(gòu)建了較為完備的試驗(yàn)系統(tǒng)與分析方法、建立了短跨懸浮隧道的總體設(shè)計(jì)方法，并提出了我國(guó)首套完整懸浮隧道設(shè)計(jì)方案。
陽(yáng)志文表示，后續(xù)的研究將聚焦于深大海峽超長(zhǎng)跨懸浮隧道的設(shè)計(jì)與分析方法，形成具有我國(guó)海峽特色的設(shè)計(jì)理論與標(biāo)準(zhǔn)體系，有關(guān)的數(shù)值分析與試驗(yàn)研究工作正在有序進(jìn)行中。
波流共同作用下懸浮隧道整體水彈性試驗(yàn)。天科院供圖
天科院副院長(zhǎng)馮小香介紹，天科院依托懸浮隧道的研究，牽頭承擔(dān)了包括國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目在內(nèi)的多項(xiàng)海洋工程類國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目，研發(fā)了基于E級(jí)超算的國(guó)產(chǎn)化自主化試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)，形成了一系列具有基礎(chǔ)性前瞻性的懸浮隧道設(shè)計(jì)理論體系，以及具有共性和普適性的創(chuàng)新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)、指南等。
陽(yáng)志文表示，目前世界各國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究還處在競(jìng)賽階段，包括最早提出的挪威以及韓國(guó)、中國(guó)等，其中挪威計(jì)劃在2035年實(shí)現(xiàn)“零突破”。外媒在相關(guān)報(bào)道中提到，挪威能否贏得懸浮技術(shù)競(jìng)賽的冠軍，中國(guó)是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之一。
投入數(shù)千萬(wàn)
階段研究成果已有所應(yīng)用
說(shuō)起海底懸浮隧道的科研前景，陽(yáng)志文認(rèn)為，海底懸浮隧道技術(shù)沒(méi)有明確的突破或者落地時(shí)間規(guī)劃。“即使最后沒(méi)有實(shí)際項(xiàng)目落地，我們的研究也是非常有價(jià)值的，其中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題的突破，研究手段與方法的迭代更新和任何一項(xiàng)共性、普適性的科研成果，都對(duì)我們攻克相關(guān)工程技術(shù)難題大有裨益，其中一些創(chuàng)新技術(shù)已經(jīng)在多項(xiàng)海洋工程中得到應(yīng)用?！?/p>
據(jù)悉，2018年以來(lái)，天科院為海底懸浮隧道項(xiàng)目投入超過(guò)3000萬(wàn)自有資金，建設(shè)了懸浮隧道的實(shí)驗(yàn)深水水池，實(shí)現(xiàn)了物理模型試驗(yàn)測(cè)控的自動(dòng)化。每年中央科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目，也都有面向懸浮隧道的定向支持。天科院還吸納多部門多專業(yè)優(yōu)秀科技人才聯(lián)合組建了懸浮隧道研究室。
經(jīng)過(guò)幾年的投入，在人才培養(yǎng)上、理論創(chuàng)新上、實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)上都有突破，在海洋工程研究，包括海洋風(fēng)電、波浪能等新能源研究上形成了很多衍生的應(yīng)用創(chuàng)新成果。
天科院院長(zhǎng)戴明新在回答紅星新聞?dòng)浾咛釂?wèn)時(shí)表示，海底懸浮隧道這類面向未來(lái)、面向世界科技前沿的研究，并不能很快投入到工程應(yīng)用，但它最大的好處是引領(lǐng)該領(lǐng)域相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里高強(qiáng)度投入，有方向有目標(biāo)地進(jìn)行系統(tǒng)攻關(guān)，能帶來(lái)相關(guān)領(lǐng)域很多突破和人才的持續(xù)成長(zhǎng)，為天科院打造國(guó)家戰(zhàn)略科技力量持續(xù)積蓄動(dòng)能。
紅星新聞?dòng)浾?張炎良 實(shí)習(xí)記者 劉亞洲 天津報(bào)道
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