港珠澳大桥建成后,琼州海峡跨海大桥越来越受到人们的关注。事实上,从2008年开始,琼州海峡跨海大桥已经开始商议建设。但如今10几年过去了,为何还迟迟没有消息?
琼州海峡跨海大桥能否实现?
海南地处热带地区,这里四季长青,温暖如春,年平均气温22~27℃,并有了“天然大温室”的美誉,所以每年吸引大批旅客前往度假。
2018年春节,数百万各地游客涌入海南,享受当地的碧海蓝天,体验冬日里的温暖。然而从2月18日开始,一场67年不遇的持续性大雾天气突如其来,海南滞留了数万辆汽车、十几万人无法离开,上演了一场“孤岛困境”。
事实上,从2015年开始,每年都有大量的游客通过客滚船运输前往海南旅游。2015年至2017年的春节期间,进出海南岛的车辆分别为39.1万辆次、57.4万辆次、74万辆次,基本算是每2年翻一番。但是2018年琼粤两省的航运企业只有53艘客滚船,每天正常运输能力仅为1.9万辆左右。所以在海南旅游旺季,旅客和车辆滞留事件屡屡发生。
随着海南自贸区开始建设,到了2020年6月1日,《海南自由贸易港建设总体方案》正式发布,在琼部分园区开始了压茬试行自由港某些政策,比如零关税、简税制、低税率,放权审批、贸易自由、金融开放等诸多举措;而且海南要在2035年前全面实现贸易自由,成为真正意义上的自由贸易港。
该指导方案的发布可以说把海南的未来推上了一个新高度,未来海南很可能会成为中国最新、最大的金融贸易中心,也是中国和东盟贸易区的核心、RCEP自贸区的核心,更是“一带一路”的桥头堡。
在这种情况下,不断有人提出,是时候在被誉为“黄金水道”的琼州海峡建设一座跨海大桥了,从而将海南和大陆连接起来,这甚至已经成为琼州海峡两岸人民的心声。但这样的跨海大桥真不是想建就能建的,技术、资金等等都是必须考虑的问题。
当然,在琼州海峡跨海大桥之前,我们其实已经建成了另一座震惊全世界的港珠澳大桥。随着港珠澳大桥建成,我国在基建上实现了众多技术上的突破,将三座通航桥、一条海底隧道、四座人工岛组网,通过陆路港把珠澳连接起来。
该工程还解决了长距离沉管海底隧道建设、海底连接桥隧、深浅水区非通航极易形成连续梁式桥建设等技术性难题。英国媒体甚至将港珠澳大桥列为工程七大奇迹之一。
但既然我国能完成港珠澳大桥55公里这个世纪工程,为什么最小跨度区区19km的琼州海峡跨海大桥却至今没有什么实质性的进展呢?
琼州海峡跨海大桥为何迟迟不开建?港珠澳大桥总工苏权科的一句话可以概括这个问题:琼州海峡建跨海大桥比港珠澳大桥还难。
琼州海峡跨海大桥计划方案中该大桥长度约26.3公里,预计总投资达到1400多亿元,价格比港珠澳大桥的总投资还高,这是为什么?
琼州海峡建跨海大桥规划了四个段,分别是角尾至玉包段、四塘至海口站、海安港至秀英港以及排位角至海口。但是经过实地考察发现只有角尾至玉包段海底深度在四十米左右,其他三段海底最深达到90米,整个琼州海峡平均深度在40-50米左右。而港珠澳大桥,最大水深也不过40米左右,平均深度不过20米左右。
如果搭建深浅水区非通航极易孔连续梁式桥,需要建设的桥墩最高的要达到上百米。这样的建设成本居高不下,而且安全没法保证。如果采用超长跨度跨过该地区,只能选择悬索桥或者斜拉桥。
悬索桥和斜拉桥都是众多桥梁的一种,我们一般按桥的受力特点将桥分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥、刚构桥和组合体系桥。要实现1000米以上跨度的大桥,性价比最高的是悬索桥、斜拉桥。
悬索桥,又名吊桥,通过索塔悬挂并将锚固定于两端,将缆索作为主要承重构件的桥梁,通过从缆索垂下的吊杆把桥面吊住。主要由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。一般跨径可以达到1000米以上。不过随着碳纤维等新材料的出现和普及,未来悬索桥的极限跨径可以超过8000米,但目前还做不到。
斜拉桥是由受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种桥,通过将承压的桥塔用许多拉索直接将路面拉起,其结构主要由索塔、主梁、斜拉索组成。
如果采用这两种桥会面临两个问题,第一个就是地震影响,因为整个琼州基本都在地震断裂带上。
经过地质勘探,1605年发生的琼州大地震,其震中就在琼州海峡内,里氏地震等级达到7.5级。导致该地区陆地平均沉陷在3-4米,最深沉陷在数十米,整个陆沉面积达100多平方公里,可以说接近覆盖了整个琼州海峡。而这次大地震是整个沉陷体块垂直下降,在国内外地震史上实属罕见。
第二个问题就是台风。台风从结构上来说,是一个热带气旋,如果海面温度在26.5℃以上,会有大量的海水蒸发形成积雨云,此时因为蒸发的水蒸气在高空会被空气冷凝释放热量,天空的温度会比海面高,从而形成压差,接着受到地球自转和引力的影响,加上自然风的扰动,不断循环该过程会形成一个热带气旋。
美国国家大气研究中心的科学家经过计算,一个热带气旋每天释放的能量,大概相当于每20分钟引爆一颗1000万吨的核弹。因为热带气旋不断旋转,会和周边空气形成压差,所以会将周边空气吸过来。热带气旋有了充足的能量就会越转越大,越转越快变成热带风暴,最后可以形成台风。
而台风特别爱光顾海南,每年台风季都有大批台风前呼后拥地向海南涌来,甚至不乏16级以上的超强台风。2014年7月的超强台风威马逊,横扫琼州海峡,其风力达到17级。因为全球变暖,导致厄尔尼诺现象和拉尼娜现象交替出现,这几年台风可以说变化多端。尤其是拉尼娜现象导致太平洋东部的北美南美燥热,西太平洋东亚和澳大利亚寒冷。
太平洋东部的热风不断吹来,也造成了热带气旋影响的区域会比正常偏南和偏西,所以海南首当其中,导致了2020年台风扎堆向海南涌去。
这些原因都会导致琼州海峡建跨海大桥的建设比较困难,目前港珠澳大桥可以抵抗里氏8级地震和16级台风,已经是世界之最了。如果要建设琼州海峡跨海大桥,必须具备抵抗里氏9级地震和18级以上的台风,悬索桥和斜拉桥的物理极限很难做到。未来随着工程材料的升级,也许某天可以做到,但现在风险太大。
还有一个原因也是导致琼州海峡跨海大桥难以建设的原因,就是琼州海峡是南海中、东部的海上走廊,同时也是广东雷州半岛至海南岛和越南等地的海上交通捷径。距离不远的湛江是我国重要的海军港口之一,众所周知我们和邻居越南关系不是很好,目前越南还占着我们南海30个岛礁;而且美国也爱来南海凑热闹。考虑到国防安全,以及维护我国的九段线,我们的军舰需要直接通过琼州海峡保护我们的海洋权益,一旦建成跨海大桥,很容易成为被打击的对象。
就算可以建设,桥墩高度必须再次拔高达到近百米,才能方便我国军舰甚至航母通过。在这个高度上还要达到承受9级地震的强度,实在是太难了。虽然海南的未来发展实在不错,但是目前海南真不富裕,2020年海南省地区生产总值5532.39亿元,在内地31省中仅排名第28。在这样的情况下,花大成本建设大桥,投入和产出能否达到平衡还真不一定。
但不能建设跨海大桥不等于没法发展海南,海南依旧有很多方式可以和大陆形成连接。
如何才能将海南和大陆连接起来?除了跨海大桥,还有一种方式进入了人们的视线,那就是海底隧道。
海底隧道的好处是不妨碍水上船舶航行、也不受台风大雾等气象条件的影响,可以实现24小时全天候通行。但修建海底隧道成本要比大桥贵很多吧?
大多数情况下确实是这样,但也有个别特殊情况。例如德国到丹麦之间的费马恩跨海隧道,设计方经过计算,架桥成本会比修建隧道更贵,所以选择沉管隧道的建设方法,造价更低廉。
这个沉管隧道是什么技术?
我们的港珠澳大桥建设了世界最长的沉管隧道,但在此之前我们是没有相关技术经验的,不得不感叹中国工程师的伟大。沉管隧道的原理不复杂,简单理解就是将海底隧道提前建设好,一段一段的沉入海底,如同搭积木一样地连接起来就是沉管隧道。当然,说起来容易,造起来却极为困难。
之前最先进的沉管技术都在西方国家公司的手里,所以我们去采购时必然会被“狮子大开口”。所以港珠澳大桥的建设者,早在6年前就开始了相关技术的研究。要知道港珠澳大桥的首节沉管长度就达到165米、其宽度46米、高10.6米,重约6万吨,光钢材就用了1.2万吨,在建设沉管钢壳时还要保证正负平面高差不超过10毫米。
建设好沉管还需要沉放的船,这才是最难的,不过为了解决这个问题,我国自主研发的世界首款自航式沉管运输安装一体船“一航津安1”,可以保证沉管下沉时能在暗流汹涌的海中实实现厘米级对接安装。这对于工程设备、船体的DP动力定位系统要求极高,我们也是经过大量投入和数年研究才得以完成。
虽然沉管隧道成本低、建设快,但是也存在一些难点,若海底水流流速过大或海床地形陡峭,或水深超过40m,沉管的沉放是极其困难的。所以琼州海峡能否使用沉管隧道技术还需要调研。除了沉管隧道技术,我们还拥有多种海底隧道建造技术,分别是钻爆法、掘进机法、以及盾构法。
钻爆法,通过字面我们就能理解是爆破开隧道的一种方式,通过在修筑隧道及地下爆破施工开凿隧道。目前我国用爆破法挖出的海底隧道,有厦门翔安海底隧道,厦门海沧海底隧道、青岛胶州湾海底隧道,这三条隧道的相似处在于海底都是岩石,所以这个方法的局限性,只能用于岩石较硬的地区开凿隧道。
掘进机法是通过挖掘机挖掘隧道,利用掘进机将岩石剪切挤压破碎,然后将碎石运出。掘进机分为开敞式掘进机和护盾式掘进机。主要由行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组成。在作业中可以直接利用切割头破碎岩石,同时将碎岩运走。优点是安全、高效和建设质量好。缺点自然是设备贵、易损坏、结构复杂。
最后一种,也是被广大群众所熟知的盾构法,用的是盾构机,通过切削装置进行挖掘,利用盾构机的外壳和管片支撑四周防止发生坍塌。盾构机根据工作原理,一般分为手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾构,种类繁多,可以在各种复杂情况下施工。
不过因为琼州海峡主要是泥沙底,而且琼州海峡实际埋深超过110米,除了盾构机也没有其他更好的方法。众所周知,我国的盾构机已经把很多国外盾构机公司干趴下了,但主要还是集中在中低端段市场。而直径超过14m以上的超大型盾构机机,我们也主要使用德国海瑞克和日本三菱的产品,可以说我国工程机械发展任重道远。
目前铁总已经有了琼州海峡的详细铁路规划了,中国工程院院士王梦恕也曾经说到琼州海峡只会有海底铁路隧道一个选择。
有人说可以尝试海底公路,但目前来看也不现实。主要是因为通风问题,目前世界已经建成的最长的海底公路隧道位于挪威,长约14.3公里,也就是说目前世界上还没有建设超过20公里以上的海底公路隧道。
原因是大部分汽车还是内燃机,通风问题比较棘手。一般隧道都是采用射流风机进行送风,但是如此长的跨度,实在有点困难。不过随着新能源汽车的普及,未来可能还是会有的。至于何时才能有,我们拭目以待。
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