國外跨海通道建設經驗對我國大型跨海通道建設的啟示

王 楊 簡方梁 吳彩蘭 肖汝誠 伍毅敏 劉建友 彭 斌 王 婷 孫 斌 許 鵬

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055； 2.同濟大學，上海 200092；3.中南大學，長沙 410083)

1 概述

海洋是地球生命的搖籃，為人類提供了水和食物、礦藏等自然資源。海洋與陸地交界處天然形成了很多海峽。隨著人類文明的不斷進步，海峽對兩岸間政治、經濟、文化交流的阻礙作用日益凸顯。

早期跨越海峽的手段只有水運，掌握了海上橋梁建造技術后，人們的視線逐漸被吸引到固定線路跨海通道上來。大型橋梁和長距離隧道技術的出現，為跨海通道建設提供了一個新思路。飛機的發明，為跨海交流提供了最為快捷的途徑。

20世紀工程技術的迅速發展，使長距離海上橋梁和海底隧道的建造成為可能。自20世紀20年代起，全世界已陸續建成多座跨海大橋和海底隧道(見表1)。

表1 世界著名跨海通道工程

大型固定式跨海通道的建設投資巨大、建設周期長、對國民經濟和周邊環境影響大，世界各國對這類工程的立項、建設歷來都采取非常慎重的態度。

自本世紀初以來，在經濟發展的推動下，我國跨海通道建設也取得了長足進步(見表2)，對大型跨海通道建設的需求日益增長。

表2 我國著名跨海通道工程

2 日本跨海通道的建設

日本是一個由多個島嶼組成的島國，其中本州島最大，與北海道、九州島和四國島共同構成日本的主要領土。本州與四國之間為瀨戶內海，本州與九州之間為關門海峽，本州與北海道之間為津輕海峽。為確保領土完整和全國政治、經濟、文化等方面的協同發展，歷屆日本政府都非常重視固定式跨海通道建設。

2.1 成果與規劃

關門海峽舊名馬關海峽，位于本州西端山口縣下關市與九州北端北九州市門司區之間，是瀨戶內海的西部門戶，最狹窄處寬約600 m，以洋流湍急而著名。1942年和1944年，兩條雙洞單線盾構鐵路隧道通車，總長分別為3 614 m和3 605 m，其中海底段長1 140 m。1958年關門國道公路隧道通車，采用鉆爆法施工，總長3 460 m，寬4～7.5 m。1973年11月14日，高速公路關門大橋通車，懸索橋總長9.4 km，設計速度80 km/h。1975年3月10日，采用鉆爆法施工的新干線新關門隧道通車，總長18.713 km，海底段長880 m，單洞雙線，設計速度300 km/h[1]。

瀨戶內海位于日本本州、四國之間，因在諸海峽之內而得名。東西長440 km，南北寬5～55 km，面積19 500 km2，水深20～40 m，鳴門海峽深達217 m。自古航運發達，島嶼眾多。日本政府在本州與四國之間充分利用這些島嶼，建造了3條以多座橋梁相連接的本州—四國聯絡線。

本州—四國聯絡線自20世紀50年代開始規劃，西線為尾道—今治線(公路，廣島縣至愛媛縣)，中線為兒島—坂出線(公鐵合建，岡山縣至香川縣)，東線為明石—鳴門線(公鐵合建，兵庫縣至德島縣)，此線上有兩座橋梁，即明石海峽大橋(見圖1)和大鳴門橋[2-3]。1973年受石油危機影響，進度推遲。1975年動工的尾道—今治線上的大三島橋于1979年完工。同線上的因島大橋與明石—鳴門線上的大鳴門橋于1985年完成。兒島—坂出線的瀨戶大橋則于1988年4月全部開通[4-5]。

圖1 日本明石海峽大橋

津輕海峽呈東西走向，岸線曲折，東西長約130 km，南北寬18～75 km，峽底地形復雜，風大浪高，水深流急。津輕海峽的復雜地形造成了海上常年洶涌波濤，嚴重影響日本兩個最大島嶼間的交通運輸。日本政府自1946年開始進行跨海通道規劃，1954年9月正式立項青函鐵路隧道工程。青函隧道(見圖2)于1964年1月開始施工，1988年3月13日正式投入運營，歷時24年，共耗資6 890億日元。青函隧道為單洞雙線鐵路隧道，采用鉆爆法施工，全長53.86 km，海底段長23.30 km。海底段最小埋深100 m，最大水深140 m[6-7]。

圖2 日本青函隧道

此外，日本還修建羽田隧道(1970年，單洞雙線鐵路盾構隧道，直徑7.29 m，長5.98 km)，東京灣橫斷公路工程(1997年，橋隧結合高速公路，全長15.1 km，設計速度80 km/h)等區域性跨海通道工程[6]。

目前，日本正計劃修建專為新干線通行的第二條青函海底隧道。

2.2 經驗

上述工程很多是在日本經濟尚未起飛時開始修建的，有些甚至是二戰前就已經開始規劃。盡管當時技術措施有限，資金不夠充裕，仍然不懈地進行研究籌劃，體現了決策的前瞻性。

這些跨海通道的修建，充分保證了人員和物資在日本國土間低成本、不間斷地流動，對日本經濟的高速發展起到決定性作用，同時也帶動了日本橋隧修建技術和施工機械的長足發展。

青函隧道對本州與北海道間貨運的意義重大。保證貨物能夠大量不間斷運輸的能力，是一個國家經濟發展的基礎。船舶運輸運費低，運量大，但速度慢，效率低；航空運輸速度快，但費用高，效率低，且這兩種運輸方式受天氣(特別是臺風)影響非常大，難以滿足現代化社會發展的需要。

瀨戶大橋采用南、北共錨懸索橋，合理利用地形條件，相較于美國舊金山奧克蘭海灣橋，跨度進一步增大，且為公鐵兩用。大橋建設過程中也采用了一系列先進的施工方法，如世界上最粗直徑的鋼纜索架設、海底鉆孔爆破等，對日本今后大型結構物設計與施工起到很大的推進作用。在該橋采用主纜除濕系統、磁通量檢測、鉆孔取芯、電化學保護等多種措施，可準確判斷結構的當前狀態，提升橋梁的使用壽命。

明石海峽大橋為主跨1 990 m超大懸索橋，將懸索橋的跨徑記錄提高至2 000 m級別，并采用1 770 MPa主纜材料，大大減小了主纜直徑和用鋼，加勁梁采用高強鋼桁架，為后續超大跨徑懸索橋設計提供了寶貴的經驗。為不影響橋下通航，創新采用直升機牽引引導索，采用調諧質量阻尼器TMD提高裸塔抗風性能，形成超大跨度懸索橋成套施工技術。

日本跨海通道的建設，大多為政府投資，少數為民間資本參與。青函隧道、東京灣橫斷公路工程等項目投資大、工期長、問題多，盈利遠遠低于預期，但因為是政府投資，并未造成嚴重社會影響。

2.3 教訓

(1)青函隧道

前期勘察不到位，對隧道掘進期突發事件的準備不充分，導致遇到斷層破碎帶，發生大規模涌水，造成人員傷亡，工期延誤，投資增加。

青函隧道采用單洞雙線斷面形式，設計未充分考慮到新干線規劃。為滿足新干線通行需要，不得不增鋪第三條軌道，軌道間距過小，掉落金屬異物易引發軌道電路的短路事故。

(2)東京灣橫斷公路工程

建設于日本經濟鼎盛時期的東京灣橫斷公路工程，因投資巨大，通行費設定過高。

3 歐洲跨海通道的建設

歐洲北、西、南三面分別瀕臨北冰洋、大西洋、地中海和黑海，海岸線漫長，有很多大型島嶼和半島。西歐環北海的英國、法國、比利時、荷蘭、德國、丹麥、挪威、瑞典等幾個國家經濟發達，對固定式跨海通道的需求非常迫切。

3.1 成果與規劃

(1)英吉利海峽隧道

英吉利海峽是分隔英國與歐洲大陸的法國，并連接大西洋與北海的海峽。海峽長560 km，寬240 km，最狹窄處又稱多佛爾海峽，僅寬34 km，平均水深60 m，最大水深172 m。

英吉利海峽通道自1802年提出設想，因英法戰爭和兩次世界大戰一直沒有實質性進展。1955年開始經過多次反復，直到1985年英法兩國政府正式確定進行英吉利海峽隧道的建設，1988年開工，1994年正式通車(見圖3)。英吉利海峽隧道由3條長51 km的平行盾構隧道組成，兩側是主隧道(鐵路)，中間是服務隧道，海底部分長37.9 km，平均深度低于海平面50 m，最低點約在海平面下100 m。英法海底隧道采用私人資本建設的BOT方案。公路交通由專門運送汽車的區間擺渡列車解決(馱背運輸方式)[8-9]。

圖3 英吉利海峽隧道

(2)大貝爾特海峽通道

1935年，連接日德蘭半島和菲英島的小貝爾特一橋建成通車。小貝爾特一橋為公路鐵路兩用鋼桁架橋，總長825 m，主跨220 m。

第二次世界大戰后，因日德蘭半島和菲英島間不斷增長的交通需求，又于1970年建成了小貝爾特二橋。小貝爾特二橋為懸索橋，總長1 700 m，主跨600 m。

小貝爾特橋建成后，丹麥政府開始了大貝爾特海峽通道的修建。大貝爾特海峽通道全長17.5 km，由東橋、西橋和海底隧道3部分組成，東橋為雙向4車道公路橋，全長6 800 m，為雙塔懸索橋，主跨度1 624 m。海底隧道為鐵路隧道，全長7 410 m，由兩條相互平行的主隧道組成。西橋是坐落在同一個橋基上的兩座獨立橋梁，南側是4車道高速公路公路橋，北側是雙線電氣化鐵路橋，全長6 612 m。大橋于1987年6月開工，1997年6月鐵路通車，1998年8月公路橋啟用，全部工程竣工，總工期11年，工程總投資58億美元，是當時歐洲造價最高的跨海通道工程[10]。

(3)厄勒海峽大橋

厄勒海峽大橋(見圖4)由丹麥和瑞典兩國合資興建。大橋于1995年動工，2000年7月正式通車，是公路鐵路兩用橋隧結合工程。大橋為斜拉橋，主跨490 m，全長7 845 m。人工島全長4 055 m，面積1.3 km2。海底隧道采用沉管法修建，全長4 050 m，其中，3 510 m在海面以下，整體式矩形斷面，寬38.8 m，高8.6 m，標準管節長175.5 m，位于海底以下10 m[11]。

圖4 厄勒海峽大橋

(4)挪威拉達爾隧道

2000年挪威拉達爾隧道(山嶺公路隧道)建成通車后，從蘇格蘭第一大城市格拉斯哥到挪威第二大城市卑爾根的環北海國家間高速公路正式建成，大幅提高了沿線國家和地區的運輸效率，節省了運輸成本，為環北海各國的經濟發展和歐洲一體化做出了極大貢獻。迄今為止，這個環北海高速公路經過的地區仍然是全世界經濟最發達的地區之一。環北海高速公路建成后，往返于英國和挪威間的輪渡停止運營。

由于這條環北海陸上通道對沿線國家經濟發展產生的促進效果，2019年德國與丹麥兩國正式簽署協議，建設穿越費馬恩海峽，公路鐵路合建的費馬恩海底沉管隧道，連接德國費馬恩島和丹麥洛蘭島。

3.2 經驗

歐洲環北海大型固定式跨海通道的建設在技術上都取得了極大的成功，成為世界知名的跨海工程[12]。這些工程的建成通車，對歐洲一體化進程，兩岸和沿線的經濟、文化交流與發展，以及歐洲大型跨海通道建造技術的進步都起到了巨大的推進作用。其方案研究、工程實施和維護管理等經驗都有極高的借鑒價值。

(1)英吉利海峽隧道

在隧道建設開始前進行了大量的地質勘查工作，找到了適合隧道掘進的巖層。由于施工技術的進步，采用了可靠的施工機械，施工進度和施工期間的安全性得以保證，隧道施工期間總體進展順利。盡管英吉利海峽隧道最初是由歐洲隧道公司建設并經營，但自始至終，英法兩國政府一直在財務、政策等方面給予大力支持。在英吉利海峽隧道籌建階段，英法兩國政府即承諾直至2051年都不再修建第二條固定式跨海通道，保證該項目的唯一性。

(2)大貝爾特海峽通道

由于政府提供信用擔保，大貝爾特海峽通道得到了比英吉利海峽隧道利率還要低4%的貸款，保證了工程實施和運營維護的順利進行。大貝爾特海峽通道建立“數字大腦”監測運維系統，在無須人工檢查的情況下，更好地監控橋梁的健康狀況，比如使用無人機技術進行混凝土表面檢查，通過專門的算法進行分析，檢測銹蝕、裂縫等損傷情況，節省了人力物力，從而以更低的成本完成更高效的操作。

(3)厄勒海峽大橋

工程籌備期間，丹麥和瑞典兩國政府與業主、業主與總承包商、總承包商與分包商之間都參照菲迪克標準合同模式，簽訂了適用于本工程具體情況的合同，在明確各類風險和責任的前提下，又充分預留了自由度，保證了設計與施工單位創造力的充分發揮。厄勒海峽通道的建設管理非常成功，為通道按期高質量竣工創造了條件。設計咨詢團隊與業主管理團隊一起辦公，成功地將項目管理和設計咨詢團隊融合在一起，提高了信息交流速度和決策的科學性、精準性。業主還要求所有項目參與人員均須通過管理培訓，熟悉項目流程，提高管理意識。大橋建設由丹麥和瑞典兩國政府提供信用擔保，充分保證了大橋的施工和運營。前期交通量低于預期，并未對大橋運營造成影響。自2004年開始進入盈利狀態，大橋的運營前景十分樂觀。

3.3 教訓

(1)英吉利海峽隧道

英吉利海峽隧道采用BOT模式融資，是當時歷史上由私營團體籌款的最大規模基礎設施工程，面臨著巨大的經濟和市場風險。盡管英法兩國政府一直在財務、政策等方面給予大力支持，英吉利海峽隧道的運營商仍然無法按照預定期限收回投資[13]。

在工程籌劃階段，當時的承包商過高估計了英吉利海峽隧道的運量[14]。由于經濟不景氣，輪渡和航空業的強勢競爭等因素，英吉利海峽隧道的運量雖然逐年小幅增長，但一直難以達到預期。到2018年，實際客運量仍不足1994年預測量的1/2，而實際貨運量尚不足1994年預測量的1/10。

(2)厄勒海峽大橋

大橋建成之初缺乏相關政策協調，經常在海峽兩岸穿梭的人都害怕被丹麥和瑞典兩國雙重征稅，失去當地人享有的社會福利。后經丹麥和瑞典兩國政府協商，調整了相關政策，使問題獲得解決。

大橋建設成本高，采用了PPP融資方式。運營企業設定的過橋費太高，使很多人寧可從其他地方乘輪渡通過厄勒海峽。

4 大型跨海通道建設應注意的問題

從以上跨海工程的調研可以看出，歷史上大型跨海工程的決策大都取決于政治、經濟、文化及國防等多方面的需要，而不僅僅著眼于經濟方面，更不是只考慮盈利。

跨海工程建設歷史表明，大型跨海通道建設時機的把握，需考慮資金準備和技術準備兩個主要方面。只有在資金準備到位，技術準備充分的前提下，才能開始跨海通道工程的實施。

盡管當時日本經濟尚未全面起飛，但為保持國土的完整性，使全國經濟協調發展，日本政府下決心，花大力氣修建的這幾條大型跨海通道，對日本經濟的全面發展起到了極大的推進作用。

歐洲跨海通道建設情況與此相似，英吉利海峽隧道、丹麥大貝爾特海峽通道、丹麥—瑞典厄勒海峽大橋等大型跨海通道工程，使西歐各國連成一個有機的整體，有效地促進了歐洲一體化進程。

隨著我國經濟的穩步發展，對大型固定式跨海通道建設的需求已十分迫切[16]。港珠澳大橋的成功經驗[17-18]、深中通道的開工建設[19-20]，都充分證明我國已經完全具備自主建設大型固定式跨海通道的實力。

從日本、歐洲成體系跨海通道建設的經驗與教訓中，可以得出如下結論。

(1)項目決策應從國家整體發展的角度出發

從既有跨海通道項目的調查研究結果可以看出，任何一個大型跨海通道工程都不是獨立的，必須與地區、國家乃至洲際鐵路、公路網絡緊密結合，方能對周邊地區、國家的經濟發展、政治文化交流起到強大的促進作用。

大型跨海通道的立項、建設，不僅關系到兩岸地區的發展，而且是一個國家長期發展戰略的重要組成部分，絕不能僅以項目能否盈利作為主要決策依據。

大型固定式跨海通道的建設，不僅可起到促進兩岸經濟、文化交流的作用，更重要的是能夠提高國家綜合實力，推動國家乃至洲際政治、文化、經濟的融合與發展。

(2)建設資金籌集應合理選擇投融資模式

大型跨海通道工程投資大，建設周期長，資金回收速度慢，在投融資模式的選擇上稍有不慎，會對兩岸地區，甚至整個國家的經濟發展造成嚴重的負面影響。

例如日本青函隧道的建設周期長達24年，英吉利海峽隧道錯誤采用BOT模式等案例，都為我國今后大規模工程建設提供了反面教材。

以往工程經驗表明，大型基礎設施工程，最終在財務上能夠真正實現盈利的很少，其功能更多的是在國家層面，為國家的政治、經濟、文化發展和國防建設服務。因此，這類超級工程必須由國家主導，為工程的規劃、建設和運營提供強大的政策和資金支持。

建設資金的籌集，可采用靈活的方式，以國家為主導，從地方政府、國有及私營企業等處籌集部分建設資金，但應以國家信用作擔保，避免為地方及企業帶來財務負擔，造成負面社會影響。

(3)項目研究應高度重視前期勘察論證

跨海通道工程，應充分做好前期勘察和論證，根據工程實際情況，選擇自動化、信息化、智能化程度高的施工方法，降低施工風險，提高施工質量，保證工期。

(4)因地制宜確定技術方案

跨海通道技術方案的確定，應以保證施工安全、工程質量和運營安全為原則，綜合考慮地理環境、地質、氣象、水文、航道、路網銜接、工期、造價、技術條件、防洪、環境保護等多方面因素，因地制宜，宜橋則橋，宜隧則隧。同時還要充分考慮運營、技術進步和遠期需求。

(5)運營維護方案應科學、經濟、有效

大型跨海通道工程運營維護任務長期而艱巨，應在設計階段充分考慮各種不利因素的影響，結合設計方案和工程實際情況，進行運營期風險評估，制訂科學、經濟、有效的運營維護和防災救援方案，運用物聯網技術，實現全方位智能化管理。

5 展望與建議

渤海海峽跨海通道的建設需求已十分迫切，振興東北，拓展已至飽和的東北-華北、東北-華東陸上客、貨運通道，加強海峽兩岸大型港口及城市的聯系，都是當務之急。

瓊州海峽跨海通道的建設，不僅要考慮到海南島的綠色經濟發展，而且要充分考慮到整個南海的發展。以此為基礎測算物流需求，為我國今后幾十年的經濟、文化發展提供有效保障。

大型跨海通道工程的建設，有利于提升我國交通工程技術、裝備和運營管理水平，加快新技術、新材料和新裝備的研發及應用，支撐“交通強國”和“科技強國”，還可為將來跨臺灣海峽通道工程的建設積累經驗，為實現中華民族的偉大復興奠定堅實的基礎。