国外跨海通道建设经验对我国大型跨海通道建设的启示

王 杨 简方梁 吴彩兰 肖汝诚 伍毅敏 刘建友 彭 斌 王 婷 孙 斌 许 鹏

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055； 2.同济大学，上海 200092；3.中南大学，长沙 410083)

1 概述

海洋是地球生命的摇篮，为人类提供了水和食物、矿藏等自然资源。海洋与陆地交界处天然形成了很多海峡。随着人类文明的不断进步，海峡对两岸间政治、经济、文化交流的阻碍作用日益凸显。

早期跨越海峡的手段只有水运，掌握了海上桥梁建造技术后，人们的视线逐渐被吸引到固定线路跨海通道上来。大型桥梁和长距离隧道技术的出现，为跨海通道建设提供了一个新思路。飞机的发明，为跨海交流提供了最为快捷的途径。

20世纪工程技术的迅速发展，使长距离海上桥梁和海底隧道的建造成为可能。自20世纪20年代起，全世界已陆续建成多座跨海大桥和海底隧道(见表1)。

表1 世界著名跨海通道工程

大型固定式跨海通道的建设投资巨大、建设周期长、对国民经济和周边环境影响大，世界各国对这类工程的立项、建设历来都采取非常慎重的态度。

自本世纪初以来，在经济发展的推动下，我国跨海通道建设也取得了长足进步(见表2)，对大型跨海通道建设的需求日益增长。

表2 我国著名跨海通道工程

2 日本跨海通道的建设

日本是一个由多个岛屿组成的岛国，其中本州岛最大，与北海道、九州岛和四国岛共同构成日本的主要领土。本州与四国之间为濑户内海，本州与九州之间为关门海峡，本州与北海道之间为津轻海峡。为确保领土完整和全国政治、经济、文化等方面的协同发展，历届日本政府都非常重视固定式跨海通道建设。

2.1 成果与规划

关门海峡旧名马关海峡，位于本州西端山口县下关市与九州北端北九州市门司区之间，是濑户内海的西部门户，最狭窄处宽约600 m，以洋流湍急而著名。1942年和1944年，两条双洞单线盾构铁路隧道通车，总长分别为3 614 m和3 605 m，其中海底段长1 140 m。1958年关门国道公路隧道通车，采用钻爆法施工，总长3 460 m，宽4～7.5 m。1973年11月14日，高速公路关门大桥通车，悬索桥总长9.4 km，设计速度80 km/h。1975年3月10日，采用钻爆法施工的新干线新关门隧道通车，总长18.713 km，海底段长880 m，单洞双线，设计速度300 km/h[1]。

濑户内海位于日本本州、四国之间，因在诸海峡之内而得名。东西长440 km，南北宽5～55 km，面积19 500 km2，水深20～40 m，鸣门海峡深达217 m。自古航运发达，岛屿众多。日本政府在本州与四国之间充分利用这些岛屿，建造了3条以多座桥梁相连接的本州—四国联络线。

本州—四国联络线自20世纪50年代开始规划，西线为尾道—今治线(公路，广岛县至爱媛县)，中线为儿岛—坂出线(公铁合建，冈山县至香川县)，东线为明石—鸣门线(公铁合建，兵库县至德岛县)，此线上有两座桥梁，即明石海峡大桥(见图1)和大鸣门桥[2-3]。1973年受石油危机影响，进度推迟。1975年动工的尾道—今治线上的大三岛桥于1979年完工。同线上的因岛大桥与明石—鸣门线上的大鸣门桥于1985年完成。儿岛—坂出线的濑户大桥则于1988年4月全部开通[4-5]。

图1 日本明石海峡大桥

津轻海峡呈东西走向，岸线曲折，东西长约130 km，南北宽18～75 km，峡底地形复杂，风大浪高，水深流急。津轻海峡的复杂地形造成了海上常年汹涌波涛，严重影响日本两个最大岛屿间的交通运输。日本政府自1946年开始进行跨海通道规划，1954年9月正式立项青函铁路隧道工程。青函隧道(见图2)于1964年1月开始施工，1988年3月13日正式投入运营，历时24年，共耗资6 890亿日元。青函隧道为单洞双线铁路隧道，采用钻爆法施工，全长53.86 km，海底段长23.30 km。海底段最小埋深100 m，最大水深140 m[6-7]。

图2 日本青函隧道

此外，日本还修建羽田隧道(1970年，单洞双线铁路盾构隧道，直径7.29 m，长5.98 km)，东京湾横断公路工程(1997年，桥隧结合高速公路，全长15.1 km，设计速度80 km/h)等区域性跨海通道工程[6]。

目前，日本正计划修建专为新干线通行的第二条青函海底隧道。

2.2 经验

上述工程很多是在日本经济尚未起飞时开始修建的，有些甚至是二战前就已经开始规划。尽管当时技术措施有限，资金不够充裕，仍然不懈地进行研究筹划，体现了决策的前瞻性。

这些跨海通道的修建，充分保证了人员和物资在日本国土间低成本、不间断地流动，对日本经济的高速发展起到决定性作用，同时也带动了日本桥隧修建技术和施工机械的长足发展。

青函隧道对本州与北海道间货运的意义重大。保证货物能够大量不间断运输的能力，是一个国家经济发展的基础。船舶运输运费低，运量大，但速度慢，效率低；航空运输速度快，但费用高，效率低，且这两种运输方式受天气(特别是台风)影响非常大，难以满足现代化社会发展的需要。

濑户大桥采用南、北共锚悬索桥，合理利用地形条件，相较于美国旧金山奥克兰海湾桥，跨度进一步增大，且为公铁两用。大桥建设过程中也采用了一系列先进的施工方法，如世界上最粗直径的钢缆索架设、海底钻孔爆破等，对日本今后大型结构物设计与施工起到很大的推进作用。在该桥采用主缆除湿系统、磁通量检测、钻孔取芯、电化学保护等多种措施，可准确判断结构的当前状态，提升桥梁的使用寿命。

明石海峡大桥为主跨1 990 m超大悬索桥，将悬索桥的跨径记录提高至2 000 m级别，并采用1 770 MPa主缆材料，大大减小了主缆直径和用钢，加劲梁采用高强钢桁架，为后续超大跨径悬索桥设计提供了宝贵的经验。为不影响桥下通航，创新采用直升机牵引引导索，采用调谐质量阻尼器TMD提高裸塔抗风性能，形成超大跨度悬索桥成套施工技术。

日本跨海通道的建设，大多为政府投资，少数为民间资本参与。青函隧道、东京湾横断公路工程等项目投资大、工期长、问题多，盈利远远低于预期，但因为是政府投资，并未造成严重社会影响。

2.3 教训

(1)青函隧道

前期勘察不到位，对隧道掘进期突发事件的准备不充分，导致遇到断层破碎带，发生大规模涌水，造成人员伤亡，工期延误，投资增加。

青函隧道采用单洞双线断面形式，设计未充分考虑到新干线规划。为满足新干线通行需要，不得不增铺第三条轨道，轨道间距过小，掉落金属异物易引发轨道电路的短路事故。

(2)东京湾横断公路工程

建设于日本经济鼎盛时期的东京湾横断公路工程，因投资巨大，通行费设定过高。

3 欧洲跨海通道的建设

欧洲北、西、南三面分别濒临北冰洋、大西洋、地中海和黑海，海岸线漫长，有很多大型岛屿和半岛。西欧环北海的英国、法国、比利时、荷兰、德国、丹麦、挪威、瑞典等几个国家经济发达，对固定式跨海通道的需求非常迫切。

3.1 成果与规划

(1)英吉利海峡隧道

英吉利海峡是分隔英国与欧洲大陆的法国，并连接大西洋与北海的海峡。海峡长560 km，宽240 km，最狭窄处又称多佛尔海峡，仅宽34 km，平均水深60 m，最大水深172 m。

英吉利海峡通道自1802年提出设想，因英法战争和两次世界大战一直没有实质性进展。1955年开始经过多次反复，直到1985年英法两国政府正式确定进行英吉利海峡隧道的建设，1988年开工，1994年正式通车(见图3)。英吉利海峡隧道由3条长51 km的平行盾构隧道组成，两侧是主隧道(铁路)，中间是服务隧道，海底部分长37.9 km，平均深度低于海平面50 m，最低点约在海平面下100 m。英法海底隧道采用私人资本建设的BOT方案。公路交通由专门运送汽车的区间摆渡列车解决(驮背运输方式)[8-9]。

图3 英吉利海峡隧道

(2)大贝尔特海峡通道

1935年，连接日德兰半岛和菲英岛的小贝尔特一桥建成通车。小贝尔特一桥为公路铁路两用钢桁架桥，总长825 m，主跨220 m。

第二次世界大战后，因日德兰半岛和菲英岛间不断增长的交通需求，又于1970年建成了小贝尔特二桥。小贝尔特二桥为悬索桥，总长1 700 m，主跨600 m。

小贝尔特桥建成后，丹麦政府开始了大贝尔特海峡通道的修建。大贝尔特海峡通道全长17.5 km，由东桥、西桥和海底隧道3部分组成，东桥为双向4车道公路桥，全长6 800 m，为双塔悬索桥，主跨度1 624 m。海底隧道为铁路隧道，全长7 410 m，由两条相互平行的主隧道组成。西桥是坐落在同一个桥基上的两座独立桥梁，南侧是4车道高速公路公路桥，北侧是双线电气化铁路桥，全长6 612 m。大桥于1987年6月开工，1997年6月铁路通车，1998年8月公路桥启用，全部工程竣工，总工期11年，工程总投资58亿美元，是当时欧洲造价最高的跨海通道工程[10]。

(3)厄勒海峡大桥

厄勒海峡大桥(见图4)由丹麦和瑞典两国合资兴建。大桥于1995年动工，2000年7月正式通车，是公路铁路两用桥隧结合工程。大桥为斜拉桥，主跨490 m，全长7 845 m。人工岛全长4 055 m，面积1.3 km2。海底隧道采用沉管法修建，全长4 050 m，其中，3 510 m在海面以下，整体式矩形断面，宽38.8 m，高8.6 m，标准管节长175.5 m，位于海底以下10 m[11]。

图4 厄勒海峡大桥

(4)挪威拉达尔隧道

2000年挪威拉达尔隧道(山岭公路隧道)建成通车后，从苏格兰第一大城市格拉斯哥到挪威第二大城市卑尔根的环北海国家间高速公路正式建成，大幅提高了沿线国家和地区的运输效率，节省了运输成本，为环北海各国的经济发展和欧洲一体化做出了极大贡献。迄今为止，这个环北海高速公路经过的地区仍然是全世界经济最发达的地区之一。环北海高速公路建成后，往返于英国和挪威间的轮渡停止运营。

由于这条环北海陆上通道对沿线国家经济发展产生的促进效果，2019年德国与丹麦两国正式签署协议，建设穿越费马恩海峡，公路铁路合建的费马恩海底沉管隧道，连接德国费马恩岛和丹麦洛兰岛。

3.2 经验

欧洲环北海大型固定式跨海通道的建设在技术上都取得了极大的成功，成为世界知名的跨海工程[12]。这些工程的建成通车，对欧洲一体化进程，两岸和沿线的经济、文化交流与发展，以及欧洲大型跨海通道建造技术的进步都起到了巨大的推进作用。其方案研究、工程实施和维护管理等经验都有极高的借鉴价值。

(1)英吉利海峡隧道

在隧道建设开始前进行了大量的地质勘查工作，找到了适合隧道掘进的岩层。由于施工技术的进步，采用了可靠的施工机械，施工进度和施工期间的安全性得以保证，隧道施工期间总体进展顺利。尽管英吉利海峡隧道最初是由欧洲隧道公司建设并经营，但自始至终，英法两国政府一直在财务、政策等方面给予大力支持。在英吉利海峡隧道筹建阶段，英法两国政府即承诺直至2051年都不再修建第二条固定式跨海通道，保证该项目的唯一性。

(2)大贝尔特海峡通道

由于政府提供信用担保，大贝尔特海峡通道得到了比英吉利海峡隧道利率还要低4%的贷款，保证了工程实施和运营维护的顺利进行。大贝尔特海峡通道建立“数字大脑”监测运维系统，在无须人工检查的情况下，更好地监控桥梁的健康状况，比如使用无人机技术进行混凝土表面检查，通过专门的算法进行分析，检测锈蚀、裂缝等损伤情况，节省了人力物力，从而以更低的成本完成更高效的操作。

(3)厄勒海峡大桥

工程筹备期间，丹麦和瑞典两国政府与业主、业主与总承包商、总承包商与分包商之间都参照菲迪克标准合同模式，签订了适用于本工程具体情况的合同，在明确各类风险和责任的前提下，又充分预留了自由度，保证了设计与施工单位创造力的充分发挥。厄勒海峡通道的建设管理非常成功，为通道按期高质量竣工创造了条件。设计咨询团队与业主管理团队一起办公，成功地将项目管理和设计咨询团队融合在一起，提高了信息交流速度和决策的科学性、精准性。业主还要求所有项目参与人员均须通过管理培训，熟悉项目流程，提高管理意识。大桥建设由丹麦和瑞典两国政府提供信用担保，充分保证了大桥的施工和运营。前期交通量低于预期，并未对大桥运营造成影响。自2004年开始进入盈利状态，大桥的运营前景十分乐观。

3.3 教训

(1)英吉利海峡隧道

英吉利海峡隧道采用BOT模式融资，是当时历史上由私营团体筹款的最大规模基础设施工程，面临着巨大的经济和市场风险。尽管英法两国政府一直在财务、政策等方面给予大力支持，英吉利海峡隧道的运营商仍然无法按照预定期限收回投资[13]。

在工程筹划阶段，当时的承包商过高估计了英吉利海峡隧道的运量[14]。由于经济不景气，轮渡和航空业的强势竞争等因素，英吉利海峡隧道的运量虽然逐年小幅增长，但一直难以达到预期。到2018年，实际客运量仍不足1994年预测量的1/2，而实际货运量尚不足1994年预测量的1/10。

(2)厄勒海峡大桥

大桥建成之初缺乏相关政策协调，经常在海峡两岸穿梭的人都害怕被丹麦和瑞典两国双重征税，失去当地人享有的社会福利。后经丹麦和瑞典两国政府协商，调整了相关政策，使问题获得解决。

大桥建设成本高，采用了PPP融资方式。运营企业设定的过桥费太高，使很多人宁可从其他地方乘轮渡通过厄勒海峡。

4 大型跨海通道建设应注意的问题

从以上跨海工程的调研可以看出，历史上大型跨海工程的决策大都取决于政治、经济、文化及国防等多方面的需要，而不仅仅着眼于经济方面，更不是只考虑盈利。

跨海工程建设历史表明，大型跨海通道建设时机的把握，需考虑资金准备和技术准备两个主要方面。只有在资金准备到位，技术准备充分的前提下，才能开始跨海通道工程的实施。

尽管当时日本经济尚未全面起飞，但为保持国土的完整性，使全国经济协调发展，日本政府下决心，花大力气修建的这几条大型跨海通道，对日本经济的全面发展起到了极大的推进作用。

欧洲跨海通道建设情况与此相似，英吉利海峡隧道、丹麦大贝尔特海峡通道、丹麦—瑞典厄勒海峡大桥等大型跨海通道工程，使西欧各国连成一个有机的整体，有效地促进了欧洲一体化进程。

随着我国经济的稳步发展，对大型固定式跨海通道建设的需求已十分迫切[16]。港珠澳大桥的成功经验[17-18]、深中通道的开工建设[19-20]，都充分证明我国已经完全具备自主建设大型固定式跨海通道的实力。

从日本、欧洲成体系跨海通道建设的经验与教训中，可以得出如下结论。

(1)项目决策应从国家整体发展的角度出发

从既有跨海通道项目的调查研究结果可以看出，任何一个大型跨海通道工程都不是独立的，必须与地区、国家乃至洲际铁路、公路网络紧密结合，方能对周边地区、国家的经济发展、政治文化交流起到强大的促进作用。

大型跨海通道的立项、建设，不仅关系到两岸地区的发展，而且是一个国家长期发展战略的重要组成部分，绝不能仅以项目能否盈利作为主要决策依据。

大型固定式跨海通道的建设，不仅可起到促进两岸经济、文化交流的作用，更重要的是能够提高国家综合实力，推动国家乃至洲际政治、文化、经济的融合与发展。

(2)建设资金筹集应合理选择投融资模式

大型跨海通道工程投资大，建设周期长，资金回收速度慢，在投融资模式的选择上稍有不慎，会对两岸地区，甚至整个国家的经济发展造成严重的负面影响。

例如日本青函隧道的建设周期长达24年，英吉利海峡隧道错误采用BOT模式等案例，都为我国今后大规模工程建设提供了反面教材。

以往工程经验表明，大型基础设施工程，最终在财务上能够真正实现盈利的很少，其功能更多的是在国家层面，为国家的政治、经济、文化发展和国防建设服务。因此，这类超级工程必须由国家主导，为工程的规划、建设和运营提供强大的政策和资金支持。

建设资金的筹集，可采用灵活的方式，以国家为主导，从地方政府、国有及私营企业等处筹集部分建设资金，但应以国家信用作担保，避免为地方及企业带来财务负担，造成负面社会影响。

(3)项目研究应高度重视前期勘察论证

跨海通道工程，应充分做好前期勘察和论证，根据工程实际情况，选择自动化、信息化、智能化程度高的施工方法，降低施工风险，提高施工质量，保证工期。

(4)因地制宜确定技术方案

跨海通道技术方案的确定，应以保证施工安全、工程质量和运营安全为原则，综合考虑地理环境、地质、气象、水文、航道、路网衔接、工期、造价、技术条件、防洪、环境保护等多方面因素，因地制宜，宜桥则桥，宜隧则隧。同时还要充分考虑运营、技术进步和远期需求。

(5)运营维护方案应科学、经济、有效

大型跨海通道工程运营维护任务长期而艰巨，应在设计阶段充分考虑各种不利因素的影响，结合设计方案和工程实际情况，进行运营期风险评估，制订科学、经济、有效的运营维护和防灾救援方案，运用物联网技术，实现全方位智能化管理。

5 展望与建议

渤海海峡跨海通道的建设需求已十分迫切，振兴东北，拓展已至饱和的东北-华北、东北-华东陆上客、货运通道，加强海峡两岸大型港口及城市的联系，都是当务之急。

琼州海峡跨海通道的建设，不仅要考虑到海南岛的绿色经济发展，而且要充分考虑到整个南海的发展。以此为基础测算物流需求，为我国今后几十年的经济、文化发展提供有效保障。

大型跨海通道工程的建设，有利于提升我国交通工程技术、装备和运营管理水平，加快新技术、新材料和新装备的研发及应用，支撑“交通强国”和“科技强国”，还可为将来跨台湾海峡通道工程的建设积累经验，为实现中华民族的伟大复兴奠定坚实的基础。