沉管海底隧道发展若干思考——以辽宁省为例

李更新 沈阳化工大学经济与管理学院 商丘职业技术学院

边晶梅 毕子杨 沈阳化工大学经济与管理学院

新中国成立以来，我国基础设施建设力度不断加速。交通运输业作为国民经济的先导性领域和拉动经济交流和增长的基础性领域，已经取得了举世瞩目的成就。到2019年，我国汽车保有量已超美国位居世界第一，截至2021年末，辽宁省民用汽车拥有量达1003.2万辆，随之而来的是交通压力也在逐步增大，堵车问题日渐凸显，尤其是在人口密集城市（如沈阳市、大连市）尤为突出，上下班高峰时期更是严重。

辽宁省海岸线参差蜿蜒，对跨海交通的需求越来越大。世界上主要跨海交通方式有桥梁、隧道等，其中水下隧道既不受台风、浓雾等恶劣天气影响，可以全天候运营，又不影响水上航运作业，并且在战时具有极高的隐蔽和防御能力。我国沉管隧道经过近30年的发展，无论是应用场景还是技术路线，都已取得了较大发展。

1.沉管海底隧道发展概述

1.1 沉管海底隧道发展历史

沉管隧道技术最早可追溯至1810年Charles Wyatt在伦敦进行首次沉管隧道施工试验。早期的沉管隧道技术一般仅用于内河的通道建设，随着设计、施工技术的不断发展和工艺难题的逐步克服，沉管隧道的适用范围也逐渐扩大到河床、海床上。1993年我国大陆第一条大型公铁两用水下隧道— 珠江隧道的建成标志着我国沉管隧道技术成功实践。1910年世界上第一条沉管铁路隧道— 底特律河铁路隧道的建成作为里程碑事件，开启了沉管隧道在全世界范围的飞速发展阶段。

近些年，我国沉管海底隧道技术得到了突飞猛进的发展。港珠澳大桥采用桥-隧结合的方式成功实现了珠江三角洲西岸“两制三地”的联接，其中岛隧工程是迄今世界范围内最长、规模最大、综合难度最大、要求最高的跨海桥隧工程，采用沉管法施工的海底隧道是我国首条于外海建设的沉管隧道，也是目前世界唯一深埋大回淤节段式沉管工程。在此成功经验的基础上，位于辽宁省大连市的大连湾海底隧道于2017年开工建设，是我国采用沉管法建造海底隧道的又一宏伟实践。

1.2 沉管海底隧道特点论述

沉管法也称管段浮运沉埋法，是一种用于水底建设隧道的施工方法：将若干个按设计形状和尺寸在干坞或船台预制的沉管管节分别浮运和定位沉放在已疏浚好的基槽内并回填砂土以完成安装施工。其主要过程分为预制段（管节）制作、基槽处理、预制段（管节）运输与沉放、水下连接和回填等。沉管海底隧道是特指在海域水下使用沉管法修建的隧道工程。

目前，沉管海底隧道有钢结构和钢筋混凝土结构两种材料形式，前后者断面形状主要有圆形和矩形两种，按断面布局可分为单孔或多孔。沉管海底隧道型式的选择不仅要依据所掌握的技术及拥有的设备，还与经验储备、管理能力、经济效益等有很大关系。近年来，现代科技已更多应用于施工过程，使得沉管海底隧道质量、安全、进度和成本控制能力大大提高。相比于其它工艺的隧道工程，沉管海底隧道工程具有以下优势：

环境适应性强。相较于其它隧道施工方法，沉管海底隧道对地层硬度和地基允许承载力的要求较灵活，且在常见的雨（雪）、雾（霾）、风等恶劣天气和一般洋流作用下仍可发挥作用，对地质、气象、水文条件适应性较强。

设计灵活度高。在制作材质方面，可结合成本、技术、使用环境等条件灵活选择钢结构或钢筋混凝土结构；在断面形状方面，由于管节是在造船台或干坞中制作而成，因此可以根据功能要求灵活选择横断面形状，可圆可方亦可混合使用；在断面大小方面，可根据使用需要定制管节尺寸，如设计成双向多车道型。

目标可控性好。在质量控制方面，管节预制可较易保证防水等质量目标，精确定位技术的应用可确保沉放精度范围，重型船舶、大型机械的使用可为质量控制提供保障；在工期控制方面，沉管隧道的管节预制、基槽处理、浮运沉放等主要工序可在不用物理空间平行作业，工序间干扰少，可以有效缩短工期；在经济控制方面，在设计阶段可综合考虑使用需求灵活调整方案，加之水底土方工程量较小，有利于追求成本效益最优化，同时因管节已预先制作，故海上施工期对航运和周围环境干扰较小，对社会经济影响可控。

1.3 我国沉管海底隧道工程发展特点

建设规模不断增大。从首座沉管隧道工程竣工以来，我国沉管隧道工程无论是在沉管管节尺寸、设计使用年限，还是在工程跨度、工期和造价控制方面，都在不断迈上新台阶，为发展沉管海底隧道提供了有力支撑。

应用场景不断拓展。我国沉管隧道建造地从浅水区向深水区发展，逐步适应较大水流速度条件。随着海港(海湾)周边地区经济快速发展，对大容量交通通道的需求日益增长，使得可与不同工法组合使用的沉管法海底交通隧道方案更具优势，如桥岛隧组合已经在港珠澳大桥等工程中得到应用。

施工装备水平和最终接头技术不断进步。自20世纪发明GINA橡胶止水带，采用水力压接技术实现管节柔性接头，到伸缩式最终接头的成功应用，隧道的纵向设计技术不断突破。后填法基础垫层技术的发明解决了沉管隧道基础垫层平整度问题。随着沉管法技术应用范围和建设规模的扩大，为适应分部分项工程技术的组合应用，我国专用施工设备不断创新。

2.辽宁省发展沉管海底隧道影响因素分析

2.1 技术因素

2.1.1 工业体系支撑

辽宁的工业体系发展可分为三个阶段。第一阶段为1949年至1977年的探索发展期，主要特点是在计划经济体制下的粗放式自然资源开发，表现为形成了以重工业和化工业为主的工业格局。第二阶段为1978年至2002年，改革开放背景下，辽宁工业规模虽有增长，但相比内地以创新驱动的跨越式发展模式，内生动力明显不足，增速和市场竞争力下滑明显。第三阶段为2003年至今，尤其是十八大以后，东北振兴战略为辽宁工业发展注入了强心剂，辽宁工业逐步向新型工业化靠拢，逐步发展轻工业，工业指标增速也出现了触底反弹现象。

沉管隧道的施工是一项重工业和轻工业同时发力的系统工程，主要体现在大型机械制造及自动化水平等方面。辽宁作为东北老工业基地的重要一员，重工业门类齐全，轻工业在近20余年也得到了飞跃发展，对于沉管海底隧道工程的发展具备很好的工业体系支撑。

2.1.2 技术和知识储备

已建成的港珠澳大桥沉管隧道工程造就了多项世界之最，积累了一大批技术人才、经验储备和专利技术。作为我国北方首条沉管海底隧道，大连湾海底隧道很好的运用了港珠澳大桥沉管隧道工程的经验储备，并于2017年正式开工建设，预计将于2024年竣工通车。大连湾海底隧道主线全长5035m，南北岸暗埋、敞开段1.7km，接线道路0.4km，人工岛面积约0.5km²，沉管段长3035m，由1节135m管节、12节180m管节和5节148m管节组成，海底沉管最浅处也距海面20m以下，管节断面尺寸为33.4 m×9.7m，首节沉管已于2020年12月9日成功安装。

在我国海底隧道技术愈发成熟的背景下，北起辽宁大连旅顺，南至山东烟台蓬莱的渤海海峡隧道（烟大隧道）也于近些年受到了越来越多专家学者的研究探讨。2019年国际桥梁与隧道技术大会上，中国科学院院士孙钧表示渤海湾跨海通道的内部研究已到关键节点，课题组已完成通道方案的战略性规划研究报告并已上报国家发改委审批。

大连湾海底隧道工程的落地推进，渤海海峡隧道方案设计和技术的反复论证，在极大巩固了辽宁省建造沉管海底隧道的工业工程体系的同时，也为辽宁省积累了一大批工程技术经验和知识储备。

2.1.3 人才储备

大连湾海底隧道作为位于辽宁省域内的沉管海底隧道工程，为辽宁省发展沉管海底隧道工程培育了大批研究成果和技术人才储备。加之我国其它沉管海底隧道工程的成功实践与探索，更是丰富了专业人才库。

此外不可忽略的是，截至2022年辽宁省高校数量已达194所，其中工业工程类研究型和应用型院校具有很大占比。大量的高素质工程技术人才也为辽宁省发展沉管海底隧道工程提供了有力保障。

2.2 经济因素

2.2.1 沿海地区经济水平较高

2021年，辽宁省沿海6个地级市的GDP总量在全省的占比超49%，2021上半年，辽宁省沿海6 个地级市的旅游业收入在全省占比达52.37%。从数据可见沿海地区经济底子较厚，旅游业较为发达，可为发展沉管海底隧道工程和配套基础设施提供较好经济助力。同时，沉管海底隧道工程的建设也可形成正向反馈，更好促进旅游业收入增长和激发社会经济活力，对省内沿海城市具有很好的的经济和民生意义。

2.2.2 资金支持力度大

“十四五”时期，辽宁交通基建投资达5976亿元。在水运方面，辽宁将加快沿海地区港口建设，推进营口仙人岛港区LNG码头等9个新项目开工，完成盘锦荣兴港区公共航道等4个续建项目竣工，实现重点港区疏港铁路全覆盖、全省集装箱海铁联运量保持100万标准箱以上、提升多式联运服务效率和发展潜力，促进大连及沿海城市港口积极融入“一带一路”国家发展战略。

2.3 环境因素

2.3.1 政策环境

2009年7月，《辽宁沿海经济带发展规划》上升为国家战略，海洋经济快速发展。党的十八大报告提出全面振兴东北地区老工业基地战略，并逐年加大投入力度。十八大以来，中央领导人先后深入辽宁调研并作重要讲话，从党和国家事业发展全局的战略高度，为辽宁省贯彻新发展理念、推动高质量发展、实现全面振兴把脉定向、掌舵领航。辽宁省作为东北地区通过“一带一路”与东北亚乃至欧洲开放的重要门户和关键站点，与“一带一路”战略深度融合。而中国（辽宁）自由贸易试验区的落地建成，使得辽宁的开放水平越来越高。

无论是东北地区老工业基地振兴战略，还是“一带一路”发展战略，政策红利必将为辽宁省这一拥有较长海岸线的东北大省发展海运交通乃至水运交通提供强大支撑，而海运交通的完善也将为辽宁省更好助力东北振兴和推行“一带一路”战略提供有益反馈。

2.3.2 社会环境

辽宁省海岸线长达3026km，且蜿蜒曲折，辽东半岛南部海岸线更是极不规整，岸上公路也因地貌不平整而多呈蛇形，大大增加了建设成本和通勤时间。随着北部两省人口向南流动的趋势未见扭转，加之滨海城市的宜居气候对内陆居民的吸引力只增不减，预计未来时期辽宁省沿海城市人口数量将缓慢增加。沿海岸线居民集中且跨区域交往密切，对于市际更为便捷的交通需求也将随之增加。

辽中南地区与我国内陆地区的通勤方式虽已“陆海空”全通，但空勤成本高昂，轮渡受洋流及气候影响较大，公铁路方式需绕过辽东湾呈“U”或“L”形，大大降低了通勤效率。2021年辽宁全省水路客运量仅0.03亿人，更加说明易受气候和洋流影响的水路运输仍具有很大增长空间。

2.3.3 自然环境

气候水文方面，辽宁沿海地区纬度较低，属于温带大陆季风性兼具海洋性气候，降雨量大，“冬暖夏凉”，受海洋调节影响较大。海冰、风暴潮、冷空气浪、气旋浪等海洋灾害对沿海地区影响最大，对水上通勤极为不利。

地质条件方面，辽宁省沿海地区区域地壳稳定性较好，主要为相对稳定区和相对较稳定区，相对较不稳定区很少，不存在相对不稳定区。区域断裂活动发育，少数地区偶发地面沉降、地面塌陷、海岸侵蚀淤积、海水入侵等地质灾害现象，且集中于旅大半岛、大连金州区、丹东市东部区域。大连旅顺口区西部延伸至丹东市南部近陆海域为浅埋基岩，绥中县海域及辽东湾北部沿线近陆海域水下三角洲发育。

3.辽宁省沉管海底隧道工程发展总结

3.1 辽宁省发展沉管海底隧道工程现状

规模从无到有。2017年正式开工建设的大连湾海底隧道开启了我国北方建设海底隧道的元年，沉管法工艺也是第一次踏足东北大地。随着一节节管节的顺利铺设安装，大连湾海底隧道进入火热建设期。与之配套的干坞等子项工程的顺利建成，填补了辽宁省建设沉管隧道的技术空白。

配套技术不断完善。随着大连湾海底隧道和我国其它沉管隧道的管节埋藏深度、横截面积、体积和重量的不断突破，辽宁省在管节制造、浮运、安装，以及抗压和密封等方面积累了宝贵技术经验，与其相适应的干坞和船舶等超大型配套设施也有了位居国际前列的硬件和技术储备。这些宝贵积累对于将来更大的技术实践突破奠定了坚实基础。

需求不断扩大。从大连湾海底隧道作为大连市内快速交通，到后来对渤海湾海峡隧道这种市际乃至省际间交通要道的热烈探讨，人们对跨区域通勤的需求不断扩大。具有多重优势的沉管隧道工程将更加普遍的应用到水下交通工程，不仅在工程建设周期和区域内应用密度上有所体现，更将在功能适应性上凸显，比如在多车道和多用途方面。

3.2 辽宁省发展沉管海底隧道工程的设想与建议

3.2.1 设想

在建大连湾海底隧道的持续推进，储备和培养了一大批配套技术、理论成果和专业人才，辽宁省可发挥近水楼台的先天优势，鼓励和支持其就近转化。不仅可运用在海底隧道建设，也可在内河、湖泊等场景的水下通道建设发挥作用。

渤海海峡隧道（烟大隧道）如能顺利实践，将极大促进辽宁省建设超大型水下通道和跨区域协同作业能力。长山群岛作为国家级海岛型森林公园，旅游资源和水产资源特别丰富，海底除局部深水道受海流冲刷外，大部分基岩为浅海相的细沙和淤泥所覆盖；葫芦岛市绥中县和大连市瓦房店市间海域地质构造活动较为稳定，水深较浅，辽东湾沿海陆运通勤当前呈“U”形格局；上述长山群岛—普兰店区、绥中县—瓦房店市两地是否满足建造沉管海底隧道的要求，还需各方面因素综合论证，且因各地间距离较长、区域发展水平不够发达，建设海底隧道的社会意义和经济意义有待商榷。

3.2.2 建议

注重政策和资金支持连续性。营造良好的市场环境，鼓励创新创业，促进工程项目有序发展；建立健全重点项目和国家级、省级课题监督保障机制，引导大型工程全生命周期有序且连续性推进落地；加大资金投入，尤其是涉及民生福祉和增强经济发展活力的大型基建工程项目。

重视地质因素影响。辽宁省域地质构造复杂，断裂构造发育，主要活动断裂有郯庐断裂带、金州断裂带和鸭绿江断裂带等；辽宁省域新构造运动活跃，区域地壳垂直形变主要向渤海沿岸倾斜，沿海地区水平形变位移整体均匀；区域影响较大的地震条带有北东向郯庐带北段、北西向燕山—渤海带和北西向朝鲜半岛条带。在进行大型基础设施设计施工时，要充分考虑当地地质特点，进行全面且科学的地质学研究。

重视经济和环保性论证。辽宁省沿海地区经济发展水平差异较大，要充分考虑跨区域修建沉管海底隧道对两岸城市发展的效益程度；同时，辽宁海域水运繁忙，渔业依赖度较强，要考虑海底隧道工程施工周期对相关产业的不利影响；注重可持续发展，加强成本、安全、质量管理。

4.结语

经过几十年的努力，我国沉管海底隧道工程有了突飞猛进的发展。大连湾海底隧道的顺利建设为辽宁带来了发展沉管海底隧道工程的有利条件。沉管隧道技术不仅可以在跨海交通，也可在内河、湖泊等场景建设水下通道时运用，对缓解通勤压力、改善民生福祉方面具有积极意义。辽宁省拥有较长海岸线，同时作为东北地区老工业基地振兴和一带一路战略的重要角色，具有很好的技术、经济、环境条件，发展沉管隧道技术，充实沉管海底隧道研究，可提升辽宁在水下通道建造方面的综合竞争力，更好服务辽宁发展。

在发展沉管海底隧道工程时，要深入分析和结合各类因素，充分论证；以系统工程思维综合考究技术能力、经济效益、环境保护等条件影响；同时注重人才和知识成果积累与转化。