如何建造水下隧道?

2013年马尔马雷完工后，伊斯坦布尔的欧洲和亚洲双方终于结盟。大量的考古发现一再推迟了大规模的建设项目。

恩斯©克劳迪娅/ Corbis

当挖掘任何非凡的建设项目在美国，有几个问题立刻冒了出来:哪一个提案是最大的、最深的或最危险的?对于水下隧道，这些问题无法简单回答。城市和国家不断委托新项目。至于关键数据，魔鬼就在细节和深邃的蓝色大海之间。

例如，连接日本本州岛和北海道的青馆隧道目前保持着最长和最深的水下铁路隧道的记录。1954年，一场台风在危险的津轻海峡(Tsugaru Strait)撞沉了5艘渡船，造成1430人死亡。WGBH］．

青馆隧道于1988年竣工，全长33.5英里(54公里)，深度787英尺(240米)，但它14.5英里(23.3公里)的海底部分与英国和法国之间的英吉利海峡隧道(英吉利海峡隧道)相比相形见绌。隧道于1994年完工，水下部分占其31英里总长度的24英里(50公里中的38.6英里)，但只有246英尺(75米)深[来源:第3期；陈；明智的］．

就土耳其人而言，与2013年最终向公众开放的33亿美元马尔马雷隧道相比，这两条隧道都是湿的。它的铁路通道长8.25英里(13.2公里)，其中包括横跨博斯普鲁斯海峡海底的4600英尺(1400米)，连接了伊斯坦布尔的亚洲和欧洲两部分，使其成为第一个连接两大洲的铁路隧道[来源:斯威尼；明智的］．

相比万里长城和英吉利海峡隧道，一英里以下的海底隧道有什么了不起的?这是一种不同的方法:之前的隧道分别是在坚硬的岩石上爆破和钻孔，马尔马雷隧道是在博斯普鲁斯海峡底部的一条海沟中一块一块地组装的，这使它成为最长和最深的隧道浸没式隧道建造。工程师们选择了这种解决方案，它使用了预装组件，用厚的、灵活的、橡胶加固钢板，以更好地应对区域地震活动[来源:日本；斯威尼；明智的］．

伊斯坦布尔老城各处发现的文化和历史文物一度减缓了马尔马雷隧道的挖掘进度，因此连接瑞典和丹麦的2.2英里(3.6公里)Øresund隧道仍然是有史以来最大的沉管隧道。承包商用20个构件建造了它，每个构件长577英尺(176米)，每个构件由8个较小的72英尺(22米)的构件组装而成[来源:兰德勒舞；马尔马雷项目；仙女GmbH是一家；斯威尼］．

在马尔马雷(Marmaray)和Øresund这样的水下隧道和英吉利海峡隧道(Chunnel)这样的钻孔隧道之间，我们差不多已经覆盖了海滨。但让我们更深入地研究这两种方法，并研究自19世纪早期以来使用的另一种隧道挖掘方法。

盾在水下挖掘时非常方便。

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最古老的在水下挖掘隧道而不引水的方法被称为隧道盾构,工程师直到今天还在使用。

护盾解决了一个常见但令人头疼的问题，即如何在软土(尤其是水下)中挖出一条长隧道，而不使其前缘坍塌[来源:Assignment Discovery;百科全书；布朗；翰威特］．

为了了解盾牌是如何工作的，想象一下一个没有盖子的咖啡罐，它的底部磨尖了，上面有几个大洞。现在，抓住开口的一端，先把罐子底往软土里推，看看土是如何从开口中挤出来的。在一个真正的盾的规模，几个人(绰号“粪”和“沙猪”)会站在“罐子”的隔间里，随着盾的推进，清除粘土或沙子。液压千斤顶将逐渐向前移动护盾，而后面的工作人员则安装金属支撑环，然后用混凝土或砖石衬里[来源:任务发现];百科全书；布朗］．

为了防止渗水从隧道壁，有时用压缩空气对隧道或盾的前面加压。工人在这种条件下只能承受很短的时间，必须通过一个或多个气闸，并采取预防措施相关疾病(来源:翰威特；港务局］．

防护罩仍然在使用，特别是在安装公用事业管道或水和污水管道时。尽管劳力密集，但它们的成本仅为猛犸象表亲猛犸象的一小部分隧道掘进机[来源:作业发现;百科全书；WGBH］．

TBM是一种多层楼高的破坏力发动机，能够咬穿坚硬的岩石。在它的前面旋转着一个切割头它是一个巨大的轮子，上面布满了破碎岩石的圆盘，并配有一套铲斗系统，可以将破碎的岩石抬起，并将其扔到一条出口传送带上。在切割头后面摆动着一个安装工在TBM的尾迹中建造隧道衬砌的旋转组件。在一些大型工程中，比如英吉利海峡隧道，单独的掘进机将从相反的两端开始，并向一个中心点钻孔，使用复杂的测量方法使它们保持在航向上[来源:作业发现;科尔曼等。；WGBH］．

钻穿坚固的岩石形成了一个基本自支撑的隧道，隧道掘进机快速而无情地向前推进(一些隧道掘进机每天可以钻250英尺，或76米)。缺点是，tbm比用过的捷豹更容易出故障，而且处理磨损、剪切或高度节理的岩石的能力也很差——所以它们的速度不如它们被破碎时的速度快[来源:WGBH；WGBH］．

幸运的是，tbm和盾牌并不是唯一的游戏。

建造钢和砖石结构的支架，同时在软土中挖掘或坚硬的岩石并非易事，但试图在水下阻挡海水，即使是摩西也不会尝试。幸运的是，多亏了美国工程师W.J.威格斯和他的发明沉,或沉管式的隧道（ITT公司)，我们不需要[来源:车道］．

itt不是通过岩石或土壤钻孔;它们是在现场从足球场大小的，预制块．威尔格斯在建造连接密歇根州底特律市的底特律河铁路隧道(1906-10年)时开创了这一技术。到安大略的温莎。,they've been the go-to technique for vehicle tunnels ever since. Indeed, more than 100 such tunnels were built in the 20th century alone [sources:车道；极端的工程;马尔马雷项目］．

为了制造每一段隧道，工人们在一个巨大的模具中组装了3万吨钢材和混凝土——足够建造一座10层公寓楼——然后让混凝土固化近一个月。这些模具包含了隧道的地板、墙壁和天花板，并在最初的末端盖上盖子，以保证它们在运往海上时不漏水。浸没式浮筒由类似于龙门起重机和浮筒船之间的大型船只来进行运输[来源:车道；极端的工程;马尔马雷项目］．

一旦越过预先挖好的海沟，每个隧道部分都被淹没到足以下沉的程度。起重机慢慢地将剖面放回原位，潜水员将其精确引导到GPS坐标。当每一个新的部分连接到它的前一个部分，一个巨大的橡胶片在它的末端挤压和膨胀，以建立一个密封。工作人员随后拆除舱壁密封，抽出剩余的水。一旦整个隧道建成，它将被埋在回填土下，可能还会覆盖岩石装甲[来源:车道；极端的工程;马尔马雷项目］．

由于不需要压缩空气将水锁在湾内，浸泡管施工可以比其他方法挖得更深。因此，工作人员可以在更耐受的条件下工作更长时间。此外，ITT可以采取任何形式，不像钻孔隧道，它遵循其盾或TBM的形状。然而，由于itt只构成隧道系统的海底或河床部分，它们需要其他隧道方法钻孔其陆上出入口[来源:车道；马尔马雷项目；WGBH］．在水下挖掘，就像在生活中一样，需要各种各样的方法。