[科学视角] 曾在海底打通隧道的人类，如今让大海中“悬浮一条路”

泰晤士河的泥浆、青函的高压海水、巨加的沉埋、挪威峡湾……以及16.8万亿规模济州海中浮式隧道的未来

人类跨越大海的技术，始终是一场与自然的殊死搏斗。从让船漂浮在汹涌波涛之上起步，到在深邃海峡上架起钢铁大桥，最终甚至成功在海底坚硬岩盘中凿出通道。

但人类的想象力并未止步于此。下一阶段的目标，不再是掘开海底，而是在海水中层“悬空”一条路——这就是海中浮式隧道（Submerged Floating Tunnel，SFT）。

乍听之下像是未来幻想，但这项技术并非一夜之间出现。1843年，从伦敦泰晤士河泥浆中萌生的一个念头，经过近200年的积累，如今正指向济州海底。

1843年，英国伦敦。当时要在泰晤士河下打通隧道，这一挑战几乎接近疯狂。河床并非坚硬岩盘，而是吸饱了水的泥浆和砂层。稍一开挖，上方河水便会倾泻而下，将作业场瞬间变成水下坟墓。

施工过程中，河水多次决口涌入，导致作业区整体被淹，工人们仓皇逃生的事故一再重演。

解决这一难题的“救火投手”是工程师Marc Brunel。他构想出“钢制盾构（Shield）”并应用于现场。这种盾构并非像今天的隧道掘进机那样能自行动进，而是一个被分隔成多个小作业舱的大型钢制墙体结构。每个舱内只有一名工人，用铁锹一点点挖土，整个“盾牌”则通过液压千斤顶和螺旋装置，每次向前顶进几厘米。

紧接着，在其正后方，其他工人立即砌筑拱形砖墙，形成隧道的永久衬砌。也就是说，前方开挖土方的同时，后方同步砌筑墙体，并通过一点点顶推整个结构向前推进。

关键在于速度。泰晤士河的泥层无法自立，只有挖土与砌壁几乎同步进行，才能避免坍塌。泰晤士隧道不仅仅是“打通了一条路”，更是人类对“如何支撑会不断坍塌的软弱地基”这一问题给出的第一个技术性答案。

技术上的下一次挑战来自日本。连接本州与北海道的青函隧道（Seikan Tunnel）全长53.85公里，其中约23.3公里为海底区段，是世界知名的海底铁路隧道。

对日本工程师而言，最棘手的并非长度，而是高压海水和火山性岩盘。岩体只要稍有裂隙，海水便会在巨大压力下喷涌而出，施工过程中确实发生过多次大规模渗水与坍塌事故。

日本选择的解法，是不直接开挖正线隧道，而是先掘进更小的勘探用导坑，优先查明哪里渗水、哪里岩体薄弱。这条导坑不仅是简单的勘探通道，同时也是巨大的排水管和风险感知“传感器”。

一旦发现渗水区段，就向裂缝中注入水泥浆先行封堵水道，并用钢管与岩栓加固薄弱岩体。通俗地说，就是先找到“细小血管”并止血，再进行正式“手术”。

凭借这一方式，日本在历时24年的长期施工后，最终完成了世界最长级别的海底隧道。青函隧道是以“导坑”这一构想，突破海底水压和地质不确定性的标志性案例。

对韩国读者而言，最直观的连接点是采用沉埋法的巨加大桥。连接釜山与巨济的巨加大桥，是韩国首条沉埋式隧道工程。施工时，先在陆上船坞制作长达数百米的巨大混凝土管节，再将其浮于海面拖曳至现场。随后，将管节一节节沉入事先疏浚好的海底槽内并相互连接。

施工中最难的工序，是要将管节精确地“嵌入”海底槽中。只要潮流稍强，结构物就可能被推移数厘米，从而导致对接失败。

为此，工程同时动用了基于全球定位系统的定位追踪、水下声学定位系统以及激光对准设备。海底预先安装导向框架，管节则加装临时浮力舱，以精细调节下沉速度。

在最终对接瞬间，通过调节内部压力，使管节之间的橡胶垫圈紧密贴合，并排出内部海水，在近似真空状态下实现类似“吸附式”结合。也就是说，巨加沉埋隧道并非简单的“沉入海底的一条路”，而是集位置校准、浮力控制、压力对接于一体的海洋精密“外科手术”成果。

而下一个阶段，则是不再把结构沉到海底，而是让其“漂浮”在海水中层的技术，即海中浮式隧道（Submerged Floating Tunnel，SFT）。

挪威在这里进行了彻底的思维转变。西部峡湾中的Bjørnafjorden和Lødefjorden水深超过1000米。若像青函隧道那样在海底掘进，深度过大；若建桥，则桥墩间的跨距过长，难以实现工程可行性。

因此，挪威公路局在无需渡轮、实现全线贯通的E39项目中，正积极论证SFT方案。其核心思路是不下探至海床，而是在水面下约20～30米深处让隧道“悬浮”。

其结构原理出乎意料地直观。隧道内部为空腔，以供车辆和列车通行；外壁则采用厚重的混凝土与钢材建造，使整体设计成比水略轻的结构。如此一来，结构自然具有向上的浮力。

而锚固在海床上的缆索则向下拉住这一结构，以此实现平衡。即便上方波浪拍打，缆索张力也会立即产生反应，减小结构的摆动幅度。部分设计还通过与水面上的浮筒相连，进一步削减上下振动。通俗地说，就是利用向上浮力与向下拉力之间的“拔河平衡”，在海水中层固定一条水下高速通道。

韩国建设技术研究院高级委员Kwak Jongwon表示：“在土木工程领域，几乎不存在技术上绝对不可能的事情。SFT的概念与构成要素技术，也已达到可实现的水平。”但他同时强调：“问题不在于技术本身，而在于经济性和安全性，更重要的是国民能否接受这项技术，即所谓的‘社会接受度’。”

如今，这项技术已经延伸为韩国的现实课题。木浦～济州连接的J线路全长167公里，其中海底区段约73公里。项目总投资估算约为16.8万亿韩元。

事实上，这一议题在2010年代初期最为火热。韩国海洋科学技术院（KIOST）及部分土木与海洋基础设施研究团队曾开展至基本设计层级的研究。当时，海中浮式隧道曾被高度期待为连接济州的未来交通网络。

但之后相关讨论几乎停滞。最大原因在于难以确保经济性，即成本效益比（Benefit/Cost ratio）。在航空运力已相当充足的情况下，能否回收巨额前期投资成为重大疑问；是否经由楸子岛、物流需求前景等也都是变量。再叠加国家社会基础设施投资优先顺序的变化以及未能进入预备可行性研究阶段，后续讨论被迫中断。

Kwak高级委员指出：“随着技术进步，成本问题可以逐步解决，但对安全性的心理不安和社会共识才是更大的障碍。济州与本土之间的固定连接，更接近于政策抉择的问题，而非单纯的技术问题。”

韩国铁道技术研究院首席研究员Seo Seungil则对技术可行性给出了更具体的展望。他表示：“海中浮式隧道便于获得接近直线的线路，在缩短工期和经济性方面都具有优势。如果将海底隧道、沉埋隧道与浮式隧道进行组合，对超长距离海底线路来说，可能成为现实可行的替代方案。”

不过，随着近来在气候危机时代对替代航空的交通网络、济州物流稳定性以及国家均衡发展等议题的讨论再度升温，一些专家中也出现了“与其采用传统掘进方式，不如SFT更具现实性”的再评估氛围。

Seo首席研究员表示：“济州海底连接问题在不同地区之间，以及在技术路线偏好上，都存在分歧，必须以政治层面的共识为前提。”

SFT之所以超越单纯的土木技术，在于它带来的“体验变化”。传统海底隧道只是看见混凝土墙面的封闭空间，而SFT则有望通过设置观测窗或采用透明增强材料，扩展为可直接观赏海底生态的空间。

拥有“海中浮游隧道结构及施工方法”注册专利的Kang Seongsu表示：“海中隧道今后应超越单纯的通行通道，发展为集水下观光、海洋生态观测，以及与潮流发电和海上风电相结合的未来型复合平台。”

200年前，伦敦工人们在泰晤士河泥浆中砌起的那条路，如今正延伸为人类在济州海底与鱼群一同奔行的全新梦想。