隧道工程对技术要求非常高,除了复杂的地质条件可能增加设计及施工难度,还必须注意地下水、通风、施工安全、环境影响等问题。
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国际隧道与地下空间协会前主席严金秀从事隧道工程技术研究超过30年,她说,每个隧道工程的技术难点不太一样,但隧道工程整体上会朝机械化、信息化和智能化的趋势发展,所以工程师不仅要关注本身行业的技术,也要有跨学科协作的能力和知识。
报道:本报 梁慧颖
摄影:本报 谭湘璇
隧道在现代交通和基础设施建设中扮演重要角色,未来我国会有越来越多隧道,单单东海岸铁路沿线就会有41条隧道,总长大约69公里。
说到我国隧道,当然不能不提吉隆坡精明隧道(SMART Tunnel)。来自中国的国际隧道与地下空间协会(ITA)前主席严金秀说:“可能你们不知道,SMART隧道在我们隧道界是很有名的,我经常也会提到马来西亚的SMART隧道。”
严金秀现任中国中铁科学研究院首席专家,长期从事隧道工程技术研究,参与过中国多项大型隧道工程项目,有“隧道女神”的称号。2024年9月,她应马来西亚工程师学会(IEM)邀请来我国演讲,谈“永续发展的城市隧道建设”。
“说实在,我并不是从一开始就喜欢隧道行业。我是边干边喜欢,然后越干越喜欢!”她受访时说,隧道研究永远没有一个尽头,总是会有新的挑战出现。加上隧道和地下空间的应用范围很广泛,不同的应用对工程技术又有不同的要求,她觉得这种种的复杂正是隧道工程的魅力所在。
过去参与的项目
她过去参与的隧道工程,有好几个都创下当时最长的纪录,及采用当时最先进的技术。她对这些项目记忆犹新,清楚记得每个项目的技术难点,例如:
大瑶山隧道 | 1980年代从大学取得工学学位后,她参加的第一个隧道工程是广东省韶关市的大瑶山隧道,隧道全长14.295公里,曾是中国最长的铁路隧道。她指出,这项工程的难度在于它的长度,更在于它复杂的地质结构,有很多断层。她当时主要研究地质,“这些研究对隧道的安全施工非常重要,因为你只有知道前面的地质情况是怎么样和预判,你才能够保证施工的安全。” |
宜万铁路 | 宜万铁路连接湖北省宜昌市与重庆市万州区,全长376.99公里,隧道超过100座。她形容这是隧道史上难度极大的一个项目,因为沿线的溶洞发育强烈,隧道内的溶洞非常大,不得不在部分隧道里头架设桥梁。 |
新关角隧道 | 新关角隧道位于青海省,全长32.645公里,是中国目前在运营的最长高原铁路隧道。她说,这个隧道的特点跟大瑶山隧道及宜万铁路隧道不一样,因为这里是高海拔地区,两边洞口都在海拔3000公尺以上,施工人员除了要克服工程难点,还必须适应空气稀薄等苛刻的环境条件。 |
胶州湾隧道 | 胶州湾隧道位于青岛市,乃中国数一数二最长的海底公路隧道。因为是海底隧道,所以防排水措施是关键,她说:“我当时负责海底隧道的防排水技术研究,因为在海底修隧道,你要把水控制住,例如要怎么样不让海水进来,以及里头的水要怎么样排出去。” |
西康线秦岭隧道 | 西康线秦岭隧道是中国铁路第一次采用全断面隧道掘进机(TBM)施工的项目。她说,隧道沿线的岩石非常硬,加上埋深(开挖断面的顶部至自然地面的垂直距离)很大,因此难点又跟上述几条隧道不一样。 |
地铁 | 她参与过多个城市的地铁研究项目,例如青岛地铁、成都地铁、广州地铁、深圳地铁和北京地铁。她举例,青岛地铁项目挺有意思,因为青岛地铁沿线地质的特点是上层比较软,底层比较硬。线路到底要建在哪个位置需要经过深入研究,因为埋深“放浅了很难,放在中间更麻烦。”团队研究后建议把它稍微放深一点的硬岩中,这样对工程总体来讲是利大于弊。 |
城市隧道vs.山岭隧道
每个隧道工程都不同,像她今年9月的讲座主要谈城市隧道,城市隧道跟山岭隧道在施工难度方面就很不一样。
“城市隧道最挑战的是什么呢?因为它上面建筑很多,非常密集,所以修建城市隧道工程要非常小心,要非常精细。另外,城市隧道对环保要求很高,比如对噪音的控制,对震动的控制,还有对开挖出来的弃渣的处理,这些要求都是很精细的。”
山岭隧道不一样,她说,有些山岭隧道因为埋深很大,所以可能会遇到一些特殊的地质问题,比如高地应力及高水压问题。
隧道挖掘技术不断进步,她预测未来的隧道工程会往机械化、信息化和智能化的趋势发展。事实上,这些趋势已经在发生,她说像智能化这部分,目前已经有研究和工程正在局部使用人工智能技术,例如运用人工智能处理图像和判识围岩级别。另外,机械化使得隧道的修建速度越来越快,相信未来的工期会越来越短。
中国隧道又多又长
随着大规模的交通建设,中国是现今世界上隧道最多的国家,有统计指中国隧道占了全球隧道60%以上。
“中国重大的隧道工程特别多,而且中国在各种复杂的地质条件下建设了不同用处的隧道,包括铁路的、公路的、输水的等等。”严金秀说,这些年来,中国在科技创新方面取得很大进展,包括新的方法、新的设备、新的材料。这些创新不是纸上谈兵,而是因为工程遇到了难点,为了解决工程难点取得的实际突破。
中国隧道工程攻克了诸多技术难题,当地工程师的经验自然很丰富。她说:“哪怕是一些很年轻的工程师,他们因为都经过这种大项目的锻炼,所以他们的经验也是非常丰富的。”
曾是隧道工地的唯一女生
年轻人如果想要投入隧道这个领域,她的建议是要培养跨学科能力,因为现在的学科可以说是深度交叉,工程师不仅要关注本身行业的技术,还应该关注相关学科,“比如人工智能在我们工程中的应用,还有新材料在我们工程中的应用。”
另一方面,可持续发展是现在全球的趋势,她认为这一点也是未来工程师需要努力的方向,比如探讨在隧道建设过程中,怎样做才算是可持续和环保。
另外,由于每个隧道的地质和环境条件都不一样,而且隧道的实际情况可能跟理论计算的会有很大差距,因此她认为,工程师一定要深入现场勘察,如果只待在实验室,恐怕难以了解真实状况。
回想自己的经历,她当年刚大学毕业时就已经在工地驻扎,那个时候的生活条件还比较差,她因为是唯一的女生,所以被安排跟一个工人的女儿住在工棚。
她说:“那时候每天要进洞,每天要到隧道里去测量,要判断前面是什么地质,地下水的情况怎么样,收敛的情况又怎么样,这些都必须到现场去。”虽然这样的工作和生活挺艰苦,但她觉得挺有乐趣,乐趣就是一个一个去解决工程遇到的难题。
跟其他工程领域一样,隧道这个领域都是普遍由男性主导,像上述提及的大瑶山隧道工程,她是当时科研团队里唯一的女生。不过,现在参与隧道工程的女性越来越多,她觉得性别失衡的情况已有所改变。
从专业知识和技术来讲,她认为女性不是没有优势,因为女性的视角不太一样,做研究也比较细致,如果参与隧道工程项目,她们可以从不同视角来考虑问题。至于体力方面,她认为随着技术和装备的进步,这些所谓的问题也已经渐渐克服。
为本地工程师提供培训
对于马来西亚隧道的印象,她说,虽然马来西亚隧道不多,可是马来西亚的隧道非常有创意,例如精明隧道其实在行内很有名,因为它是世界上第一个结合公路和防洪管理的隧道,给节省地下空间提供了一个新的思路。
她对马来西亚并不陌生,因为她来过马来西亚好多次,十多年前就曾经在这里演讲。
继9月关于城市隧道的讲座之后,她今年11月还会再来马来西亚,为工程师和相关领域的从业员提供关于铁路基础设施的培训。
马来西亚工程师学会会长郑宗联教授说,严金秀对隧道和铁路建设非常有经验,所以工程师学会邀请她来给工程师培训,希望这些工程师受训后成为导师,带领更多人一起提升和维护本地铁路系统。
不仅如此,他说,除了我国,其他东南亚国家也有大型铁路项目正在进行或筹备中,因此他希望经由这样的培训,使马来西亚成为本区域工程师的培训中心。
此外,由于很少女性投入STEM(科学、技术、工程、数学)领域,因此他也希望通过严金秀这个榜样,向社会证明女性也可以在工程领域有很杰出的表现。
发展中国家工程科技院(AETDEW)是11月这个培训项目的协办单位。AETDEW院长拿督李怡章说,中国有非常多大型基建工程,这些工程往往都很快完成,他希望本地工程师和技术员透过这次培训向中国学习,包括学习怎样在未来几十年好好维护本地的铁路设施。
由于本地工程师通晓英语,加上马来西亚是共和联邦及伊斯兰合作组织的成员国,他盼望本地工程师未来能够凭借这些优势,到非洲协助那里的国家发展基建。
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