隧道工程對技術要求非常高,除了複雜的地質條件可能增加設計及施工難度,還必須注意地下水、通風、施工安全、環境影響等問題。
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國際隧道與地下空間協會前主席嚴金秀從事隧道工程技術研究超過30年,她說,每個隧道工程的技術難點不太一樣,但隧道工程整體上會朝機械化、信息化和智能化的趨勢發展,所以工程師不僅要關注本身行業的技術,也要有跨學科協作的能力和知識。
報道:本報 梁慧穎
攝影:本報 譚湘璇
隧道在現代交通和基礎設施建設中扮演重要角色,未來我國會有越來越多隧道,單單東海岸鐵路沿線就會有41條隧道,總長大約69公里。
說到我國隧道,當然不能不提吉隆坡精明隧道(SMART Tunnel)。來自中國的國際隧道與地下空間協會(ITA)前主席嚴金秀說:“可能你們不知道,SMART隧道在我們隧道界是很有名的,我經常也會提到馬來西亞的SMART隧道。”
嚴金秀現任中國中鐵科學研究院首席專家,長期從事隧道工程技術研究,參與過中國多項大型隧道工程項目,有“隧道女神”的稱號。2024年9月,她應馬來西亞工程師學會(IEM)邀請來我國演講,談“永續發展的城市隧道建設”。
“說實在,我並不是從一開始就喜歡隧道行業。我是邊幹邊喜歡,然後越幹越喜歡!”她受訪時說,隧道研究永遠沒有一個盡頭,總是會有新的挑戰出現。加上隧道和地下空間的應用範圍很廣泛,不同的應用對工程技術又有不同的要求,她覺得這種種的複雜正是隧道工程的魅力所在。
過去參與的項目
她過去參與的隧道工程,有好幾個都創下當時最長的紀錄,及採用當時最先進的技術。她對這些項目記憶猶新,清楚記得每個項目的技術難點,例如:
大瑤山隧道 | 1980年代從大學取得工學學位後,她參加的第一個隧道工程是廣東省韶關市的大瑤山隧道,隧道全長14.295公里,曾是中國最長的鐵路隧道。她指出,這項工程的難度在於它的長度,更在於它複雜的地質結構,有很多斷層。她當時主要研究地質,“這些研究對隧道的安全施工非常重要,因為你只有知道前面的地質情況是怎麼樣和預判,你才能夠保證施工的安全。” |
宜萬鐵路 | 宜萬鐵路連接湖北省宜昌市與重慶市萬州區,全長376.99公里,隧道超過100座。她形容這是隧道史上難度極大的一個項目,因為沿線的溶洞發育強烈,隧道內的溶洞非常大,不得不在部分隧道里頭架設橋樑。 |
新關角隧道 | 新關角隧道位於青海省,全長32.645公里,是中國目前在運營的最長高原鐵路隧道。她說,這個隧道的特點跟大瑤山隧道及宜萬鐵路隧道不一樣,因為這裡是高海拔地區,兩邊洞口都在海拔3000公尺以上,施工人員除了要克服工程難點,還必須適應空氣稀薄等苛刻的環境條件。 |
膠州灣隧道 | 膠州灣隧道位於青島市,乃中國數一數二最長的海底公路隧道。因為是海底隧道,所以防排水措施是關鍵,她說:“我當時負責海底隧道的防排水技術研究,因為在海底修隧道,你要把水控制住,例如要怎麼樣不讓海水進來,以及裡頭的水要怎麼樣排出去。” |
西康線秦嶺隧道 | 西康線秦嶺隧道是中國鐵路第一次採用全斷面隧道掘進機(TBM)施工的項目。她說,隧道沿線的岩石非常硬,加上埋深(開挖斷面的頂部至自然地面的垂直距離)很大,因此難點又跟上述幾條隧道不一樣。 |
地鐵 | 她參與過多個城市的地鐵研究項目,例如青島地鐵、成都地鐵、廣州地鐵、深圳地鐵和北京地鐵。她舉例,青島地鐵項目挺有意思,因為青島地鐵沿線地質的特點是上層比較軟,底層比較硬。線路到底要建在哪個位置需要經過深入研究,因為埋深“放淺了很難,放在中間更麻煩。”團隊研究後建議把它稍微放深一點的硬巖中,這樣對工程總體來講是利大於弊。 |
城市隧道vs.山嶺隧道
每個隧道工程都不同,像她今年9月的講座主要談城市隧道,城市隧道跟山嶺隧道在施工難度方面就很不一樣。
“城市隧道最挑戰的是什麼呢?因為它上面建築很多,非常密集,所以修建城市隧道工程要非常小心,要非常精細。另外,城市隧道對環保要求很高,比如對噪音的控制,對震動的控制,還有對開挖出來的棄渣的處理,這些要求都是很精細的。”
山嶺隧道不一樣,她說,有些山嶺隧道因為埋深很大,所以可能會遇到一些特殊的地質問題,比如高地應力及高水壓問題。
隧道挖掘技術不斷進步,她預測未來的隧道工程會往機械化、信息化和智能化的趨勢發展。事實上,這些趨勢已經在發生,她說像智能化這部分,目前已經有研究和工程正在局部使用人工智能技術,例如運用人工智能處理圖像和判識圍巖級別。另外,機械化使得隧道的修建速度越來越快,相信未來的工期會越來越短。
中國隧道又多又長
隨著大規模的交通建設,中國是現今世界上隧道最多的國家,有統計指中國隧道佔了全球隧道60%以上。
“中國重大的隧道工程特別多,而且中國在各種複雜的地質條件下建設了不同用處的隧道,包括鐵路的、公路的、輸水的等等。”嚴金秀說,這些年來,中國在科技創新方面取得很大進展,包括新的方法、新的設備、新的材料。這些創新不是紙上談兵,而是因為工程遇到了難點,為了解決工程難點取得的實際突破。
中國隧道工程攻克了諸多技術難題,當地工程師的經驗自然很豐富。她說:“哪怕是一些很年輕的工程師,他們因為都經過這種大項目的鍛鍊,所以他們的經驗也是非常豐富的。”
曾是隧道工地的唯一女生
年輕人如果想要投入隧道這個領域,她的建議是要培養跨學科能力,因為現在的學科可以說是深度交叉,工程師不僅要關注本身行業的技術,還應該關注相關學科,“比如人工智能在我們工程中的應用,還有新材料在我們工程中的應用。”
另一方面,可持續發展是現在全球的趨勢,她認為這一點也是未來工程師需要努力的方向,比如探討在隧道建設過程中,怎樣做才算是可持續和環保。
另外,由於每個隧道的地質和環境條件都不一樣,而且隧道的實際情況可能跟理論計算的會有很大差距,因此她認為,工程師一定要深入現場勘察,如果只待在實驗室,恐怕難以瞭解真實狀況。
回想自己的經歷,她當年剛大學畢業時就已經在工地駐紮,那個時候的生活條件還比較差,她因為是唯一的女生,所以被安排跟一個工人的女兒住在工棚。
她說:“那時候每天要進洞,每天要到隧道里去測量,要判斷前面是什麼地質,地下水的情況怎麼樣,收斂的情況又怎麼樣,這些都必須到現場去。”雖然這樣的工作和生活挺艱苦,但她覺得挺有樂趣,樂趣就是一個一個去解決工程遇到的難題。
跟其他工程領域一樣,隧道這個領域都是普遍由男性主導,像上述提及的大瑤山隧道工程,她是當時科研團隊裡唯一的女生。不過,現在參與隧道工程的女性越來越多,她覺得性別失衡的情況已有所改變。
從專業知識和技術來講,她認為女性不是沒有優勢,因為女性的視角不太一樣,做研究也比較細緻,如果參與隧道工程項目,她們可以從不同視角來考慮問題。至於體力方面,她認為隨著技術和裝備的進步,這些所謂的問題也已經漸漸克服。
為本地工程師提供培訓
對於馬來西亞隧道的印象,她說,雖然馬來西亞隧道不多,可是馬來西亞的隧道非常有創意,例如精明隧道其實在行內很有名,因為它是世界上第一個結合公路和防洪管理的隧道,給節省地下空間提供了一個新的思路。
她對馬來西亞並不陌生,因為她來過馬來西亞好多次,十多年前就曾經在這裡演講。
繼9月關於城市隧道的講座之後,她今年11月還會再來馬來西亞,為工程師和相關領域的從業員提供關於鐵路基礎設施的培訓。
馬來西亞工程師學會會長鄭宗聯教授說,嚴金秀對隧道和鐵路建設非常有經驗,所以工程師學會邀請她來給工程師培訓,希望這些工程師受訓後成為導師,帶領更多人一起提升和維護本地鐵路系統。
不僅如此,他說,除了我國,其他東南亞國家也有大型鐵路項目正在進行或籌備中,因此他希望經由這樣的培訓,使馬來西亞成為本區域工程師的培訓中心。
此外,由於很少女性投入STEM(科學、技術、工程、數學)領域,因此他也希望通過嚴金秀這個榜樣,向社會證明女性也可以在工程領域有很傑出的表現。
發展中國家工程科技院(AETDEW)是11月這個培訓項目的協辦單位。AETDEW院長拿督李怡章說,中國有非常多大型基建工程,這些工程往往都很快完成,他希望本地工程師和技術員透過這次培訓向中國學習,包括學習怎樣在未來幾十年好好維護本地的鐵路設施。
由於本地工程師通曉英語,加上馬來西亞是共和聯邦及伊斯蘭合作組織的成員國,他盼望本地工程師未來能夠憑藉這些優勢,到非洲協助那裡的國家發展基建。
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