出品| 网易新闻
作者| 须臾千秋，清华大学土木工程博士
对于经历过在隧道中开车的朋友，开车通过一条十多公里长的隧道通常不是一件令人愉快的事，昏暗的灯光和单调的墙壁会干扰驾驶员的判断，增大车祸风险。然而，武汉东湖隧道颠覆了这一刻板印象。在这条美丽的隧道里开上十几分钟，整个人的心情都变好了。
（武汉东湖隧道）
不过，愉悦的人可能不包括修路的工程师。这条隧道可谓非常难修，10.6公里的隧道耗时3年，耗资81亿元才最终建成。它所采用的围堰明挖施工法技术难度高，是国内湖底隧道施工技术的标杆。
（一）在湖底的淤泥中如何支撑起一段隧道？
武汉位于长江与汉江的交汇处，这里水系繁杂，中心城区星罗棋布了40个大大小小的湖泊，滋养了众多的人口，但也为交通带来了诸多不便。尤其是武汉的东湖，33平方公里的水域面积严重阻隔了武昌区的交通。
想要到湖的对侧，必须花上一个多小时的时间绕行。这严重影响了武汉市民的方便出行。因此，一条横跨东湖的桥梁或隧道势在必行。
在国家5A级旅游景区上架大桥实在煞风景，湖底隧道因此成为了唯一的选择。
中国穿山公路众多，还有数不尽的地下工程，修条隧道本不算难事。然而，湖底隧道与穿山隧道有着本质的不同。
对于寻常的穿山隧道，山体的岩石本身就具有很高的强度，隧道开挖后，只需要在此基础上修建以支撑、防水功能为主的隧道壁即可。而湖底隧道，尤其是东湖的湖底没有任何可供支撑的坚固土体，只有松软的湖底淤泥。
工程师们不可能像普通隧道那样，用一台盾构机在湖底的淤泥中打洞，这样还没等隧道支撑建立起来，淤泥就坍塌下来了；也不可能直接将隧道管直接铺设在松软的湖底上，这样随着淤泥的不均匀沉降，隧道就会发生变形、漏水甚至结构破坏。
（围堰明挖法）
要想在淤泥质湖底修建隧道，唯一的方法就是将湖底的淤泥先清理干净，将隧道架设在稳定的基质土体上以避免不均匀沉降，随后再将原来的淤泥回填。于是，施工工程师们决定采用一种“简单粗暴”的方法：围堰明挖法。
具体说来，就是在需要修建隧道的位置周围修建围堰，用钢板桩围堰将一部分湖水围起来，形成类似于“湖中湖”的结构。然后，再将围堰中的湖水抽干，将淤泥挖出适合于隧道铺设的形状来，再拆除围堰，回水还湖。
东湖通道中6公里多长的东湖隧道，位于湖底下方20-35米。这意味着整个工程的土方量极其巨大，达到600万立方米，堆在一个足球场上可以垒1000米高。
（二）围堰：湖底土体施工的关键
要实现围堰中淤泥的顺利开挖，就必须要保障围堰密不透水。围堰的质量不仅关系到湖中隧道的施工成本与工期，更关系到后期的施工安全。一旦严重漏水，场内施工人员的安全都会受到威胁。
远处看，围堰仿佛一圈薄薄的钢板。其实，围堰的宽度达到5米，以型钢和钢筋做成骨架，插入湖底以下5米。形成骨架后，再将围堰内的淤泥、孤石等杂物清除干净，在骨架内侧铺设防渗土工膜和土工格栅，最后填充黏土形成强度。
东湖隧道围堰顶部标高20.5米，比东湖最高水位高0.5米，并留有临时加高的余地。
（围堰的结构）
围堰的最核心功能就是挡土和防水。因此，对于围堰构件的加工和安装测量十分重要。
在围堰钢板桩之间的接口处，必须通过严格的整修和质量检验，防止安装后衔接不严发生漏水。在建成后，也要在后续施工中进行常态化的监测，防止其发生滑移。当围堰整体变形超过30毫米时，监测系统会及时报警并采取可靠措施来保证围堰安全。
（三）隧道的建设也要考虑湖底生物的方便
东湖水系的生态系统比较脆弱，长期的排水明挖施工会对湖中生物造成不好的影响。东湖隧道的环评报告指出，当施工范围内的湖水抽干后，施工区域会对湖底生物产生割断，使得浮游动植物类生物锐减，底栖生物和水底有益的微生物群基本消失。
（湖泊生态系统）
为了尽可能地减小对湖泊生态系统的影响，东湖隧道线路几乎是“贴”着沿湖路左右游走，这样保证了经过之处全部是在靠湖边的湖汊处，尽量不影响湖泊内的野生动植物。隧道虽然经过3个湖，但都只造成了很小的局部影响。
湖底的微生物群和底栖生物迁移能力很差。施工场地将整个湖泊一分为三，就好似架设了一道“柏林墙”，阻断了生物之间的交流，影响其繁衍。施工方巧妙地进行了设计，使得在整个施工打围期间，三湖将是连通的。
在郭郑湖与汤菱湖之间架设了一座50米的栈桥，将水体腾出来给生物迁徙；在郭郑湖与团湖之间埋6排管道，以保证整个施工期间，大湖的水还能在三个小湖之间正常交换。
东湖隧道工期长达26个月，但真正湖中打围的时间不超过两年，这从时间上争取了湖泊生物的自我恢复时间。在竣工2年之内，湖底被“切断”的微生物群和底栖生物就能自我修复。
（四）消防、排风，湖底隧道如何保障使用？
湖底隧道不同于穿山隧道，其在湖底的7公里一线到底，缺乏中间的出口。因此，隧道的排风和消防相比起穿山隧道而言难度更高。
迄今为止，中国尚未制定一套全面系统的水下隧道消防设计和施工的工程建设标准。因此，东湖隧道工程，作为难度最高、长度最长的城中湖隧道工程，其消防系统设计实例就成为了全国参考的重要标准。
在隧道中，整个消防系统是由几个消防子系统共同组成的，包括普通的消火栓系统、泡沫-水喷雾灭火系统、灭火器装置和超细干粉自动灭火系统。其中，最基础的灭火装置是基于市政自来水的消火栓系统。
隧道的洞口处设置有一个消防泵房。从隧道两端的城市给水干管中各引一路自来水到隧道的洞口，平时会将消防泵房中的两座200立方米消防水池贮满。在隧道和匝道的全线都设置有消火栓，只要一处失火，4股充实水柱就会同时到达失火位置，并可以保障3个小时的持续灭火。
考虑到汽车火灾的特殊性，使用纯水灭火效果不好，因此除水灭火系统外，隧道内还附加有一套泡沫-水喷雾系统。当有车辆失火时，系统既可以自动，也可以手动开启，持续20分钟对隧道内任何一点的火灾进行扑救。
（复杂的泡沫-水喷雾系统）
除了这些复杂的自动系统外，在隧道行车道的两侧，还交错布置了共计756组灭火器，供人紧急情况下取用以扑灭初期火灾。对于隧道附属的电气室、低压室等机房设施，则采用超细干粉无管网的全淹没灭火方式。
（全淹没式灭火）
东湖附近对环境空气质量、景观要求都很高，这给东湖隧道的通风系统提出了很高的要求。
专家们详细分析了东湖隧道中的预测交通量和需风量，并根据标准对稀释汽车尾气中的CO、NO2和烟尘所需的风量进行了计算。经过多方案比选，专家最终决定，在自然通风的基础上增加竖井分段纵向通风，增加了3处排风机房和1处送风机房，将湖底暗埋段的大部分污染物通过排风亭集中排放，自然通风口和隧道洞口只需排放该区段范围内的污染物和少部分湖底暗埋段的污染物即可。
这样，既充分利用了自然通风口的分散排污作用，又减少了对洞口周边的环境空气质量的影响。
（通风气流组织图）
（五）隧道灯光的设计也十分有讲究
东湖隧道的一大亮点就是其不同寻常的灯光。
驱车穿过这一湖底隧道可以看到，隧道灯光的颜色不像普通隧道那样呆板且刺眼，而是结合了人体工程学进行设计，进行了多段变光、变色，让人进入隧道时逐步适应隧道灯光，出隧道时再逐步适应外部灯光，如同“潜虬隐水，层林尽染”。
隧道内还设有梅花吊顶、防眩光绿化带等设施，有效舒缓隧道通行压迫感，而且充满荆楚特色。
（东湖隧道的灯光布置）
结语
东湖隧道已于2015年末建成通车。目前，穿越武汉东湖的时间从原来的一个小时缩短到了10分钟，极大地改善了武昌区的交通，也对加强东湖景区环境保护与开发等方面将发挥显著作用。
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编辑| 史文慧
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