高鐵跨越台灣海峽，先填兩座人工島？-正經君
最近披露的“十三五”規劃草案，赫然出現了要“建設北京至台北高鐵”的提法，讓全國人民猝不及防。而北京至台北的高速公路，也就是納入國家規劃多年的G3，也“趁機”再次被提上日程。福建平潭綜合試驗區黨工委書記張兆民在兩會期間放出風聲，説京台高速技術上已經沒有問題。
高鐵跨越台灣海峽，中國真的做好準備了嗎？人類改變地球面貌的能力究竟達到了什麼水平？
史無前例的大工程
説起跨海工程，最有名的大概就是英吉利海峽隧道了。這條1994年完工的隧道單線全長51公里，其中海底部分長38公里，是海底段世界最長的隧道工程。
之所以強調海底段，是因為按全長計算，日本的青函隧道將以54公里成為世界第一。連接日本本州島和北海道的青函隧道，海底部分長23.3公里，且只有兩條隧洞，工程量遠小於3條隧洞的英吉利海峽隧道。但青函隧道開工於1964年，比1987年開工的英吉利海峽隧道早了20多年，因此技術上相對落後，24年的耗時足足是後者的3倍。
青函海底隧道示意圖
中國國內最長的海底隧道，是青島的膠州灣隧道，全長7.8公里，海底部分不到4公里，與上述兩條隧道差了不少。據説，本月廈門還將開始修建第二條跨海隧道，海底隧道長度超過6公里。
壯觀的杭州灣大橋
水霧繚繞的膠州灣大橋
不過中國擁有目前世界上最長的兩座跨海大橋——杭州灣大橋和膠州灣大橋。只算海上部分，兩者的長度分別為32公里和27公里。
此外，中國還有一個在建的港珠澳大橋，這實際上是一個橋隧組合的方案，海中橋隧長35.578公里，其中海底隧道長6.7公里。
橫跨膠州灣的海灣大橋和膠州灣出口處的海底隧道，將青島與西部的黃島新區連接起來。之所以出口處採用成本更高的隧道，是為了不妨礙內側的青島港通航。
與這些工程相比，跨越台灣海峽的工程難度有多大呢？
目前工程界對台灣海峽跨海工程的線路主要有三種設計，最短的北線方案由福建平潭島至台灣新竹市，基本也是海峽最狹窄的地方。即使是這裏，兩岸相距也有130公里，是英吉利海峽的3倍還多。
而最遠的南線方案始於廈門，經金門、澎湖到達台灣南部的嘉義，長約174公里，是最遠的選擇。
台灣海峽跨海工程的三條線路設想。大陸學者普遍傾向於距離最短、地質最穩定的北線方案。
在這樣的距離上，無論是隧道還是橋樑，世界上都還沒有先例。
橋樑還是隧道？
那麼，如果真要建造這樣一條通道，應當選擇橋樑還是隧道？技術上是否可行，自然條件又是否允許？
首先從水深來看，台灣海峽大部分水深不及百米，近3／4水域水深不及60米，而且南部有大量水深20米左右的淺灘，但澎湖海溝深度可達數百米。相比之下，日本青函隧道最深處距離海平面達到240米，完全可以滿足台灣海峽的要求。
而中國目前建成的跨海大橋，只有廣東湛江海灣大橋的最大水深超過了20米。
台灣海峽的水深情況
説起台灣海峽，普通人最大的擔心恐怕還是地震。島嶼地區歷來地震多發，有數據顯示，1914年至2014年的一百年間，中國全部3888起5級及以上地震，有35.9%發生在台灣。1999年台灣“9·21”7.6級地震尤其令人印象深刻，造成近2400人遇難。
過去一百年，台灣地震遠多於其它省份
不過具體到台灣海峽，其實地震的威脅遠沒有那麼大。我國海洋地質學領域的權威彭阜南教授等人曾經專門為台灣海峽隧道做過分析。他們在2001年的一篇論文中指出，地震的發生都是有規律的，即使是在多震區也能找到安全地帶。
具體來説，整個20世紀台灣共發生過18次7級以上地震，沒有一次是發生在海峽之中的。福建一側的泉州外海曾經發生過著名的8級地震（其實已經被修正為7.5級），但那已經是1604年的事了。在平潭至新竹一線，歷史上從未發生過超過7級的大地震。
台灣地震主要集中在東北部，海峽之中其實相對較少（點擊圖片可查看大圖）
地下隧道的抗震性能本來就比地上建築要好，日本的青函隧道可以抵抗8級烈度的地震。而且，平潭至新竹一線的地質結構多為堅固的花崗岩，提供了更好的抗震效果。儘管地震的威脅絕對不可忽視，但並非不可克服。
隧道相對於橋樑的優勢，還在於通航能力和抗風、耐久性。
台灣海峽作為一條重要的戰略水道，對船隻通行能力的要求極高。對於橋樑來説，大跨度的橋樑只能選用斜拉橋和懸索橋，比如杭州灣大橋，主體採用梁式橋，但主跨採用斜拉橋，橋下寬度448米，可以通行3.5萬噸級別的海輪。日本明石海峽大橋是世界跨度最大的懸索橋，主跨1991米。中國工程院院士林元培2007年曾經表示，台灣海峽大橋海上跨徑要儘可能的大，上部結構選3300米懸索橋，但這樣的跨度世界上還沒有先例。（意大利曾計劃修建連接西西里島的墨西拿海峽大橋，跨度超過3000米，已經拿出了設計方案，但因耗資太大被叫停。）
日本明石海峽大橋
東南大學徐文平副教授曾在實驗室中，為瓊州海峽跨海大橋設計5000米跨度的複雜懸索橋結構
懸索橋的抗風性能是一個隱患
此外，橋樑暴露在海面上，建築材料受到的腐蝕更加嚴重，維護更換都非常困難而且成本較高。
建在海面上的大橋，還會受到惡劣天氣的嚴重影響，為此，林元培院士還提出了把道路由橋面移至箱梁內的暢想，但這同樣沒有先例。
綜合來説，隧道是比橋樑更好的選擇。
先填兩座人工島？
不過橋樑相對於隧道的優勢在於成本較低。當然，這裏的成本低僅僅是指引橋部分，一旦主跨達到3000米級別時，成本可能還要超過隧道。比如，墨西拿海峽大橋總長不到4000米，預計耗資竟達到120億美元。
為了降低總成本，有人提出台灣海峽可採用橋隧結合的方法，在海峽中間修建兩座人工島，兩側使用橋樑連接，中間使用隧道。
在數十米深的海峽中填出兩座人工島，可能嗎？中國還真的在這麼做了。建設中的港珠澳大橋，就是採用的類似方案。
港珠澳大橋的人工島
港珠澳大橋共有東西兩個人工島，面積都是10萬平方米左右，填島處水深18米。施工人員採用了首創的鋼圓筒圍堰幹法施工工藝，先用60個50米高的鋼筒插入海底圍成一圈，再向中間注入填充材料，僅用時7個月就完成兩個島的建設。
圍海用的巨大鋼桶
這樣的人工島不僅可用於橋隧結合方案，也可用於全隧道方案。中國科學院院士、隧道工程專家孫鈞教授曾提出,由於台灣海峽隧道長度過長，採用兩端施工的方法不僅耗時長，而且會面臨施工機械組裝、更換困難等技術問題，因此可以分多段施工，實現“長洞短打”。
陝西水利廳張克強等人的論文提出，使用人工島連接多段隧道，也是一個可行的辦法。
不過即使這樣，台灣海峽隧道也是一個巨大的工程。按照英吉利海峽的三孔設計（中間為安全通道，兼具通風等功能），北線150公里（包括陸地延伸）的隧道實際上要打450公里。
孫鈞院士在2014年的論文中認為，即使樂觀計算，將左右主隧道分割成5段同時施工，也要耗時30年才能完成。
孫鈞院士提出的5段施工方法。按2020年開工計算，也要到2050年才能完工。
短期內開工不現實
假設上面的技術條件都已具備，我們真的能在“十三五”就看到台灣海峽隧道開工嗎？客觀地説，幾乎毫無可能。
儘管從80年代末開始，國內專家就開始提出隧道設想，2000年以來，相關論文也是每年都有，但這些研究都還處於粗略的暢想階段。很多專家在論文中也提到，我們對於台灣海峽地質條件的掌握還非常有限。
英吉利海峽的地質鑽探工作從1958年做到1987年，動用了大型石油鑽探機械，重要的鑽孔達94個。可以説，台灣海峽所需要的勘探工作只會更多，而鑑於周邊的政治局勢，耗時實在難以預估。
那麼，“十三五”規劃只是一紙空文嗎？當然不是，且不説目前規劃原文還未公佈，即使真的有“北京至台北高鐵開工”這樣的字句，但文件中的表述跟我們的日常語言畢竟不同。
事實上京台高鐵是由多段路線組合成的一個概念，如下圖所示，下一個五年正在和可能要建設的北京至霸州、商丘至阜陽至合肥兩段高鐵都是未來京台高鐵的組成部分。這些線路的建設都可以被稱為“京台高鐵建設”。
北京至台北、香港的高鐵線路（據知乎用户hat600）
而就在福建平潭，一座連接平潭主島和大陸的跨海大橋正在建設之中。這是中國第一個真正意義上的跨海公鐵兩用橋，當然也可視為未來京台高鐵或者高速的一部分。（這座長度3000多米的橋建設難度同樣不小，且由於天氣原因，一年中只有120天左右適合施工，可以想象未來海上建橋的難度只會更大。）
所以説，像台灣海峽隧道這樣可能耗時半個世紀的世紀工程，我們還需要多一些耐心。
最後，即使海底隧道真的通了，也別指望高鐵能達到陸上的高速。由於空氣動力學的原因，高鐵在這樣的長距離隧道中可能只能跑到160公里的速度。（隧道中通風困難，列車高速前進會增大前方空氣的壓強，從而產生較大阻力。）而至於跨海高速，其實英吉利海峽的汽車是裝在火車上運過去的，否則汽車尾氣就會讓人受不了。
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