土耳其：我也是基建狂魔
(⊙_⊙)
每天一篇全球人文与地理
微信公众号：地球知识局
NO.1298-伊斯坦布尔海峡隧道
作者：斑马
制图：孙绿 / 校稿：猫斯图 / 编辑：养乐多
伊斯坦布尔，古称君士坦丁堡，如今虽非土耳其首都，但仍然是这个国家最大的城市。博斯普鲁斯海峡从城中穿过，将其划分成两部分，欧洲区和亚洲区。
伊斯坦布尔与博斯普鲁斯海峡
一边是欧洲(左)、一边是亚洲(右)
（底图来自：NASA）▼
这一关键位置赋予了伊斯坦布尔欧亚交通枢纽的地位，而海峡的存在使其成为地中海世界与黑海世界的连接点，其战略地位之崇高，在中东只有苏伊士运河可以比拟。
伊斯坦布尔连接亚洲、欧洲、黑海、地中海
苏伊士运河连接亚洲、非洲、红海、地中海
（图片来自：shutterstock@Anton Balazh）▼
但面对着“黄金水道”，土耳其人骄傲之余总有一丝忧愁：如何将城市的两部分连起来呢？
苏丹的春秋梦
19世纪的奥斯曼土耳其已有摇摇欲坠之势，被西方人蔑称为“西亚病夫”，早不见立国之初那如日中天的强国模样。
奥斯曼帝国虽然疆域辽阔
但一个依赖军事优势的极度复杂的中世纪帝国
在面对民族国家浪潮时
被瓜分或解体只是时间问题
（图像来自：google map）▼
苏丹阿卜杜勒∙迈吉德一世试图扶大厦之将倾，推行了轰轰烈烈的坦志麦特（亦称"仁政改革"），堪称奥斯曼版的洋务运动。在苏丹规划的这场迟到的工业革命中，一个重要的组成部分就是要用一条海底隧道联通首都两岸。
博斯普鲁斯海峡上的少女塔
首都既要做海路枢纽，也想做陆路枢纽
（海峡南端马尔马拉海入口处）
（图片来自：shutterstock@Yu Xichao）▼
当时的伊斯坦布尔两岸双子联动还要靠轮渡运输，每年来往两岸的渡轮多达20多万班次，小小的渡船不仅容易被海浪吞噬，还经常因为缺乏水上交通调度而发生碰撞事故，实在不像是一个老大帝国该有的样子。若是以陆路连接亚洲和欧洲，那么或许还能挽救帝国。
博斯普鲁斯海峡上的渡轮
（其实最现实的还是修个桥）
（图片来自：shutterstock@MaxFX）▼
他的梦想并非空穴来风。在工业革命的推动下，当时世界交通运输飞速发展，蒸汽轮船、机车已经诞生，世界上第一条地铁——伦敦大都会地铁于1856年破土动工。1872年，伊斯坦布尔也开通了第一批有轨电车线路，1875年第一条地铁也开始修建，具备了一定的工程经验。
英国作为当时世界头号强国
也只是1856年才开始修地铁
何况电车、地铁、海底隧道的工程难度怎么比...
（图片来自：wikipedia@Imperial War Museums）▼
在隧道方面，1825年，英国开始挖掘泰晤士河隧道，1834年法国人也提出了英吉利海峡隧道的详细计划。到了1891年，阿卜杜勒∙哈米德二世统治奥斯曼土耳其时，已经有建筑师提交详细的博斯普鲁斯海峡建设方案了。
泰晤士河隧道修建示意
当时已经开始使用早期的盾构技术
（图片来自：wikipedia）▼
然而，地铁、水底隧道和海底隧道虽然都是在地面以下搞工程，但在建设难度上实在是有着天壤之别。工程师们来了又走，只留下了对海峡无奈的叹息，无论是英国人、法国人，还是土耳其人，都搞不定这脾气捉摸不定的海峡，隧道一事也只能长期摆在规划上，无法落地。
河和海峡，宽度和难度，还是有挺大差别
泰晤士河（上）与博斯普鲁斯海峡（下）
（图片来自：google map）▼
但拖延始终不是长久之计。从1945年战后开始，伊斯坦布尔迅速突破了百万人口大关，以每年4~5%的速度快速增长，慢吞吞的轮渡根本跟不上这座大城市的速度。
人民群众越来越多，而且有着强烈的渡海需求...
（博斯普鲁斯海峡游泳比赛）
（图片来自：shutterstock@EvrenKalinbacak）▼
1973年土耳其建成了第一座横跨博斯普鲁斯海峡的跨海大桥，人称“欧亚大桥”。不过这座公路桥还是远不能满足交通需求。这时，人们想起了百年前的苏丹梦想：修建横穿海峡的铁路隧道，用运力更大的列车来缓解堵塞。
欧亚大桥与旁边的奥塔科伊清真寺
（图片来自：shutterstock@nexus 7）▼
喜忧参半的尝试
博斯普鲁斯海峡最宽处3.7千米，最窄处750米，乍看不宽，但海峡水文复杂，地质活跃，修建海底隧道难于上青天。
80年代，在西方顾问公司的帮助下，土耳其完成了可行性研究——虽然难，但不是不可能。按照规划，这条隧道是马尔马雷城铁的一部分，因此称为马尔马雷隧道，它将连接两岸既有的铁路，最终连成一条长约76千米的跨洲铁路。
马尔马雷隧道大致线路
（图片来自：wikipedia@Sémhur/ Wikimedia Commons ）▼
之后，土耳其又花了十多年的时间来解决钱的问题。
1998年，土耳其终于觅得金主——日本国际合作银行。在筹备和修建过程中，日本前后借款给土耳其1500多亿日元，工程顾问由日本太平洋顾问和土耳其Yüksel Proje公司牵头，承包商则选用土日合资公司TKGN，让这条隧道成为了不折不扣的土日混血儿。
根据规划，隧道总长13.6千米，由三部分组成：2.4 千米的明挖隧道、9.8 千米的双孔暗挖隧道和1.4 千米的沉埋隧道。
虽然看起来短
但每一寸都是对大海的胜利▼
这其中的明挖隧道，用最简单的“明挖法”就可以搞定。这种方法先挖地面，再修工程，最后填土完工，这是最基本的地下工程施工方法，但只能用于露天地，一旦进入海峡深处就没有用武之地了。
暗挖隧道需要祭出盾构机，采取“盾构法”。这是城市地铁修建时常用的，以盾构机一心三用：一边削石头，一边运土石，一边修隧道为核心。泰晤士河隧道能够建成，就多亏了它。
一只正在给伊斯坦布尔修地铁的盾构机
（图片来自：shutterstock@Yasemin Yurtman Candemir）▼
而最后的沉埋隧道是最难啃的骨头，采用“沉管法，需要先在海床上挖出基槽，再将预制的沉管密封后浮运过来，一个接一个地沉放在基槽，最后覆盖回填。此法多少会影响航运，但在最艰难的建设区间，它是最成熟且适应海峡情况的技术，被土耳其人委以重任。
仿佛正在往下放管子
（图片来自：wikipedia@Honza and Ivana Ebr）▼
一切准备妥当，海底隧道终于在2004年8月破土动工。
然而不知该喜还是忧，他们第一铲下去就挖到了考古宝藏，原来海峡里掩埋了多条拜占庭沉船、古城墙、陶器，甚至小教堂、抽水马桶水箱、浴室和村落，以及君士坦丁堡的港口，让这里成为了世界上最大的沉船遗址之一。
这为世界考古界带来了4万件文物，却也在土耳其人没有意料到的情况下耽误了一年多工期。
金角湾这一带是拜占庭和奥斯曼时代的精华所在
沿岸遍布古城古迹，水下也是如此
（摄影@傅鼎）▼
攻坚克难
之前说到，在海峡隧道最困难的位置，土耳其人用的是沉管法。沉埋隧道共有11节预制管段，每节管段都是长135米，重19000吨的庞然大物，而且需要埋在海平面以下60米，海床以下4.6 米处，是世界上最深的沉管隧道，其防水、定位、安装都是大问题。
更糟糕的是，博斯普鲁斯海峡喜怒无常，风力和气压每隔几个小时就会突变，卷起惊涛骇浪；而且还精神分裂，海流方向不一，表面流从黑海流向马尔马拉海，底层流则反其道而行，潮流非常复杂。
并非每天都能有好天气
（博斯普鲁斯山雨欲来）
（图片来自：shutterstock@Mister_Knight）▼
按照规定，只有当水流速度小于3海里/h（5.55千米/h）,才能进行沉管的深埋作业。为了摸透博斯普鲁斯海峡的脾气，掌握气压、风力和盐度等信息，进而预测出流速，工程人员进行了一年多的精确测量，还开发出精度达90%的流速模型。在进行作业时，所有的大型船只还都得靠边站，停驶24小时，避免干扰水流。
看懂了但又一筹莫展的感觉▼
但海洋环境还是充满不可预知性。为了避免不同方向的海流导致管段失控打转，在转入流速快的表面流时，船艏就转向迎风；当沉入缓慢的底层流，再慢慢转向至与其他管段对齐。为了抗震，工程师将隧道设计成会弯曲但不会断裂，并用特制防震接头加强隧道弹性，允许整条隧道移动。
按土运输部长耶尔德勒姆的说法，隧道能抵御9级地震，是“土耳其最安全的地方”。
善用自然之力是建造超级工程的妙招
（图片@斑马）▼
使用盾构法的双孔暗挖隧道则需要适应复杂的地层条件。该地区硬质岩层和软土岩层经常交替出现，还伴随着大量巨石和裂隙。而在对接管段的回填处，盾构机还需要忍耐极高的压力。
为了能在各种环境下应对自如，在对付坚硬的夹砂黏土时，使用的是罗威特土压平衡盾构；在面临泥岩和砂岩互层时，则采用了日立生产的耐高水压的泥水型盾构，并有针对性地对刀具和泥浆处理设备进行了改进。
隧道建设中
（图片来自：shutterstock@kursat-bayhan）▼
在海底进行沉管隧道和盾构隧道的对接也是个艰巨的任务。要想安全对接，止水非常关键。工程人员决定采用冷冻膨胀密封止水的方法，首先在对接沉管中安装可以加注空气的囊，待盾构进洞后，就使囊充气膨胀至紧贴盾构外表面，再结合对接处冻结材料的作用达到长时间密封的目的。最后将两种隧道用钢筋混凝土连接起来，就大功告成。
这可能是世界上唯一一次在如此高水压下实现的盾构与沉管隧道对接。
隧道建设中
（图片来自：shutterstock@kursat-bayhan）▼
2013年10月29日，土耳其共和国建国90周年大庆，世界第一条跨越欧亚大陆的海底隧道——马尔马拉海底隧道正式通车。总统居尔、总理埃尔多安，还有土耳其人的老朋友日本首相安倍晋三出席了开通仪式，安倍还得以留名隧道纪念碑。
马尔马雷隧道建设总耗资40亿美元，拥有4 条轨道，最大运力每天150万人次，当地列车运输量由增加3.6%增至27.7%，将横跨海峡的路程缩短到4分钟。而且这条短短的隧道将成为贯通亚欧大陆的“丝绸铁路”的一部分，让人们可以从北京坐火车到伦敦。
从此去对岸上班真是方便太多了..
（图片来自：shutterstock@Tminaz）▼
政治生涯就是从伊斯坦布尔起步的埃尔多安，回到第二家乡意气风发：“祖先提出设想，最终由我们这代人实现。” 此后土耳其也在修海底隧道上一发不可收拾。
要建就多建几条
（图片来自：shutterstock@ymphotos）▼
2016年12月20日，全长14.6公里的博斯普鲁斯海峡公路穿越工程（亦称“欧亚通道”）建成通车。这条隧道是世界第一条汽车专用双层隧道，由土耳其企业Yapi Merkezi和韩国SK建设合作修建。
工程花了16个月即完成了隧道贯通，还荣膺由国际隧道及地下空间组织颁发的“2015年度关键隧道工程奖”。
公路隧道入口
（图片来自：shutterstock@Resul Muslu）▼
而在第二条海底隧道还在紧锣密鼓地施工时，2015年2月，土耳其官方又宣布了第三条海底亚欧通道——“大伊斯坦布尔三层隧道”的建设计划。这条隧道全长 6.5 km，上、下层为公路，中层为快轨。预计将于 2020 年建成，届时它将成为世界首条三层海底隧道。
工地热火朝天，隧道匍匐海底，列车潜行，车水马龙，苏丹终于圆梦了。
参考文献
[1].连接欧亚第一隧——马尔马雷海底隧道通车[J].工程与建设,2013,2706:816.
[2]涂光钧. 博斯普鲁斯隧道计划[J]. 铁道建筑,1982(07):40.
[3]李勇,郭帅,高建华,张宏斌,雷育忠,李朝永. 世界跨海桥梁隧道工程[J]. 深圳特区科技,2005(00):329-333.
[4]邵根大.穿越博斯普鲁斯海峡的铁路工程[J].现代城市轨道交通,2010,01:60-62.
[5]. 土耳其修建连接亚欧大陆海底隧道[J]. 岩土工程界,2008(02):21.
[6]韩玉. 土耳其新外交政策浅析[D].河北师范大学,2014.
[7]杨文武.沉管隧道工程技术的发展[J].隧道建设,2009,2904:397-404.
[8]邵根大. 伊斯坦布尔博斯普鲁斯海峡海底第1座公路隧道[J]. 现代城市轨道交通,2016(06):106-107.
[9].土耳其计划建造世界首条3层海底隧道[J].隧道建设,2015,3503:243.
*本文内容为作者提供，不代表地球知识局立场
封面图片来自shutterstock@freeejournalist
END
扩展阅读