，，

(1.同濟(jì)大學(xué)隧道與地下工程研究所，上海 200092；2.中國(guó)科學(xué)院技術(shù)科學(xué)學(xué)部工程二組，北京 100864；3.上海市隧道股份公司院士工作研究室，上海 200032；4.北京九州動(dòng)脈隧道技術(shù)有限公司，北京 100080)

0 引言

當(dāng)前業(yè)界議論最多的列車過海方式普遍傾向于用高速列車鐵路隧道過海。由于受到運(yùn)營(yíng)通風(fēng)和防災(zāi)等方面條件的制約，采用長(zhǎng)大公路隧道過海困難會(huì)比較多。筆者之前建議采用鐵路平板車背馱汽車，車內(nèi)人員坐進(jìn)火車車廂過海，這是英法海峽隧道一種獨(dú)特的運(yùn)營(yíng)模式，并已獲得巨大成功[1]；但這種方式的交通客運(yùn)量不足。而且在高速公路特長(zhǎng)隧道(如臺(tái)海隧道主體部分全長(zhǎng)130 km或以上)的通風(fēng)和防災(zāi)問題上還需進(jìn)一步研究。

高溫超導(dǎo)磁懸浮列車技術(shù)在小型管道中通行車輛的小比例尺試驗(yàn)專線近年已在西南交通大學(xué)獲得初步成功；中速磁懸浮列車則已在上海浦東機(jī)場(chǎng)線上安全運(yùn)營(yíng)了 14 年，技術(shù)已經(jīng)成熟。將水底隧道(或采用水中橋)的密閉空間抽吸成真空，可以大大減小列車正面的氣動(dòng)阻力并有效降低噪聲，按照真空的理念，隧道截面可以更??；如果改為在水中建橋，隨著橋梁工業(yè)預(yù)制化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化水平的提高，以及水下橋施工工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，加之水浮力作用，則可大大節(jié)約樁基費(fèi)用，進(jìn)而大幅降低工程建設(shè)成本。

這一真空橋隧管道的概念早在20世紀(jì) 20 年代在歐洲就有人提出過。今天，如果按抽取到1%真空度的要求，已經(jīng)沒有任何重大困難；而對(duì)于真空管道和車廂的密閉處理，據(jù)初步調(diào)查，經(jīng)過努力也是可以實(shí)現(xiàn)的。這樣，一幅“真空磁懸浮超高速列車”的藍(lán)圖已擺在我們面前。在國(guó)家號(hào)召創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的今天，作為志存高遠(yuǎn)的橋隧人，面對(duì)這樣吸引人的美好愿景，我們充滿期待。

1 制約高速鐵路進(jìn)一步提速的原因

現(xiàn)代交通運(yùn)輸事業(yè)的進(jìn)步，總是伴隨著對(duì)交通工具“高速度”的執(zhí)著追求，卻又受到各方面的制約。從普通列車發(fā)展到高鐵，其運(yùn)行速度由 80 km/h 猛增3.4倍，可達(dá)到 350 km/h或更高；而高速公路上飛馳的汽車，其安全速度也可達(dá)到 130～140 km/h。所以，交通運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)步總是離不開交通工具運(yùn)行速度的快速提高。但為什么不能再快些呢？問題的主要癥結(jié)在于：速度快了，車輛前方和側(cè)面處于稠密大氣層環(huán)境中的氣動(dòng)阻力以及輪軌間的摩擦和因軌面不平順造成的行進(jìn)阻力也都會(huì)隨著運(yùn)行速度的加快而成倍加大，由此產(chǎn)生的氣動(dòng)和輪軌摩擦噪聲也會(huì)隨著運(yùn)行速度的加快而呈高次方急劇增大，使乘客難以忍受。超級(jí)高鐵和飛行器降噪已成為當(dāng)務(wù)之急。

所以，更高的運(yùn)行速度被認(rèn)為是很不經(jīng)濟(jì)合理的。其中，稠密大氣是制約最高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行速度的主要因素。如能在我國(guó)興建世界首座“真空高溫超導(dǎo)磁浮高速列車海上管道(橋梁/隧道)”，則從技術(shù)層面可大大突破已困惑人們多年的這一瓶頸。

2 建設(shè)真空磁懸浮隧道/水中長(zhǎng)橋的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工程興建方案

2.1.1 工程位置

視建設(shè)任務(wù)需要，真空磁懸浮隧道/水中長(zhǎng)橋工程可以是全部修筑在陸地高架上的預(yù)制管道(試設(shè)定每節(jié)長(zhǎng)約 60 m，并沿其縱向施加預(yù)應(yīng)力)或是建造在深水之下的暗挖隧道或淺水中的水中長(zhǎng)橋(immersed /subwater bridge)。由于水浮力的作用，水中橋可以采用很經(jīng)濟(jì)、輕巧的排樁做基座，甚至改用懸浮式隧道(floating tunnel)，下面用鋼纜將其固定于穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的海床之上，也可另打設(shè)剛性長(zhǎng)樁固定。

2.1.2 列車車廂布置和運(yùn)客方式

在列車車廂布置和運(yùn)客方式方面，可暫先考慮配置每列車4節(jié)，采用在管道內(nèi)運(yùn)行直徑3.2 m的圓形膠囊列車(見圖1(a))，多通道管道橫截面內(nèi)景見圖1(b)和圖1(c)。之前還曾考慮過用相應(yīng)斷面大小的類矩形管(見圖2)，圖2(b)所示為圓弧形截面，其主體尺寸稍大。其實(shí)，車廂外為真空狀態(tài)而車內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)，因而在車皮外殼和管道分別需抗受 1.0 個(gè)大氣內(nèi)壓和若干外水頭壓力(視水深而定)的條件下，圓弧形管道內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的受壓能力將更好些。以每節(jié)可乘坐 50～60 人計(jì)，在有大客運(yùn)量要求的情況下，應(yīng)組織好多列列車組連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)然，由此產(chǎn)生的復(fù)雜的列車運(yùn)行信號(hào)管制與運(yùn)行安全保證等問題亟需研究。為了建設(shè)這類特長(zhǎng)海峽隧道/水中長(zhǎng)橋，每 10 km 需建造一座豎井，井內(nèi)設(shè)置全套抽真空設(shè)備及其附加設(shè)施，井筒設(shè)置也是為了滿足敷設(shè)各類管線、工程材料以及工作人員出入等的需要。

① —管片襯砌(直徑6 m)的內(nèi)表面，需在內(nèi)壁面上噴涂密封材料；②— 真空空間；③— 膠囊式列車車廂外殼(直徑3.2 m)；④ —磁浮列車車廂；⑤ —無道碴整體道床；⑥ —乘客出入和應(yīng)急疏散通道；⑦ —水電管線；⑧ —密閉門；⑨ —乘客在車廂內(nèi)的座位線；⑩ —車廂內(nèi)的一側(cè)走道。

(a)

(b)

(c)

(a)

(b)

2.1.3 橋隧方案比選

在橋、隧兩者的比選方面，由于橋基只為輕型排樁，又是預(yù)制安裝，便于大范圍平行施工作業(yè)，如圖3所示。這樣，橋梁施工的造價(jià)一般較暗挖隧道(視巖土屬性，可選用盾構(gòu)或 TBM 掘進(jìn)，并同步拼裝管片襯砌)可能會(huì)少很多，而工期也將更短。但如遇航道上有巨輪通行，因受水下凈空條件的制約，而需要先在水下深挖基槽作放坡開挖(見圖4)、再做施工期的護(hù)坡貼面，待橋梁樁基打設(shè)和管道吊裝就位后進(jìn)行回填，則其造價(jià)會(huì)劇增、工期會(huì)延長(zhǎng)。因此，在橋、隧選擇方面需作詳細(xì)、全面地比較分析論證，并應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際看何者更具優(yōu)勢(shì)。

2.2 真空與密封技術(shù)

2.2.1 抽真空系統(tǒng)

將管道內(nèi)部抽吸成 103～104Pa 的低氣壓準(zhǔn)真空狀態(tài)，以極大程度地減小列車運(yùn)行中的風(fēng)動(dòng)阻力，滿足管道內(nèi)的膠囊密閉型列車運(yùn)輸系統(tǒng)達(dá)到超高速運(yùn)行的要求。理論上，可以減少 90% 以上的空氣阻力，在真空環(huán)境下，磁浮列車的運(yùn)行速度理論上有望達(dá)到 2 000 km/h 或以上；可以想像，由于沒有了空氣介質(zhì)來傳播聲波，在真空環(huán)境內(nèi)超速運(yùn)行的磁懸浮列車的噪聲也會(huì)極低。

圖3 水下橋局部縱斷面示意圖Fig.3 Sketch of local longitudinal profile of subwater bridge

圖4 水下橋基槽開挖橫斷面示意圖Fig.4 Sketch of cross-section of foundation trench excavation of subwater bridge

經(jīng)估算，真空度可暫選用 1 000 Pa，即1%個(gè)大氣壓；此處擬暫選用羅茨泵+水環(huán)泵抽真空機(jī)組。視隧道全線長(zhǎng)度不同，可在特長(zhǎng)隧道沿線各豎井內(nèi)布置一系列真空機(jī)組，其真空維持功率約為 66.5 kW。抽真空系統(tǒng)設(shè)備及原理分別如圖 5和圖6所示。

圖5 抽真空系統(tǒng)設(shè)備Fig.5 Vacuating equipment

2.2.2 管道氣密性和水密性

以圖1所示的圓形管段型預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌結(jié)構(gòu)管道(直徑6 m)為例進(jìn)行說明。

內(nèi)部處于準(zhǔn)真空狀態(tài)下的管道，如采用盾構(gòu)管片，保證其管片結(jié)構(gòu)(含眾多管段接頭和縱向、環(huán)向接縫，盾構(gòu)管片屬多縫結(jié)構(gòu))的氣密性和水密性能起到維持持久的密閉而不漏氣、漏水，是以往罕有的難題。

圖6 抽真空系統(tǒng)原理Fig.6 Principle of vacuating system

以水下隧道埋置在 50 m 水下為例，日后將承受 6.0 個(gè)大氣壓(合 0.6 MPa ，含 0.5 MPa 的靜水水壓)；在管道內(nèi)部抽取真空的情況下，這樣大的深水靜水頭壓力下鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)及其眾多管片接縫和接頭應(yīng)有的密閉性應(yīng)如何保證？如果內(nèi)貼一層鋼板，盡管密閉問題解決了，但由于管片接頭將不再能自由轉(zhuǎn)動(dòng)而變成了封閉式的圓環(huán)型剛性襯砌，對(duì)直徑6 m 左右管片的力學(xué)屬性而言，其受力和變形性能的不利改變是不容忽視的。

這方面，目前國(guó)內(nèi)外已成功研發(fā)出多種密封閉性能良好的材料以及水密和氣密性都較好的高等級(jí)預(yù)制混凝土構(gòu)件(混凝土中摻加多種密封材料添加劑)。在材料和工藝方面，可作比選的方案也比較多。管片接縫的水密性可考慮采用雙層遇水膨脹橡膠來解決。

假設(shè)水下預(yù)應(yīng)力混凝土管段位于深水 50 m 處，則真空隧道的管段要承受6.0個(gè)大氣壓，即 0.6 MPa 的外水頭壓力，那么混凝土的抗?jié)B等級(jí)就要求達(dá)到 P10 以上。利用目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)，這并不難做到。所謂的抗?jié)B混凝土(impermeable concrete)是指抗?jié)B等級(jí)等于或大于 P6 的混凝土。抗?jié)B混凝土按抗?jié)B壓力不同分為 P6、P8、P10 和 P12 等抗?jié)B級(jí)別?？?jié)B混凝土通過提高混凝土的密實(shí)度，改善其孔隙結(jié)構(gòu)，從而減少地下水在混凝土管段內(nèi)的滲透通道，提高管段結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性。

2.2.3 膠囊列車的密閉與氣壓?jiǎn)栴}

上文提到的“膠囊列車”是指在真空管道內(nèi)超速運(yùn)行列車的車體材料和形狀，暫命名為“膠囊”。其初步構(gòu)思是：列車在真空管道內(nèi)行進(jìn)，其車廂內(nèi)是標(biāo)準(zhǔn)氣壓，而膠囊列車與管道內(nèi)壁之間的空間則呈真空狀態(tài)，這時(shí)列車外殼要承受車廂內(nèi)0.1 MPa大氣內(nèi)壓產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用。設(shè)想采用一種以碳素纖維為主料的復(fù)合材料(類膠布狀物)作貼合面、在其內(nèi)外再各噴涂一層密閉性能上佳的涂料，將其鋪敷、繃緊和綁扎在以輕型合金質(zhì)構(gòu)架為主骨的圓形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)外側(cè)龍架上(直徑3.2 m；其中，車廂座位和一側(cè)走道處的全寬應(yīng)不小于2.5 m)，這樣成為一體的膠囊型車皮外殼，也許是合適可行的。

所謂的碳素纖維，是采用將碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸入苯乙烯基聚脂樹脂經(jīng)加熱固化拉擠(纏繞)而成。在制作過程中，可以通過不同的模具生產(chǎn)出各種型材，如不同規(guī)格的碳纖維圓管，也可以是不同規(guī)格的方管、不同規(guī)格的片材以及其他型材；在制作過程中還可以內(nèi)外噴涂各種密封性好的涂料、包3K進(jìn)行表面包裝美化等。這種碳纖維材料的特點(diǎn)是：抗拉強(qiáng)度極高，據(jù)測(cè)定，碳纖維的抗拉強(qiáng)度約是鋼材的 6～8倍，可達(dá)到 3 000 MPa以上；密度小而質(zhì)量輕，不到鋼材的 1/10 。此外，還具有堅(jiān)實(shí)性好、耐腐蝕和耐久等優(yōu)點(diǎn)。

這里簡(jiǎn)單介紹了擬采用碳素纖維作為真空隧道內(nèi)高速列車車皮材料的設(shè)想，除了其在車內(nèi)為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓而車外為真空狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度能夠滿足要求外，對(duì)需承受并滿足0.1 MPa 車內(nèi)外空氣壓差的碳素材料的氣密性，正在進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.3 疏散逃生

管道改為圖 1 所示的圓形管道(直徑 6 m)結(jié)構(gòu)后，它與圖 2 所示的矩形管道不同，為乘客出入和必要時(shí)逃生疏散所用的橫向通道將設(shè)置在管道內(nèi)部用不銹鋼架支撐的平臺(tái)上，平臺(tái)下面可敷設(shè)各種水電管線，這些都不難做到。在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可在數(shù)分鐘內(nèi)完成災(zāi)變車段充氣，使管道內(nèi)立刻恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)氣壓，便于人員疏散逃生。

2.4 磁浮列車技術(shù)

目前具有超高速運(yùn)行列車實(shí)踐的磁懸浮技術(shù)有低溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)、高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)以及永磁被動(dòng)磁懸浮技術(shù)等3種。因超導(dǎo)材料目前國(guó)內(nèi)還沒有大規(guī)模應(yīng)用，而永磁材料容易購(gòu)得且價(jià)格較低，所以過去多傾向于選用永磁被動(dòng)式磁懸浮技術(shù)。它具有無電磁輻射、無需施加主動(dòng)控制、運(yùn)行結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、運(yùn)行能耗較低等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在見到的一般的磁浮列車結(jié)構(gòu)見圖7(如在真空環(huán)境行車，列車車廂則需改為密閉型的)，而在真空環(huán)境中運(yùn)行采用膠囊列車時(shí)，列車外型和車廂外殼方面需做必要的改變。

圖7 正常運(yùn)行的磁浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Sketch of structure of maglev system

這種被動(dòng)式磁懸浮列車，在剛啟動(dòng)和停車前呈低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，仍為輪軌支撐；達(dá)到一定速度(≥15 km/h)后，懸浮模塊(永磁體)與鋁制軌道之間由于渦流感應(yīng)，產(chǎn)生巨大的向上浮托力，使列車脫離軌道而浮起，其懸浮高度為50～150 mm。

因?yàn)闆]有空氣介質(zhì)和輪軌阻力，上述真空磁浮列車?yán)碚撋系倪\(yùn)行速度可望達(dá)到 2 000 km/h，而其實(shí)際運(yùn)行速度(計(jì)入剛運(yùn)行時(shí)的起速和停車前的減速)也應(yīng)在 1 200 km/h或以上。同時(shí)，車外噪音也將大幅度降低。

3 有待研究的問題

真空磁浮超高速列車交通運(yùn)輸是繼公路、水運(yùn)、鐵道、航空之后，具有革命性的“第五代交通方式”，但在實(shí)際中尚存在以下困難和問題。

3.1 技術(shù)和管理問題

在技術(shù)和管理層面上，如：深海高水頭壓力下(超過 5～7個(gè)大氣壓以上)襯砌管道和膠囊列車車皮外殼的抗受性能，其要求達(dá)到的真空密閉性的保證及安全掌控問題；列車連續(xù)運(yùn)行時(shí)的嚴(yán)格信號(hào)管理與安全監(jiān)控以及開通運(yùn)營(yíng)后超高速列車的調(diào)度和組織管理機(jī)制等問題，都相當(dāng)復(fù)雜而又無先例可循。

“真空超高速磁浮技術(shù)”雖然已有一定的理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)，并已經(jīng)得到有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业脑u(píng)議和認(rèn)可，但目前國(guó)內(nèi)外均嚴(yán)重缺乏有關(guān)的實(shí)驗(yàn)論證，特別是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試主要內(nèi)容包括：

1)在確保超高速運(yùn)行的情況下，保證真空磁浮列車行進(jìn)中的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性而不“跑偏”及對(duì)“跑偏”需作控制的允許偏差；

2)保證列車超高速運(yùn)行時(shí)與之相匹配的電機(jī)直線驅(qū)動(dòng)、牽引效率；

3)低成本獲得有確切保證的準(zhǔn)真空和高氣密性超長(zhǎng)管道(真空由中間豎井分段施行，暫定每隔 10 km 為一個(gè)節(jié)段)及其后期的維養(yǎng)管理問題；

4)高速磁浮列車的長(zhǎng)定子直線電機(jī)在工程應(yīng)用中的同步、永磁、超導(dǎo)等關(guān)鍵技術(shù)。目前時(shí)速 600 km以上的還在前期研究中，可能還需 5～8 年才能應(yīng)用于特長(zhǎng)大線路中；

5)需要建立必要的監(jiān)管、應(yīng)急處理措施與對(duì)策預(yù)案等，來應(yīng)對(duì)有相當(dāng)烈度的地震、火警、停電、追尾、管道移位、脫軌等突發(fā)事故。

關(guān)于此類工程創(chuàng)新科技，在相關(guān)的政策法規(guī)、工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、投資模式等方面仍需要進(jìn)一步研究與探索。

3.2 工程建設(shè)的造價(jià)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用問題

本文未討論“真空磁浮超高速列車”工程建設(shè)的造價(jià)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用問題。這是因?yàn)椋阂皇窍抻谖恼缕夜P者對(duì)這方面又不熟悉；更重要的是在今后列車運(yùn)行速度較現(xiàn)在呈數(shù)倍增長(zhǎng)提速的大原則面前，“時(shí)間就是金錢”，其他經(jīng)濟(jì)層面的問題應(yīng)退居第二位來考慮。

現(xiàn)在高鐵的開通運(yùn)營(yíng)，其車票票價(jià)比以往高了2～3倍，但節(jié)約了人們的寶貴時(shí)間。當(dāng)然，在盡量滿足大客運(yùn)量要求、兼顧貨運(yùn)、施工造價(jià)和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用等方面應(yīng)該是相關(guān)專業(yè)專家們予以重點(diǎn)關(guān)注和解決的問題。

3.3 線路選擇問題

這種真空磁浮超高速列車今后有望在下述鐵道線上開通運(yùn)行，但應(yīng)限于應(yīng)用在長(zhǎng)度在 150～200 km以上的中遠(yuǎn)程線路，這樣才更能顯示其優(yōu)越性。

1)沿線為大中城市間作超高速陸地運(yùn)輸。由于現(xiàn)在高鐵在我國(guó)的蓬勃發(fā)展，這些地域普遍已建或即將通行高速鐵路，短時(shí)間再建這種超高速交通無此必要，可在二三十年之后再作考慮。

2)過江、過海水下隧道或水中長(zhǎng)橋或建造水下橋、隧兩者相組合的工程。就過江隧、橋而言，其線路總長(zhǎng)一般不會(huì)超過二三十km，距離短時(shí)改用超高速后節(jié)約的時(shí)間很有限。因此，超高速過江交通不宜作為當(dāng)前的重點(diǎn)來發(fā)展。

3)最適宜且最具優(yōu)勢(shì)采用超高速的領(lǐng)域是跨海水下工程(如渤海海峽、瓊州海峽和臺(tái)灣海峽等)，它們的線路總長(zhǎng)均在一二百km或以上(以渤海隧道為例，全程長(zhǎng)約 150 km，真空超高速運(yùn)行后歷時(shí)12～16 min即可直達(dá)彼岸)，且海峽隧道多是兩岸一站直達(dá)、不?？恐虚g站的直達(dá)車，利用在真空環(huán)境中行車，乘客上下車的出入口均布置在真空主區(qū)段的口外正常氣壓部位，這在調(diào)度上將更顯便捷和無礙通行。因此，海峽橋隧應(yīng)當(dāng)作為首選考慮的對(duì)象。

3.4 其他問題

1)水下簡(jiǎn)支式預(yù)制橋梁管道在遇海上風(fēng)浪、臺(tái)風(fēng)氣流和強(qiáng)大水流沖擊力的猛烈作用下，橋身安全穩(wěn)定性的切實(shí)保證問題；

2)現(xiàn)行高速運(yùn)行列車在大氣中將產(chǎn)生車外氣流壓力和車溫度一定程度的升高(如飛機(jī)速度﹥1.0 馬赫后)，但真空狀態(tài)下，這種現(xiàn)象是否會(huì)消失？本文介紹的碳素纖維車皮，能有效抗受車外一定程度的溫度和壓力升高，其定量分析尚有待測(cè)試驗(yàn)證；

3)在突發(fā)火情等災(zāi)害情況下，一般并不需要先重新在隧道內(nèi)恢復(fù)供氣、車內(nèi)人員匆忙從逃生通道中緊急疏散，因?yàn)榱熊囆羞M(jìn)速度極快，幾分鐘后即可安全抵達(dá)終點(diǎn)，大多數(shù)情況可在車中安靜等待，同時(shí)開啟車內(nèi)的泡沫消防栓滅火，在到達(dá)終點(diǎn)站后再安全撤離。這樣，隧道中臨時(shí)恢復(fù)供氣情況僅在列車運(yùn)行發(fā)生嚴(yán)重機(jī)電故障而被迫較長(zhǎng)時(shí)間停駛時(shí)，才不得已地施行。這種極小概率事件，估計(jì)罕有出現(xiàn)。

4 對(duì)當(dāng)前如何先啟動(dòng)試驗(yàn)線建設(shè)方面的思考

本文主標(biāo)題說“超高速是交通運(yùn)輸戰(zhàn)線上的一場(chǎng)革命”，干創(chuàng)新就避不開冒風(fēng)險(xiǎn)。這樣，此事就得一步一個(gè)腳印踏實(shí)地去實(shí)現(xiàn)，決不能希望一蹴而就。該項(xiàng)工程建設(shè)決然快不得，也是欲速則不達(dá)的。

為了今后能在海峽通道工程建設(shè)上大試身手，目前只能在一些較小的、較短的、工程量也比較小的相關(guān)工程中先嘗試，摸索經(jīng)驗(yàn)，再?gòu)男〖按?，最終實(shí)現(xiàn)壯舉?；驹O(shè)想是先把水上旅游通道作為試點(diǎn)，稱作“海底真空旅游飛行巴士”，簡(jiǎn)稱“海底飛巴”，它將對(duì)廣大游客產(chǎn)生新奇感和吸引力。

現(xiàn)在擬初步選擇 2～3 處海港旅游的熱點(diǎn)城市，以海島生態(tài)游工程為依托先行本項(xiàng)目的試驗(yàn)線建設(shè)，在得到地方支持并審批后進(jìn)行試點(diǎn)。旅游線開通后，由于線路短(例如10 km或更長(zhǎng)些)，可以只運(yùn)行低速列車，在滿足旅游需要之余，重點(diǎn)是兼具磁浮提速試驗(yàn)和有關(guān)各項(xiàng)必要的技術(shù)性試驗(yàn)(如真空度測(cè)試、密閉材料選用及其持續(xù)耐久性能檢測(cè)等，高溫超導(dǎo)磁浮是其技術(shù)關(guān)鍵，需另建試驗(yàn)專線作研究)功能，以從試驗(yàn)線實(shí)踐中求得檢驗(yàn)并不斷積累經(jīng)驗(yàn)，逐個(gè)完善并解決技術(shù)上的難點(diǎn)問題。這些工作正在逐步推行之中。

5 國(guó)內(nèi)外在相關(guān)超高速高鐵方面的一些探索

目前，受“粘著”“弓網(wǎng)”和“噪聲”等因素制約，輪軌交通時(shí)速的臨界值約為 600 km，而真空管道內(nèi)高溫超導(dǎo)高速磁懸浮軌道交通必將成為未來軌道交通技術(shù)的主要發(fā)展方向。

5.1 中國(guó)超級(jí)高鐵[2]

“中國(guó)版的超級(jí)高鐵將采用‘高溫超導(dǎo)磁懸浮+真空管道’技術(shù)，目前已在著手探討時(shí)速 1 500 km的可行性。”近日，西南交通大學(xué)張衛(wèi)華教授透露，時(shí)速最快的真空高溫超導(dǎo)磁懸浮比例模型車的試驗(yàn)線正在成都搭建，實(shí)驗(yàn)車車底布滿特制的高溫超導(dǎo)材料，將在準(zhǔn)真空、超低氣壓環(huán)境中測(cè)試運(yùn)行，依靠液氮形成的低溫，達(dá)到超導(dǎo)和磁懸浮效果，預(yù)計(jì)2018年年底、2019年年初建成并投入試驗(yàn)測(cè)試。

由西南交通大學(xué)承擔(dān)的“多態(tài)耦合軌道交通動(dòng)模試驗(yàn)平臺(tái)”是在長(zhǎng)1 500 m可模擬不同低氣壓環(huán)境的真空試驗(yàn)管道(φ4.2 m)中開展不同磁懸浮模式比例的模型車作運(yùn)行測(cè)試，包括高溫超導(dǎo)磁懸浮模式在內(nèi)，試驗(yàn)速度將超過音速，理論上有望達(dá)到時(shí)速 1 500 km。

上述試驗(yàn)平臺(tái)或在2018年年底前獲中國(guó)政府批準(zhǔn)，項(xiàng)目從開始實(shí)施到建成約需3年或更短。按這個(gè)進(jìn)程，中國(guó)超級(jí)高鐵最快有望于 2021年上半年達(dá)到1 500 km的試驗(yàn)時(shí)速。

據(jù)悉，西南交通大學(xué)該項(xiàng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室此前已驗(yàn)證過“磁懸浮+真空”創(chuàng)造的低阻運(yùn)行環(huán)境，能有效提升未來高鐵的速度(可達(dá)到現(xiàn)在的 4 倍以上)。

高溫超導(dǎo)是指在零下約 200 ℃的液氮環(huán)境中，采用特殊材料制成的超導(dǎo)體具有零電阻效應(yīng)。換言之，把高溫超導(dǎo)體放在永磁軌道上后，可實(shí)現(xiàn)列車在低速甚至靜止?fàn)顟B(tài)下都具有穩(wěn)定的導(dǎo)向力和懸浮力。成熟的真空技術(shù)加上成型的高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，二者相結(jié)合即是未來所謂的“超級(jí)高鐵”。而“多態(tài)耦合軌道交通動(dòng)模試驗(yàn)平臺(tái)”則大大加強(qiáng)了二者結(jié)合的基礎(chǔ)性理論與工程實(shí)踐研究。

5.2 美國(guó)超高速真空隧道[3]

2017 年 7 月 22 日《參考消息》報(bào)道：美國(guó)企業(yè)家埃隆·馬斯克說，他獲得了“政府口頭批準(zhǔn)”，以建造一條從紐約到華盛頓的超高速真空隧道，該隧道可能在2017年年底破土動(dòng)工。

白宮確認(rèn)同馬斯克以及鉆孔公司的管理人員就該隧道問題進(jìn)行了“積極討論”。

鉆孔公司在其聲明中說，有關(guān)該建議的反饋是積極的，并且“在隧道計(jì)劃方面已獲得了關(guān)鍵政府決策的口頭支持”。該公司期待得到正式批準(zhǔn)，以在2017年晚些時(shí)候破土動(dòng)工。

馬斯克是所謂“超級(jí)高鐵系統(tǒng)”的支持者。在該系統(tǒng)中，座艙在真空管道中高速運(yùn)行。馬斯克說，超級(jí)高速隧道可以把人、汽車和自行車在 29 min內(nèi)從紐約運(yùn)送到華盛頓。目前搭乘美國(guó)鐵路客運(yùn)公司的“阿塞拉”號(hào)快速列車從紐約到華盛頓要花 3 h。該系統(tǒng)在費(fèi)城和巴爾的摩還設(shè)有中途停車站。

馬斯克還說，鉆孔公司的任務(wù)是建造隧道，希望在東海岸以及從洛杉磯到舊金山各建一個(gè)超級(jí)高鐵系統(tǒng)。芝加哥也已就建造一條通往奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)的高速隧道與鉆孔公司進(jìn)行了聯(lián)系。他說，要獲得最后批準(zhǔn)還需要做很多工作，但他樂觀地認(rèn)為這很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)。他催促支持者幫助加快這一過程。

費(fèi)城市政府發(fā)言人則說：“在新奇變成現(xiàn)實(shí)之前，這種尚未獲得證明的技術(shù)還將面臨不少障礙?！?/p>

5.3 荷蘭管道高鐵[4]

據(jù)新華社海牙2017 年 10 月 13 日電：荷蘭科研機(jī)構(gòu)近期向政府提交評(píng)估報(bào)告，建議政府啟動(dòng)“管道高鐵”創(chuàng)新計(jì)劃，籌集資金先在荷蘭試修建一條 3 km長(zhǎng)的試運(yùn)行管道。

“管道高鐵”是利用磁懸浮技術(shù)讓運(yùn)輸列車懸浮在被抽成真空的管道中，從而實(shí)現(xiàn)在低能量驅(qū)動(dòng)下高速運(yùn)行的一種交通運(yùn)輸模式。理想狀態(tài)下，運(yùn)行列車在真空管道內(nèi)的時(shí)速可超過 1 000 km。

評(píng)估報(bào)告指出：“管道高鐵”具有超高速、低能耗、低污染等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景良好；而先修建測(cè)試用的設(shè)施，不僅有助于提升荷蘭的科研創(chuàng)新能力，還可吸聚業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)和投資、獲得先動(dòng)優(yōu)勢(shì)并帶動(dòng)就業(yè)。

該評(píng)估報(bào)告建議先建一條 3 km長(zhǎng)的測(cè)試用管道，直徑 3 m，管壁由 20 mm厚鋼板制成。報(bào)告預(yù)估，3 km測(cè)試管道建設(shè)需投資 1.19 億歐元，而日后計(jì)劃 57 km商業(yè)運(yùn)營(yíng)“管道高鐵”的管道建設(shè)投資，預(yù)計(jì)將增加20倍，達(dá)到約24億歐元。

5.4 其他

據(jù) 2018年7 月 20 日《貴州都市報(bào)》訊：貴州省銅仁市與美國(guó)超級(jí)高鐵公司(HTT)在貴陽市舉行“真空管道超級(jí)高鐵研發(fā)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目”簽約儀式，標(biāo)志著銅仁市為超級(jí)高鐵項(xiàng)目落戶邁出了可喜的一步[5]。

世界上第一個(gè)商業(yè)超級(jí)高鐵將于 2020 年在阿聯(lián)酋的阿布扎比運(yùn)行，速度可達(dá) 1 200 km/h[6]。目前，國(guó)內(nèi)航班一般平均時(shí)速 800 km左右，國(guó)際航班時(shí)速平均 1 100 km。超級(jí)高鐵的時(shí)速遠(yuǎn)超飛機(jī)。

6 結(jié)語

相關(guān)此類高溫超導(dǎo)磁懸浮項(xiàng)目建成后的環(huán)保和運(yùn)營(yíng)安全都會(huì)有進(jìn)一步的提高。真空管道是一套封閉的體系，它對(duì)天氣免疫，也不受任何暴雨、大雪、濃霧和臺(tái)風(fēng)等惡劣氣候的影響；受其他交通工具、飛鳥碰撞等的危害為零。用于跨海交通這方面的優(yōu)勢(shì)尤為突出。

項(xiàng)目所涉及的若干高端技術(shù)均為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各行業(yè)先進(jìn)創(chuàng)新工藝的綜合集成，它有助于實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造 2025 ”，它的建成也是我國(guó)綜合國(guó)力及科技水平的如實(shí)體現(xiàn)。

真空管道交通的發(fā)展，將引領(lǐng)我國(guó)交通運(yùn)輸方式向更快速、更安全、更高效節(jié)能方向發(fā)展，還能促進(jìn)第五代交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)作用，推動(dòng)我國(guó)乃至世界經(jīng)濟(jì)更高速的良性融合和進(jìn)步。當(dāng)前，由于海洋交通固有的局限性，極大地限制了海洋運(yùn)輸向高速運(yùn)行的進(jìn)一步發(fā)展，如果我國(guó)能在世界范圍內(nèi)率先建成一條跨海超高速真空管道式橋隧工程(必須試驗(yàn)線先行)，其意義將尤為重要；將搶占世界超高速交通的制高點(diǎn)，引領(lǐng)全球未來的交通革命。

真空管道交通不僅可以低成本地解決渤海、臺(tái)海、瓊州海峽等的海上交通問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我國(guó)的海洋強(qiáng)國(guó)夢(mèng)，甚至輻射全球海、陸地域范圍；遠(yuǎn)期還可望建成各個(gè)特大型國(guó)際都會(huì)城市間的超高速交通網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)各大城市間的 1 h經(jīng)濟(jì)圈、國(guó)際 4 h經(jīng)濟(jì)圈，從而對(duì)全球政治、經(jīng)濟(jì)、文化以及軍事等諸多方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

與飛機(jī)、高鐵等現(xiàn)有高速交通工具相比，其優(yōu)勢(shì)除了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本比較低以外(尚在深化論證中)，其環(huán)保和安全性更顯突出。本文所述管道運(yùn)輸是一種完全密封的氣密體系，除了免受任何惡劣氣候等外界因素的不利影響外，運(yùn)行噪音由于沒有了空氣介質(zhì)作聲的傳播，其噪音更有可能降至 60～70 dB。

目前，建設(shè)試驗(yàn)線的各項(xiàng)前期準(zhǔn)備工作和擬議中的運(yùn)行方案均在穩(wěn)妥進(jìn)行中。筆者草就本文，屬拋磚引玉，希望引起同行們的興趣，并盼能得到各行業(yè)專家的指點(diǎn)和教正。