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-本刊記者/方玄昌 黃步紅
它是一種水面上看不見(jiàn)的橋梁，無(wú)論水面如何波濤洶涌，它都平靜地懸浮在水體之中
早晨從美國紐約“家門(mén)口”出發(fā)，1個(gè)小時(shí)之內越過(guò)大西洋直達英國倫敦上班，晚上再乘坐“班車(chē)”返回紐約吃晚飯。
這是癡人說(shuō)夢(mèng)嗎？不是的。這是一伙雄心勃勃的美國科學(xué)家的未來(lái)計劃。他們說(shuō)，幾百年或者更短時(shí)間之內，工程師們將在大西洋海水中間建成一條隧道，人們可以乘坐磁懸浮列車(chē)以8000公里以上的時(shí)速穿越大西洋，從而將歐洲和北美之間的旅程縮短在1小時(shí)之內。
比較早的時(shí)候，就有人提出建造一條跨越大西洋的線(xiàn)路將歐洲和北美連接起來(lái)的設想。然而，如果采用傳統的橋梁，就勢必要在數千米深的海水中打下成千上萬(wàn)個(gè)巨型橋墩，這簡(jiǎn)直不可想象：且不說(shuō)建造幾千米高的橋墩的工程難度，單是尋找能夠承受這么高橋墩的自身重力的合適材料就夠科學(xué)家傷透腦筋。在海面上建造浮橋也行不通：海嘯、臺風(fēng)等因素使之無(wú)法穩定。第三種方案是打一條海底隧道，但這種方案帶來(lái)同樣難以解決的問(wèn)題：這條隧道幾乎不可避免地要經(jīng)過(guò)一些地震帶，并且要經(jīng)過(guò)海底火山。
現在有人提出了第四種方案：建造一條懸浮隧道，從海水的中間通過(guò)大西洋。這就是被稱(chēng)為“阿基米德橋”的一種新型水中跨越形式。
一個(gè)世紀前的構思
“阿基米德橋”是一種水面下懸浮隧道，它依靠水的浮力支撐，又通過(guò)固定的繩索、錨等固定在水里或某種支撐物上，達到浮力和支撐力的平衡。隧道中可以行駛車(chē)輛，包括汽車(chē)和火車(chē)。
浮力原理最早由2000多年前的意大利物理學(xué)家阿基米德發(fā)現，所以這種依靠浮力支撐的隧道被叫做阿基米德橋。
根據中國科學(xué)院力學(xué)研究所所長(cháng)洪友士博士的介紹，阿基米德橋作為一種交通隧道的概念，是在上世紀初被人提出的。20世紀中期，阿基米德橋的構想被英國人申請了專(zhuān)利。但直到現在，真正的阿基米德橋還沒(méi)有產(chǎn)生，甚至還沒(méi)有哪一個(gè)地方的阿基米德橋建造計劃被正式立項。
究其原因，雖然它的基本原理是清楚的，但是一些技術(shù)上的問(wèn)題并沒(méi)有得到完全的解決。包括結構問(wèn)題，如隧道節與節彼此之間、和岸之間的連接等。還有環(huán)境對橋的影響，包括波、流、水位落差所造成的影響，都需要有針對性的研究。
洪友士說(shuō)，在建造實(shí)際應用的阿基米德橋之前，科學(xué)界現在正在進(jìn)行很重要兩個(gè)步驟，第一步是實(shí)驗室研究，以1-2米量級的模型來(lái)對隧道進(jìn)行模擬計算和分析，為更大尺寸的工作提供基礎。第二步是研究中等尺寸的模型，即幾十米或十幾米量級的模型。中等尺寸模型的檢驗能為實(shí)際阿基米德橋的建造提供一些參照，包括驗證其可靠性、安全性等。
第三種選擇
在阿基米德橋的概念提出之前，跨越水域的方式已經(jīng)有多種，包括擺渡、傳統的大橋、浮橋、水下隧道以及海底隧道等等。那么，人們還有必要去發(fā)展這種技術(shù)還不成熟的阿基米德橋嗎？
“阿基米德橋是一種可供選擇的方案。在此之前，從水面和水底通過(guò)的方式已經(jīng)實(shí)現了，就是水中還沒(méi)有。當這種方案技術(shù)上成熟之后，人們遇到問(wèn)題就會(huì )想，是用A還是B，或者是C？現在C還沒(méi)有，我們的當務(wù)之急就是把C這個(gè)方案變成可供使用的一種選擇，并且這種選擇是可行的、安全的、可靠的�！焙橛咽空f(shuō)。
阿基米德橋當然有它獨特的優(yōu)點(diǎn)。在一些情況下，比如在一些很深而寬度不是太大的湖泊中，要做一個(gè)水底隧道，連接兩岸的部分就會(huì )比較陡，而阿基米德橋就可以提供一個(gè)坡度不大的交通隧道。另外，它能夠免除掉環(huán)境上的若干問(wèn)題，包括交通工具的噪音、廢氣污染、對風(fēng)景的分割破壞等，有保護生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢。
阿基米德橋還有一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)。有專(zhuān)家經(jīng)過(guò)分析，隨著(zhù)橋的長(cháng)度增加，阿基米德橋單位長(cháng)度的造價(jià)基本是持平的。而其它類(lèi)型的橋，隨著(zhù)長(cháng)度的增加，單位長(cháng)度的造價(jià)會(huì )成倍增加。所以當長(cháng)度相對大的時(shí)候，阿基米德橋有經(jīng)濟上的優(yōu)勢。
當然，阿基米德橋也有它的局限性，比如它不能建造在水太淺的地方，一般必須在30米或者更深的水里才可以建造。
大西洋隧道的結構組成
美國已經(jīng)有科學(xué)家對構想中的大西洋隧道進(jìn)行了詳細的規劃。這是人類(lèi)有史以來(lái)規劃過(guò)的最為宏大的工程，按照現在的技術(shù)水平和發(fā)展速度，專(zhuān)家預計它的工期將超過(guò)100年。
在主隧道之外，大西洋隧道還有一系列輔助部件。正如洪友士博士所認為的，“大西洋隧道是一個(gè)很有創(chuàng )意的科學(xué)幻想，從科學(xué)的角度來(lái)看，目前是不可能實(shí)現的。但科學(xué)幻想有時(shí)候也能給人們一種很新穎的思路，促使科學(xué)工作者來(lái)攻克一些技術(shù)難關(guān)�！北粯嬎歼M(jìn)去的大西洋隧道“附件”，也成為了一般阿基米德橋所需要“附件”的典范。
海錨：每段隧道都必須用錨固定在海床上，如此算來(lái)，這項工程至少需要10萬(wàn)個(gè)巨型海錨。隧道必須位于海平面以下45.7米深處，以避開(kāi)來(lái)往的船只，這樣隧道才不會(huì )晃動(dòng)很厲害。
磁懸浮列車(chē)：為了讓隧道旅行成為可能，搭載乘客的列車(chē)速度必須20倍于如今最快的火車(chē)的速度。這意味著(zhù)磁懸浮技術(shù)將取代傳統的車(chē)輪和車(chē)軌，以提升、操控和驅動(dòng)列車(chē)。
維修點(diǎn)：維修管道位于隧道主體上下方，作為電力、通信和維修之用。
真空泵：要想達到每小時(shí)8000公里以上的速度，列車(chē)不能遭遇任何空氣阻力，整個(gè)系統必須完全真空，因此龐大的真空泵必不可少。
導軌：隧道內設有一根向東行駛(從紐約至倫敦)的單軌，一根向西行駛(倫敦至紐約)的單軌，以及一根緊急輔助單軌。行駛的列車(chē)實(shí)際上并不落在軌道上，而是依靠磁力懸浮在軌道上方約2.54厘米處。
公用管道：隧道內的供電線(xiàn)路長(cháng)近5000公里。這些電線(xiàn)都鋪設在公用管道中。
墊圈：從紐約直達倫敦的隧道由5.4萬(wàn)個(gè)預制管件組成，中間用防水真空密閉的墊圈相連。每個(gè)管件的外表均由不銹鋼所制，外包浮力十足的厚泡沫層。
窗口：供乘客瀏覽深海美景。
千島湖將首吃螃蟹？
目前，意大利、挪威、巴西和日本等國家都在考慮建造阿基米德橋。中國從2000年開(kāi)始，準備選定舟山的金塘海峽建造阿基米德橋，但后來(lái)考慮到國際上還沒(méi)有真正的阿基米德橋被立項和建設，如果一開(kāi)始就在自然環(huán)境比較復雜的水域中建設，遇到的問(wèn)題可能會(huì )比較多。最終，相對風(fēng)平浪靜的千島湖后來(lái)居上，被考慮作為建造第一座阿基米德橋的地方。
目前中科院力學(xué)擬選定的地方是在千島湖五龍島湖區，初步考察結果是：在三個(gè)島嶼之間建立阿基米德橋，長(cháng)度為100米+200米(分別連接三個(gè)島嶼)。
“如果搶在其它國家之前在千島湖建成的話(huà)，它的意義比橋本身的用途更為重要：這將是世界上第一座阿基米德橋�！焙橛咽空f(shuō)。
來(lái)源：中國新聞周刊總第200期
