親愛的維港：

如果您能說話，問我們整個「淨化海港計劃」工程最大的挑戰是什麼，我們的答案定必是「隧道」。「淨化海港計劃」進行期間出現的挑戰大多來自隧道工程。這也無可厚非，因為我們當時正在相當複雜的地質裏，建造世界上最長和最深的隧道系統之一。

 

香港與世界各地的朋友也許都想了解這些工程挑戰，我們又如何一一解決。且聽我們繼續娓娓道來。

挑戰一：地下水在高壓下湧入

解決方案：預先灌漿系統

 

如要了解「淨化海港計劃」在隧道工程方面的種種挑戰，大前提是必須知道，我們為第一期的隧道工程採用了隧道 鑽挖機進行挖掘工作，而第二期甲隧道工程則主要採用鑽爆方法，除了昂船洲一段較短小的連接隧道仍採用隧道鑽挖機。

 

事實上，在第一期隧道工程的早期，我們已遇上地下水在高壓下湧入隧道的嚴峻情況。如無法適當控制地下水湧入，施工會困難，更會造成地下水位下降並導致地面沉降。第一期隧道工程的經驗，讓我們很快知道進行預先灌漿是控制地下水湧入的最有效方法。預灌漿的工序，是在開挖前預先在隧道周邊鑽灌漿孔，並將灌漿注入孔中以密封石縫，從而減少地下水流入隧道。

 

然而，說易行難。由於第一期隧道工程使用的隧道鑽挖機並未配備進行預灌漿所需的機械鑽孔設備，因此必須首先為這批隧道鑽挖機進行改裝，但要在擠迫的隧道環境進行改裝工程，難度極高。第一期的隧道工程雖然最終能安全完成，但這些歷盡艱辛而取得的寶貴經驗，令我們重新檢視及研究，隧道鑽挖機是否建造第二期甲隧道工程的最佳方案。

 

為找出答案，我們向歐洲各主要隧道鑽挖機製造商和專業設計師徵詢意見，發現為隧道鑽挖機裝配及操作預灌漿所需的鑽孔設備，其中牽涉的技術問題尚未解決。同時，我們也仔細研究了鑽爆方法，特別是深入探討這方法是否適合建造極深層隧道。我們最後決定使用鑽爆方法建造第二期甲的隧道。

 

鑽爆方法有幾個最大優點。首先，它提供了足夠的工作空間，讓預灌漿系統能有效操作，其中的關鍵，是利用一台配備多支機械鑽在電腦操控流動車輛的巨型鑽孔機。此外，我們使用最先進的鑽爆技術，仔細控制爆破的力度和影響，務求把第二期甲隧道工程對鄰近社區造成的滋擾減到最低。第二期甲工程施工前，我們更事先作出詳細規劃，解決了主要的物流問題和確保符合法定限制，包括怎樣在維港渡海運送爆炸品等。

 

第二期甲隧道工程也促使我們引入最先進的預灌漿技術，採用微細水泥和╱或當時新推出的灌漿材料「膠體二氧化矽」進行灌漿。我們在第二期甲隧道工程達到的進水容許限值要求，比第一期工程的進水限值要求高達數倍，非常嚴謹。我們在預灌漿技術取得成功「大飛躍」，贏得業界一致稱許。

 

在第二期甲隧道工程中，我們在開發和應用預灌漿技術方面的努力，也成功把所有區域的沉降，控制在不構成任何影響的極微幅度。

挑戰三：進行地質勘測以減低隧道工程風險

解決方案：採用最先進技術的全面地質勘測計劃

 

事先進行地質勘測工作，對妥善規劃及設計隧道工程極為重要。傳統的地質勘測方法涉及垂直及傾斜鑽孔。在第一期隧道工程的規劃和設計階段，我們共鑽探了144個鑽孔以勘測地質情況，提供了隧道沿線的整體地質概貌，但鑽孔之間的隧道沿線部分，卻沒有任何直接資料。

 

我們借鑑第一期工程的經驗，為第二期甲隧道工程特地鑽了150個鑽孔，更詳盡全面地勘測地質情況。我們還採用了最先進的水平定向取芯法，在隧道沿線的關鍵路段連續鑽取岩芯樣本。

 

這是我們把水平定向取芯法應用於第二期甲工程的方式：鑽孔入口角度約為45度，鑽頭進入基岩後，會按照預定的軌跡進行定向轉向，在距離隧道頂部上面約八米的位置，進行連續取芯；這距離可避免對真正的隧道路線造成影響，並可提供接近隧道頂部的地質數據，有助評估隧道頂部的穩定性問題。水平定向取芯法的優點，是可以提供全面的數據資料，供工程設計師參考，從而降低可見的工程風險，也有助投標者為工程造價估算。

 

第二期甲的隧道工程運用水平定向取芯法，為香港創下了一段連續定向取芯1,247米的新紀錄，而工程過程中以水平定向取芯的總長度則共約5公里。第二期甲隧道工程的地質勘測計劃詳盡全面，既以垂直及傾斜鑽孔取芯，又加上水平定向取芯法，取得的地質資料，對之後的土層支撐及控制地下水滲入的施工設計大有幫助，也有助評估隧道區域的沉降幅度。

挑戰四：在惡劣地質環境下建造小口徑隧道

解決方案：水平定向鑽挖

 

我們在鴨脷洲和香港仔這兩所基本污水處理廠之間，興建了兩條只有600毫米直徑的泵喉，是值得一提的特別工程案例。

 

雖然鑽爆方法有上面談到的眾多優點，卻不是挖掘小口徑隧道的理想方法。鑽爆方法通常需要一個約3.5米闊和4米高的馬蹄形工作空間，用作爆破和預灌漿工作。隧道挖掘完成後，往往需要用混凝土填補多出的半圓形部份，將管道縮小至所需的尺寸，這後續工作既不化算也不環保。

 

此外，我們也清楚知道，鴨脷洲和香港仔這兩所基本污水處理廠之間的隧道路線會橫跨香港仔斷層帶，地質環境充滿變數，而且只能等到在挖掘過程中真正見到脆弱地質的時候，方可了解它對挖掘工作的影響。鑒於地質環境的不明朗因素，並為了確保前線工作人員的安全，和盡量減低進行挖掘時發生土層坍塌的風險，我們決定採用水平定向鑽挖法來建造這雙管隧道段，即是沿隧道設定路線鑽挖細小的定位孔，完成後隨即利用大型擴孔鑽頭，逐步擴大鑽孔至隧道所需的大小。

 

然而，水平定向鑽挖技術也遇到其他難題。無論是水平或垂直方向，雙管隧道均處於彎曲路線；而且隧道長約1.4公里，已接近水平定向鑽挖設備的最高操作極限。另一方面，定位孔的定位控制也殊不簡單，因為水平定向鑽挖借助地球磁場導向，但當時的工程卻受到附近海床上高壓電纜產生的磁場干擾，工程團隊於是運用船隻，在隧道路線之上為鑽挖設備提供移動磁源導向，順利解決問題。

 

然而，岩石層比預期堅硬得多，導致鑽頭出現異常磨損和鑽桿破損。工程團隊對鑽頭進行了加固，並密切監察鑽挖力度，避免在鑽挖過程中對鑽桿過度施力。經過耐心鑽挖後，工程團隊終於貫通隧道，並將以高密度聚乙烯製成的管道拉過了擴孔。第二期甲這段獨特的隧道，最後順利以水平定向鑽挖方法建成。

挑戰五：在軟土使用隧道鑽挖機

解決方案：凍土法

 

在第二期甲隧道工程中，其中一條隧道段採用了隧道鑽挖機。我們選用了一部土壓平衡並配備泥漿屏擋的隧道鑽挖機，在離地面約30米深的軟土裏，建造一條長250米、直徑四米的連接隧道，接連昂船洲污水處理廠一號主泵房和二號主泵房。當時的挑戰，是在隧道鑽挖機貫穿開挖隧道入口豎井及二號主泵房的進水室的過程中，如何控制泥土及地下水突然湧入，並控制鄰近現有設施可能出現的沉降。

 

工程團隊決定使用凍土法作為緩解措施。這方法能迅速將泥土冷凍成凍土塊，有效阻止地下水滲入，並可作為臨時支撐，讓隧道鑽挖機貫穿開挖隧道入口豎井及進水室。我們利用二維熱能分析，以確定泥土冷凍管的位置安排，並估計以適當溫度形成凍土牆所需的時間和能量。

 

今次的凍土法，以鹽水作為冷卻劑。工程人員運用工業製冷系統，將鹽水降至–28°C的溫度，在隧道鑽挖機貫穿混凝土牆前形成一層2.5米厚，溫度為–16°C的冷凍塊，以阻塞地下水，並可作為臨時支撐。這是香港首次應用鹽水於凍土法作為冷卻劑，替代較常用的液態氮，也是「淨化海港計劃」工程的另一項創新措施。