亲爱的维港：

如果您能说话，问我们整个「净化海港计划」工程最大的挑战是什么，我们的答案定必是「隧道」。「净化海港计划」进行期间出现的挑战大多来自隧道工程。这也无可厚非，因为我们当时正在相当复杂的地质里，建造世界上最长和最深的隧道系统之一。

 

香港与世界各地的朋友也许都想了解这些工程挑战，我们又如何一一解决。且听我们继续娓娓道来。

挑战一：地下水在高压下涌入

解决方案：预先灌浆系统

 

如要了解「净化海港计划」在隧道工程方面的种种挑战，大前提是必须知道，我们为第一期的隧道工程采用了隧道 钻挖机进行挖掘工作，而第二期甲隧道工程则主要采用钻爆方法，除了昂船洲一段较短小的连接隧道仍采用隧道钻挖机。

 

事实上，在第一期隧道工程的早期，我们已遇上地下水在高压下涌入隧道的严峻情况。如无法适当控制地下水涌入，施工会困难，更会造成地下水位下降并导致地面沉降。第一期隧道工程的经验，让我们很快知道进行预先灌浆是控制地下水涌入的最有效方法。预灌浆的工序，是在开挖前预先在隧道周边钻灌浆孔，并将灌浆注入孔中以密封石缝，从而减少地下水流入隧道。

 

然而，说易行难。由于第一期隧道工程使用的隧道钻挖机并未配备进行预灌浆所需的机械钻孔设备，因此必须首先为这批隧道钻挖机进行改装，但要在挤迫的隧道环境进行改装工程，难度极高。第一期的隧道工程虽然最终能安全完成，但这些历尽艰辛而取得的宝贵经验，令我们重新检视及研究，隧道钻挖机是否建造第二期甲隧道工程的最佳方案。

 

为找出答案，我们向欧洲各主要隧道钻挖机制造商和专业设计师征询意见，发现为隧道钻挖机装配及操作预灌浆所需的钻孔设备，其中牵涉的技术问题尚未解决。同时，我们也仔细研究了钻爆方法，特别是深入探讨这方法是否适合建造极深层隧道。我们最后决定使用钻爆方法建造第二期甲的隧道。

 

钻爆方法有几个最大优点。首先，它提供了足够的工作空间，让预灌浆系统能有效操作，其中的关键，是利用一台配备多支机械钻在电脑操控流动车辆的巨型钻孔机。此外，我们使用最先进的钻爆技术，仔细控制爆破的力度和影响，务求把第二期甲隧道工程对邻近社区造成的滋扰减到最低。第二期甲工程施工前，我们更事先作出详细规划，解决了主要的物流问题和确保符合法定限制，包括怎样在维港渡海运送爆炸品等。

 

第二期甲隧道工程也促使我们引入最先进的预灌浆技术，采用微细水泥和╱或当时新推出的灌浆材料「胶体二氧化硅」进行灌浆。我们在第二期甲隧道工程达到的进水容许限值要求，比第一期工程的进水限值要求高达数倍，非常严谨。我们在预灌浆技术取得成功「大飞跃」，赢得业界一致称许。

 

在第二期甲隧道工程中，我们在开发和应用预灌浆技术方面的努力，也成功把所有区域的沉降，控制在不构成任何影响的极微幅度。

挑战二：脆弱地质引发的稳定性问题

解决方案：预灌浆和稳固的土层支撑系统

 

这牵涉地下水涌入的问题。第一期工程的宝贵经验，再一次帮我们找到解决方案。

 

地下水在高压下涌入，加上部份路段的地质脆弱，为「净化海港计划」的隧道建造工程带来另一重大挑战。最难忘的例子，发生在第一期工程：从青衣到昂船洲的隧道，须穿越278米长的赤门海峡断层和另一段120米长的流纹岩岩脉碎石带。我们在挖掘隧道前，必须先进行大幅度的预灌浆工作，以控制这两块脆弱地质的地下水涌入，同时避免影响邻近葵涌货柜码头的运作。此外，我们必须安装大规模的土层支撑系统，以确保土层稳固。我们分别花了191天和309天，才成功挖掘穿越这两个地带。

 

这条隧道更遇上20米长包含黏质砂土的铅矿坳断层，令挖掘工作更形复杂。经征询专家意见后，我们决定收回隧道钻挖机，采用人手挖掘，缓慢地挖掘穿越这地带。基于安全理由，我们只可以小步的渐进方式，在断层内进行大幅度灌浆工作和建造土层支撑系统。再加上其他机械故障问题，我们共花了12个月时间来挖掘穿越这地带。

 

第一期隧道工程给我们的宝贵经验是，在脆弱的地质采用隧道挖掘机进行挖掘，容易受到松散的大石堵塞及隧道顶部不稳的问题影响，但如能进行大幅度的预灌浆，再加上安装稳固的土层支撑系统，则证明能解决在脆弱地质地带挖掘隧道涉及的稳定性问题。这方案让我们成功挖掘穿越第一期工程遇到的所有脆弱地质带，并启迪我们深入探索钻爆方法，最终更决定以钻爆方法进行第二期甲隧道挖掘工程，让预灌浆及土层支撑安装工作能以最高效率方式进行。

 

「净化海港计划」的隧道设计位处于前所未有的深度，原意是为了避免工程施工时影响城市民生，但隧道的深度及沿线遇上的复杂地质问题，却带来地下水涌入及土层不稳定等种种无法预见的挑战。我们最终都能成功完成第一期及第二期甲隧道工程，也因而成为隧道工程技术的先驱。

挑战三：进行地质勘测以减低隧道工程风险

解决方案：采用最先进技术的全面地质勘测计划

 

事先进行地质勘测工作，对妥善规划及设计隧道工程极为重要。传统的地质勘测方法涉及垂直及倾斜钻孔。在第一期隧道工程的规划和设计阶段，我们共钻探了144个钻孔以勘测地质情况，提供了隧道沿线的整体地质概貌，但钻孔之间的隧道沿线部分，却没有任何直接资料。

 

我们借鉴第一期工程的经验，为第二期甲隧道工程特地钻了150个钻孔，更详尽全面地勘测地质情况。我们还采用了最先进的水平定向取芯法，在隧道沿线的关键路段连续钻取岩芯样本。

 

这是我们把水平定向取芯法应用于第二期甲工程的方式：钻孔入口角度约为45度，钻头进入基岩后，会按照预定的轨迹进行定向转向，在距离隧道顶部上面约八米的位置，进行连续取芯；这距离可避免对真正的隧道路线造成影响，并可提供接近隧道顶部的地质数据，有助评估隧道顶部的稳定性问题。水平定向取芯法的优点，是可以提供全面的数据资料，供工程设计师参考，从而降低可见的工程风险，也有助投标者为工程造价估算。

 

第二期甲的隧道工程运用水平定向取芯法，为香港创下了一段连续定向取芯1,247米的新纪录，而工程过程中以水平定向取芯的总长度则共约5公里。第二期甲隧道工程的地质勘测计划详尽全面，既以垂直及倾斜钻孔取芯，又加上水平定向取芯法，取得的地质资料，对之后的土层支撑及控制地下水渗入的施工设计大有帮助，也有助评估隧道区域的沉降幅度。

挑战四：在恶劣地质环境下建造小口径隧道

解决方案：水平定向钻挖

 

我们在鸭脷洲和香港仔这两所基本污水处理厂之间，兴建了两条只有600毫米直径的泵喉，是值得一提的特别工程案例。

 

虽然钻爆方法有上面谈到的众多优点，却不是挖掘小口径隧道的理想方法。钻爆方法通常需要一个约3.5米阔和4米高的马蹄形工作空间，用作爆破和预灌浆工作。隧道挖掘完成后，往往需要用混凝土填补多出的半圆形部份，将管道缩小至所需的尺寸，这后续工作既不化算也不环保。

 

此外，我们也清楚知道，鸭脷洲和香港仔这两所基本污水处理厂之间的隧道路线会横跨香港仔断层带，地质环境充满变数，而且只能等到在挖掘过程中真正见到脆弱地质的时候，方可了解它对挖掘工作的影响。鉴于地质环境的不明朗因素，并为了确保前线工作人员的安全，和尽量减低进行挖掘时发生土层坍塌的风险，我们决定采用水平定向钻挖法来建造这双管隧道段，即是沿隧道设定路线钻挖细小的定位孔，完成后随即利用大型扩孔钻头，逐步扩大钻孔至隧道所需的大小。

 

然而，水平定向钻挖技术也遇到其他难题。无论是水平或垂直方向，双管隧道均处于弯曲路线；而且隧道长约1.4公里，已接近水平定向钻挖设备的最高操作极限。另一方面，定位孔的定位控制也殊不简单，因为水平定向钻挖借助地球磁场导向，但当时的工程却受到附近海床上高压电缆产生的磁场干扰，工程团队于是运用船只，在隧道路线之上为钻挖设备提供移动磁源导向，顺利解决问题。

 

然而，岩石层比预期坚硬得多，导致钻头出现异常磨损和钻杆破损。工程团队对钻头进行了加固，并密切监察钻挖力度，避免在钻挖过程中对钻杆过度施力。经过耐心钻挖后，工程团队终于贯通隧道，并将以高密度聚乙烯制成的管道拉过了扩孔。第二期甲这段独特的隧道，最后顺利以水平定向钻挖方法建成。

挑战五：在软土使用隧道钻挖机

解决方案：冻土法

 

在第二期甲隧道工程中，其中一条隧道段采用了隧道钻挖机。我们选用了一部土压平衡并配备泥浆屏挡的隧道钻挖机，在离地面约30米深的软土里，建造一条长250米、直径四米的连接隧道，接连昂船洲污水处理厂一号主泵房和二号主泵房。当时的挑战，是在隧道钻挖机贯穿开挖隧道入口竖井及二号主泵房的进水室的过程中，如何控制泥土及地下水突然涌入，并控制邻近现有设施可能出现的沉降。

 

工程团队决定使用冻土法作为缓解措施。这方法能迅速将泥土冷冻成冻土块，有效阻止地下水渗入，并可作为临时支撑，让隧道钻挖机贯穿开挖隧道入口竖井及进水室。我们利用二维热能分析，以确定泥土冷冻管的位置安排，并估计以适当温度形成冻土墙所需的时间和能量。

 

今次的冻土法，以盐水作为冷却剂。工程人员运用工业制冷系统，将盐水降至–28°C的温度，在隧道钻挖机贯穿混凝土墙前形成一层2.5米厚，温度为–16°C的冷冻块，以阻塞地下水，并可作为临时支撑。这是香港首次应用盐水于冻土法作为冷却剂，替代较常用的液态氮，也是「净化海港计划」工程的另一项创新措施。

挑战六：混凝土的质素在长距离泵送过程中受影响

解决方案：特制混凝土配方和伸缩式模板

 

污水隧道段的长度令混凝土泵送困难重重，因为在长距离的泵送过程中，混凝土的质素会被影响。但为了进行隧道的混凝土衬砌工程，却必须长距离泵送混凝土，部份路段更长达3.5公里。漫长的泵送过程引致设备操作过热，令混凝土的质素受到影响，而长距离泵送更会令混凝土出现离析情况。由于衬砌工程是施工时间表的关键一环，必须找个创新的解决方案。

 

工程团队从两方面着手：找寻合适的混凝土和浇灌混凝土的设备。为了调配出一种有足够和易性与早期强度的自压实式混凝土，我们研究了多种特殊的混凝土配方和设计。此外，混凝土的温度也必须小心控制，避免泵送期间产生的热力，导致混凝土在管道内过早凝固和硬化。

 

工程团队还决定订制一个120米长的伸缩式模板装置，专门用于连续浇灌混凝土的工作。特制的混凝土配方和模板效果十分理想，大大加快了衬砌工程的进度，成功配合非常紧凑的施工计划。

挑战七：跨越主要交通路线和重要基建设施

解决方案：仔细监控施工并与主要持份者紧密沟通

 

第一期及第二期甲的部分隧道，均处于现有主要交通管道下，包括东区海底隧道、港铁荃湾线及机场快线﹔它们又同时位处葵涌货柜码头等香港主要基建设施的下，所以隧道施工时必须确保沉降及振动保持在极低水平，避免对这些基建设施的正常运作及服务造成影响，这又是「净化海港计划」另一重大挑战。

 

首先，我们小心运用上面谈到的合适工程方案及技术，并密切监控施工。同样重要的是在隧道施工前及施工期间，与有关基建设施的营运者及相关政府部门保持紧密沟通，以释除疑虑。我们亦广泛安装了综合监察装置及仪器，大规模密切监察隧道工程对这些基建设施的影响。

 

通过有效沟通和紧密联系，工程团队与所有相关持份者，包括港铁公司、东区海底隧及货柜码头的营运者，建立了互信和良好的工作关系。「净化海港计划」第一期及第二期甲的所有隧道工程均安全完成，并没有对主要基建设施造成任何实质影响。我们在第二期甲工程中更多走一步，在计划早期已将原先的跨海隧道段重新定线，避免在另一主要基建设施 — 西区海底隧道的下面走过。