在海底修建公路
2020年12月27日，香港启用了一条新型交通动脉。屯门—赤鱲角连接路北连接路穿越海床，将新界西北部与香港国际机场及港珠澳大桥连接起来。这项工程的核心设备是海瑞克 Mixshield S-880 泥水平衡盾构机，名为「秦良玉」。该机器的盾构直径达17.63米，至今仍保持着吉尼斯世界纪录中盾构直径最大的隧道掘进机纪录。它比一座足球场还长，比大多数船只还重，设计上能够承受足以压垮普通设备的压力。它挖掘的隧道如今是香港最深、最长、最宽的海底公路隧道，属于一条全长9公里、耗资约182亿港元（约合23亿美元）的路线。
这项工程绝不仅仅是为了创造纪录。它回应了这座城市对改善陆路、海路和航空交通衔接的需求。工程需要修建一条双管隧道，海底隧道总长约5公里，必须从航道、松软的海床淤泥和敏感的沿海生态区下方穿过。若采用较老的方法修建这类隧道，就意味着大规模疏浚、干扰海上交通，并可能引发持续数年的环境争议。解决方案是一台德国制造的掘进机，能够边向前掘进，边挖掘、稳固地层并铺设隧道衬砌。
机器为何需要如此庞大
盾构直径定为17.63米，依据的是地质条件，而非单纯出于工程雄心。在屯门与赤鱲角之间，海床下方有厚达30米的海相沉积层和冲积黏土。这些土层极为松软且含水饱和，导致隧道掘进难以保持稳定。有些地方的基岩位于海平面以下约90米处。传统隧道掘进机难以应对涌水和土层坍塌。工程需要采用泥水平衡盾构设计，通过受控的泥浆与压缩空气混合物，平衡开挖面的压力。
机器的尺寸也由交通需求决定。规划中的隧道需要15.6米的内径，以容纳双向各两条行车道，以及安全空间、通风管道、电力系统和维护通道。隧道掘进机前进时会安装预制混凝土衬砌管片，因此隧道外径必须大于内径。加上衬砌环厚度、盾尾和刀盘，所需的盾构直径便增至17.63米。这相当于一栋六层楼高的建筑在地下旋转掘进。「秦良玉」正是按这一尺寸精确设计的。
泥水平衡盾构如何抵御海床压力
隧道掘进机常被形容为巨型钻机，但 S-880 更像一座移动的潜艇工厂。机器前端的旋转刀盘刮削隧道开挖面上的土石。在刀盘后方，机器设有一个开挖舱，里面充满膨润土泥浆（一种黏稠、类似黏土的流体）和压缩空气气垫。泥浆顶住开挖面，阻止海水和淤泥涌入机器。泥浆上方的压缩空气则让操作人员能够精细控制压力。刀盘向前推进时，挖出的土渣与泥浆混合，再经管道泵送至地面上的分离站。在那里，设备会滤除土粒，并将清洁的膨润土送回地下。
机器前端抵住土层的同时，后部则安装隧道衬砌。机械化管片拼装机将弧形混凝土管片吊起，拼成构成隧道壁的管片环。每个管片环既支撑周围地层，也形成平滑的圆筒结构，供日后铺设道路、安装照明和通风设施。整个过程要求所有系统同步推进：压力、泵送、泥浆化学性质、液压推力、管片输送和测量定位。任何一个环节放慢，整个作业就会停下。这种一体化作业方式让一台机器成为完整的生产线。
海底作业承受的巨大压力
开挖面上的静水压力最高达到5巴，相当于海平面大气压的五倍。这与潜水员在约50米深处感受到的压力相当。香港政府新闻处的一份官方报告这样描述当时的作业条件：
屯门—赤鱲角隧道最深处位于海平面以下约60米，专业高气压作业人员面临的压力几乎是地表的六倍。
为确保工人安全，同时维持刀盘开挖面处的压力，S-880 配备了气闸舱。这些密封舱室让人员能够分阶段从正常大气压环境进入加压开挖舱。切削工具维护、检查和维修都需要经过培训的工人进入加压区域，遵循严格的高气压医学规程，并缓慢减压以避免患上减压病。人员暴露时间受到限制，作业还需要医疗监督。这些条件让普通的隧道维护变成了类似潜水的作业。
无需返回地面即可改变尺寸
工程中最特别的一章出现在最初掘进650米之后。北端接线结构要求隧道直径为17.6米，因此「秦良玉」以全尺寸开工。通过这一段后，余下的海底路段可以采用直径14米的隧道。工程师没有把机器运回地面再启动第二台掘进机，而是在隧道内直接改造 S-880。他们拆除17.6米盾构的外部部件、重新配置内部系统，并在机器仍处于海床下方时安装新的14米盾构。
这种在隧道内缩小盾构直径的做法极为罕见。作业必须在海底压力下进行，空间有限，也无法直接接触日光。改造完成后，同一台机器继续掘进剩余隧道，并与另一台14米海瑞克掘进机协同作业。两台机器于2019年2月27日贯通。17.63米直径路段于2015年3月25日至11月3日期间开挖，之后实施机器改造。这一工艺被记录为一项可应用于未来工程的创新，适用于同一掘进路线需要采用不同隧道直径的情况。
横向联络通道的创新
采用双管设计的公路隧道通常需要设置横向联络通道，即连接两条主隧道、供疏散和维护使用的小型通道。屯门—赤鱲角连接路需要修建57条联络通道，其所在位置的压力高达5.8巴，超过海瑞克建议在加压舱内作业时聘用专业潜水员的3.6巴门槛。一些海底隧道通常采用的做法是冻结土层，通过冻结土中水分来稳固地层。但在松软、含水饱和的海床黏土中，这种技术既缓慢又有风险。
工程团队改用一台直径3.6米的迷你泥水平衡隧道掘进机，这是全球首次在如此高压条件下采用这一方法修建横向联络通道。小型机器在两条主隧道之间的墙体上掘进，同时由周围的泥浆系统控制压力。这一方案无需冻结土层，缩短了施工时间，也降低了风险。在海水、软黏土和极端压力交织的环境中，作业区域十分危险。
掘进速度、奖项与环境效益
尽管工程复杂，S-880 仍保持了较快的掘进速度。其最高日进尺达到30米，周进尺纪录为167.2米。这些数据不仅体现了机器的机械性能，也反映出后勤协调能力：混凝土管片、膨润土和替换零件必须持续供应。美国机械工程师学会记录称，该机器的功率为5,600千瓦，并能在含水饱和的土层和岩石中每天掘进约30米。
该工程凭借施工期间采用的技术创新，获得国际隧道与地下空间协会颁发的2019年 ITA 隧道工程奖。另一项获奖方案是在北端接线结构中采用的履带式围堰系统，为极软土层中的传统地下连续墙提供了替代方案。环境效益同样重要。香港路政署在一篇工程专题文章中写道：
与传统沉管法相比，采用隧道掘进机可减少约1,100万立方米海洋沉积物的疏浚和弃置量，相当于约4,900个标准游泳池的容量，并有助于尽量减少对中华白海豚及其他海洋生物的影响。
同一份官方说明还指出，这种方法减少了对龙鼓水道繁忙海上交通的干扰，也避免了改道铺设服务机场的现有海底电力电缆。北连接路于2020年12月27日通车，南连接路则已于2018年开始分阶段通车，最终将这条路线接入更广泛的港珠澳大桥网络。
至今仍定义一个时代的纪录
S-880「秦良玉」如今并非所有技术类别中动力最强的机器。近年来，中国和其他国家相继出现了推力更大、自动化程度更高或刀盘设计不同的隧道掘进机。但吉尼斯仍将盾构直径纪录记在「秦良玉」名下，而它完成的工程依然非同寻常。能够在一次连续掘进中兼具如此大的直径、如此深的海底作业压力，并在隧道内完成盾构改造的机器，寥寥无几。
这台机器也代表着沿海城市基础设施建设方式的广泛转变。随着港口、机场和都市区日益拥挤，规划者开始向地下和水下寻找新的通道。像 S-880 这样的巨型机器能以比传统方法更少的地面干扰、更少的疏浚和更低的生态影响来修建这些通道。它们造价高、能耗大、技术要求高，但为城市增加交通容量提供了一种方式，无需在更多海岸线上铺开施工场地。
「秦良玉」得名于明朝一位中国女将军，她生于1574年，以勇敢和忠诚闻名。大型隧道掘进机以女性名字命名，是地下工程由来已久的传统，可追溯至19世纪。从这个意义上说，这台机器将历史与未来一同带入香港地下的岩土之中。
要点
- 海瑞克 Mixshield S-880「秦良玉」保持着吉尼斯世界纪录中盾构直径最大的隧道掘进机纪录，直径为17.63米。
- 该机器挖掘了屯门—赤鱲角连接路全长5公里的双管海底隧道，该隧道于2020年12月通车。
- 工程耗资约182亿港元，如今建成了香港最深、最长、最宽的海底公路隧道。
- 泥水平衡盾构技术利用膨润土泥浆和压缩空气，控制松软、含水饱和海床土层中的压力。
- 作业压力最高达到5.8巴，维护人员必须遵守高气压作业规程，并使用气闸舱。
- 工程师在隧道内将机器从17.6米改造为14米盾构，这种隧道内缩径作业十分罕见。
- 一台直径3.6米的迷你泥水平衡掘进机在高压环境下修建了57条横向联络通道，开创了行业先例。
- 工程减少了约1,100万立方米的疏浚量，并降低了对海洋生物和航道的影响。
