在海底建造道路
2020年12月27日，香港啟用了一條全新的交通動脈。屯門至赤鱲角連接路北面連接路穿越海床，連接新界西北、香港國際機場和港珠澳大橋。這項工程的核心，是一部名為秦良玉號的海瑞克泥水加壓式盾構機 S-880。這部機器的盾體直徑達17.63公尺，至今仍保持金氏世界紀錄中盾體直徑最大的隧道鑽掘機紀錄。它比一座足球場還長，重量超過多數船舶，設計上能在足以壓垮一般設備的壓力下運作。它挖掘的隧道如今是香港最深、最長、最寬的海底行車隧道，屬於一條全長9公里、造價約182億港元（約23億美元）的路線。
這項工程的目的絕不只是刷新紀錄，而是回應城市對改善陸路、海路與航空交通連結的需求。一組雙管隧道，海底段總長約5公里，必須穿越航道、鬆軟的海床淤泥，以及生態敏感的沿岸地區。若採用較舊的工法建造這類隧道，勢必需要大規模疏浚，干擾海上交通，並引發多年環境爭議。解決方案是一部德國製造的機器，能在向前掘進時同步開挖、穩定地層並鋪設隧道襯砌。
為何機器必須如此巨大
選用17.63公尺盾體，主要是由地層條件決定，而非單純出於工程雄心。屯門與赤鱲角之間的海床下方，藏有厚達30公尺的海相沉積物與沖積黏土。這些土壤極為鬆軟且含水飽和，使隧道開挖容易失穩。有些地段的基岩位於海平面下約90公尺處。傳統隧道鑽掘機難以應對湧水和土壤崩塌，因此工程需要採用泥水加壓式設計，利用受控的泥漿與壓縮空氣混合物，平衡開挖面的壓力。
機器的尺寸也取決於交通需求。規劃中的隧道內徑必須達15.6公尺，才能容納每個方向各兩線車道，並預留安全空間、通風管道、電力系統和維修通道。隧道鑽掘機前進時會安裝預製混凝土襯砌節塊，因此隧道外徑必須大於內徑。再加上襯砌環厚度、盾尾外殼和刀盤，所需盾體直徑便增至17.63公尺。這相當於一棟六層樓高的建築物在地下旋轉。秦良玉號的尺寸正是依照這種幾何需求精確設計。
泥水加壓式盾構機如何抵禦海床壓力
隧道鑽掘機常被形容為巨型鑽頭，但 S-880 的運作方式更像一座移動中的潛水艇工廠。機器前端的旋轉刀盤刮除隧道開挖面上的土壤與岩石。刀盤後方設有開挖艙，內部充滿膨潤土泥漿（一種濃稠、類似黏土的流體），並設有壓縮空氣氣墊。泥漿頂住開挖面，防止海水和泥土湧入機器。泥漿上方的壓縮空氣則讓操作人員能精細控制壓力。刀盤向前推進時，挖出的土石與泥漿混合，再經由管線抽送至地面上的分離廠。在那裡，設備會分離出土壤顆粒，並將乾淨的膨潤土送回地下。
機器前端抵住土層的同時，後方則安裝隧道襯砌。機械式管片拼裝機將弧形混凝土節塊吊起，組成形成隧道壁的環狀結構。每一環都能支撐周圍地層，並形成平整的圓筒空間，日後供道路、照明和通風設備使用。這套流程要求所有系統同步運作，包括壓力、抽送、泥漿成分、液壓推力、節塊供應和測量。任何一個環節放慢，整個作業就會停擺。這種整合式作法，讓一部機器成為完整的生產線。
海底作業面臨的巨大壓力
開挖面上的靜水壓力最高達5巴，相當於海平面大氣壓力的五倍，也就是潛水員在約50公尺深處會感受到的壓力。香港政府新聞處的一份官方報告如此描述當地作業環境：
屯門至赤鱲角隧道最深處位於海平面下約60公尺，專業高氣壓作業人員面對的壓力幾乎是地面氣壓的六倍。
為了在維持刀盤開挖面壓力的同時保障工人安全，S-880 採用氣閘艙。這些密閉艙室讓人員能分階段從一般大氣壓力進入加壓開挖艙。切削工具維護、檢查和修理都需要受過訓練的人員進入加壓區域，遵循嚴格的高氣壓醫學規範，並緩慢減壓以避免罹患潛水夫病。人員暴露於高壓環境的時間受到限制，作業也必須有醫療監督。這些條件使一般隧道維護工作變成類似潛水的作業。
無須返回地面即可變更尺寸
這項工程最特殊的階段，發生在完成最初650公尺的開挖之後。北面接續段結構需要17.6公尺的隧道直徑，因此秦良玉號一開始便以全尺寸作業。通過這段銜接區後，其餘海底路段則可採用14公尺直徑建造。工程人員沒有將機器吊回地面、再啟動第二部鑽掘機，而是在隧道內直接改裝 S-880。他們拆除17.6公尺盾體的外部組件、重新配置內部系統，並在機器仍位於海床下方時裝上新的14公尺盾體。
這種在隧道內縮小盾體的作法極為罕見。改裝作業必須在海底壓力下進行，空間有限，也無法直接接觸日光。改裝完成後，同一部機器繼續開挖隧道其餘部分，並與另一部14公尺的海瑞克機器協同作業。兩部機器於2019年2月27日貫通。17.63公尺隧道段於2015年3月25日至11月3日期間開挖，之後才進行改裝。這項技術成果獲得紀錄，未來可應用於同一條隧道需要不同直徑的工程。
橫向聯絡通道的創新工法
雙管公路隧道通常需要設置橫向聯絡通道，也就是連接兩條主隧道的小型通道，供疏散和維修使用。屯門至赤鱲角連接路需要建造57條這類通道，位置上的壓力最高達5.8巴，超過海瑞克建議在加壓艙室作業時聘用專業潛水員的3.6巴門檻。在部分海底隧道中，傳統作法是凍結土壤，藉由凍結土壤中的水分來穩定地層。但在鬆軟且含水飽和的海床黏土中，這種技術不僅耗時，也有風險。
工程團隊改用一部直徑3.6公尺的小型泥水式隧道鑽掘機，在如此高壓環境下建造橫向聯絡通道，這在全球尚屬首例。小型機器穿過兩條主隧道之間的牆體鑽掘，周圍的泥漿系統則負責控制壓力。這種解決方案免除了土壤凍結的需求、縮短施工時間，並降低在海水、軟黏土和極高壓力交織的危險環境中作業的風險。
施工速度、獎項與環境效益
儘管工程複雜，S-880 的掘進速度仍然很快。每日最高掘進量達30公尺，單週紀錄則達167.2公尺。這些數字不只反映機械動力，也顯示要持續供應混凝土節塊、膨潤土和替換零件至機器旁，需要精密的後勤協調。美國機械工程師學會記錄指出，這部機器的輸出功率為5,600千瓦，在含水飽和的土層與岩層中，每日可掘進約30公尺。
國際隧道協會於2019年頒發 ITA 隧道工程獎，表彰這項工程施工期間採用的技術創新。另一項獲獎方案是北面接續段結構採用的履帶式圍堰系統，為極軟土層提供了傳統地下連續壁以外的選擇。環境效益同樣重要。香港路政署在一篇工程專文中寫道：
以隧道鑽掘機取代傳統沉管工法，減少疏浚和棄置約1,100萬立方公尺的海洋沉積物，約相當於4,900座標準游泳池的容量，並有助於減少對中華白海豚和其他海洋生物的影響。
同一份官方說明也指出，這種工法減少對屈臣道繁忙海上交通的干擾，並免除改道既有海底電纜的需要。這些電纜為機場供電。北面連接路於2020年12月27日通車，南面連接路則早在2018年已開始分階段通車，將這條路線接入更廣泛的港珠澳大橋交通網絡。
至今仍代表一個時代的紀錄
S-880 秦良玉號如今已不是所有技術領域中動力最強的機器。近年來，中國及其他國家陸續推出推力更大、自動化程度更高，或採用不同刀盤設計的隧道鑽掘機。不過，金氏世界紀錄仍將盾體直徑最大的紀錄歸於秦良玉號，而它完成的工程依然非比尋常。很少有其他機器能在同一次連續掘進中，兼具如此大的直徑、如此深的海底作業壓力，以及在隧道內更換盾體尺寸的能力。
這部機器也代表沿海城市建造基礎設施方式的廣泛轉變。隨著港口、機場和都會區日益擁擠，規劃人員正轉向地下與水下尋找新的交通路線。S-880 這類巨型機器能建造新路線，對地面交通的干擾較小、所需疏浚也較少，對生態的影響亦低於舊有工法。這類機器造價高、耗能大、技術要求也高，但能在不讓更多海岸線布滿施工區的情況下擴充交通容量。
秦良玉號以明朝將領秦良玉命名。她生於1574年，以勇敢和忠誠聞名。為大型隧道鑽掘機取女性名字，是地下工程由來已久的傳統，可追溯至19世紀。從這個角度來看，這部機器將歷史與未來一同帶入香港地下的岩層之中。
重點整理
- 海瑞克泥水加壓式盾構機 S-880 秦良玉號的盾體直徑達17.63公尺，保持金氏世界紀錄中盾體直徑最大的隧道鑽掘機紀錄。
- 這部機器挖掘了屯門至赤鱲角連接路全長5公里的海底雙管隧道；該路於2020年12月通車。
- 工程造價約182億港元，如今是香港最深、最長、最寬的海底行車隧道。
- 泥水加壓式技術運用膨潤土泥漿與壓縮空氣，控制鬆軟且含水飽和的海床土層壓力。
- 工程作業壓力最高達5.8巴，維修人員必須遵循高氣壓作業規範，並使用氣閘艙。
- 工程人員在隧道內將機器盾體直徑從17.6公尺改為14公尺，這種隧道內縮小盾體的作法相當罕見。
- 一部直徑3.6公尺的小型泥水式隧道鑽掘機在高壓環境下建造57條橫向聯絡通道，創下業界首例。
- 工程減少約1,100萬立方公尺的疏浚量，也降低對海洋生物和航道的影響。
