英吉利海峽隧道工程的經驗教訓與21世紀工程

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英吉利海峽隧道（The Channel Tunnel）又稱歐洲隧道（Eurotunnel），由三條長51km的平行隧洞組成，總長度153km，其中海底段的隧洞長度為3×38km，是目前世界上最長的海底隧道。兩條鐵路洞襯砌后的直徑為7.6m，開挖洞徑為8.36～8.78m；中間一條后勤服務洞襯砌后的直徑為4.8m，開挖洞徑為5.38～5.77m.從1986年2月12日法、英兩國簽訂關于隧道連接的坎特布利條約（Treaty of Canterbury）到1994年5月7日正式通車，歷時8年多，耗資約100億英鎊（約150億美元），也是世界上規(guī)模最大的利用私人資本建造的工程項目。Tran bbs.Com隧道的開通填補了歐洲鐵路網中短缺的一環(huán)，大大方便了歐洲各大城市之間的來往。英、法、比利時三國鐵路部門聯營的‘歐洲之星’（Eurostar）列車車速達300km/h；平均旅行時間，在倫敦與巴黎之間為3個小時，在倫敦和布魯塞爾之間為3小時10分。如果把從市區(qū)到機場的時間算在內，乘飛機還不如乘‘歐洲之星’快。

　　歐洲隧道還專門設計了一種運送公路車輛的區(qū)間列車，稱‘樂謝拖’（‘Le Shuttle’）。各種大小汽車都可以全天候地通過英吉利海峽，從而使歐洲公路網也連成了一體。人們稱譽這項工程，‘一夢200年海峽變通途。’歐洲隧道工程的經驗和教訓，內容十分廣泛，如果下一個世紀中國要修建臺灣海峽隧道，有很多值得借鑒的東西。本文僅根據考察和采訪中收集到的資料，就主要方面談一些看法。

　　一、 采用成熟的先進技術

　　西方傳媒和學術著作都稱歐洲隧道為人類工程史上的一個偉業(yè)。這不僅因為它總長踞世界之冠，為它投入了巨額資金，而且工程量宏大，從歐洲隧道中挖出的土石方計750多萬立方米，相當3座埃及大金字塔的體積；隧道襯砌中用的鋼材，僅法國一邊就相當于3座埃弗爾鐵塔，更重要的是它成功地解決了許多工程技術上的難題。

　　它在技術上的方針是要求可靠、先進?？煽颗c先進之間不總是統(tǒng)一的，所以它幾乎‘排除了為隧道工程進行專門的創(chuàng)新設計的可能性’，而是‘采取經過試驗的成熟技術’，‘在各個部分精心選取歐美不同國家的標準設計，以確保其高質量和可靠性’。將成熟的先進技術在復雜的工程中成功地加以綜合應用，本身就是一種創(chuàng)造，這樣做大大減小了工程風險。這種技術方針和觀念，在我國對高、新技術的呼聲十分高漲和普遍的情況下是有借鑒意義的。如何在權衡技術的先進性與可靠性以及資金、時間的限制之間，找到一個合適的‘度’，是各種項目決策中值得認真研究的。在歐洲隧道的建設中比較突出的工程技術成就如下（當然不限于這些）：

　　1.充分的地質工作和正確的判斷

　　地質鉆探工作從58年做到87年，重要的鉆孔達94個。

　　淺層勘探在海底以下150m之內，考慮隧道布置的范圍；深層勘探在海底以下800m之內，主要為評價地震風險提供數據。海底鉆探曾采用大型北海石油鉆機，每個鉆孔平均費用約為50萬英鎊?？碧桨l(fā)現海底有一層泥灰質白堊巖（Chalk Marl），厚度約30m，飽和容重約23KN/m³，抗壓強度6～9MPa，變形模量800～1600MPa，蠕變系數φ=1.5，滲透系數（1～2）×10-7m/s.該巖層抗?jié)B性好，硬度不大，裂隙也較少，易于掘進，隧道線路就布置在它的下部，距海底25～40m.由于巖層的起伏，而隧道要求一定的運行坡度，所以隧道軸線在平面和立面上均呈平坦的W形。工程專家們認為，充分的地質資料和正確的判斷，使歐洲隧道找到了理想的巖層。

　　2.精心、合理的安全設計海底隧道的規(guī)劃設計把施工和運行安全放在極重要的地位。之所以不采用一條大跨度雙線鐵路共用隧洞，是為了減小海底施工的風險和提高運行、維護的可靠性。在兩條單線鐵路洞之間是后勤服務洞，每間距375m設置直徑為3.3m的橫向通道與兩個主洞連接，連接處有防火撤離門。

　　后勤服務洞的主要功能是在隧道全長范圍內提供正常維護和緊急撤離的通道。在接到命令后，它可在90分鐘內將全部人員從隧道和列車中撤到地面。它還是向主洞提供新鮮空氣的通道，并保持其氣壓始終高于主洞，使主洞中的煙氣在任何情況下都不能侵入后勤服務洞。后勤服務洞在施工期是領先掘進的，這為主洞的掘進提供了詳盡的地質資料，對保證安全施工有重要意義。此外，隧道的運輸、供電、照明、供水、冷卻、排水、通風、通訊、防火等系統(tǒng)都充分考慮了緊急備用的要求。

　　3.較好地解決了某些特殊的工程技術問題列車在很長的隧洞中高速行駛時會產生壓差和空氣動力阻抗。特別是歐洲隧道列車的阻塞比（列車與隧道斷面之比）很高，如果沒有卸壓管，列車的驅動力需要增加很多。為此隧道沿線每250m設一個2m直徑的卸壓管，從后勤服務洞的頂上跨過，把兩個鐵路主洞連接起來。在設計階段對卸壓管的作用做了許多模型研究，使其有較好的空氣動力效應，并避免在管中產生氣流沖擊。鐵路隧道和列車要承受車輛震動的長期反復荷載。

　　為此鐵道路軌采用了一種稱作‘松那飛’（Sonneville）的系統(tǒng)。一系列連續(xù)焊接的鐵軌下面設彈性減振裝置，使車輛在軌道上行駛非常平穩(wěn)。該系統(tǒng)的部件要經過多種性能測試，包括經歷1000萬次荷載周期的疲勞試驗，以確保系統(tǒng)的可靠性。該隧道還采用一種由鐵路控制中心操縱的‘司機臺信號系統(tǒng)’（Cab Signal）。這種信號不是在機車外面或軌道旁邊，而是顯示在司機臺的屏幕上。一旦司機對信號沒有作出反應，自動列車保護裝置就會使列車減速，直到停止，保證列車安全行駛。長隧洞掘進時的通風往往是施工中的一個難題。歐洲隧道對空氣循環(huán)的途徑和風機的布置都作了詳細的規(guī)劃和研究。不僅設置通風管，而且也利用隧洞本身作為通風通道，使開挖面的風量達到13.5m³/s，符合社會保障與安全組織和地下工程協會規(guī)定的通風標準。

　　4.掘進機發(fā)揮重要作用隧道施工的主要設備是隧道掘進機（Tunnel Boring Machines），具有不同的型號、尺寸和性能，出自歐洲、北美和日本的不同廠家。它們從英國海岸的莎士比亞崖和法國海岸的桑潔灘兩個掘進基地開始，分別沿三條隧洞的兩個方向開挖，共有12個開挖面，其中6個面向陸地方向掘進，另6個面向海峽方向掘進。