英吉利海峽隧道工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與21世紀(jì)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(zhǎng)51km的平行隧洞組成，總長(zhǎng)度153km，其中海底段的隧洞長(zhǎng)度為3×38km，是目前世界上最長(zhǎng)的海底隧道。兩條鐵路洞襯砌后的直徑為7.6m，開(kāi)挖洞徑為8.36～8.78m；中間一條后勤服務(wù)洞襯砌后的直徑為4.8m，開(kāi)挖洞徑為5.38～5.77m.從1986年2月12日法、英兩國(guó)簽訂關(guān)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(chē)，歷時(shí)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(xiàng)目。Tran bbs.Com隧道的開(kāi)通填補(bǔ)了歐洲鐵路網(wǎng)中短缺的一環(huán)，大大方便了歐洲各大城市之間的來(lái)往。英、法、比利時(shí)三國(guó)鐵路部門(mén)聯(lián)營(yíng)的‘歐洲之星’（Eurostar）列車(chē)車(chē)速達(dá)300km/h；平均旅行時(shí)間，在倫敦與巴黎之間為3個(gè)小時(shí)，在倫敦和布魯塞爾之間為3小時(shí)10分。如果把從市區(qū)到機(jī)場(chǎng)的時(shí)間算在內(nèi)，乘飛機(jī)還不如乘‘歐洲之星’快。

　　歐洲隧道還專門(mén)設(shè)計(jì)了一種運(yùn)送公路車(chē)輛的區(qū)間列車(chē)，稱‘樂(lè)謝拖’（‘Le Shuttle’）。各種大小汽車(chē)都可以全天候地通過(guò)英吉利海峽，從而使歐洲公路網(wǎng)也連成了一體。人們稱譽(yù)這項(xiàng)工程，‘一夢(mèng)200年海峽變通途。’歐洲隧道工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，內(nèi)容十分廣泛，如果下一個(gè)世紀(jì)中國(guó)要修建臺(tái)灣海峽隧道，有很多值得借鑒的東西。本文僅根據(jù)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(jìn)技術(shù)

　　西方傳媒和學(xué)術(shù)著作都稱歐洲隧道為人類工程史上的一個(gè)偉業(yè)。這不僅因?yàn)樗傞L(zhǎng)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(jì)750多萬(wàn)立方米，相當(dāng)3座埃及大金字塔的體積；隧道襯砌中用的鋼材，僅法國(guó)一邊就相當(dāng)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(shù)上的難題。

　　它在技術(shù)上的方針是要求可靠、先進(jìn)?？煽颗c先進(jìn)之間不總是統(tǒng)一的，所以它幾乎‘排除了為隧道工程進(jìn)行專門(mén)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可能性’，而是‘采取經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的成熟技術(shù)’，‘在各個(gè)部分精心選取歐美不同國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以確保其高質(zhì)量和可靠性’。將成熟的先進(jìn)技術(shù)在復(fù)雜的工程中成功地加以綜合應(yīng)用，本身就是一種創(chuàng)造，這樣做大大減小了工程風(fēng)險(xiǎn)。這種技術(shù)方針和觀念，在我國(guó)對(duì)高、新技術(shù)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(quán)衡技術(shù)的先進(jìn)性與可靠性以及資金、時(shí)間的限制之間，找到一個(gè)合適的‘度’，是各種項(xiàng)目決策中值得認(rèn)真研究的。在歐洲隧道的建設(shè)中比較突出的工程技術(shù)成就如下（當(dāng)然不限于這些）：

　　1.充分的地質(zhì)工作和正確的判斷

　　地質(zhì)鉆探工作從58年做到87年，重要的鉆孔達(dá)94個(gè)。

　　淺層勘探在海底以下150m之內(nèi)，考慮隧道布置的范圍；深層勘探在海底以下800m之內(nèi)，主要為評(píng)價(jià)地震風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)。海底鉆探曾采用大型北海石油鉆機(jī)，每個(gè)鉆孔平均費(fèi)用約為50萬(wàn)英鎊?？碧桨l(fā)現(xiàn)海底有一層泥灰質(zhì)白堊巖（Chalk Marl），厚度約30m，飽和容重約23KN/m³，抗壓強(qiáng)度6～9MPa，變形模量800～1600MPa，蠕變系數(shù)φ=1.5，滲透系數(shù)（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(jìn)，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(yùn)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(rèn)為，充分的地質(zhì)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(shè)計(jì)海底隧道的規(guī)劃設(shè)計(jì)把施工和運(yùn)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(fēng)險(xiǎn)和提高運(yùn)行、維護(hù)的可靠性。在兩條單線鐵路洞之間是后勤服務(wù)洞，每間距375m設(shè)置直徑為3.3m的橫向通道與兩個(gè)主洞連接，連接處有防火撤離門(mén)。

　　后勤服務(wù)洞的主要功能是在隧道全長(zhǎng)范圍內(nèi)提供正常維護(hù)和緊急撤離的通道。在接到命令后，它可在90分鐘內(nèi)將全部人員從隧道和列車(chē)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(wù)洞。后勤服務(wù)洞在施工期是領(lǐng)先掘進(jìn)的，這為主洞的掘進(jìn)提供了詳盡的地質(zhì)資料，對(duì)保證安全施工有重要意義。此外，隧道的運(yùn)輸、供電、照明、供水、冷卻、排水、通風(fēng)、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(shù)問(wèn)題列車(chē)在很長(zhǎng)的隧洞中高速行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓差和空氣動(dòng)力阻抗。特別是歐洲隧道列車(chē)的阻塞比（列車(chē)與隧道斷面之比）很高，如果沒(méi)有卸壓管，列車(chē)的驅(qū)動(dòng)力需要增加很多。為此隧道沿線每250m設(shè)一個(gè)2m直徑的卸壓管，從后勤服務(wù)洞的頂上跨過(guò)，把兩個(gè)鐵路主洞連接起來(lái)。在設(shè)計(jì)階段對(duì)卸壓管的作用做了許多模型研究，使其有較好的空氣動(dòng)力效應(yīng)，并避免在管中產(chǎn)生氣流沖擊。鐵路隧道和列車(chē)要承受車(chē)輛震動(dòng)的長(zhǎng)期反復(fù)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(shè)彈性減振裝置，使車(chē)輛在軌道上行駛非常平穩(wěn)。該系統(tǒng)的部件要經(jīng)過(guò)多種性能測(cè)試，包括經(jīng)歷1000萬(wàn)次荷載周期的疲勞試驗(yàn)，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(jī)臺(tái)信號(hào)系統(tǒng)’（Cab Signal）。這種信號(hào)不是在機(jī)車(chē)外面或軌道旁邊，而是顯示在司機(jī)臺(tái)的屏幕上。一旦司機(jī)對(duì)信號(hào)沒(méi)有作出反應(yīng)，自動(dòng)列車(chē)保護(hù)裝置就會(huì)使列車(chē)減速，直到停止，保證列車(chē)安全行駛。長(zhǎng)隧洞掘進(jìn)時(shí)的通風(fēng)往往是施工中的一個(gè)難題。歐洲隧道對(duì)空氣循環(huán)的途徑和風(fēng)機(jī)的布置都作了詳細(xì)的規(guī)劃和研究。不僅設(shè)置通風(fēng)管，而且也利用隧洞本身作為通風(fēng)通道，使開(kāi)挖面的風(fēng)量達(dá)到13.5m³/s，符合社會(huì)保障與安全組織和地下工程協(xié)會(huì)規(guī)定的通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.掘進(jìn)機(jī)發(fā)揮重要作用隧道施工的主要設(shè)備是隧道掘進(jìn)機(jī)（Tunnel Boring Machines），具有不同的型號(hào)、尺寸和性能，出自歐洲、北美和日本的不同廠家。它們從英國(guó)海岸的莎士比亞崖和法國(guó)海岸的桑潔灘兩個(gè)掘進(jìn)基地開(kāi)始，分別沿三條隧洞的兩個(gè)方向開(kāi)挖，共有12個(gè)開(kāi)挖面，其中6個(gè)面向陸地方向掘進(jìn)，另6個(gè)面向海峽方向掘進(jìn)。