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英吉利海峽隧道工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與21世紀(jì)工程

2008-05-21 16:05    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  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(wù)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(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,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往。英、法、比利時(shí)三國鐵路部門聯(lián)營的‘歐洲之星’(Eurostar)列車車速達(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。

  歐洲隧道還專門設(shè)計(jì)了一種運(yùn)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(wǎng)也連成了一體。人們稱譽(yù)這項(xiàng)工程,‘一夢200年海峽變通途!瘹W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)中國要修建臺灣海峽隧道,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)行專門的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可能性’,而是‘采取經(jīng)過試驗(yàn)的成熟技術(shù)’,‘在各個(gè)部分精心選取歐美不同國家的標(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,在我國對高、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50萬英鎊。勘探發(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。

  后勤服務(wù)洞的主要功能是在隧道全長范圍內(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)問題列車在很長的隧洞中高速行駛時(shí)會產(chǎn)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(qū)動力需要增加很多。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,把兩個(gè)鐵路主洞連接起來。在設(shè)計(jì)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(yīng),并避免在管中產(chǎn)生氣流沖擊。鐵路隧道和列車要承受車輛震動的長期反復(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,使車輛在軌道上行駛非常平穩(wěn)。該系統(tǒng)的部件要經(jīng)過多種性能測試,包括經(jīng)歷1000萬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)臺信號系統(tǒng)’(Cab Signal)。這種信號不是在機(jī)車外面或軌道旁邊,而是顯示在司機(jī)臺的屏幕上。一旦司機(jī)對信號沒有作出反應(yīng),自動列車保護(hù)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(jìn)時(shí)的通風(fēng)往往是施工中的一個(gè)難題。歐洲隧道對空氣循環(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,使開挖面的風(fēng)量達(dá)到13.5m3/s,符合社會保障與安全組織和地下工程協(xié)會規(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、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(gè)掘進(jìn)基地開始,分別沿三條隧洞的兩個(gè)方向開挖,共有12個(gè)開挖面,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)。

延伸閱讀:英吉利 海峽 隧道
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