英法海底隧道案例

1、人类伟大的工程一英法海底隧道挖掘工程一、历史背景自一万三千年前冰河时期的冰河融化以来，欧洲的两个国家：英国、法国就 被宽度为34km的英吉利海峡相隔开来，数百年来两个国家一直处于争战敌对状 态，直至上个世纪两个国家才言归于和，有了经济贸易的来往。因此提出要通过 一条海底隧道将两国相连引起很大的争议，但就经济发展来说，建造海底隧道意 义重大。这条横穿英吉利海峡、连接英国与法国的海峡隧道，其工程的历史可以追溯 到1802年。1802年法国工程师马悌厄(Albert Mathieu)曾向拿破仑一世建议修筑一条 海底隧道直通英国，但被否决了。之后，亦有许多人接连提出过各种开凿英法海 峡隧道的建议。由于

2、自古以来英国同欧洲大陆的联系主要是通过英吉利海峡进行 摆渡，随着海峡间的运输日益频繁，使人们越来越感到解决海峡运输问题是势在 必行了。1973年11月，英法两国政府签订了关于修建海底隧道的条约，并提出了具 体方案。1986年，英国首相撒切尔夫人与法国总统密特朗达成基本协议，但是 30亿英镑的预算都是由私人出资筹款的。工程于1987年12月开始动工，历时7 年才得以完成。1994年5月6日，耗时19年、耗资63亿美元的英法海底隧道正式运营，事 实上，它不止一条隧道，它是由三条长51km的平行隧洞组成。因此总长为153km 从这个角度来看是目前世界上最长的海底隧道。此工程的顺利完成意味着英法两 国

3、间的渡海时间由3.5h缩短为不到1h，取得了重大的经济效益和社会效益。二、工程整体构思英法两国政府商定，该隧道始于加来海峡(多佛尔海峡)南侧法国的圣给塔， 终于北岸英国多佛尔市的莎士比耶，隧道全长51km，其中37.2km在海底。工程 总共分为三大部分：包括2个立井口，一个在英国的多佛尔市的莎士比耶，另一 个在法国的圣给塔。海底部分22km由英国施工，15.2km归法国营造。，隧道据 海底约40m，其穿越岩层为均质石灰岩，间有页岩互层。两条主隧道（运输隧道）间距为30m，内径为7.6m ；另有一条辅助隧道内径 为4.8m，三条隧道每距375m，以内径为3.3m联络巷相连。此外，两个主要隧 道间

4、每距250m以内径为2.0m联络巷相通，连络巷作通风、运砰以及发生火灾 或意外事故时疏散和逃生之用。主隧道采用弧形砌块支护，以非螺栓方式扣接，支护外径为8.3m，内径为 7.6m，每个砌块长1.5m、重约7t。每段由8个砌块组成，扣接后，在壁后注砂 浆以增强密闭性。在地质条件不良的地段和联络巷中也施以锚杆或其它混合支 护。三、主体工程一隧道钻掘钻掘由两组人员组成，分别从两地海岸开挖，共挖掘两条主隧道，一条养护 隧道。3.1挖掘挑战3.1.1挖掘工程浩大两条主隧道，一条养护隧道，共长为153km ；宽度相当于四线道的公路；还 有245条连络通道；在这些隧道的上方供释放列车高速前进产生之高压的排气

5、 孔；还有巨大的转轨洞，用于列车从一条隧道切换到另一条隧道以便进行养护工 程。3.1.2很大的危险性挖掘隧道的上面是一百公尺深的海水和岩层；前面是一千七百万吨的泥土和 岩层；工人只有一条出入道；工人工作环境很差：很热、很吵、空气稀薄、会吸 入少量毒气。3.1.3机器造价高挖掘机每台造价很高，最大的机器造价千万英镑，但这是专为钻掘隧道而设 计，完工后只是废铁一堆了。3.1.4进度很紧隧道工程13亿英镑的预算由私人出资，政府不会提出融资，每天的挖掘工 程要花百万英镑，没拖延一个小时就要增加4万英镑的支出。3.1.5隧道两端精确接合计划中隧道两端要在英吉利亚海峡底部的中点会和，是否能精确接合是此工

6、程成功的关键之一，隧道偏离值不能超过两公尺半，另一方面如果钻掘机偏离轨 道太大会撞上淹满海水的岩层，会造成洪水泛滥或是隧道崩塌。3.2挖掘团队每组人员都在四千人以上，一组是法国人，一组是英国人。英国挖掘团队：都是隧道钻掘精英，征自世界各地的地底隧道工程，曾经获 得很多荣誉的自称“隧道地虎小组”的人员，挖掘工程负责人是高登克莱顿；法国挖掘团队：就地征招人手，拼凑出来的，专门为了此项工程而进行了训 练，指挥法国挖掘小组的是罗伦勒布隆。3.3挖掘高科技3.3.1隧道钻掘机隧道钻掘机由英国鲁滨斯（Robbins）和马克海姆（Markham）公司设计、制 造，单台重1500t，全长240m，宽度相当于坦

7、克车的两倍。钻掘机每转一圈能挖 掉十顿的岩石。（1）采用全断面掘进机（TBM），要求在施工22km距离内不进行大修。（2）每周成巷200m（800m/月），掘进机切割头速度达6m/h,其支护时间为 18min，掘进机上带式输送机最大排砰能力为1300/h。（3）掘进机需要承受120m深的海水压力（12大气压），所有电气和机械设 备均得考虑密封和防突然溃入的海水侵蚀。掘进机排砰系统隧道全断面掘进机配有连续高效排砰系统，可以将砰石由掘进头运到地面排 砰场。英产的6台掘进机总排砰能力为3000t/h。其中，主巷为600t/h，2台备用 机为 300t/h。2个主隧道1个辅助隧道在1989年时排砰系统

8、为：（1）电机车一箕斗系统，将掘进头砰石运全砰石仓。（2）砰石仓一胶带机系统，将砰石仓砰石连续地运到（相当于海平面下 40m井底车场水平）斜井胶带输送机上。（3）地表排砰系统，将砰石散排到莎士比耶悬崖的排砰场。3.3.2地底量测工程前面已经提到两段隧道挖掘的路径不能偏离太大，因此引导钻掘机沿着安全 又精确的路径前进显得非常重要。对此工程的地底量测开始于1986年8月，也就是挖掘工程开始前18个月时， 量测工程师艾瑞雷德克里夫负责此量测工程，不同于地面的量测，海底量测是三 个维度的，而且不像地面量测有360的视野，海底量测看到的只是岩石看不到 前方的路线标示。因此借助地质学。沿着地底的路径，隧道

9、要贯穿各种土壤层和岩层，硬度都不尽相同，地质学 家要先找出和隧道直交的地层，这片地层能提供路线，让英法两组隧道工人循轨 挖掘，但是必须是适合挖掘隧道的岩层。因此要解决两个问题：适合挖掘的岩层 （地球物理学家尚庐狄森找到了防水不渗水的适合挖掘的岩石）和路径的标示。路径标识：地质学家在海底钻了连续的洞，放入探测装置向地底深处释放声 波，目的是测量声波在通过不同岩层和土壤层的前进速度变化，但是英吉利海峡 每天都会通过大量的船舶，再有潮水和海浪的干扰使得测量会很困难或不精确。 为了不偏离路径，挖掘主要依赖于TBM的雷射导引系统（主要用于地面的工程， 例如：让道路循线前进），挖掘工人用此系统回看他们已经

10、挖掘的路。雷射光不 断地向后扫描隧道的起始点，然后对照TBM不断变化的位置，然后用电脑检查 这份资料比对两侧工程师的路线坐标。3.4艰难的挖掘过程3.4.1无休工作英法两国总共启用了 12台钻掘机，每天24小时日以继夜地挖掘，一周7天， 全年无休。每天在挖掘的同时都要运送数百片混凝土板（用花岗岩特制的，比建 造核子反应炉用的更坚固）补垫隧道顶部，每块混凝土板和一辆房车差不多大， 重量相当于房车的三倍。3.4.2漏水事件1988年三月，英国方养护隧道工作人员突然看到数千加仑的水灌进隧道，英 国挖掘组挖掘工作被迫中止，英方挖掘工程负责人高登克莱顿迅速组织人员找出 漏水源并确定水是其它来源的淡水还是

11、海水，确定是海水，每个人都知道在隧道 上面是三万亿吨的海水，足以将一辆车轻易压扁。而此时隧道内正在以每分钟三 百公升的速度灌水，并且隧道顶部出现了一道裂缝，岩石也开始崩落，海水从裂 缝中灌进来，如果不采取行动，隧道可能会被海水摧毁。此时总工程师高登克莱 顿让工人以强化段铁板取代混凝土补垫了漏水的裂缝，暂时化解了危机，随机继 续开始了挖掘工作。但是地面裂缝不断地延伸，同时漏水导致了 TBM电线短路， 工程进度更加落后了。为了赶上进度，英国方暂时用钢板保护TBM，然后继续 挖掘。1989年1月，英方终于挖到比较干的陆地，为了赶上进度，英方整个挖 掘团队加大了工作的强度。就在此时，法国方也发现隧道漏

12、水了，但是法国使用的钻掘机是防水的，因 此不像英国方的TBM因线路短路而无法工作。因此法国方的挖掘工作一直未间 断。3.4.3地面辅助挖掘工作在英法两国的隧道附近地面上也有一个辅助挖掘工作的好大的工程，主要是 全天候持续地供应重要原料，其中最主要的原料是混凝土（每片混凝土板的重量 大概相当于一辆小货车），英法两国总共需要75万片作为隧道内补。英国方混凝土板的供应主要是用特制的列车载运，每天列车不停往返海岸， 每次载运4500顿，足以建造上百栋一般的房子。但是英国海岸五十公尺长的悬 崖让堆放困难重重，隧道挖掘速度越来越快，空间就显得越来越窄，但是如果材 料同一时间耗尽，供应速度就会慢下来，挖掘工程就要暂停，从而产生大量的开 支。因此有人想到一个方法，TBM每天制造36000吨废弃土石，可以用这些废 土填海从而延伸英国海岸线，从而解决混凝土板堆放问题。同时有如此大量的废 土倾倒在海里这样会使得英国土地多了 90英亩，相当于68座足球场。3.5隧道胜利完工持续