歐洲隧道工程考察報告

1、歐洲隧道工程考察報告 HYPERLINK 時間：2001年10月26日13:33來源：中國水利科技信息網(wǎng)因放大受縮小打印1994年5月6日，跨越英吉利海峽的歐洲隧道通車，長約50km的海底隧道將英 國和歐洲大陸聯(lián)為一體。歐洲隧道是目前世界上最長的海底隧道，是一項(xiàng)凝結(jié)著高科 技的工程，許多工程特性和我國南水北調(diào)工程西線調(diào)水長隧洞特性相近，在工程設(shè)計(jì)、 施工技術(shù)方面值得借鑒。為了充分科學(xué)地論證南水北調(diào)西線工程，由水利部黃委勘測 規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院院長陳效國率領(lǐng)的考察團(tuán)于1994年9月22日至10月5日，赴法國和 英國對歐洲隧道工程進(jìn)行考察?？疾斓哪康闹饕橇私夤こ痰脑O(shè)計(jì)情況、施工情況和 工程的社會經(jīng)濟(jì)

2、環(huán)境評價問題。一、歐洲隧道工程的設(shè)計(jì)與施工（一）隧道建設(shè)過程修建隧道以溝通英國與歐洲大陸的聯(lián)系的設(shè)想，起始于1802年，到建成通車歷 時近二百年。其建設(shè)過程可分三個時期：18021875年，修建隧道的主張逐漸興起，但缺乏實(shí)現(xiàn)的技術(shù)可能性。18751963年，工程方案發(fā)展，積累必要的資料。1963目前，克服了政治、管理、技術(shù)、財(cái)政等方面的障礙，開始修建并通車。（二）工程布置隧道西起英國的肯特郡多佛爾（DOVER），東到法國加來（CALAIS），全長50km，海 下38km，陸地12km，由三條平行的圓形斷面隧道組成，其中兩側(cè)隧道直徑7.6m，供 列車通行，稱運(yùn)行隧道，中間的一條隧道直徑4.8m，

3、供管理、維修使用，稱服務(wù)隧道。 隧道間距15m。沿長度方向每隔375m設(shè)一條聯(lián)絡(luò)通道，直徑3.3m，把運(yùn)行隧道和服務(wù)隧道聯(lián)通; 每隔250m又設(shè)一條直徑2.Om的減壓隧道，以釋放列車“活塞”效應(yīng)產(chǎn)生的空氣壓力。 在隧道全長的1/3、2/3處，兩運(yùn)行隧道間有聯(lián)通隧道，以使來往的車輛能從一條運(yùn)行 隧道轉(zhuǎn)入另一條運(yùn)行隧道運(yùn)行，稱作渡線。英國側(cè)渡線洞室長X寬X高為158 X 22 X 15m,法國側(cè)渡線洞室長X寬X高為164X21X15m。隧道在水面以下平均40m，最深達(dá)130m，在海床面以下20m。為使隧道處于較硬 且不透水的藍(lán)色白堊層內(nèi)，隧道在平面和立面上都不是直線，坡降0.51%。（三）地質(zhì)概況

4、早在1965年就開展了地質(zhì)工作，進(jìn)行了海上鉆孔和海底取樣。此后，進(jìn)行了大 規(guī)模的地質(zhì)工作。通過200多個鉆孔和其它地質(zhì)工作，基本查明了地質(zhì)情況。海峽地 質(zhì)由一些白堊層覆蓋在泥灰質(zhì)粘土和綠砂上面所組成。英國端褶皺較微，法國端的褶 皺較為發(fā)育且復(fù)雜。沿隧道線上有三個主要巖層，由上到下為中白堊、晚白堊和泥灰 質(zhì)粘土。在晚白堊和泥灰質(zhì)粘土之間，粘土與白堊混雜在一起形成白堊泥灰?guī)r（藍(lán)色白 堊）。該層為中等強(qiáng)度，均質(zhì)，具有塑性、沒有張開裂隙、不透水等特點(diǎn)，故隧道基本 布置在這一地層中。為了及時掌握更為詳盡的地質(zhì)資料以制定施工方案，服務(wù)隧道超前運(yùn)行隧道5 10km，并在掌子面偏上部位的水平和垂直方向偏斜5，

5、鉆進(jìn)超前地質(zhì)鉆孔，孔深1OOm。（四）施工方法施工方案隧道從兩岸向海底掘進(jìn)，英法在各自近海岸的地方先挖了一個施工口，然后分別 向海底和陸地出口掘進(jìn)。于是隧道被分為12個區(qū)段。兩國的施工進(jìn)口相距38km，法 國端是一個直徑55m、深65m的圓形豎井，掘進(jìn)機(jī)在井底組裝；英國端施工進(jìn)口則是 一個400m長、坡度1： 6的斜井和一座直徑10m、深11Om的豎井，斜井有5股鐵路軌 寬。服務(wù)隧道起導(dǎo)坑作用，提前探測兩側(cè)運(yùn)行隧道的地質(zhì)情況，以便及時處理。隧道 采用掘進(jìn)機(jī)全斷面掘進(jìn)，聯(lián)絡(luò)通道和減壓隧道用鉆爆法施工。掘進(jìn)機(jī)施工工程采用了 11臺全斷面掘進(jìn)機(jī)，法國端6個區(qū)段，5臺掘進(jìn)機(jī)，英國端6個區(qū)段， 用了 6

6、臺掘進(jìn)機(jī)，從開始掘進(jìn)到全部貫通僅使用3年半時間。但就這一條隧道而言， 施工的時間僅二年半左右，掘進(jìn)速度相當(dāng)快，四個掘進(jìn)工作面平均每月掘進(jìn)1.5km以 上。英國端使用的掘進(jìn)機(jī)都是同一種敞開式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，掘進(jìn)、襯砌、灌漿可同時作 業(yè)。掘進(jìn)機(jī)使用了 20個126t的液壓千斤頂，每個千斤頂與它相鄰的千斤頂成對角傾 斜放置，這樣掘進(jìn)機(jī)就能調(diào)整方向。在遇到斷層裂隙或貫通鉆孔時，輸送設(shè)備從開挖 面退出，液壓控制門關(guān)閉，同時掘進(jìn)機(jī)尾部周邊密封將掘進(jìn)機(jī)外圍環(huán)形空隙封閉，從 而保證后面的隧道不致被大水淹沒。由于法國端地層褶皺發(fā)育，隧道在含承壓水層穿進(jìn)穿出。因此，在承壓水地層采 用閉胸式作業(yè)，進(jìn)入不透水層則采用開胸

7、式作業(yè)。在閉胸式作業(yè)時，掘進(jìn)機(jī)切削頭要 縮回，螺旋輸碴器與自由端門關(guān)閉，使開挖面和掘進(jìn)機(jī)其他部分隔開，盾尾殼與襯砌 之間，安裝有5環(huán)浸滿黃油的鋼絲刷密封，防止地下水從掘進(jìn)機(jī)尾部浸入。掘進(jìn)機(jī)盾 構(gòu)向前推進(jìn)時，是用20個油缸頂住襯砌完成。襯砌英國端采用柔性膨脹式襯砌，由9片形成一環(huán)，每片外側(cè)表面都有4條20mm厚 凸緣，當(dāng)插入鎖口管片時，迫使這些凸緣貼緊并擠入圍巖，只許在管片與圍巖間留下 平均20mm的環(huán)形空隙以供灌漿，每片管片寬1.5m，海底段管片最大厚達(dá)360mm，陸地 段因承受覆蓋層較大的壓力，管片最厚達(dá)540mm。襯砌預(yù)制廠建在泰晤土河格林島， 在生產(chǎn)高峰時，24小時可生產(chǎn)1000塊。襯砌

8、由運(yùn)輸列車運(yùn)抵施工面，由四個襯砌管 片安裝機(jī)彼此獨(dú)立操作，兩臺負(fù)責(zé)安裝仰拱和鎖口管片，兩臺負(fù)責(zé)安裝其余5片，平 均18分鐘安裝一環(huán)。法國端由于通過承壓水地層，采用橡膠止水襯砌，由5塊標(biāo)準(zhǔn)管片和一塊楔形鎖 口鍵管片構(gòu)成一環(huán)，寬1.6m，厚400mm。每片端面粘聚氯橡膠墊，四邊有若干槽口， 以使5個直徑255mm的螺栓穿過連接管片。其中兩根橫向連接，三根縱向連接。襯砌 預(yù)制廠在豎井附近，日生產(chǎn)管片400塊，襯砌由運(yùn)輸列車運(yùn)抵掘進(jìn)機(jī)下部，提升到高 架管片皮帶上，運(yùn)至拼裝地點(diǎn)，然后由拼盤式拼裝臂，把管片放到吸盤式拼架上，旋 轉(zhuǎn)拼裝架使管片就位，平均24分鐘可拼裝完一環(huán)襯砌。棄碴隧道工程的棄碴約830萬

9、m3,其中英國500萬m3,法國330萬m3。切削下來的 石碴，被設(shè)在掘進(jìn)機(jī)切削刀盤下端緣口處鏟斗裝置收集起來，并使其落入螺旋輸送器 的進(jìn)料斗中，螺旋輸送器呈前低后高斜置，將棄碴送至皮帶輸送機(jī)，運(yùn)碴至裝碴機(jī)上， 裝碴機(jī)長37m，可以前后移動。往斗車中裝碴時，先裝前面的斗車，裝碴機(jī)逐漸后移， 當(dāng)移到中點(diǎn)時，皮帶機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，卸碴入出口方向的斗車中。由于隧道較長，從通風(fēng) 條件考慮，采用電力機(jī)車牽引，雙軌運(yùn)輸線，并在關(guān)鍵處有轉(zhuǎn)線軌道，軌道最大坡度 1.1%。在英國采用了四臺功率261kW和十二臺功率130kW的電動機(jī)車，列車空載時速 25km/h，重載時速18km/h。使用單側(cè)自卸式礦車，車寬1.6m

10、，高2.25m，體積15m3。 每列有12節(jié)運(yùn)碴車，4節(jié)運(yùn)砌管片車，2節(jié)運(yùn)料車、一節(jié)中間輔助機(jī)車及運(yùn)人車、一 節(jié)牽引機(jī)車。棄碴場在海岸懸崖下，用鋼板樁圍堰圍成碴塘。設(shè)計(jì)運(yùn)量2400t/h。在法國端由20臺V20和38臺V38機(jī)車牽引，由運(yùn)碴車運(yùn)至豎井，豎井底部有5 臺皮帶運(yùn)輸機(jī)，長20m、寬204m，輸碴至十齒滾筒式破碎機(jī)，將碴塊粒徑粉碎到80mm 以下，再加水將棄碴稀釋成8： 2的泥漿。由井底8臺強(qiáng)制式泥漿置換泵通過直徑255mm 的管道，輸往1 km的豐德皮諾棄碴場。泵運(yùn)水平距離可達(dá)16002000m，輸送高度 為130140m。碴漿有效流量100120m3/h，每月出碴量約35萬m3。通

11、風(fēng)由于隧道大部分處于海底，只在兩岸各建一個豎井。兩豎井間38km長隧道為施 工段，據(jù)介紹這是目前世界上最長的施工洞段。因此，施工通風(fēng)是一個關(guān)鍵的技術(shù)問 題。在開始研究時，考慮了三個方案。50/s/HP3001/s/m2501/s/ 人經(jīng)過比較，選用了方案(2)，經(jīng)理論計(jì)算，每秒需5.4m3風(fēng)量。主隧道13.5m3風(fēng) 量。主通風(fēng)系統(tǒng)在隧道內(nèi)設(shè)有抽風(fēng)機(jī)，吸進(jìn)新鮮空氣，通過風(fēng)管輸送到各個作面，掘進(jìn)機(jī)輔助通風(fēng)系統(tǒng)從主系統(tǒng)取得6.7m3/s新鮮空氣送到掘進(jìn)機(jī)前部。帶有塵埃的空氣 通過管道除塵器排出，在地面也設(shè)有風(fēng)機(jī)，抽出污濁的空氣。隨著掘進(jìn)距離的增長， 當(dāng)通風(fēng)量不滿足要求時，就在中間再加一些風(fēng)機(jī)，一級一

12、級接力運(yùn)行。當(dāng)隧道貫通后 則在英國一側(cè)抽風(fēng)，法國一側(cè)壓入新鮮空氣進(jìn)行通風(fēng)。二、歐洲隧道的環(huán)境及社會經(jīng)濟(jì)評價（一）環(huán)境保護(hù)英、法兩國都對隧道工程的環(huán)境問題十分重視，曾廣泛征求專家、社會團(tuán)體和公 眾的意見。在英國有關(guān)的研究有18個專題上百份報告，涉及的問題包羅萬象無所不有， 大到對附近居民的影響，小到工程設(shè)施的顏色。而且一些重大的問題要通過國會討論 立法。寫出的環(huán)境評估報告，征求了 100多個團(tuán)體的意見。在進(jìn)口選擇時，英政府充 分聽取了肯特郡的意見，盡可能保護(hù)當(dāng)?shù)鼐用竦睦?。在設(shè)計(jì)中，盡量少占農(nóng)田和避 開居民建筑。因此，英國的出口擠在一個狹小的山谷內(nèi)，為避開居民點(diǎn)，周邊呈不規(guī) 則多邊形。法國在施工

13、中有兩個重要的環(huán)境問題。一是處理從隧道排出的施工廢水，必須經(jīng) 過處理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能排入海中；二是棄碴的處理。工程位于旅游區(qū)，是國家有級別 的自然保護(hù)區(qū)，對環(huán)境要求甚高。建設(shè)單位原提出的堆碴場被否定。后來找到一個凹 地，但靠近104公路，所以要求棄碴處理必須恢復(fù)到和原來的地貌一樣。棄碴堆放是 在凹地筑成一座30m高的小壩，自然沉淀排水形成一個湖泊，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)選擇了適合在 棄碴上生長的草種，在壩坡上種植這種草，現(xiàn)在植被覆蓋己和當(dāng)?shù)丨h(huán)境融為一體。為 了防止湖內(nèi)的咸海水污染附近的地下水，沿湖周筑了一道防滲墻，經(jīng)在湖邊鉆孔取水 實(shí)驗(yàn)，水質(zhì)未發(fā)現(xiàn)受到污染。（二）社會經(jīng)濟(jì)歐洲隧道開通后，使用高速鐵路系統(tǒng)將英國

14、與歐洲大陸聯(lián)系在一起，增進(jìn)了人員 交流，貿(mào)易往來，節(jié)省了成本，在地緣政治、經(jīng)濟(jì)貿(mào)易方面對歐洲大陸產(chǎn)生重大的影 響。乘坐歐洲之星高速列車由倫敦3小時可以到巴黎，2小時45分可以到布魯塞爾， 比以前乘船轉(zhuǎn)鐵路節(jié)省了一半時間。預(yù)計(jì)到2030年可運(yùn)載4100萬旅客，2300萬t貨 物。工程還促進(jìn)了旅游業(yè)的發(fā)展，從海峽兩岸出口展覽中心游客數(shù)量增加的勢頭看， 有著良好的前景，增加了就業(yè)機(jī)會，促進(jìn)了地區(qū)經(jīng)濟(jì)繁榮。法國加來市已準(zhǔn)備把隧道 終端建成一個集商業(yè)區(qū)、會議中心、旅館、貨棧、倉庫為一體的大型商業(yè)服務(wù)區(qū)。法 國政府撥出?？钣糜诟纳七@一地區(qū)的交通等基礎(chǔ)設(shè)施。預(yù)計(jì)到1998年，加來地區(qū)人口 將翻一番，英國人也

15、開始在此搶購房地產(chǎn)。英國的兩家公司開始在這里投資，一家房 地產(chǎn)公司大力搶購房地產(chǎn)。英國的一些大商店開始在加來建分店，因?yàn)榭咸乜さ郊觼?比倫敦購物方便。隧道的開通，對海峽的海運(yùn)有很大的影響，英國方面擔(dān)心將會有6000 名港口職員失業(yè)，以往由英國壟斷的海峽海運(yùn)業(yè)務(wù)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，駁運(yùn)公司為提高 競爭力已開始提高效率和服務(wù)質(zhì)量，預(yù)計(jì)將會有天上、海上、地下一場立體的激烈競 爭。歐洲隧道的開通將給英國人帶來更多的歐洲意識，英國肯特郡、法國加來以及比 利時建立起地區(qū)合作組織，共同促進(jìn)文化、教育、旅游和貿(mào)易發(fā)展。三、隧道技術(shù)發(fā)展的啟示歐洲隧道工程采用了許多先進(jìn)技術(shù)，很多方面值得我們借鑒，對于我們西線調(diào)水 工

16、作很有啟示。（一）掘進(jìn)速度歐洲隧道總長50km，三年半時間就貫通，就單洞而言，兩年半時間就貫通了，掘 進(jìn)速度是比較高的，在許多方面打破了記錄。服務(wù)隧道掘進(jìn)平均150250m/周，運(yùn)行 隧道265m/周。最高周進(jìn)尺達(dá)294m，最高月進(jìn)尺達(dá)1500m，曾連續(xù)幾個月進(jìn)尺過1000m。 破記錄的掘進(jìn)速度雖然和隧道地質(zhì)構(gòu)造、巖石硬度均勻性較好有關(guān)，但與采用先進(jìn)的 技術(shù)、性能優(yōu)良的掘進(jìn)機(jī)和科學(xué)的組織管理方法分不開。在掘進(jìn)過程中，安裝約200 塊儀表，工地工程師每天讀取的數(shù)據(jù)達(dá)120個，運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行效果， 指出機(jī)械和電器存在的問題，從而明確機(jī)械維修保養(yǎng)的目標(biāo)，使掘進(jìn)機(jī)時間利用率提 高到90%，

17、整個系統(tǒng)的時間利用率達(dá)60%。根據(jù)南水北調(diào)西線工程隧洞的長度，推測施工期為1318年，雖然工程區(qū)地質(zhì) 條件復(fù)雜一些，但隧洞在陸地開鑿，可利用溝谷分成短段施工，而且進(jìn)入21世紀(jì)后， 掘進(jìn)技術(shù)又有新的發(fā)展，從歐洲隧道成功的經(jīng)驗(yàn)來看，南水北調(diào)西線工程推測的工期 是有保證的。（二）隧道測量控制歐洲隧道是分別從英國和法國兩端掘進(jìn)的，平均每端19km。在如此長的距離，而 且隧道又在上下、左右擺動，隧道軸線的控制和對接是一個非常困難的問題。為此， 工程采用了比較先進(jìn)的控制測量系統(tǒng)。建立了一個特別坐標(biāo)系，利用納費(fèi)納斯塔衛(wèi)星 網(wǎng)，借助激光標(biāo)靶和計(jì)算機(jī)，利用ZED系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)向。該系統(tǒng)根據(jù)隧道理論中線和這 個位置對

18、下一個工位的投射線給出掘進(jìn)機(jī)的位置，再根據(jù)掘進(jìn)機(jī)實(shí)際位置與理論中線 的關(guān)系，用一個專門的程序計(jì)算出掘進(jìn)機(jī)將沿著行走的修正路線，該程序還具有以最 佳方式定出掘進(jìn)機(jī)后盾尾中襯砌環(huán)中心位置的能力。在隧道貫通前，先鉆通一些測試鉆孔，以便掘進(jìn)機(jī)調(diào)整定位軸線方向，采用如此 的控制措施是非常有效的。貫通后服務(wù)隧道中線水平誤差50mm，豎直誤差50mm，北線 隧道水平誤差23mm、豎直誤差21mm，南線隧道水平誤差2mm、豎直誤差32mm。測量控制系統(tǒng)還被用于控制襯砌，與“可壓偏”的襯砌環(huán)配合，通過旋轉(zhuǎn)可插入 鎖口的鍵管片的4個位置，使壓偏的位置移高或移低一些。（三）海底大跨度洞室施工在隧道內(nèi)有兩處渡線，是迄

19、今在海底建造的最大的地下洞室，特別是法國端渡線 洞室，不透水覆蓋層厚薄不均，地下水浸入的可能性較大。因此，采用了先打通11 條彼此相鄰接水平縱向“廊道”，然后在里面灌注素混凝土，構(gòu)成一個桶形護(hù)殼結(jié)構(gòu)， 然后在護(hù)殼內(nèi)開挖洞室，保證洞室的穩(wěn)定。這種施工方法對于西線調(diào)水在構(gòu)造破碎地 層修建地下廠房可以借鑒。（四）通風(fēng)歐洲隧道兩豎井間的施工段最長為38km，通風(fēng)距離達(dá)20km，據(jù)專家介紹更長的 通風(fēng)距離也是可行的。而西線調(diào)水最長洞段目前控制在26km長，雖然存在高寒缺氧等 問題，但由歐洲隧道通風(fēng)成功的經(jīng)驗(yàn)看，隨著技術(shù)的發(fā)展，采取一些有效的措施，通 風(fēng)問題是可以解決的。根據(jù)與負(fù)責(zé)隧道設(shè)計(jì)與施工的公司專家

20、交換意見，他們也認(rèn)為 應(yīng)該是沒有問題的。（五）柔性鋼襯通過斷層由法國杜美思公司介紹的隧道通過活斷層的方法也是值得西線調(diào)水借鑒的。該公 司在印度尼西亞蘇門答臘承包施工的一條16km的引水隧洞，共穿過15條斷層，其中 一條較大的活斷層，每年以20mm的速率錯動。該公司首先對斷層做了大量的現(xiàn)場和實(shí) 驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)，取得大量的數(shù)據(jù)，計(jì)算分析位移的方向和大小。設(shè)計(jì)時在斷層處擴(kuò)大隧 洞的斷面，并做成雙層襯砌，內(nèi)層為柔性鋼襯，外層為砼襯砌。可以橫向變形1m。伊 朗一條隧洞的施工中，也采取類似的方法通過斷層。西線工程的一些引水隧洞也通過 一些斷層，雖然斷層的活動性有待進(jìn)一步查明，但這種活斷層處理的方法給我們以啟

21、發(fā)，活斷層采取工程措施也是能通過的。四、考察的收獲及認(rèn)識通過歐洲隧洞看西線調(diào)水工程。目前所研究的以長隧洞自流方案為主的認(rèn)識是 可取的，一些隧洞施工的關(guān)鍵技術(shù)如通風(fēng)、斷層處理、施工機(jī)械應(yīng)用，在現(xiàn)代科學(xué)技 術(shù)水平條件下都是可以解決的。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，長隧洞引水的 可行性將進(jìn)一步增加。在目前的規(guī)劃研究中，應(yīng)及時了解和掌握現(xiàn)代科技水平的發(fā)展 和動態(tài)，不斷更新觀念，修正規(guī)劃水平，使規(guī)劃水平與科技發(fā)展水平相適應(yīng)，提出經(jīng) 濟(jì)上合理、技術(shù)上可行的規(guī)劃方案。無論是在歐洲隧洞還是其它工程，英法兩國政府對環(huán)境問題十分重視，國民也 有較強(qiáng)的環(huán)境意識。兩國都制定有專門的法律，經(jīng)常就某一特定的問題進(jìn)行民意調(diào)查。 有許多公眾自發(fā)建立的組織，自費(fèi)研究環(huán)境問題，向政府提出報告，研究的內(nèi)容五花 八門，無所不有，甚至連防風(fēng)柵的高度、顏色要求都非常具體。每項(xiàng)工程結(jié)束后都立 即恢復(fù)原貌。在我們考察歐洲隧洞時，雖然工程還未完工，但已看不到施工的痕跡。 空地被綠色的草坪覆蓋和一些新穎的雕塑點(diǎn)綴。所見到的其它在建工程亦是如此，工 地被鐵皮或木板遮擋起來，外面繪上美麗的圖案和標(biāo)志，根本看不到雜亂無章的施工 現(xiàn)場。在休息日禁止工作，以免破壞游客的興致。這些環(huán)境保護(hù)方面有益的經(jīng)驗(yàn)值得 我們借鑒。隨著人們物質(zhì)文化生活