海底隧道和过江隧道的修建方法

07年我待的城市筹备修建地铁，计划是2010年南北向主线通车，2012年东西向（含过江段）通车，当时在讨论东西段途经城市最繁华地带的处理时，境外的顾问说既然离河道也比较近了，那就与过江隧道一并做岩隧工程地下作业好了。施工方自然是觉得不可理喻：为什么要多这一公里的距离？直接挖开不就可以了？于是开膛破肚的施工了5年，其间还夹杂着些施工路段交通混乱，江底隧道质量堪忧的负面新闻。今年好像磕磕绊绊的要完工了，在这里看到这个题目，之前的两个答案又都提到了英吉利海峡隧道（Channel Tunnel），突然觉得有些感触，想分享一些关于这条隧道的故事。

这条耗时6年，海底部分37.9公里的隧道的确是人类工程史上重要的一笔，但其实早在隧道开挖的186年前，工程师们就在这里尝试着让天堑变通途的办法。

（Mathieu的海底隧道设想）

1802 年，法国工程师Albert Mathieu就设想过采用隧道的形式连接英吉利海峡两端，这个想法很得拿破仑的欢心；法国皇帝甚至煞有介事在亚眠合约期间（Treaty of Amiens）向英国人推销这个油灯照明，马车拖运，还要修建探出海面的木质换气塔的大胆想法。在英国人看来，这个以“2小时马车就能到法国”为 slogan的项目怎么看都满是法国佬的恶意，待到第二年两国真的再次交恶，有关这个海峡工程的第一次提议就很自然的不了了之了。

时间过了 30年，一个27岁的年轻人许是对这个连接海峡两端的想法产生了兴趣，开始了他的研究。当时是1834年，离真正的隧道开始动工的时间1988年远

得离谱，很显然地，那个年轻人一定也是失败了的。但他取代马修被后来的人称为海底隧道之父，因为相较于他的前辈，这个人付出的代价是就是他的一切，耗尽自己的财产和心血成为一个一辈子没有落实一个实际项目的“纸上工程师”，他就是Aimé Thomé de Gamond。

前辈 Mathieu的设想遗漏了一个很重要的讨论：怎么样在海底挖掘隧道？以当时的技术这根本不可能。而de Gamond的方案是：预先打造一批大铁管，用分段组装的方式在海底连接，待到整条线路铺设完成后，再从地上入口进入这条预置管线，抽空积水并加设防水用的砌体层。他又花了一年的时间去修改这个方案：先用砖块铺设巨大的海底构筑带然后在内里凿洞的方式来修建隧道，从而省掉了预置铁管这道工序，并把工程造价压在了1亿7千万法郎，即七百万英镑以内。工期将是30年。

（Thomé de Gamond的预置构法）

除了隧道这个想法，de Gamond还不忘头脑发散的构想了好几个奇怪想法，比如他设想来建一座大铁桥，桥拱的高度甚至得超过伦敦的圣保罗大教堂（111米）；又比如英法两国每边修建一个深入海面长达8公里的码头用来服务一种平底蒸汽动力大船的通勤；再比如在英吉利海峡上填出一条路来，为了保证正常船只通航，这个地峡将被分成四段，用吊桥联系。他的投入引发了业界的广泛兴趣，不少希冀在历史上留名的工程师科学家都尝试着发表自己的议案，而最多产且最大胆还是非de Gamond莫属。当然的，与此同时跑过来点“没有帮助”的人也是很多，于是这位老兄继续尝试，并逐渐确定隧道仍然是连接海峡的最佳选

择，只是不得不承认，如何处理在湍急的水流中的作业是他的预置施工想法的最大难题。

终于，事情有了转机。

首先，英国人在一个不大不小的项目上成功了——泰晤士河隧道，全长396米，在河面下方20多米的地方用了18年时间——隧道贯通后的三个月里，见过大场面的伦敦人愣是要求了三个月的时间供大家步行参观。累计参观人数达到1百万人，相当于当时伦敦一半的人口——这个项目的成功最关键的驱动力就是技术。 Isambard Kingdom Brunel和他父亲发明了一种革命性的钻探技术，盾构法（tunnelling shield）。这个技术使用一个巨大的构架，构架的空隙就是供36个工人同时开凿的工作面。因为河床底部是厚实的蓝粘土层，这个构架用挤压的办法向前推进，每个工人的挖掉自己面前挤进构架内的粘土，方便整个结构继续推进。与此同时，另一批工人将构架推移腾出的空间一点点的稳固。de Gamond显然注意到了这个技术，纵然按照英国人的速度估计，要挖通海峡大概需要100年的时间。但是随着蒸汽机车的出现，他坚信，这个工期有十足的可能被缩短。

（最早盾构法示意图）

（透视图清晰点）

另一件事情更是可遇不可求，他大学时代的好友路易王子在1848年当选了法国总统后又在1851年发动政变接下自己舅舅曾拥有的称号成为法国皇帝拿破仑三世。

de Gamond知道自己的机会终于来了，他不但认真的整理了所有的隧道技术资料，而且干出了一件几近疯狂的事情。1855年，48岁的工程师在自己女儿的陪同下划着小船来到了预定开挖隧道的海面。简单的困扎好自己的双耳（以防水压伤害耳膜）和绑了一圈重达80多公斤的石子在腰带上后，法国人深吸一口气，毅然地跳进冰冷的水里，下潜到30米的海底，在猛烈地海流和鳗鱼的攻击下采来了海底岩石样本。他的偏执有了极好的回报：采样显示海峡的地质对于隧道建设极为理想。而这份报告也为以后的海底隧道工程提供了极为宝贵的勘探信息：

（地质层分析）

第二年，Thomé de Gamond绘出了详细的方案，一个安全可靠的，甚至拥有海峡中段观景平台的隧道工程渐渐浮现，而20年来的心血和苦难欣慰地被埋藏。一切顺利得像做梦一样。拿破仑三世异常支持老友的这个方案：既然英国人都能在河底建隧道，为什么法国人不能修条海底隧道呢？两个国家的媒体在这个议题上也表现得异乎寻常的正面，英国方面甚至还爆出维多利亚女王对这个想法的赞不绝口，因为她本人晕船晕得家喻户晓。

（Thomé de Gamond的最终方案）

太顺了，就像狗血的连续剧一样，当一切向着一个Happy Ending发展。事情好像就会变得不一样，在一次去往巴黎歌剧院的路上，拿破仑三世的马车遭受到炸弹的袭击。当场8人死亡，百余人受伤。虽然法国历史上最后一个皇帝在帷幕拉开前赶到了剧院，但是已经全然没有了看戏的兴致。搞啥呀，这次意大利人的刺杀看上去和海底隧道能有什么关系？可答案讽刺的是：很有关系，因为炸弹的制作地疑为英国伯明翰。相比于一个工程上的两国PK，自然头上的皇冠要重要一些。

de Gamond的计划被无限期搁置了。为了这个梦想苦苦坚持几十载，到头来还是一场空。自己女儿也不得不放下架子靠给人上音乐课来支持她老爸荒诞的想法。1876，心力憔悴的de Gamond去世了，按官方的记载他的晚年生活条件有些“卑微”。而他曾经的皇帝朋友于1870年战败退位，颠沛流离到英国渡过自己人生最后虚弱的三年，自然是坐船过去的。

法国末代皇帝在英国养病的期间，他极有可能听说过一个消息：在他手上夭折的海峡隧道工程又重新被启动了。这次是由英国人牵头，拟建一条用通风过道相连的双隧道海底交通线。因为蒸汽机的迅猛发展，不但盾构机械效率大幅进步，也可以依靠双向火车的快速运动完成隧道内的换气（活塞效应）从而无需再担