英法海底隧道案例

人类伟大的工程—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，两个主要隧道间每距250m以内径为2.0m联络巷相通，连络巷作通风、运矸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—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矸能力为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。

掘进机排矸系统

隧道全断面掘进机配有连续高效排矸系统，可以将矸石由掘进头运到地面排矸场。英产的6台掘进机总排矸能力为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年时排矸系统为：

（1）电机车—箕斗系统，将掘进头矸石运至矸石仓。

（2）矸石仓—胶带机系统，将矸石仓矸石连续地运到（相当于海平面下40m井底车场水平）斜井胶带输送机上。

（3）地表排矸系统，将矸石散排到莎士比耶悬崖的排矸场。

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