工程师们是怎样克服圣哥达基线隧道修筑工程中的挑战的

工程师们是怎样克服圣哥达基线隧道修筑工程中的挑战的

圣哥达基线隧道全长57公里,建成后将成为世界之最,这种地下隧道的修筑可谓工程学上的丰功伟绩。

该隧道将于10月15日最后贯通,而开凿这样一条铁路隧道要面对诸多挑战,连大自然也时不时会从中作梗。

圣哥达基线隧道将成为穿越阿尔卑斯山脉的新平轨铁路干线的关键部分。隧道海拔最高处仅为550米,相当于首都伯尔尼的海拔高度,建成后它能将苏黎世与米兰的行程缩短一个半小时。

“修建如此庞大的工程,你必须从几个工地同时进行,因为若只是从一个入口开始修到出口,完成整个工程得需要20多年时间,”项目承包商阿尔卑斯通道公司(AlpTransit)的工程总监海因茨·艾尔巴(Heinz Ehrbar)告诉瑞士资讯swissinfo.ch。

“所以我们共有5个主要工地,北边有埃斯特费尔德(Erstfeld)和阿姆施代格(Amsteg),中部有塞德龙(Sedrun),另一端则有法伊多(Faido)和博蒂欧(Bodio)两处。”

这5个工地令开凿工期缩短一半。一旦内部设施安装完毕,隧道就将于2017年正式开通。

隧道纵览

基线隧道由两个单管组成,每312米处有通道连接。列车可以在塞德龙和法伊多的多功能站转换隧道,这两个站都设置了通风设备和安全与信号系统。

每20公里处还设有紧急停车站,供人们在发生火灾和事故时逃生使用。

隧道的修筑使用到钻掘和爆破法,以及巨型全断面隧道掘进机(TBMs),后者完成了大约60%的工作。

到这条造价高达97.4亿瑞士法朗(合95亿美元)的隧道建成之时,掘出的岩石总重量估计将达到2400万吨。

担任项目顾问的苏黎世联邦理工学院(ETHZ)隧道学名誉教授卡尔曼·科伐尔指出,开凿隧道并非像听起来那么神秘。这只是利用自然构造作为材料的工程活动而已。

并不神秘

“许多人以为我们完全受大自然的摆布,但其实这并不正确,”科伐尔解释道。

地质学家和岩石力学专家先对该地区作详细勘察。最佳线路制订出来后,再由一组专家进行设计。

修筑如此长、宽、深的隧道意味着特殊的挑战。“有很多深入问题被提出来,如岩石压力、可能的高水压和高温,”科伐尔向瑞士资讯swissinfo.ch透露。

例如,利用水循环系统解决了高温问题,将摄氏45度的气温下降到28度,从而改善了钻掘工人的工作条件。

项目威胁

阿尔卑斯山脉的地质条件多种多样,岩层硬度从硬如花岗岩到软如黄油,这也造成了难题。“我们知道隧道的开凿会穿过某些非常困难的区域,”艾尔巴指出。

有人怀疑隧道掘进机是否能穿过皮奥拉断层带(Piora Fault Zone),这一带的最初探测结果为“松软土质”-一种夹杂着水的颗粒状白云岩。工程不得不中断-整个项目受到威胁-而工程师们则在讨论该做什么。

经要求又进行了额外钻孔,结果显示这种恶劣地层并没有像担心的那样延伸到更深的隧道层。工程得以继续开展。

就在塞德龙北面还有一片困难区域,那里的岩石很易碎,受很严重的压力影响。这要求超越常规的思维。

矿井技术

专家利用矿井技术解决了这个问题,包括使用钢拱来支撑开凿工作,这在地下隧道中还是首次。

但艾尔巴从未怀疑过隧道的可行性。总得来看,修筑工作进行顺利。

“我们正在研究,看是否能提前一年开通隧道,”他透露。

艾尔巴称,最后的贯通将是“非常激动人心的”时刻,人们此时会回忆起这一庞大项目中的起起伏伏。

在科伐尔看来,圣哥达基线隧道的开拓之处在于项目的实施与处理挑战时的开明精神,就像在遇到塞德龙难题时所表现出的那样。

开拓祖先

不过,科伐尔不愿说瑞士是修隧道专家之国这样的话,英国也是这方面的专家,但瑞士的地形在其中起到一定作用。

“这是150多年来脱胎于需要与不断操作的特殊能力,”他总结说。

最初的先锋隧道是圣哥达公路隧道与辛普朗隧道(Simplon Tunnel),当年的挖掘工人面对更艰巨的条件,死亡率相当高。

多年来,瑞士人不断磨炼自己的技术。但科伐尔和艾尔巴仍对他们19世纪的祖先们敬重有加。

“旧的圣哥达铁路隧道和现在的辛普朗隧道当时也都是世界上最长的隧道,”艾尔巴指出:“我认为,我们必须对我们祖辈的成就表示极大敬意。”

又平又快

圣哥达基线隧道(2016-17年竣工)和切纳利基线隧道(Ceneri Base Tunnel,2019年竣工)将连成一条超现代化的平轨铁路线,其最高点海拔仅为550米。这比起目前最高点为海拔1150米的穿山路线要低得多。

穿越瑞士的路线将变得更加平坦,长度也缩短40公里,旅行速度会更快。行驶在平轨上的货运列车可以加挂更多车厢,总重可以达到如今的两倍-即由2000吨增至4000吨,其行驶速度也能提高一倍。

这两条隧道与勒奇山基线隧道(2007年竣工)是阿尔卑斯铁路新干线的关键性组成部分。

阿尔卑斯铁路新干线是世界最大的基建项目之一,它包括对两条穿越瑞士的南北向铁路线的扩建。其总造价预计将达到180-200亿瑞士法朗左右(其中圣哥达造价为97.4亿瑞士法朗)。

安全第一

隧道正式开通后,紧急停车站会为乘客提供逃生或疏散地。乘客不必穿越铁轨或使用电梯,他们可以直接登乘疏散列车。

一旦发生事故,受阻隧道内的烟雾会被吸出,新鲜空气则通过侧隧道和相连通道注入紧急停车站。轻微提高的气压会阻止烟雾通过逃生通道进入未受影响的隧道。

如果列车停在紧急停车站前,则乘客可以利用相连通道逃至另一条铁路隧道里。

专家称,从数据来看,高速列车旅行是最安全的交通手段。由两条隧道构成的圣哥达基线隧道意味着没有列车相撞的风险,同时还有高度复杂的技术措施以确保安全。

来源:阿尔卑斯通道

瑞士资讯swissinfo.ch



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