案例5－1英吉利海峡隧道工程的经验教训.doc

案例5－1 英吉利海峡隧道工程的经验教训 英吉利海峡隧道（The Channel Tunnel）又称欧洲隧道（Eurotunnel），由三条长51km的平行隧洞组成，总长度153km，其中海底段的隧洞长度为338km，是目前世界上最长的海底隧道。两条铁路洞衬砌后的直径为7.6m，开挖洞径为8.36～8.78m；中间一条后勤服务洞衬砌后的直径为4.8m，开挖洞径为5.38～5.77m。从1986年2月12日法、英两国签订关于隧道连接的坎特布利条约（Treaty of Canterbury）到1994年5月7日正式通车，历时8年多，耗资约100亿英镑（约150亿美元），成为世界上规模最大的利用私人资本建造的工程项目。 隧道的开通填补了欧洲铁路网中短缺的一环，大大方便了欧洲各大城市之间的来往。英、法、比利时三国铁路部门联营的“欧洲之星”（Eurostar）列车车速达300km/h，平均旅行时间在伦敦与巴黎之间为3个小时，在伦敦和布鲁塞尔之间为3小时10分。欧洲隧道还专门设计了一种运送公路车辆的区间列车，称“乐谢拖”（Le Shuttle）。各种大小汽车都可以全天候地通过英吉利海峡，从而使欧洲公路网也连成了一体。 （一）采用成熟的先进技术 西方传媒和学术著作都称欧洲隧道为人类工程史上的一个伟业。这不仅因为它总长居世界之冠，更重要的是它成功地解决了许多工程技术上的难题。它在技术上的方针是要求可靠、先进。可靠与先进之间不总是统一的，所以它几乎排除了为隧道工程进行专门的创新设计的做法，而是采取经过试验的成熟技术，在各个部分精心选取欧美不同国家的标准设计，以确保其高质量和可靠性。将成熟的先进技术在复杂的工程中成功地加以综合应用，本身就是一种创造，最终大大减小了工程风险。如何在权衡技术的先进性与可靠性以及资金、时间的限制之间，找到一个合适的“度”，在各种项目决策中值得认真研究。 在欧洲隧道的建设中比较突出的工程技术成就有以下几个方面 1．充分的地质工作和正确的判断 地质钻探工作从1958年做到1987年，重要的钻孔达94个。浅层勘探在海底以下150m之内，考虑隧道布置的范围，深层勘探在海底以下800m之内，主要为评价地震风险提供数据。海底钻探曾采用大型北海石油钻机，每个钻孔平均费用约为50万英镑。勘探发现海底有一层泥灰质白垩岩，厚度约30m，饱和容重约23KN/m3，抗压强度6～9MPa，变形模量800～1600MPa，蠕变系数φ1.5，渗透系数（1～2）10-7m/s。该岩层抗渗性好，硬度不大，裂隙也较少，易于掘进，隧道线路就布置在它的下部，距海底25～40m。由于岩层的起伏，而隧道要求一定的运行坡度，所以隧道轴线在平面和立面上均呈平坦的W形。工程专家们认为，充分的地质资料和正确的判断，使欧洲隧道找到了理想的岩层。 2．精心、合理的安全设计 海底隧道的规划设计把施工和运行安全放在极重要的地位。之所以不采用一条大跨度双线铁路共用隧洞，是为了减小海底施工的风险和提高运行、维护的可靠性。在两条单线铁路洞之间是后勤服务洞，每间距375m设置直径为3.3m的横向通道与两个主洞连接，连接处有防火撤离门。后勤服务洞的主要功能是在隧道全长范围内提供正常维护和紧急撤离的通道。在接到命令后，它可在90分钟内将全部人员从隧道和列车中撤到地面。它还是向主洞提供新鲜空气的通道，并保持其气压始终高于主洞，使主洞中的烟气在任何情况下都不能侵入后勤服务洞。后勤服务洞在施工期是领先掘进的，这为主洞的掘进提供了详尽的地质资料，对保证安全施工有重要意义。此外，隧道的运输、供电、照明、供水、冷却、排水、通风、通讯和防火等系统都充分考虑了紧急备用的要求。 3．较好地解决了某些特殊的工程技术问题 列车在很长的隧洞中高速行驶时会产生压差和空气动力阻抗。特别是欧洲隧道列车的阻塞比（列车与隧道断面之比）很高，如果没有卸压管，列车的驱动力需要增加很多。为此隧道沿线每250m设一个2m直径的卸压管，从后勤服务洞的顶上跨过，把两个铁路主洞连接起来。在设计阶段对卸压管的作用做了许多模型研究，使其有较好的空气动力效应，并避免在管中产生气流冲击。 铁路隧道和列车要承受车辆震动的长期反复荷载。为此铁道路轨采用了一种称作“松那飞”（Sonneville）的系统。一系列连续焊接的铁轨下面设弹性减振装置，使车辆在轨道上行驶非常平稳。该系统的部件要经过多种性能测试，包括经历1000万次荷载周期的疲劳试验，以确保系统的可靠性。 该隧道还采用一种由铁路控制中心操纵的“司机台信号系统”（Cab Signal）。这种信号不是在机车外面或轨道旁边，而是显示在司机台的屏幕上。一旦司机对信号没有作出反应，自动列车保护装置就会使列车减速，直到停止，保证列车安全行驶。 长隧洞掘进时的通风往往是施工中的一个难题。欧洲隧道对空气循环的途径和风机的布置都作了详细的规划和研究。不仅设置通风管，而且也利用隧洞本身作为通风通道，使开挖面的风量达到13.5m3/s，符合规定的通风标准。 4．掘进机发挥重要作用 隧道施工的主要设备是隧道掘进机（Tunnel Boring Machines），具有不同的型号、尺寸和性能，出自欧洲、北美和日本的不同厂家。它们从英国海岸的莎士比亚崖和法国海岸的桑洁滩两个掘进基地开始，分别沿三条隧洞的两个方向开挖，共有12个开挖面，其中6个面向陆地方向掘进，另6个面向海峡方向掘进。开敞式掘进机适用于透水性较小的地层；封闭式掘进机适用于透水性较强的地层，其掘进头能承受11巴（1巴0.9869标准大气压）的静水压力。最大的一台掘进机直径8.78m，全长约250m，重达1200T，（合同运行寿命2万小时），价值超过1000万英镑。它能完成掘进、钢筋砼衬砌块的安装、灌浆以及施工轨道敷设等一连串工序，实际就像一条自动化作业线。最高掘进纪录为428m/周，英国一边的6台掘进机平均掘进速度为150m/周。整个掘进工作按计划完成，只用了三年半时间。由于欧洲隧道工程每延误一天工期，仅贷款利息就要支付约200万英镑，因而施工速度至关重要。当工期对经济效益有重大影响而掘进工作面又受限制的情况下，采用隧道掘进机能发挥很好的作用。 （二）项目的特点和成败的关键 1．高度重视环境影响 在建造英吉利海峡铁路隧道的决策中有一个举足轻重的影响因素，就是“欧洲委员会制订了一个长期的运输战略”，即发展电气化铁路网以减小汽车对环境的污染。欧洲铁路委员会还提出了“2000年欧洲高速铁路系统的建议”，在这个计划中欧洲隧道的一端连接英国的各大城市，另一端连接包括法国、比利时、瑞士、荷兰、西班牙和意大利等国在内的大陆铁路网。这样欧洲隧道的影响和效应就大大超出了英吉利海峡两岸地区的范围。尽管人们对欧洲高速铁路系统的计划能否在2000年实现还存有疑虑，不过这至少说明欧洲的老牌工业化国家在大型基础设施的规划和决策中，已把汽车对环境的污染问题放到了一个十分重要的地位。 欧洲隧道在建设过程中，终端车站施工尽量避免因开挖附近的土地而影响当地环境。铁路经过村庄的地段都做了遮档视线和隔音的屏障，以保护居民生活。车站以及周围进行了绿化，种上草皮。施工期间有专人对环境进行监测，并由公共关系部门和环保部门共同处理环境问题的投诉，如道路泥泞、尘土和噪音等。车站的建筑高度都不超过四层，创造与环境协调的建筑风格。英国国家环境研究院甚至还在施工之前对车站附近蝴蝶的数量进行了统计调查，结果证明施工没有对其数量产生影响。 2．利用私人资本建设大型基础设施的尝试 建造英吉利海峡通道，财务问题成了实施的关键。1981年9月11日英国首相撒切尔和法国总统密特朗在伦敦举行首脑会读后宣布，这个通道必须由私人部门来出资建设和经营。1985年3月2日法、英两国政府发出对海峡通道工程出资、建设和经营的招标邀请。此后收到过四种不同方案的投标。1986年1月两国政府宣布选中CTG-FM（Channel Tunnel Group-France Manche S.A.）提出的双洞铁路隧道方案。CTG-FM是一个由两国建筑公司、金融机构、运输企业、工程公司和其他专业机构联合的商业集团。它在1985年已分为两个组成部分，一个是TML（Transmanche Link）联营体，负责施工、安装、测试和移交运行，作为总承包商；另一个是欧洲隧道公司（Eurotunnel），负责运行和经营，作为业主。1986年3月英、法政府与欧洲隧道公司正式签订协议，授权该公司建设和经营欧洲隧道55年，后来延长到65年，从1987年算起。到期后，该隧道归还两国政府的联合业主。协议还规定两国政府将为欧洲隧道公司提供必要的基础设施，并且该公司有权执行自己的商业政策，包括收费定价。 对这个项目持否定态度的也大有人在。由于这个工程的预算从1987年估计的48亿英镑，上升到建成时的106亿英镑；全面营运的时间从原来计划的1993年初，推迟到1995年，使欧洲隧道公司的财务状况极端困难，自然大大损害了这个“样板”的形象。有专家估计隧道公司至少每年要亏损2亿英镑，资金流肯定会出现负值，公司将不得不寻求新的贷款，然而再贷款不易获得。 据该公司的一位高层经理透露，1995年该公司的营业收入约3亿英镑。仅为预测值的60。不过这位经理解释说，这是因为1995年隧道还没有正常运行，平均每月隧道的客运量仅100万人次，预期今后每年有5的增长。这位经理本人也是隧道公司的一个股东，他说他是在为儿孙们投资。 从政府角度看，利用私人资本建设欧洲隧道的尝试是基本成功的。英国政府已计划就连接欧洲隧道终端与伦敦之间的铁路，与私人公司签订一个新的期限为999年的建造和经营特许合同。然而，从私人资本的角度如何评价，最终将取决于欧洲隧道公司能否在今后几年内度过它的财务危机。 3．项目管理以合作和协调克服分歧和对抗 隧道公司高层管理人员认为，“工程技术问题相对来说解决得比较顺利，主要教训来自组织机构、合同和财务方面”。该项目涉及众多的关系人（stake holders）和合伙人（parties），包括英、法两国和当地政府的有关部门，欧、美、日本等220家贷款银行，70多万个股东，许多建筑公司和供货厂商，管理的复杂性给合作和协调带来了困难。 合同是合作的基础。掘进工程采用的目标费用合同是比较合理的，因而掘进工程基本上按计划完成。隧道列车的采购采用成本加酬金合同，由于无激励因素带来较多延误和超支。固定设备工程采用总价合同同样不是最优选择。由于欧洲隧道是以设计、施工总包方式和快速推进方法建设的，在签订合同时还没有详细的设计，这就在合同执行过程中潜伏了分歧、争议和索赔。因而，总价合同不应等同于固定价合同。 合同各方的对抗曾经引起欧洲隧道的多次危机。例如，1989年总承包商（TML）的费用增加，导致了1990年初业主欧洲隧道公司的资金告罄。于是银行财团、业主和承包商各方产生了尖锐的矛盾，几乎到了项目停止的边缘。经过艰难的谈判，各方才接受了一个折衷的办法，英、法两国以政府机构名义参与贷款来代替政府的直接支持，从而暂时渡过了危机。 4．项目“孵化”是项目成败的一个关键 项目孵化是指从提出项目设想到论证、立项和组建主办机构的过程。欧洲隧道经历和面临的危机，其原因可追溯到它的孵化期。 项目在论证阶段曾聘请多方面的独立咨询的交通专家进行预测。普遍认为1992年之后的15～20年内跨海峡的交通需求可能会翻一番。1991年英、法、比利时之间的跨海峡旅客市场已达到3130万人次（包括飞机、水路和火车轮渡）。预测2003年会达到5830万人次，其中3930万将通过隧道旅行。实际情况表明当初对效益的预测偏于乐观。  欧洲隧道在组织结构上有明显缺陷。参加过隧道建设的人也认为不能让发起人（指英法隧道集团CTG-FM）又作为建设方，不能允许其合作伙伴（指总承包商TML和牵头银行）与他们自己（指欧洲隧道公司）签订合同。隧道公司财务主说“财务上最致命的教训是必须有一个强硬的、独立的业主，来对建设和贷款问题进行谈判。” 承包商TML是一个庞大的集团，一家总包，削弱了投标的竞争性，也是导致造价高昂的一个因素。 捕捉立项时机是项目孵化的核心内容。欧洲隧道立项再过去至少被放弃或中断了26次。欧洲隧道几起几伏的演变至少说明重要项目的论证不能只进行一次，昨天不可行的，今天也许变成可行，错过机遇，明天又可能成为不可行。这需要有一个专门的研发小组，进行长期的可行性预测和跟踪，捕捉立项的最佳时机。 尽管欧洲隧道在孵化期带来某些先天不足，目前项目业主又负债累累，但它的银行财团负责人摩登仍宣称“这个赌注的结果要看本世纪末欧洲隧道的所有权掌握在谁的手里”。他认为能够在下世纪初度过平衡点，开始盈利。 对英吉利海峡隧道工程做全面评价，目前还为时过早。不过回顾一下世界上以往一些大型土木工程的建造历史，也许有所借鉴意义。苏黎世和巴拿马运河的实际费用都超过预算50倍以上；连接日本本土和北部岛屿北海道的Seikan单洞铁路隧道花费24年才建成，比原计划整整超过了14年。相比之下，欧洲隧道的运作算相当不错。无论如何，这些伟大的工程都在地球上发挥着重大的作用。 资料来源根据吴之明，中国项目管理信息网，http//，2002年11月修改。