瑞士圣哥达基线掘进采用哪些方法

‘壹’ 瑞士圣哥达基线隧道掘进过程中怎么保证方向准确

摘要 做过地铁隧道，地铁隧道的的线路是事先设计好的，盾构机有自动测量系统，测量系统有全站仪、棱镜、显示屏等。盾构机前进时，测量系统会实时检测，如果发生线路偏差，在显示屏上可以看出来，操作手会根据偏差情况及时调整盾构机的掘进线路。

‘贰’ 世界最长的158公里隧道

世界最长的隧道是圣哥达基线隧道。圣哥达基线隧道是两条平行的隧道，每条隧道都长达将近57公里，加上其他通道，这条贯穿瑞士阿尔卑斯山区的隧道总长达到151.84公里。

世界最长的158公里隧道

圣哥达基线隧道又译为哥达基线隧道，是穿越圣哥达山口的隧道，是欧洲南北轴线上穿越阿尔卑斯山最重要的通道之一。

圣哥达基线隧道建设用时17年，共耗资120亿瑞士法郎(约合110亿欧元)，是世界上最长与最深的隧道(含铁路隧道和公路隧道)，该项工程奇迹被视为欧洲团结的象征。

圣哥达基线隧道是一项技术上的惊人成就，是一个登峰造极的建筑作品，它成功地提升了人员和物资横跨欧洲的速度，还提升了欧洲各国彼此合作、同住一个屋檐下的生活节奏。

‘叁’ 世界上最“深”的隧道，全长151公里，火车全程“摸黑”行驶，你知道吗

我们中国有非常多的隧道，这些隧道遍布中国各大城市和山区，而且我们平时开车出门多多少少都会经过一些隧道，尤其是上高速的时候经常都会走隧道。其实我认为修建隧道是非常有必要的，因为中国的山区很多，要想在山区内开道，修隧道是最好的方式，这样既能保护自然环境又能顺利通车，总不能把山给移平了吧？但是世界上却有一个最“深”的隧道，这是一条供火车和高铁行驶的隧道，整条隧道全长151公里，火车进入隧道后要在里面行驶一个多小时的时间，这种感觉就好像在全程“摸黑”行驶一样，下面我们就详细的来了解一下吧。

最后校长认为，欧洲国家建造的这条世界上最长的隧道，其建造水平和能力都是世界领先的，毕竟长达151公里的隧道需要面临很多施工上的难题，还得有强大的隧道挖掘机，否则都难以建造成功，但是欧洲人民克服了重重困难历时17年完工，不知道这个工程换成我们中国来做，需要多长的时间呢？

‘肆’ 世界上最深的隧道是哪里

我国改革开放以来，在经济发展上取得了突飞猛进的发展，除此之外，我国的高铁建设、跨海大桥建设、水利工程等在国际上也有很大的成就。人们的生活水平也随着国家的发展而逐步提高，很多国人在过上小康生活之后，会选择出门旅游来放松自己的心情。

有一些网友还调侃，这条挖了17年才建成的隧道，要是换时速120公里每小时的深圳火车来跑，一个钟也跑不完。这么长的隧道，你们见过吗？

‘伍’ 世界上最长的隧道

世界上最长的隧道是瑞士圣哥达基线隧道。这条隧道贯穿了整个阿尔卑斯山脉，总长度有151.8公里，由于这个工程非常浩大，所以花了17年的时间才构建完成，在2016年6月1日才正式开通，同年的12月11日开始常规运行。

圣哥达基线隧道建成后，重达4000吨的标准货运列车可以轻松地穿过阿尔卑斯山这个天然屏障。另一方面，旅客列车能够以快达250公里/小时的速度通过新隧道，将穿越阿尔卑斯山列车的旅行时间减少50分钟。

修建圣哥达基线隧道难度是很大的，足足花费17年，一方面是以为它确实很长，另一方面是因为这条隧道在修建时的难度系数很大，它的设计图在1947年就已经绘制出来，但是由于受到各种原因的影响所以等了很久才动工修建。时隔50多年，也就是在1999年的时候，这条隧道才开始建设。时隔17年，在2016年年中的时候，这条隧道全线通车。

‘陆’ 欧洲最长公路隧道是哪条

瑞士圣哥达隧道全长16.3公里。是目前欧洲最长、世界上最二长的公路隧道。阿尔卑斯山脉的哥达山口海拔2,100米,地势险要,在历史上就是欧洲南北交通要道。隧道的建成,不仅加强了瑞士南北方的联系,而且从瑞士、法国、西德三国交界处的巴塞尔到意大利米兰之间的公路也可畅通无阻,南北欧的交通更加方便。以前,经过这个山口的公路在冬季被积雪封闭,现在全年都可通车。过去通过36公里的山口需行车90分钟,现在从隧道通过只需十几二十分钟。

建设背景

每年大约有120万辆重型卡车从瑞士山区乡村呼啸而过，尾气不仅危害当地珍稀动植物，还严重腐蚀阿尔卑斯山山体。大约20年前起，到1994年，瑞士举行了系列公投，决定兴建这条铁路隧道，并在隧道开通后两年内，将通过阿尔卑斯山脉的重型货运卡车数量，限制在每年65万辆。瑞士的阿尔卑斯山地貌复杂，地势险峻，将广袤山区与苏黎世、米兰、图灵等 文化 、经济枢纽相连，并非易事。由于瑞士的汽车量增长以及意大利成为一个受欢迎的度假地，因此瑞士决定建造圣哥达隧道。建成后从瑞士北方重镇巴塞尔可直达意大利边境的基亚索，在国际交通上有很大作用。

建设历史

1980年9月5日圣哥达铁路隧道建成。这条铁路隧道是欧洲车辆数比较多的一条隧道。公路隧道自1995年起开始动工，施工人员前后累计数千人，有8人为它献出生命。整个工程共挖掘出大约1300万立方米的土石，足以填满13座美国纽约的帝国大厦。瑞士政府耗资高达65亿欧元(约472.5亿元人民币)。2010年10月22日，圣哥达隧道迎来竣工前的“决定性一步”，大型钻机按计划钻通阿尔卑斯山峰底下的最后一道障碍。伴随着地下庆祝及全球媒体的现场直播，这一次突破性进展将成为欧洲最大基础设施工程完工前的一个重要的里程碑。2015年8月24日，瑞士政府在隧道内召开新闻发布会，宣布隧道已基本完工。隧道的运行测试将于2015年10月1日启动。2016年12月11日,全长57公里的瑞士圣哥达基线隧道正式运营。

工程特点

圣哥达隧道是瑞士2号高速公路的一部分。这条高速公路从瑞士北部巴塞尔通到意大利边境上的基亚索。

隧道只有一根管道，向双方运行的车辆在同一根管道中运行，每个方向只有一股道，管道内限速80公里/小时。隧道内必须保持150米车距。

圣哥达隧道的通车量非常高，隧道两端往往堵车。相反的，另一条在格劳宾登州的穿越阿尔卑斯山的隧道，圣贝纳迪诺公路隧道比圣哥达隧道短和车辆少。但由于那条路比圣哥达隧道的路长，因此要用的总的时间比使用圣哥达隧道长。

圣哥达隧道的安全性令人感到担心，因为它只有一个管道，而每个方向又只有一股道，因此它的安全性比多管道多股的隧道要差。

早在上世纪80年代，瑞士就有意将阿尔卑斯山地区的交通由公路转向铁路，并判断这是一种更具可持续性的交通政策。1992年，瑞士民众同意修建包括圣哥达隧道在内的一系列穿越阿尔卑斯山的铁路隧道项目。

圣哥达隧道全长57.1公里，于1999年开工建造。为保证火车能在隧道中高速行驶，缩短火车穿越阿尔卑斯山的时间，这条隧道从接近山体底部的南北两端开凿，并尽量沿直线向前推进，最终实现交会，整条隧道贯通。

这条隧道顶部承载了最高处达2300米的山体，巨大山体对隧道造成的沉重挤压、山区复杂的岩层和地质结构，以及如何处理挖掘出来的石块成为施工人员需要攻克的诸多难题。

圣哥达隧道的承建方负责人说，在隧道挖掘过程中发生过一次误判，造成1200多万美元的损失。事故的原因是挖掘机碰到一处非常脆弱的岩层，造成大规模塌方，结果整个挖掘机被山石埋得动弹不得。

其实，为避免破坏山体结构，在挖掘推进之前，施工人员会对坑道前方的岩层进行勘探和地质分析。但由于工程体量巨大，又涉及复杂的三维环境，施工过程中难免出现始料未及的突发状况。

圣哥达隧道在施工过程中共挖掘出2800多万吨山石。如果将这些山石直接当作垃圾废料处理，无疑是对自然资源的巨大浪费，而要将山石从深深的坑道里运出，再运往别处，又将是一项浩大工程。

据隧道承建方介绍，大部分挖掘出来的山石最终都得到使用。承建方的做法是将其中三分之一质量较好的石头打碎加工成混凝土，直接铺在隧道顶部;另外三分之二质量差一些的石头则被用于铺填铁道、填湖造岛等。

建成意义

被称作“世纪工程”的全球最长铁路隧道——圣哥达隧道2016年6月1日在瑞士正式开通。为保持山体稳固、保障隧道内部安全，这条穿越阿尔卑斯山的隧道在17年的建造过程中遭遇了诸多挑战和难题。它将使意大利与瑞士两国之间的铁路旅程缩短1个小时(从瑞士苏黎世到意大利米兰车程缩短至2小时50分)，还能够大大缓解瑞士公路的货运压力。

‘柒’ 世界上最长的隧道

截止2021年，世界上最长的隧道是圣哥达基础隧道。

2006年6月1日，贯穿阿尔卑斯山脉、长达57km的圣哥达基线隧道在瑞士正式开通,成为世界上最长的铁路隧道,，ABB创新技术广泛应用于这条隧道。

圣哥达山脉横亘在阿尔卑斯山的中心地带。圣哥达基线隧道是阿尔卑斯山的第二条穿山隧道，地处深山之中。这条隧道位于阿尔卑斯铁路新干线的中心位置，ABB最新节能技术将保障隧道通风系统运行，并为铁路网络基础设施提供可。

建设历程

早在1954年秋,瑞士联邦政府内政部高速公路委员会就提出修建圣哥达公路隧道的计划。1960年联邦议会批准了这一计划。

1965年6月25日,成立了修建圣哥达公路隧道委员会。它受联邦公路司和乌里州、提契诺州的委托,负责制定工程草案、施工图纸及投标、工程监督等工作。1968年5月15日,联邦政府从十六个不同方案中选择了两个。

‘捌’ 马蹄形的隧道为什么适合爆破掘进

道路隧道的建设过程主要为隧道规划、勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作。
【隧道勘测】
为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测。
在隧道勘测和开挖过程中，须了解围岩的类别。围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体。围岩分类是依次表明周围岩石的综合强度。中国在1975年制定的铁路隧道工程技术规范中将围岩分为 6类。关于岩石分类70年代以前常用泰沙基及普氏等岩石分类方法。70年代以后在国际上应用较广并为国际岩石力学学会推荐的为巴顿等各种分级系统。此外，还有日本以弹性波速为主的分类法。围岩的类别的确定，为隧道工程设计合理和施工顺利提供了依据。

【隧道设计】
包括隧道选线、纵断面设计、横断面设计、辅助坑道设计等。
选线根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置和长度。选线应作多种方案的比较。长隧道要考虑辅助坑道和运营通风的设置。洞口位置的选择要依据地质情况。考虑边坡和仰坡的稳定，避免塌方。
纵断面设计沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。因隧道内湿度大，轮轨间粘着系数减小，列车空气阻力增大，因此在较长隧道内纵向坡度应加以折减。纵坡形状以单坡和人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水和出碴。为利于排水，最小纵坡一般为2‰～3‰。
横断面设计隧道横断面即衬砌内轮廓，是根据不侵入隧道建筑限界而制定的。中国隧道建筑限界分为蒸汽及内燃机车牵引区段、电力机车牵引区段两种，这两种又各分为单线断面和双线断面。衬砌内轮廓一般由单心圆或三心圆形成的拱部和直边墙或曲边墙所组成。在地质松软地带另加仰拱。单线隧道轨面以上内轮廓面积约为27～32平方米，双线约为58～67平方米。在曲线地段由于外轨超高车辆倾斜等因素，断面须适当加大。电气化铁路隧道因悬挂接触网等应提高内轮廓高度。中、美、苏三国所用轮廓尺寸为：单线隧道高度约为 6.6～7.0米、宽度约为4.9～5.6米；双线隧道高度约为7.2～8.0米，宽度约为8.8～10.6米。在双线铁路修建两座单线隧道时,其中线间距离须考虑地层压力分布的影响,石质隧道约为20～25米，土质隧道应适当加宽。
辅助坑道设计辅助坑道有斜井、竖井、平行导坑及横洞四种。斜井是在中线附近的山上有利地点开凿的斜向正洞的坑道。斜井倾角一般在18°～27°之间，采用卷扬机提升。斜井断面一般为长方形,面积约为8～14平方米。竖井是由山顶中线附近垂直开挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在铁路中线上或在中线的一侧（距中线约20米）。竖井断面多为圆形，内径约为4.5～6.0米。平行导坑是距隧道中线17～25米开挖的平行小坑道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。中国自1957年修建川黔铁路凉风垭铁路隧道采用平行导坑以来,在58座长3公里以上的隧道中约有80%修建了平行导坑。横洞是在傍山隧道靠河谷一侧地形有利之处开辟的小断面坑道。
此外，隧道设计还包括洞门设计、开挖方法和衬砌类型的选择等。

【控制测量】
隧道测量是为了保证测量的中线和高程在隧道贯通面处的偏差不超出规定的限值。
中线平面控制长隧道以往多用三角网，短隧道多用导线法，借以控制中线的偏差。自50年代以来，中国在 1公里以上长度的隧道测量中采用导线法也能控制隧道的贯通误差。光电测距仪的出现和发展，解决了量距的困难。山岭隧道洞外及洞内都采用主副闭合导线法，即在主导线上测角并用光电测距仪量距，在副导线上只测角不量距。由主副导线所组成的多边形，只平差其角度，不平差其长度。这样主副导线法比三角网法简单实用，比单一导线法可靠。中国大瑶山双线隧道即采用主副闭合导线法作为中线平面控制。
在隧道进行中线测量以前，就要考虑将来隧道打通后的偏差数值。根据隧道的长度和平面形状，在地形图上先行布置测点的位置和预计的贯通点，并在平面图上量出必要的尺寸，再根据规范规定的极限误差试算出测角和量距的必要精度，然后进行测量。这个过程叫做测量设计或叫做隧道贯通误差的预计4公里以下的隧道中线贯通极限误差为±100毫米;4～8公里的隧道中线贯通极限误差为±150毫米。
高程控制短隧道应用普通水平仪，长隧道应用精密水平仪即能保证需要达到的精度。高程贯通极限误差为±50毫米。

【隧道开挖】
开挖方法分为明挖法和暗挖法。明挖法多用于浅埋隧道或城市铁路隧道，而山岭铁路隧道多用暗挖法。按开挖断面大小、位置分，有分部开挖法和全断面开挖法。在石质岩层中采用钻爆法最为广泛，采用掘进机直接开挖也逐渐推广。在松软地质中采用盾构法开挖较多。

1、钻爆法
在隧道岩面上钻眼，并装填炸药爆破，用全断面开挖或分部开挖等将隧道开挖成型的施工方法。
钻爆法开挖作业程序包括测量、钻孔、装药、爆破、通风、出碴、锚杆、立架、挂网、喷锚等工序。
①钻孔：要先设计炮孔方案，然后按设计的炮孔位置、方向和深度严格钻孔。单线隧道全断面开挖，采用钻孔台车配备中型凿岩机，钻孔深度约为2.5～4.0米。双线隧道全断面开挖采用大型凿岩台车配备重型凿岩机，钻孔深度可达5.0米。炮孔直径约为 4～5厘米。炮孔分为掏槽孔（开辟临空面）、掘进孔（保证进度）和周边孔（控制轮廓）。
②装药：在掘进孔、掏槽孔和周边孔内装填炸药。一般装填硝胺炸药，有时也用胶质炸药。装填炸药率约为炮眼长度的60%～80%，周边孔的装药量要少些。为缩短装药时间,可把硝胺炸药制成长的管状药卷,以便填入炮眼；也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。
③爆破：19世纪上半期以前用明火起爆。1867年美国胡萨克铁路隧道开始采用电力起爆。此后，电力起爆逐渐推广。在全断面掘进中，为了减低爆破对围岩的震动和破坏，并保证爆破的效果，多采用分时间阶段爆破的电雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破。近期发展的非电引爆的导爆索应用日益广泛。
④施工通风：排出或稀释爆破后产生的有害气体和由内燃机产生的氮氧化物及一氧化碳,同时排除烟尘,供给新鲜空气，借以保证隧道施工人员的安全和改善工作环境。通风可分主要系统和局部系统。主要系统可利用管道（直径一般为1～1.5米，也有更大的）或巷道（平行导坑等），配以大型或中型通风机；局部系统多用小型管道及小型通风机。巷道通风多采用吸出式，将污浊空气吸出洞外，新鲜空气由正洞流入。新鲜空气不易达到的工作面，须采用局部通风机补充压入。
⑤施工支护：隧道开挖必须及时支护，以减少围岩松动，防止塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木料、金属、钢木混合构件等，现在使用钢支撑者逐渐加多。喷锚支护是20世纪50年代发展起来的一种支护方法，其特点是支护及时、稳固可靠，具有一定柔性，与围岩密贴，能给施工场地提供较大活动空间。中国在一些老黄土隧道中应用喷锚支护也获得成功。喷射混凝土工艺分为干喷和湿喷。现多采用干喷法，即将干拌混凝土内掺入一定数量的速凝剂，用压缩空气将混凝土由管内喷出。在喷口加水射到岩石面上，一次可喷3～5厘米厚度。在喷射混凝土中掺入一些钢纤维，或在岩面挂钢丝网可提高喷锚支护的强度。钢锚杆安设在岩层面上的钻孔内,其长度和间距视围岩性质而定,一般长度为2～5米，通常用树胶和水泥浆沿杆体全长锚固。在岩层较好地段仅喷混凝土即可得到足够的支护强度。在围岩坚硬稳定的地段也可不加支撑。在软弱围岩地段喷锚可以联合使用，锚杆应加长，以加强支护力。
⑥装碴与运输：在开挖作业中，装碴机可采用多种类型，如后翻式、装载式、扒斗式、蟹爪式和大铲斗内燃装载机等。运输机车有内燃牵引车、电瓶车等，运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等。运输线分有轨和无轨两种。
由钻孔直到出碴完毕称为一个开挖循环。根据中国的经验，在单线全断面开挖中24小时能作两个循环，每个循环能进3.5米深度，每日单口进度可达7米。然而在开挖中难免遇到断层或松软石质以及涌水等，不易保持每日的预计循环，所以每月单口实际进度多低于200米。中国成昆线蜜蜂箐单线隧道单口最高月进度曾达到 200米。日本大清水双线隧道单口最高月进度曾达到 160米。开挖循环作业的特点是一个工序接一个工序必须逐项按时完成，否则前一工序推迟就会影响下一工序，因而拖长全部时间。其中最主要的工序为钻孔及出碴，所用时间占全部作业时间比例较大。
钻爆法开挖采用的方法有全断面开挖法和分部开挖法。
①全断面开挖法：一次开挖成型的方法。一般采用带有凿岩机的台车钻孔，用毫秒爆破，喷锚支护。还要有大型装碴运输机械和通风设备。全断面开挖法又演变为半断面法。半断面法是弧形上半部领先，下半部隔一段距离施工。
②分部开挖法：先用小断面超前开挖导坑,然后,将导坑扩大到半断面或全断面的开挖方法。这种方法主要优点是可采用轻型机械施工，多开工作面，各工序间拉开一定的安全距离。缺点是工序多,有干扰,用人多。根据导坑在隧道断面的位置分为：上导坑法、中央导坑法、下导坑法以及由上下导坑互相配合的各种方法，另有把全断面纵向分为台阶进行开挖，而各层台阶距离较短的台阶法。
上导坑法适用于软弱岩层、衬砌顺序是先拱后墙，曾于1872～1881年为圣哥达隧道采用。中国短隧道一般用这种方法。中央导坑法是导坑开挖后向四周打辐射炮眼爆破出全断面或先扩大上半部。20世纪初美洲曾用这种方法，20年代美国新喀斯喀特隧道也用这种方法。下导坑法即下导坑领先的方法。其中包括：a.上下导坑法，利用领先的下导坑向上预打漏斗孔，便于开展上导坑等多工序平行作业。衬砌顺序多用先拱后墙，遇围岩较好时亦可改为先墙后拱。b.漏斗棚架法，适用于坚硬地层，以下导坑掘进领先，由下而上分层开挖，设棚架，先衬砌边墙后砌拱。1961～1966年在中国成昆线关村坝铁路隧道应用,1964年复工后取得平均单口月成洞152米的进度。c.蘑菇形法，同漏斗棚架法类似，也设棚架，但先衬砌拱部后砌边墙。1971～1973年在枝柳线彭莫山单线隧道应用,取得平均单口月成洞132米的进度。d.侧壁导坑法，两个下导坑领先，环形开挖，最后挖掉中心土体，衬砌顺序为先墙后拱，多用于围岩很差的双线隧道。也有采用上导坑领先及两个下导坑成品字形的。更多相关题目：
全断面开挖法和分部开挖法是钻爆法开挖常用的方法，但隧道施工很复杂，时常遇到各种困难情况，如大断层、流沙、膨胀地层、溶洞、大量涌水等，尚需采取相应措施。

2、盾构法
采用盾构作为施工机具的隧道施工方法[2] 。1825年在伦敦泰晤士河水下隧道首先试用盾构，并获得成功。此后，松软地质多采用盾构法开挖。盾构是一种圆形钢结构开挖机械，其前端为切口环，中间为支撑环，后端为盾尾。开挖时，切口环首先切入地层并能掩护工人安全地工作;支撑环是承受荷载的主要部分,其中安设多台推进盾构的千斤顶及其他机械；盾尾随着上述两部分前进，保护工人安装铸铁管片或钢筋混凝土管片。盾构法适用于松软地层，施工安全，对地层扰动少，控制围岩周边准确，极少超挖。日本丹那铁路隧道曾采用盾构法施工。

3、掘进机法
在整个隧道断面上，用连续掘进的联动机施工的方法。早在19世纪50年代初，美国胡萨克隧道就试用过掘进机，但未成功。直到20世纪50年代以后才逐渐发展起来。掘进机是一种用强力切割地层的圆形钢结构机械，有多种类型。普通型的掘进机的前端是一个金属圆盘，以强大的旋转和推进力驱动旋转，圆盘上装有数十把特制刀具，切割地层，圆盘周边装有若干铲斗将切割的碎石倾入皮带运输机，自后部运出。机身中部有数对可伸缩的支撑机构，当刀具切割地层时，它先外伸撑紧在周围岩壁上，以平衡强大的扭矩和推力。掘进机法的优点是对围岩扰动少,控制断面准确，无超挖,速度快，操作人员少。

隧道开挖后，为使围岩稳定，确保运营安全，需按一定轮廓尺寸建造一层具有足够强度的支护结构，这种隧道支护结构称为隧道衬砌。常用的衬砌种类有就地灌注混凝土类、预制块拼装、喷锚或单喷混凝土、复合式衬砌。复合式衬砌是在喷锚或单喷支护之后，再就地灌注一层混凝土，形成喷锚支护同混凝土衬砌结合的复合式衬砌结构。如遇有水地段可在两层支护间加挂一层塑料板或做其他防水层。