波羅的海環(huán)鐵路線的隧道工程

摘要:在赫爾辛基(Helsinki)和塔林(Taelinn)之間的堅硬前寒武紀巖層(主要為花崗巖和片麻巖)中比較適于修建長的海底隧道。擬建隧道長度為54?80km(有一些出入)，位于海平面以下150?200m。在愛沙尼亞隧道入口處在寒武紀硬粘土和砂巖層中。芬蘭與瑞典之間的博特尼(Botnia)灣下面也有相同的前寒武紀基巖存在。在瓦薩(Vaasa)和于默奧(Umea)之間建一座隧道也是可行的，讀座隧道長約25?48km,深70?100m。這兩座隧道能將斯堪的納維亞、芬蘭和波羅的海地區(qū)的鐵路線連在一起.因此開通一條優(yōu)質(zhì)、快速、環(huán)繞波羅的海的鐵路網(wǎng)是可能的。赫爾辛基―塔林鐵路隧道的構(gòu)想包括有關(guān)工程技術(shù)和經(jīng)濟方面的問題，是本文的主要內(nèi)容。另外還討論了有關(guān)北歐鐵路運輸和隧道工程的問題。關(guān)鍵詞：海底隧道規(guī)劃比選方案可行性研究技術(shù)性經(jīng)濟性.刖言赫爾辛基一塔林社團組織要求對在兩個城市之間修建一座鐵路隧道的方案進行初步可行研究。這樣芬蘭至愛沙尼亞日益增長的交通運輸量問題將通過鐵路得到解決。這是UskoAnttikoski1992年在丹麥奧爾堡(A1borg)舉行的北歐土工技術(shù)大會上提出的。他向大家展示了一張繪有三條隧道線路的地質(zhì)圖，這三條隧道線路從芬蘭開始呈散射狀，一條通過芬蘭灣;一條通過奧蘭群島；另外還有一條通過博特尼灣。根據(jù)1994年的芬蘭地質(zhì)勘察出版的新的芬蘭灣地質(zhì)基巖圖為這一初步可行性研究提供了更可靠的基礎(chǔ)(1994年芬蘭地質(zhì)勘察)。赫爾辛基一塔林社團組織要求，由各類專家組成的一研究小組，對此可行性研究進行仔細推敲。芬蘭和波羅的海地區(qū)及歐盟(EU)對未來的新展望促使該研究小組義務(wù)進行研究。其研究成果于1994年在赫爾辛基出版，題目為；“赫爾辛基―塔林隧道，是烏托邦還是可選擇方案”(赫爾辛基一塔林社團組織，1995年)。芬蘭和愛沙尼亞的新聞媒體都對此持肯定意見。國際隧協(xié)地下工程工作組在1993年的阿姆斯特丹大會和1995年的斯圖加特大會上對此進行了討論。赫爾辛基理工大學巖土實驗室主持召開了兩次以海底隧道為主題的研討會，一次在赫爾辛基，時間是1995年；一次在塔林，時間是1996年，參加會議的還有愛沙尼亞和俄羅斯的隧道專家(DukarevkhS.E.1997年)。隧道專家認為此方案是可行的，而且在得到了海底現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果之后即能確定出施工所需費用。赫爾辛基―塔林鐵路隧道社團組織于1997年成立，以此促進該方案的實施。1997年3月25日出臺了一個更為詳細的名為“通向中歐的捷徑——赫爾辛基―塔林鐵路隧道”的初期項目規(guī)劃(赫爾辛基一塔林社團組織，1997年)。此報告共50頁，分為20個部分。在報告中，對隧道工程、交通和環(huán)境影響這些問題進行了討論，并將此工程與英法海峽隧道和丹麥大海峽

及厄勒海峽的新建聯(lián)絡(luò)線作了比較。此建議是由普通民眾提出來的，這是與其它大型技術(shù)工程的不同之處。目前，有關(guān)信息的通報及與官方的合作都顯得比較謹慎。官方對此非常小心，甚至是非常謹慎。這個新的大型交通基礎(chǔ)設(shè)施工程可能會影響其它正在準備中的大型工程。至今仍沒有發(fā)布任何官方關(guān)于進行現(xiàn)場調(diào)查的決定。赫爾辛基一塔林社團組織現(xiàn)在有一個新名稱，叫作“歐洲鐵路團體”，它還對芬蘭和波羅的海沿岸國家附近鐵路線的運輸經(jīng)濟作了大量的調(diào)查。同赫爾辛基和塔林之間的地質(zhì)條件，博特尼灣下面也有類似的前寒武紀基巖。因此，有可能在瓦薩和于默奧之間建一條海底鐵路隧道。這樣就會形成一條環(huán)繞波羅的海的固定聯(lián)絡(luò)線（圖1）。芬蘭環(huán)線中未連接部分將有助于實現(xiàn)沿波羅的海周圍建一快速鐵路連線的需要。這將比簡單的公路交通更能促進城市和國民經(jīng)濟的發(fā)展。圖1環(huán)波羅的海的國際快遞鐵路線路概圖.芬蘭和波羅的海沿岸國家的交通需求從可持續(xù)發(fā)展和保護環(huán)境這兩個方面來看，鐵路交通比公路交通更合適。由于歐盟對此

持支持態(tài)度，因此決定發(fā)展鐵路交通。從華沙(Warsaw)到赫爾辛基的交通通道是歐盟交通部1994年選定的主要通道之一。赫爾辛基一塔林隧道是此通道的一個重要部分且有助于歐盟向北部擴展，這對芬蘭而言是很重要的。在最近十年中，赫爾辛基與塔林之間的年客運量由30萬增至500萬以上。貨運增長速度要慢一些，因為波羅的海地區(qū)的公路，特別是鐵路網(wǎng)絡(luò)不夠完善，還不能與斯堪的納維亞地區(qū)的線路相抗衡。初始估算表明：2007年赫爾基―塔林隧道的運輸量將達600萬人次，20萬車次和200萬噸貨物。到2020年時達1500萬人次，60萬車次和1000萬噸貨物(赫爾辛基―塔林社團組織，1997年)。.赫爾辛基一塔林隧道的技術(shù)性方面赫爾辛基與塔林之間有許多可選擇的路線(AnttikoskiU.1996年)。此處介紹了穿越芬蘭的波卡拉(Porkkala)和前蘇聯(lián)的奈斯島(Naissaar)的最短隧道路線。1994年出版的芬蘭灣基巖地質(zhì)圖表明堅硬的水晶基巖在海灣區(qū)繼續(xù)向南延展，其平均深度為一100m(圖2)。巖層表面凹陷，則有可能達到一150?―160m。在愛沙尼亞海岸，基巖深度為一120?―150m。在奈斯島有一個鉆鑿勘測現(xiàn)場，它表明基巖表面處于一114m處。有關(guān)愛沙尼亞一側(cè)的主要花崗巖的質(zhì)量和片麻巖類型的詳細情況不清楚，但是假設(shè)它們適合于隧道施工?；◢弾r基巖層上面覆蓋有粘土巖層、砂巖層和石灰?guī)r層，而這些巖層都是可開挖的。在芬蘭一側(cè)，基巖位于地表處，介于奈斯島與帕爾加薩(Paljassaar)之間的海底部分深度為一30m，最上面的土層大部分為粉砂和砂土。&癡IQJuib 40Lm b以n I3KJ1) 9m?手…*衛(wèi)$ TRO-T5D wZO…十和圖2赫爾辛基―塔林隧道斷面圖鐵路長度為114km，其中從波卡拉到奈斯島的隧道長度為54km(圖3)。整個海底段為

40km,至馬薩拉（Masala）車站的地面鐵路路段長15km,至赫爾辛基的老鐵路線為29km。從奈斯島到帕爾加薩的整個堤岸及橋聚部分段約為10km，到塔林中部為6km。由于此隧道不長，因此施工造價低，而且從原理上講，是最安全的。從波卡拉到羅赫姆（Rohuneeme）的另一條可選隧道線將有10km長，即總長為64km。年皮郡的鹿Mitt略年皮郡的鹿Mitt略H抵辛苗圖3赫爾辛基―塔林隧道該鐵路線的坡度為1.5圖3赫爾辛基―塔林隧道該鐵路線的坡度為1.5%,這樣在50多米深的海中.至少要有50m的巖石覆蓋層以承受20個大氣壓的靜水壓力（圖2）。這條隧道位于賈維島下，深度為80m，而且位于一120m深的奈斯島下面的一基巖層中。隧道在奈斯島北百處最探，達一奈斯島下面的一基巖層中。隧道在奈斯島北百處最探，達一180m,這要取決于基巖表面。波卡拉入口部分為6km,奈斯島人口部分為12km,然后有8km長路段處在軟巖或軟土（需要作進一步調(diào)查）中。這條隧道由兩條橫斷面為60m2的隧道組成，每隔500m便有一條橫通道將其連在一起。施工用的進出隧道位于賈維島和奈斯島。隧道開挖可采用傳統(tǒng)的鉆爆法，也可以采用全斷面開挖法進行。最后以技術(shù)一經(jīng)濟性調(diào)查及風險分析調(diào)查為基礎(chǔ)確定開挖方法。對這兩種方法來說，探測和預(yù)注漿都是隧道工程中的主要部分。主要采用電機設(shè)備，完成鉆孔、裝碴和運輸作業(yè)。而開挖出來的棄碴將用于建筑堤壩和作為愛沙尼亞側(cè)的施工建筑材料，在曼沙泥亞側(cè)巖石碎碴較少。滲漏水流人集水坑中（3個集水坑，每個約3000m2）,在備用泵出故障時也可利用集水坑。

最困難和費用最高的部分在奈斯島下面，共有兩個進出隧道，以10%坡度下降到一130m和一60m深處用以加快隧道工程的施工。在奈斯島一側(cè)，可在開挖期間通過抽水的方法降低水位而不會影響環(huán)境。于是僅需要對軟巖或軟土層進行注漿，凍結(jié)法則作為備用方法。在奈斯島軟巖處采用鋼筋混凝土拱(厚度為0.4?0.6m)作隧道防水，但是根據(jù)芬蘭方面所獲經(jīng)驗，在硬巖隧道中不需要采用厚型支護。將要開挖的隧道工程量約為700萬m3,總長約為110km，這相當于赫爾辛基地下既有巖石隧道的總開挖量。海底最大的危險就是涌水進入隧道中，這些水主要來自破裂帶，這可能會導(dǎo)致施工長時間中斷。通過提前在賈維至奈斯島的海底部分開挖較小導(dǎo)洞(2x20m2)也許能夠避免這個問題。導(dǎo)洞可以在整個鐵路隧道最終合同簽訂之前開挖，這樣就可使有關(guān)主隧道的風險大大變小。其費用約為10億芬蘭馬克(FIM),進出隧道的施工工期為3?4年。導(dǎo)洞位于鐵路隧道的拱部，占總施工費用的一部分。在奈斯島和帕爾加薩之間必須修建2?5km長的大橋跨過輪船航道(凈高20m),此橋建在改良過的砂層上，鋪有通行火車的雙孰和通行汽車的雙車道。該橋梁可仿照丹麥大海峽西橋(混凝土梁大橋，自由空間為100m)或瓦薩附近的瑞坡羅托大橋(斜拉索橋，自由空間為300m)修建。奈斯島和帕爾加薩處的堤岸按1%的坡度上升至大橋，直到+25m標高處為止。堤岸總寬度為20m,有可能建一座3?5km長的大橋而不是最高的堤岸，因為這兩種方案的費用差不多。從供給系統(tǒng)看，赫爾辛基與塔林之間的最短連線在技術(shù)上不是最方便的，因為這需要通過塔林西部(住宅區(qū))將鐵路線與塔林―帕努(Parnu)一端加(Riga)線連在一起。因此考慮在靠近塔林的那薩那姆(Lasnamae)東部郊區(qū)建一新的大型火車站以改變現(xiàn)在一半的交通設(shè)施集中于塔林中部，附屬主車站靠近老城的狀況，這的確不適宜于將來的發(fā)展。因此，鐵路線可以從維米斯半島(Viimsi)處的隧道延展出去，穿過那薩那姆處的新車站并繼續(xù)朝西南方向延伸，最后與同一條的塔林―帕努一瑞加鐵路線相連。因此，需要進行額外的規(guī)劃工作并進行現(xiàn)場調(diào)查。.赫爾辛基―塔林隧道的修建費用根據(jù)完工的長隧道推斷出單價后計算其施工費用。芬蘭硬巖中的海底隧道施工單價為500F1M/m3和6000萬FIM/km。在愛沙尼亞軟巖中隧道施工單價是1800FIM/m3和22000萬FIM/km。內(nèi)部設(shè)施成本為200FIM/m3和2400萬FIM/km,這些費用包括結(jié)構(gòu)、電器和通

風等等。橋的費用估算為3億FIM/km,是瑞坡羅托公路橋的兩倍。寬度相同的丹麥大海峽橋造價為3.5億FIM/km。若隧道棄碴用于堤岸修筑，堤岸的造價為50FIM/m3。海堤成本為3000?30000萬FIM/km,這取決于堤岸高度。地面鐵路基礎(chǔ)費用（雙軌）在大陸部分為2000萬FIM/km。大陸段的施工費用為2000萬FlM/km。修建費用約為79億FIM（表1）。此費用包括從大陸至奈斯島總計5億FIM的公路費用。從帕爾加薩至塔林和從馬薩那至赫爾辛基的鐵路開通費用沒有包括在內(nèi)。當把施工期間業(yè)主的10%成本費用和15%的利息加進去時，其總施工費用為98億FIM（163億歐元）。表1赫爾辛基一塔林隧道施工費用（1EUR=6FIM）肉都設(shè)施加印的蛀長度西斷面通取曲世欣家教■成本（FIM/m2）《百萬F】M）地位成軍（FFM/hl1）《堵即即心電C57JFIM）&a(STrCm3(ni=)(IDDOm^睡遭集霞國彳口(JOO1￡DTSDQ5的 24003CK)9輛蘇蘭㈣100]J0龍口4段 2B8]3飾唾沙尼亞副8OCO120姚口1ffOO 172A級192]5引謨駛寤]口儂4心 做比新蹲1iSoO4-D kUU1口口口 166-3CM)瀛痛涔'1口M4D 4D!DOO 胃口40電正鐵精肉卡忖1500930OCWFIhC/m3003frOWFIMM3(H)600電斷部遛岸3000SOOOMFlMZ/mSO加 /mIhO親陰舟橋z?？凇?UUUOQFIM/nifiUD正訃OQGFlM/ni40640咆加加格度尚5uod1SOOEDOOOO-FIM/di5DD￡小aOCFlM/ni)Mlino會許7S(k：.'：.'苣E&Qcocc17SG7842采用鉆爆法以一個工作面開挖隧道，其周進尺為60m,一年掘進3km。修建賈維一奈斯島隧道（40km）花費時間最長，約7年。如采用全斷面掘進，速度要快一些，為4?5年（5km/年）。內(nèi)部設(shè)施作業(yè)需要1?2年時間。規(guī)劃和現(xiàn)場調(diào)查至少需1?2年時間，這意味著從決定工程修建時算起，在6?9年內(nèi)隧道可建成使用。施工費用和運營費用可通過隧道收費收回。最初幾年主要的隧道收費標準：每個乘客30FIM,每輛載人客車（包括乘客）250FIM,貨車每噸50FIM。將上述費用加在一起，隧道每年將收取5?13億FIM。每年的運營和財務(wù)費用為3?7億FIM（赫爾辛基―塔林公司，1997年）。當時機成熟可以決定修建隧道時，根據(jù)法律，該杜團組織（“歐洲鐵路”）將變成所謂的公共團體，它將‘在芬蘭和愛沙尼亞官方的監(jiān)督下修建、維修隧道。政府可作為貸款擔保人，

還貸時間約為25年。對芬蘭經(jīng)濟而言，修建鐵路意味著在失業(yè)津貼方面節(jié)約75億FIM,而且還有稅收收入和購買力強的優(yōu)點。這對失業(yè)率呈上升趨勢的愛沙尼亞來說也是一個主要因素。這條隧道將從許多方面促進經(jīng)濟發(fā)展。例如在波卡拉，還可在靠近新鐵路線和隧道入口處建新的住宅區(qū)。這將在經(jīng)濟上為赫爾辛基都市區(qū)的城市規(guī)劃提供非常有價值的資源。.瓦薩一于默奧隧道的技術(shù)性介于瓦薩和于默奧之間的波羅的海灣基巖為堅硬的前寒武紀花崗巖或片麻巖。它沒有明顯的軟弱帶，海床位于一10?一30m處，上覆土層為冰磧層。此基巖層適于修建隧道。芬蘭公路局委托的對瓦那薩瑞特(Valassaaret)與霍姆戛稗(Holmogadd)之間的交通隧道的可行性研究于1973年完成，最后決定放棄此工程。在瓦薩和于默奧之間盡可能在地面上修建一條鐵路(圖4)是值得的。穿過瑞坡羅托小島群，能輕松地在堤岸上修建鐵路，一直通到瓦那薩瑞特。這條瓦薩―瓦那薩瑞特鐵路線長48km。圖4介于瓦薩和于默奧之間的隧道線路比較方案從瓦那薩瑞特到霍姆桑得(Holmsund)，鐵路線為一直線，隧道的安全基礎(chǔ)標高為一100m。從霍姆桑得，則利用既有鐵路線，直至于默奧，共14km。直線部分總長度為110km。另外，作為比選方案隧道可建在瓦那薩瑞特與霍姆戛德之間，長度為25km，基礎(chǔ)標高為一

70m。其開挖、設(shè)備安裝與赫爾辛基―塔林隧道一樣，但是條件要容易一些。隧道開挖量為300?500萬m3,這取決于隧道長度。從瓦薩至于默奧的施工總費用為60億FIM（10億EUR），采用與赫爾辛基―塔林隧道一樣的單價，則兩種比選線路中隧道的施工費用為20~40億FIM。瑞典決定重建至于默奧的鐵路網(wǎng)，因此到2005年快速列車就通至于默奧。但未計劃讓快速列車。接下來的交通調(diào)查將對未來隧道的可行性做出估計。.波羅的海環(huán)線的經(jīng)濟性這兩條跨越芬蘭邊界的隧道施工費用為140億FIM。這樣就可以在波羅的海周圍建一條固定的快速鐵路線。芬蘭、愛沙尼亞、拉脫維亞和立陶宛的鐵路軌距比波蘭、德國和斯堪的納維亞地區(qū)的國際標準89mm。在波羅的海國家鐵路網(wǎng)必須重建，以使列車速度較快（200km/h）。因此決定很快修建一條從波蘭至考納斯的國際鐵路線。這樣從芬蘭的新鐵路只需修至考納斯。芬蘭和波羅的海國家新建鐵路的施工造價（雙軌）為2000?3000萬FIM/km。于默奧與考納斯之間的波羅的海環(huán)線國際快速鐵路線施工造價為460億FIM（77億EUR）。海底隧道部分費用約占總費用的40%，其長度為1150km。波羅的海環(huán)線總長3800?4000）（表2）。從于默奧至柏林為1900km，穿過塔林或穿過斯得哥爾摩的線路長度幾乎一樣（圖1）。表2于默奧與考納斯之間鐵路網(wǎng)施工造價（1EPU=6FIM）喝就看度(km!急俯t十匕FIM：后tfr《十億EUR）年就奧一瓦的1IQ肄尿率基一滿林《盛卡鋁一嶷胡品比退方■寒）耳L1.4瓦希-拜爾平基4⑼30122瞎林一瑙屈30020€]珊加一哥納斯205使計1G2總計+卻WCIO%的業(yè)生皮本y的制EL成蟲J.歐洲交通政策有利于鐵路交通的發(fā)展，并將使整個歐洲的鐵路網(wǎng)相互協(xié)調(diào)起來。因此,預(yù)計在隨后的幾十年中客運量和貨運量都將增加。這樣快速鐵路網(wǎng)就環(huán)繞了整個波羅的海地區(qū)。.對鐵路交通的影響芬蘭灣和博特尼海灣下面的新隧道將使芬蘭的鐵路網(wǎng)形成向西和向南發(fā)展的格局。如果新的鐵路線在既有鐵路線外面穿過，那么就有可能建速度為300km/h的新線，而舊線仍保

持原有速度，即在200km/h以下。新的鐵路網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)歐洲標準修建的，使芬蘭和波羅的海沿岸國家可與歐洲連接在一起。從考納斯到于默奧的這一新的“垂直”交通通道將改善芬蘭和波羅的海沿岸國家的經(jīng)濟狀況，因為它使得通向中歐、特別是中歐東部的距離縮短了。瑞典、挪威和俄羅斯也因此擁有一條穿越芬蘭的新的東西向交通通道。有關(guān)姊妹城赫爾辛基―塔林和瓦薩一于默奧間的隧道構(gòu)想也可能有較好的前景。通過快速鐵路網(wǎng)絡(luò)改善了從圣?彼得堡或斯堪的納維亞中部(例如特隆赫姆)至中歐的連接狀況。貨物運輸從公路轉(zhuǎn)向鐵路，節(jié)省了能源，也有利于環(huán)境保護。利用既有的港口和鐵