1．世界上最大的土木工程之一
　　斯多貝爾特越海工程是連接東、西丹麥（西蘭島和菲英島）的一條由橋樑和隧道組合而成的通道。如圖2所示，在斯多貝爾特大海峽的中間有一個斯普羅的小島，該島將海峽分成東、西兩部分。連通菲英島和斯普羅的通道是一座鐵路/公路兩用橋；連通西蘭島和斯普羅島的通道是由一座公路橋和兩條鐵路隧道組合而成。斯多貝爾特大海峽通道的全長為18km，其中隧道長度為7．9km。與英法海峽隧道相似,早在一百多年前，人們就開始討論建造斯多貝爾特大海峽的通道問題。然而，直到1987年，丹麥議會才決定實施這項通道工程，並同時決定建立一個完全國有的負責該工程規劃、設計、施工和運營的A/S斯多貝爾特福拜多森有限公司。為了促進公共交通，議會決定鐵路通道應比公路通道提前三年建成，並認為東面深水國際航道海峽的鐵路通道應為隧道形式。
　　該工程的費用來自於丹麥和其他國家的貸款，並由政府提供擔保。按1988年物價，該工程的總造價為220億丹麥克朗（約合人民幣280億元），如果考慮金融和物價上漲因素．總造價為38O億丹麥克朗（人民幣490億元）。其中，東面海峽隧道的費用約占28％，橋樑約占34％；西面海峽橋樑約占23％；其餘15％用於地面設施、鐵軌鋪設和斯普羅島上工程。如果採用造價/人口比的統計方法，斯多貝爾特大海峽工程是當今世界上建築工程中最大的一個土木工程，它比英法海峽隧道要大六倍以上。實際上，斯多貝爾特大海峽越海通道是連接斯堪的納維亞國家與歐洲大陸的最主要通道。

　　2．兩個主要隧道設計方案
　　在航道的最深處，按照暗挖法圓斷面隧道的設計方案，考慮到鐵路隧道最大允許坡度和應有的覆蓋厚度，隧道將在海平面75m下通過，該處海水深55m。隧道工程包括兩條內徑為7．7m的主隧道，總長7260m，每間隔250m就有一條直徑4．5m的橫向通道連接。兩條主隧道的圓形襯砌，均由預製混凝土管片拼裝而成，由螺栓聯接。隧道採用鋼筋混凝土單層襯砌，襯砌環寬1．65m，每環由6塊標準襯砌管片和l塊封頂塊管片組成,管片厚40cm。所有管片均在管片加工廠預製。橫向通道採用球墨鑄鐵襯砌，以增加襯砌強度。兩岸段的連接隧道採用明挖法修建，兩岸段長300m，東岸段長250m。由於超出海島範圍而需要在現有40公頃的斯普羅島上填海造地，在該島東面和東北面造地116公頃，以便在上面修建西岸引道；還有一項重要的任務是修建一座生產隧道襯砌管片的鋼筋混凝土管片預製工廠。
　　按沉管隧道的設計方案，沉管隧道的總長相對要短些，約5260m。沉管隧道管節將安置在海底現有的河床、寬20m的挖泥槽內。在大海峽中段，沉管隧道管節安置在抬高的床堤上面。兩條沉管隧道將各鋪設38個或39個箱形管節，每個管節長150m、寬16m、高10m，內部正方橫截面尺寸為6～7m，兩條沉管隧道在每間隔75m的分隔牆處用孔口通道連接。

　　3．方案招標與確定
　　東面海峽隧道於1988年1月開始進行兩個建設方案招標。這兩個方案是，兩條沉管隧道方案和兩條盾構掘進隧道方案。由Cowiconsuk（丹麥）和Mott MacDonald（英國）合作的諮詢公司選擇了隧道掘進方案。國際承包財團丹麥、法國、德國、義大利、荷蘭和美國的承包商參加了大海峽隧道工程兩種施工方案的投標。標價為27億丹麥克朗（人民幣35億元）到47億丹麥克朗（人民幣61億元）。1988年6月收到的標書表明，隧道掘進方法的標價最低，而沉管隧道方案的風險相對較小。然而由於東面海峽是一條國際水運航道，考慮到環境方面的原因，政治家們最後還是選擇了隧道掘進方案。中標的MT集團（由丹麥的Monberg和Thorson、法國的Campernon Bernard、丹麥的Dyckerhoff和Widmann、美國的Kiewit和法國的Sogea聯合組成）和斯多貝爾特福拜多森有限公司一起以最低的價格31億丹麥克朗（人民幣40億元）的造價與斯多貝爾特越海工程建設業主簽署了合同。COWI顧問公司與摩特·海·安德森國際公司聯合設計的標書包括詳細的土木工程、掘進機機械系統和隧道施工監理，完成後僅幾個星期,MT財團就贏得了合同。

　　4．地質條件及勘測情況
　　儘管暗挖法隧道施工方案的標價低於沉管法隧道施工，但要確保施丁方案實施．就不僅僅是考慮資金因素的問題。沉管法隧道施工方案就曾強調過要充分重視作業環境的影響，如拓寬海底河床就需進行挖泥作業。
　　查清斯多貝爾特大海峽隧道工程的海底環境，是一件特別繁重和麻煩的事。打深孔取樣表明，海底地下水的氯化程度為19000mg/L，幾乎和海水的氯化程度相差無幾。其硫酸鹽含量也同樣具有侵蝕性。大海峽中間的靜水壓頭約達75m。
　　為查明地層情況，自60年代中期以來，為大海峽各種隧道施工方案已進行了多次的現場勘測，如深層鑽孔、振動岩心和地震探測等。80年代，丹麥土工研究院分別在1982年、1986年和1987年進行三次勘測。根據綜合調查結果，隧道工程作業的地區為3D地質模式區段。資料表明，東面航道的地質形成，是由於經過冰磧和泥灰岩層狀地層冰川侵蝕和冰磧、泥灰岩覆蓋在石灰層所致，見圖3。大海峽隧道基本位於冰磧和泥灰岩之間，隧道中心底部至下面石灰岩地層的間距不超過10m。

　　儘管大體上的粘土相當硬結，但冰磧層常與砂質冰磧處在互層的狀態中（主要夾有粉砂層或砂質粘土層），包括有粒狀融水土囊，加上直徑大到2m的花崗岩和片麻岩漂礫．偶而還超過2m直徑。泥灰質地層呈開裂狀態，伴隨出現填縫結合嚴重的分成地帶，被歸類為高度斷裂軟弱至中等軟弱的石灰質泥岩。一般大部分冰磧層滲透性很低，但對融水上囊的測試表明：其滲透性能高達10－4m/s。由於泥灰岩層填縫結合情況，其滲透性可能相對為10-5至5×10-4m/s之間。
　　距大海峽兩岸20m處起，海水越來越深。大海峽中央1．6km處的海水深度達55m。大海峽隧道的長度和相應的造價，主要取決於隧道埋設的覆土層深度。在這個最低點，靜水壓力最大，而隧道覆土層要求最小。為了達到這個目的，已在大海峽中央實施了專門現場勘測。這需要在海面進行深層鑽孔的輔助作業，詳細查明泥灰質地層情況。再鑽進一系列的淺孔，探明海床的輪廓和周圍狀態。
　　鑒於大海峽地層和海底範圍情況的複雜性，COWI顧問公司和摩特·海·安德森國際公司提供的招投標設計，包括了準備對所有合適的隧道工程施工方案進行檢查的條款。這些隧道工程的施工方案包括最先進的圓斷面隧道盾構掘進技術和新奧法的應用技術。新奧法隧道施工技術是奧地利ILF顧問諮詢公司研究開發的。
　　在開始進行大海峽隧道工程採用盾構掘進施工方案的可行性研究時，發現冰磧層包含一些直徑大到2m和超過2m的花崗岩漂礫，見圖4。冰磧層組成的融化冰積土含水壓力達4×1O5Pa，冰調和泥灰質地層分介面充滿礫石和含水粒狀土壤，有的泥灰質層和泥灰質岩斷裂很深，伴隨的靜水壓力達8×1O5Pa。這些地質情況都被認為是最糟糕的地質狀態。

　　5．對隧道掘進機的要求
　　為了有效地處理所有這些環境因素，能保持隧道工程施工的合理進度，要求設計和製造多功能、強有力和大功率的盾構掘進機；在推完所需的隧道長度時，中途不會發生較大的隧道施工停頓癱瘓事件。為了能在相對較好的地層條件下施工，取得較高的推進速度，隧道施工需要採用開啟式盾構法施工。但同時也要求盾構掘進機能根據需要轉換成閉胸式盾構法施工。以解決融水土囊裏靜水壓力高和斷裂的泥灰質層滲透性大的問題。因而，盾構掘進機迅速從開啟式施工轉換成閉胸式施工的能力是至關重要的。
　　經過對大海峽地質形成的研究和對不同類型盾構掘進機在不同場合實際應用的觀察，COWI顧問公司和摩特·海·安德森國際公司提出，大海峽隧道工程採用暗挖法盾構掘進施工，泥水盾構掘進機和土壓平衡盾構掘進機是最適合於大海峽隧道工程建設。土壓平衡盾構掘進機在氣壓施工和無氣壓施工之間具有能迅速轉換的優點，因而更可能被採納使用。泥水盾構系統的主要缺點是泥水分離所需的裝置和由於泥水污染和排放造成的環境污染問題。有10家盾構掘進機製造商都在徵求意見表上表示支持這種觀點。大部分盾構掘進機製造商建議採用土壓平衡盾構掘進機，有些則建議採用可供選擇轉換成泥水型的混合式土壓平衡盾構掘進機。4個投標單位中的3個，也建議採用這種類型的盾構掘進機。
　　儘管上層相當不透水的冰磧層主要是粘土層，伴隨著有限的砂和礫石地帶，最大水壓力為2×105Pa，可採用新奧法隧道施工。但當隧道掘進至海底下部冰磧層時，會發生湧水湧泥的現象。潛在的不穩定狀態，要通過勘探試鑽來測定，所以必須採取相應的支護和安全措施，包括採用液氮土壤凍結法或採用氣壓法施工等措施，但這些措施花費昂貴，且實施困難。考慮到工程造價、施工安全和全部工程計畫的需要，主隧道採用新奧法施工的方案被否決了。
　　大海峽隧道工程採用土壓平衡盾構掘進機，考慮到不利因素，每條隧道使用兩台盾構掘進機。每條隧道兩台盾構掘進機同時從隧道的兩端開始掘進，對不可預測的時間貽誤控制在施工計畫大綱規定的範圍內，使隧道的掘進能按照預定的最短工期進行。

 

 阿樓編譯自《國際隧道與隧道工程》