英美海底隧道的建設與管理創新

英國海岸隧道（圖1）是連接英國和法國的鐵路隧道，也被稱為英國海岸隧道或歐洲隧道。穿過英吉利海峽，全長50公里，其中39公里。日本的青函隧道位于世界第二大海拔險岸。自1986年2月12日英法兩國政府簽訂坎特布利條約(TreatyofCanterbury)批準建設起,整個工程歷時8年多,耗資約100億英鎊,是世界上規模最大的利用私人資本建造的工程項目。該工程從設想到最終建設成功歷經二百年的艱苦歷程,其曲折經歷及成功經驗可以為大型公共工程的計劃和實施提供豐富的啟示。1英國的海下通道建設歷史過程1.1英國聯邦對海底循環隧道的建設和管理1802年,法國采礦工程師馬蒂厄(AbelMathieu)首次提出修建英法海底隧道的設想。他的馬拉車輛的隧道計劃立刻引起了極具軍事野心的拿破侖的興趣,然而1803年英法戰爭的爆發使拿破侖不得不放棄了這個計劃。19世紀30年代,兩國學者著手研究英吉利海峽的海底地質,并提出了連接英法的多種交通方案,但涉及當時技術條件的限制,以及兩國間的協商問題,始終沒有一項方案得到兩國的共同認可。1872年,英國首次設立海峽隧道公司,采用了英國工程師霍克肖(CharlesHawkshaw)修建雙線隧道的設計,經過三年官僚主義斗爭和外交手段的運用,有關方案終于在1875年8月2日得到英法兩國議會的批準。兩國于1876年簽訂協議書,決定于20年期限內共同修筑海底隧道。于是,隧道從兩國分別開挖,海底地質勘測等工作同時進行。然而,施工中卻遇到了一個棘手問題:1882年,鑒于莎士比亞峭壁(位于英國多佛市,是海底隧道的英國端起點)的戰略地位,英國公眾不愿修筑英法海底隧道,擔心喪失因地理位置而具有的戰略優勢。泰晤士周刊也助長了這種意見的形成,工程在1882年7月被迫停止。英法海底隧道建設的首次嘗試就這樣收場了。然而,修筑海底隧道的方案與設計并沒有因初次嘗試的失敗而停止。第二次世界大戰后,對修建海峽隧道的關切再次興起。1949年,英法兩國分別成立了設計專家組對海峽隧道的建設進行專門研究。隨著戰事的結束,到了1955年,英國政府宣布,海底隧道對國防安全的影響已不復存在。1957年,英法兩國共同成立了英法海峽工程公司,并于1960年出具了詳細報告,指出修建隧道的必要性。1964至1965年間,有關研究小組再次進行地質勘探,并確定出一條隧道聯絡線。1966年6月8日,兩國簽署英法公報,第二次海底隧道建設正式開始。但由于實際施工過程中的造價大大超出了預算,工程遭遇到巨大的財政障礙。在開挖15個月之后的1975年,面對無法解決的財政問題,英國方面下令停工。這樣,修建英法海底隧道的第二次嘗試再次以失敗告終。1.2英美雙孔鐵路隧道差異的由來英法海底隧道工程的兩次失敗,特別是第二次失敗,凸顯了財務問題在建造英法海底隧道過程中的重要性。如何調整實施主體和資金運作方式,成為橫亙英法兩國之間的一個難題。1977年初,美國銀行家曾經加入英法海底隧道設計組參與規劃,這是企業介入公共基礎設施建設的新嘗試。1981年9月11日,英國首相撒切爾和法國總統密特朗在倫敦舉行首腦會晤后宣布,英法海底隧道必須由私人部門出資建設和經營。1982年,聯合研究組提交報告,贊同兩條鐵路隧道加一條車輛輔助隧道的方案。1984年5月,由BanqueIndosuez,BanquNationaledeParis,CreditLyonnais,MidlandBank和NationalWestminsterBank等銀行組成的銀行團向英法兩國政府提交了一份關于可以完全通過私人投資來建立雙孔海底鐵路隧道的報告,論證了雙孔兩條鐵路隧道的方案在技術上和財政上的可行性。銀行團后來很快與英法兩國的建筑公司聯合在兩國分別成立了ChannelTunnelGroupLimited(CTG)和FranceMancheS.A(FM)公司,這兩家公司再以合伙形式組成歐洲隧道公司CTG-FM。作為一個由兩國建筑公司、金融機構、運輸企業、工程公司和其他專業機構聯合的商業集團,CTG-FM在1985年分為兩個組成部分,一個是TML(TransmancheLink)聯營體,作為總承包商負責施工、安裝、測試和移交運行;另一個是歐洲隧道公司(Eurotunnel),作為業主負責運行和經營。1985年5月,英法兩國政府發出了關于無政府出資及擔保情況下英吉利海峽連接項目的融資、修建及運營的聯合招標。1986年1月,CTG-FM以26億英鎊的雙孔鐵路隧道提案(即歐洲隧道系統)中標。1986年2月12日,英國首相撒切爾夫人和法國總統密特朗參加了英法兩國海峽隧道條約的簽字儀式,從而正式確認了兩國政府對于建造海峽隧道工程的承諾。1986年3月,英法政府與歐洲隧道公司正式簽訂協議,授權該公司建設和經營英法海底隧道55年,后來延長到65年(從1987年算起)。到期后,該隧道歸還兩國政府的聯合業主。協議還規定兩國政府將為歐洲隧道公司提供必要的基礎設施,許諾如果沒有CTG-FM的同意,在2020年之前不會建立競爭性的海峽連接項目,并且該公司有權執行自己的商業政策,包括收費定價。英法兩國所做出的利用私人資本建設大型基礎設施的嘗試,成功解決了橫在兩國之間的財務問題,沖破了阻礙工程創新實施的第一道壁壘。而CTG-FM則作為工程實施的主體,站在了項目實施的最前方。1.3海底循環隧道的無斷深建造技術1987年12月1日,英法海底隧道工程正式實施。工程進展到海底隧道部分時遭遇了一個關鍵技術難題:如何在水下數十米深處挖掘通道。這是因為,海底隧道地質勘測困難,單口掘進長度長、地層穩定性低、高水壓、大荷載、防水、防腐要求高所有這些,都要求工程實施者必須對建造技術進行周密選擇。水下隧道建造的方法主要有“盾構法”和“沉管法”兩種。盾構是一種鋼制的活動防護裝置或活動支撐,是通過軟弱含水層,特別是河底、海底以及城市中心區修建隧道的一種方式。在盾構的掩護下,前端可以安全開挖地層,后端可以裝配預制管片或砌塊,迅速拼裝成隧道永久襯砌,并將襯砌與土層之間的空隙用水泥壓漿填實。沉管法亦稱預制管段法或沉放法。先制作隧道管段,兩端用臨時封端墻封閉起來。預制完成后拖運到隧道挖掘地址,并于隧位處預先挖好水底基槽。待管段定位就緒后,向管段內灌水壓載,使之下沉,然后把沉放的管段在水下聯接起來。經覆土(石)回填后,便筑成隧道。選擇海底隧道建造技術,就必須充分了解海底地質。從1958年至1987年,通過94個鉆孔,地質勘探組發現,海底有一層厚度約30米的白堊泥灰巖,這種巖層抗滲性好,硬度不大,裂隙也少,易于掘進。這29年間的地質勘探為技術選擇打下了堅實基礎,百年前爭論不休的技術選擇問題也因此豁然開朗——“沉管法”要求管道所沉放的巖層平整松軟,便于沉管的放置,這在英吉利海峽所處的海底巖層中是難以實現的,于是“盾構法”就成了無可爭議的選擇。確定了實施技術,TML聯營體選用隧道掘進機作為施工工具,從英國的莎士比亞崖和法國的桑潔灘開始,分別沿三條隧洞的兩個方向開挖(共有12個開挖面,其中6個面向陸地方向掘進,另6個面向海峽方向掘進)。整個掘進工作按計劃完成,只用了三年半時間。充足的地質資料和正確的判斷使英法海底隧道找到了理想的巖層,并且突破了第一個技術選擇的壁壘,確定了最合適的建造方法——“盾構法”。建造技術的正確選擇為海底隧道工程的實施邁出了堅實的第一步。接下來必須要考慮的就是如何保證車輛在隧道中的運行安全。英法海底隧道距離長,又位于海底,一旦發生火災、漏水、停電、堵車或暴力等事件,若不能有效營救,后果將不堪設想。為了沖破這道壁壘,TML聯營體根據隧道建設之初對各種安全問題的充分研究,創新性地實施了一系列安全工程。首先,為解決隧道內的車輛運行安全,兩條鐵路隧道完全隔開,列車單向行駛,消除了對撞的危險。第二,隧道網的全部電力由兩端的變電站協同提供,如果一座變電站發生故障,另一變電站立即工作,向全線供電。第三,為解決長隧道通風問題,英法海底隧道對空氣循環的途徑和風機的布置都作了詳細規劃和研究。不僅設置通風管,而且利用隧洞本身作為通風通道,使開挖面的風量達到13.5立方米/秒,符合社會保障與安全組織和地下工程協會規定的通風標準。第四,為了解決列車高速行駛中產生的壓差和空氣動力阻抗問題,減少列車的驅動力,在設計階段對卸壓管的作用進行了許多模型研究,使其有較好的空氣動力效應,并避免在管中產生氣流沖擊。第五,為了避免火災的發生,隧道和車廂都對防火設施作了周密配置。列車車廂由高強度耐火材料制成,車廂內安裝溫度計、煙塵與一氧化碳探測器以及滅火器。若火勢不能迅速控制,列車員還可以將乘客迅速疏散到其他車廂,或者將起火車廂甩掉,前后兩段車廂分別駛向兩端車站,并把乘客送入工作隧道。最后,為了協調運營,采用三套自動控制系統進行管理,這三大系統的信息總量達34億比特,全天顯示在英國福克斯通中央控制室24米長的巨大顯示屏上。另外,隧道內還配備了防震系統,修建了防彈墻,甚至設置了動物捕捉器,以對付因迷路而闖入隧道的動物。由于采取了以上措施,TML聯營體研究認為,乘列車穿越英法海底隧道,比乘巴黎至里昂的高速列車要安全百倍,而高速列車的安全水平已經非常高。通過這一系列的措施,英法海底隧道的實施也就突破了工程創新的安全壁壘。沖破了影響施工順利進行的財政壁壘,克服了技術上和安全上的重重障礙,通過1.1萬名工程技術人員歷經8年之久的辛勤勞動,到了1994年5月6日,英法兩國最終將200年的夢想變成了現實。英法海底隧道把孤懸大西洋中的英倫三島與歐洲大陸緊密地連接在一起,由此開辟了歐洲交通史的新篇章。1.4英美海底循環運營的成效在英法海底隧道的通車典禮上,法國總統密特朗和英國女王伊麗莎白二世在隧道兩端——法國的加來和英國的福克斯通共同主持了盛大的通車剪彩儀式。密特朗說,兩個多世紀的理想實現了,他本人和法國人民都為這一工程的實現而感到高興,這一工程將促進歐洲的統一,英法兩國之間所做的事不會使歐洲其他地方感到無動于衷。伊麗莎白二世女王希望海底隧道能增加兩國人民間的吸引力,希望兩國繼續進行共同的事業。海底隧道的開通填補了歐洲鐵路網中的一個斷環,大大方便了歐洲各大城市之間的來往。英、法、比利時三國鐵路部門聯營的“歐洲之星”(Eurostar)列車車速達300km/h,從倫敦到巴黎只需要3個小時,從倫敦到布魯塞爾只需要3小時10分。如果把從市區到機場的時間算在內,乘飛機都不如乘“歐洲之星”快捷。英法海底隧道還專門設計了一種運送公路車輛的區間列車“樂謝拖”(LeShuttle),各種大小汽車都可以全天候地通過英吉利海峽,從而使歐洲公路網也連成了一體。因此,人們稱譽這項工程“一夢兩百年,海峽變通途”。盡管英法海底隧道的經營存在著財務困擾和偶然的安全問題(2008年9月11日海底隧道發生了第三次較為嚴重的火災,僅有少量輕傷者),但是,成功投入運營的英法海底隧道,給整個歐洲大陸,特別是英法兩國的經濟和社會發展做出了重大貢獻。作為世界矚目的大型工程建設項目,英法海底隧道工程也為今后的大型工程創新提供了豐富經驗和重要啟示。2英美海底島道成功原因分析作為一項由政府牽頭,通過私人資本建設運營而取得成功的特大型基礎設施工程,英法海底隧道的成功來源于工程共同體克服來自各方面障礙因素的密切協作和艱苦努力。2.1從政治和經濟角度反思海底產權與隧道建設英法海底隧道工程的建設決策,不是取決于技術因素,而是取決于政治環境。長期以來,英國方面反對建設海峽隧道的主要原因是軍事上的風險,英國人希望利用海峽作為抵御來自歐洲大陸軍事入侵的天然屏障。20世紀70年代以來,歐洲一體化進程取得重大進展,英、法兩國政府開始對歐洲一體化都持比較積極的態度。在這種情況下,英國首相撒切爾夫人支持把1975年曾被工黨政府下令停止的隧道工程重新提上議事日程。當時的法國總統密特朗則把這項工程視為國家強大的象征。于是,在這種政治氛圍中,海底隧道工程于1987年得以實施。從歐盟有關國家政府的觀點來看,還有兩個因素與隧道建設有關:一是運輸政策,即通過建設高速鐵路網以達到節約能源和保護環境的目的,這大大擴展了海底隧道的影響范圍和增加了它的長期效益;二是地區政策,英、法兩國希望通過隧道帶動海峽兩岸地區的繁榮。現在,隧道連接地區(TransmanchRegion)已成為一個專門名稱,包括英國的Kent,法國的Nord-PasdeCalais地區以及比利時的一些地區,共稱為歐洲專區(EuroRegion),該專區的出現帶動了一項發展計劃(TransfrontierDevelopmentProgram)的啟動。這些從政治和經濟角度看顯然有重大意義,對歐盟的發展,歐洲單一市場的形成以及國際經濟、文化合作交流,都具有重大促進作用。可見,英法海底隧道項目既是歐洲一體化進程的產物,又是它的一個推動力,兩者相輔相成,幾乎是平行發展的。2.2法國法海底循環的資本來源英法海底隧道第一次嘗試被迫停工,是1882年因公眾阻撓而導致的。而百年之后英法海底隧道的第二次修建已無公眾反對和政治障礙之虞,但也發生了停工事件,究其原因,是由于遇到了難以克服的財政問題。既然修筑英法海底隧道的關鍵是財務問題,因此,英法兩國提出了應用私人資本建設的方案,也就是BOT(Build-Operate-Transfer,一種主要應用于基礎設施建設的新的投資方式)。英法海底隧道BOT項目發起人為歐洲隧道公司,它由英國的海峽隧道工程集團CTG和法國的法蘭西-曼徹斯特公司FM聯合組成(圖2)。籌款之初,14家初期項目承包商和銀行首先贊助8000萬美元。同時,在4個發行地點成功地籌集到以英國英鎊和法國法郎計算的大量股票投資(表1)。英法海底隧道工程成功應用了BOT投資方式,較好地解決了大型公共基礎設施在建設過程中所必須面對的財務問題,使得工程可以順利實施,保證了英法海底隧道的建成。2.3技術的選擇與應用在1986年1月CTG-FM中標的26億英鎊的雙孔鐵路隧道提案中,公司提出了以盾構法作為此次海底隧道工程施工的主要方法,并成功地應用了先進的技術設備“盾式掘進機”進行掘進工作。在正確的技術選擇和先進的設備支持下,當工期對經濟效益有重大影響而掘進工作面又受限制的情況下,整個掘進工作只用了三年半時間就按計劃完成了。在英法海底隧道工程實施之前,包括歐洲隧道公司在內的多個部門從1958年至1987年進行了連續29年的地質勘探工作,深入分析了海底地形和地貌。有關研究數據的積累為技術的選擇打下了堅實基礎,為后期找到合適的巖層做好了鋪墊。在創新型工程實施過程中,特別是像英法海底隧道這樣的大型基礎設施工程施工的過程中,技術手段作為工程實施中的關鍵,是首先要考慮的問題。在工程實施中,必須考慮實際情況,根據當時當地的條件,選擇合適合理的技術加以實施。當然,合理的工程技術的選擇,無論是來自于工程師的實踐經驗,還是借鑒以往同類項目的技術方法,都能夠為工程的順利實施提供切實有效的幫助。2.4公眾參與,發揮作用在英法海底隧道工程實施的過程中,公眾起到了不容忽視的作用。公眾作為基礎設施的受益者,其意見必然而且也必須影響工程建設的方向。社會心理學認為,公眾不是散在的個體,而是具有某種“合群意識”的群體。媒體是公眾輿論的載體,同樣也是公眾的一種形式,而媒體一方面可以將公眾輿論呈現出來,另一方面也能夠通過少數人的言論引導公眾輿論的方向。在英法海底隧道第一次修建的過程中,就出現了公眾輿論強烈反對的現象。1882年,由于當時戰爭和政治局勢的不明朗,英國需要英吉利海峽作為天然屏障以達到“與世隔絕”的效果,因此,公眾不愿意因為修建英法海底隧道而喪失戰略優勢。而泰晤士周刊作為英國知名媒體機構,也撰文支持英國公眾的主張。由于輿論界的壓力,英法兩國被迫停止了海底隧道的修建。1986年,國際局勢趨于穩定,和平與發展開始成為全球新的主題。在這樣的環境下,公眾自然迫切需要英法海底隧道的建成以增加出行的便利性、經濟發展的空間