小编语
穿越阿尔卑斯山的全球“最长最深”铁路隧道——哥达基线隧道虽然开通已有近3年时间，但是该工程由于其规模与难度，一直是隧道工程界研究与讨论的热点：在今年召开的英国土木工程学会大会与那不勒斯世界隧道大会上，都能看到这一划时代工程的身影。
在隧道开通3周年之际，小编请到了曾亲身参与到隧道工程建设中，来自瑞士Sika公司的Yves Boissonnas，让他为我们讲述工程中的经验与教训！
小编曾在哥达基线隧道贯通时为您介绍过隧道的建设历程，还记得吗？点击下方链接回顾之余，本次，小编就来带您以隧道建设亲历者的角度，了解一些有关哥达基线隧道，你可能还不知道的事儿！
行业视点 | 一个划时代的项目——哥达基线隧道
建设方信息
Transtec Gotthard：哥达地区轨交基础设施业主
ARGE AGN：Amsteg与Ersfeld标段承包方
ARGE Transco-Sedrun：Sedrun标段承包方
ARGE TAT：由Hchtief，Implenia与Impregilo组成的联营体，Bodio与Faido标段承包方
Herrenknecht AG：哥达基线隧道工程隧道掘进机供应方
Rowa AG :Amsteg与Sedrun标段隧道掘进机后配套设施供应方
瑞士政府建设哥达基线隧道的初衷是增加穿越阿尔卑斯山的欧洲货运网络的载货量，线路中亟需一条便捷且平坦的铁路线。目前，该地区已建、在建及待建的隧道工程海拔较20世纪以前修建的隧道海拔要低许多，因此这些新建隧道都被冠以“基线（Base）”之名：
工程背景
按照欧洲货运网络工程的规划，该工程中共计有四条基线隧道，前三条为南北向，最后一条为东西向：
■ 勒奇山基线隧道（34.6km）在2007年开通；
■ 哥达基线隧道（57km）在2016年开通；
■ 布伦纳基线隧道（55km）目前在建；
■ 里昂-都灵基线隧道（57km）尚未开建，预计2030年开通。
此外，哥达基线隧道建设的另一大因素便是目前瑞士的铁路运量太小，无法与欧洲通用的货运列车匹配：瑞士联邦铁路使用的低运量列车只在瑞士境内通行，载货运往其他国家时需要增加运力进行转运。为此，在哥达基线隧道建设的同时，多条现有隧道也进行了扩建与升级。
哥达基线隧道工程在经过两次全民公投后，决定由瑞士联邦政府出资建设，瑞士联邦铁路运营。建设方为AlpTransit Gotthard，由三个承包团队与两个设计团队组成。设计前期考虑了多种隧道结构方案：
工程概况
■ 英吉利海峡隧道式结构，包括两条单轨隧道与一条中央隧道，提供专用的设施、维护与逃生空间。鉴于隧道长度，方案遭弃。
■ 与前一方案相似的三条单轨隧道方案，其中任意两条作为运营铁路隧道，剩余一条作为设备、逃生与维护隧道。与前一方案相比在维护隧道的设置上更为灵活，同样由于成本原因遭弃。
■ 最终，两条单轨隧道，隧道间设置联络通道的方案成为综合考虑下较为理想的方案。
■ 除工期与成本外，应用该方案的一项重大考虑为隧道维护：隧道内的温度可达37℃，但当地劳动条例规定28℃以上禁止进行高温施工，因此每天仅6小时的夜间维护时间，联络通道可使隧道工作区快速降温。
工程中单条隧道长度超过57km，全长153.5km，2条主隧道及总计180条通道共分5个标段建设。隧道内径8m，平均截面面积41m²，可解决隧道壁面与列车壁面的摩擦效应 。两条隧道间的距离为40m，局部增加至70m。
相邻联络通道之间距离为312.5m，该距离由运营场景模拟与逃生时间计算得出，较当地标准中规定的500m更小。由于规范中还提出长度超20km隧道需要在内部设置救援站，因此隧道的Sderun与Faido标段中设置了两个救援区，兼具通风设施。
隧道主要使用了TBM法与钻爆法进行施工，不同的地质条件与区域下，隧道在实际施工中也遭遇了不同的问题：
建设挑战
Piora层
建设方为该区域拨款2500万欧元，开挖了一条长5.5km，5.5m内径的勘探隧道。由于该区域呈漏斗形构造，考虑到潜在的超高水压或将阻碍TBM掘进，施工方沿着隧道轴线进行钻探，钻探结果显示隧道周围被石膏层所封闭，不存在地下水，TBM可顺利掘进。
隧道掘进时，TBM前方进行了超前探测，确定没有连通含水区域的裂纹。实际隧道掘进过程中，岩层稳定柔软，是一种较为完美的掘进介质。唯在该地层中进行钻探时，原本使用了防倒流装置，但是在钻探工具更换期间疏于管理，导致400m³松散材料从钻控中流入勘探隧道。
Travetsch层
为了应对挤压地层问题，该区域内的隧道借鉴了采矿隧道中的施工工艺，沿隧道直径在喷射混凝土初衬中增设了含滑动接头的钢拱，以应对最大预期700mm的衬砌径向变形。
Faido多功能区挤压层
施工方由相邻勘探隧道对该区进行了钻孔勘探，地质与设计中假定的较为一致，但在实际施工中，该区域最南端的隧洞中却出现了开挖面坍塌：隧道穿越了一个包含软弱围岩，长100m左右的断层带，实际施工中的最大径向变形量达到了1.6m。
为了解决这一问题，设计时使用了厚600mm的喷射混凝土衬砌，并在衬砌上开窗以允许衬砌产生变形，并在随后进行持续观测，待挤压变形压力降低后再进行二次衬砌，这一过程总时长不超过一周。
岩爆
施工中的另一大问题是岩爆，指地下开挖的深部或构造应力较高的区域岩体发生突发式破坏的现象。
该问题多发生在开挖面，但该工程中，在较软岩层与较硬岩层之间的相邻区域中也出现了岩爆现象，从较软地层中释出的荷载传递至较硬岩层中后导致硬岩开裂并产生岩爆现象。实际施工中，单次岩爆发生时震级可达2.4级，坠落岩石可达100m²。
此外，在第二台TBM穿越该区域时，已建成隧道受到额外的动态荷载，导致锚杆失效，为此对第一条隧道进行彻底封闭与额外加固。
TBM挤压
地层中出现了预期的Chiera层，但较预期向北600m，覆土同样远超预期。挤压地层使隧道衬砌中的钢拱变形，危及450m的盾构台车，部分后配套设施不得已进行了移除与变动。
施工方曾考虑采用重型钢拱等额外支护，但这样会拖慢支护安装速度，引起更高的挤压压力。同时，在TBM掘进期间会对先前建设的隧道施加附加荷载，需要对第一条隧道产生的变形进行修复。
TBM开挖面坍塌
TBM掘进中，在某一位置刀盘上方形成了空腔，导致了开挖面的坍塌。虽然两条隧道之间仅相隔40m，但两条隧道之间的地层条件发生了明显的变化，因此第一条隧道顺利掘进，第二天隧道却开挖面坍塌而停机。经过132天的停机，并进行了120m³水泥浆液与100m³凝胶浆液的混合注浆后，盾构再度掘进。
衬砌
TBM在2011年3月实现贯通，平均掘进速度10m/天，总掘进距离超过85km；联络通道建设在TBM掘进后2km开始。
隧道衬砌建设使用了一台被称作“蠕虫”的可移动设备：长700m的列车型设备内涵双施工轨道，以便衬砌施工与TBM运输。防水层也同样在“蠕虫”内部进行安装，防水材料在进行焊接后使用VELCRO接头连接固定；对隧道的养护和修复受挤压区域的变形也在该设备内进行。
经过工程建设后，Yves也得出了一些经验：
经验教训
■ 在进行TBM设计时，最好能够使喷射混凝土支护更靠近开挖面，以便在挤压地层中提供更大的灵活性。
■ 结构相对简单的敞开式TBM是较为正确的选择，而使用预制混凝土管片衬砌的盾构在挤压地层中容易出现问题。
■ 总体来说TBM的超前探测较为有效，可减少TBM掘进的停机与延迟，钻探可在TBM维护期间开展，因此对于掘进一般不存在影响。
■ 除了靠谱的设计方与承包商外，专业的业主同样重要，有助于其理解施工中的地质与施工工艺包含的风险。
■ 在任何情况下都需要准备应急预案，以应对突发情况。
此外，Yves还解答了一些隧道工程建设与维护中的其他问题：
现场提问
1、哥达基线隧道是否在50年前就可以建成了？
是的，理论上可以，因为如今哥达基线隧道中应用的绝大部分技术在50年前便已在业界有所应用。然而，若在50年前进行建设，其工期与成本与现在自然不可同日而语。技术进步带来的效益是显而易见的，50年前的TBM的掘进速率要低得多，处理困难地层时需要花费更多时间与经济成本。
2、工程实际施工中，工人面临的最大安全挑战是什么？
整个工程中共计8名工人身亡，其中一名公司死于岩石坠落，剩余几位则因运输与安装事故导致死亡。
工程中最大的风险归根结底还是来自于隧道工程的规模与长度，因此我们在隧道与TBM中都设置了救援舱，可隧道发生火灾等险情时躲入其中等待救援。
3、如果隧道内的多功能站之间发生险情，运营者如何撤离列车，隧道内的乘客如何安置？
由列车司机与乘务员进行指挥，带领乘客进入最近的联络通道来到相邻隧道，乘坐另一部列车撤离。鉴于隧道内的智能化的通风系统，150条联络通道的门在探测到险情时可自动打开，通风系统也会保障乘客有足够的氧气撤离受灾隧道。
4、若隧道内开挖时的岩爆对相邻的隧道造成的影响较重，是否考虑增加两条隧道的间距？
可以考虑，但是实际施工中，考虑到未来隧道内的铁路线，增加间距需要1.5km至2km的水平距离。施工中的岩爆现象难以预测，一旦发生后，无法即时调整隧道间距。本工程内仅出于维护等设施较多的原因，在Sedrun标段的多功能区局部将隧道间距增加至70m。
虽然哥达基线隧道已经开通了近3年，但工程建设中的经验与教训仍旧值得我们学习。
目前，与哥达基线隧道争夺“世界最长铁路隧道”之名的布伦纳基线隧道工程中的TBM也已经于近期始发，下一期，小编就带您走进这有一个规模宏大的隧道工程，探探其中的亮点，敬请期待，不要错过哦！
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