基礎設施的過去、現在和未來案例集/聖哥達基線隧道
本案例集是對 Handan Karaman、Maram Ayasou、Abdulrahman Leila 和 Zainab Syed 在基礎設施的過去、現在和未來課程中對聖哥達基線隧道進行的案例研究，該課程為GOVT 490-004（政策與政府綜合研討會）/CEIE 499-001（土木工程專題）2022 年春季課程，由喬治梅森大學的Schar 政策與政府學院和Volgenau 工程學院 Sid 和 Reva Dewberry 土木、環境和基礎設施工程系聯合提供。
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聖哥達基線隧道 (GBT) 是世界上最長、最深的地下鐵路隧道。該隧道長 57 公里，穿過瑞士的阿爾卑斯山，連線到聖哥達鐵路系統，該系統是連線北歐的國際鐵路系統的一部分 [2]。
GBT 於 2016 年正式向公眾開放，其主要目的是縮短瑞士南部到北部所需的時間 [2]。最初，有一條蜿蜒穿過阿爾卑斯山的山路和聖哥達隧道（1882 年），但由於這條路和隧道隨著時間的推移逐漸達到其承載能力，因此需要引入 GBT。GBT 鐵路的時速可達 250 公里，縮短乘客旅行時間 1 小時，並且可以運輸高達 3,600 噸的貨物，穿過歐洲聯盟 GDP 經濟區的 16% [18]。
- AlpTransit Gotthard AG 負責建設，它是瑞士聯邦鐵路 (SSB CFF FFS) 的全資子公司 [12]。
- 聖哥達隧道專案由瑞士納稅人和卡車收費資助。[13]
- 設計工程師是 Louis Favre [14]。
- Alfred Escher 是領導第一條山路建設的鐵路大亨 [7]。
- 建築師是 Mario Botta [12]。
聖哥達基線隧道，瑞士 - 鐵路技術
- 基線隧道建設（鑽探）開始（1999 年）[7]。
- 地質和測量完成（2000 年 11 月 26 日）[7]。
- 新安裝的鐵路系統經過測試（2005 年）[7]。
- 基線隧道突破：經過 4 年的建設，隧道掘進機抵達 13.5 公里（2006 年）[7]。
- 鋪設了 115 公里的鐵軌（2014 年 10 月 30 日）[7]。
- 鐵路安全測試完成（2015 年 9 月 30 日）[7]。
- 聖哥達基線隧道向公眾開放。（2016 年 6 月 1 日）[7]。
- 由於需求，舉行關於第二個聖哥達隧道的全民公決。以 57% 比 43% 的比例獲得批准。（2016 年）[4]。
四臺 Herrenknecht 抓鬥式 TBM 使用機械化隧道掘進技術征服了高山，在此過程中打破了速度和長度紀錄。聖哥達基線隧道長 57 公里，連線了埃爾斯費爾德和博迪奧。世界上最長的鐵路隧道於 2016 年 6 月 1 日開放。它透過形成新阿爾卑斯橫斷線 (NEAT) 的中心，連線了瑞士和歐洲。[11]
聖哥達基線隧道的主要突破發生在 2011 年 3 月 23 日的西線隧道和 2010 年 10 月 15 日的東線隧道，這是完成世界上最長鐵路隧道的最關鍵一步。瑞士透過兩條長達 57 公里的劃時代專案，透過阿爾卑斯山將北歐和南歐連線起來。使用 Herrenknecht 抓鬥式隧道掘進機挖掘和加固了 85 公里以上的管道。[11]
到 2016 年底，第一列高速列車將以每小時 200 到 250 公里的速度穿過聖哥達基線隧道。一旦 NEAT 全面投入運營，從蘇黎世到米蘭的旅行時間將縮短 1 小時，達到 2 小時 40 分鐘。瑞士鐵路預計特別減少貨運運輸時間，標誌著德國和義大利之間交通物流的又一次重大改進。跨阿爾卑斯山鐵路旅行正在進入一個新時代。從蘇黎世 Bahnhofstrasse 出發，在米蘭美麗的維多利亞·埃曼努埃萊二世長廊購物一個上午，然後在下午帶著裝滿最棒的義大利設計師服裝的購物袋返回。這不是夢想。這個夢想即將實現。[11]
一個獨一無二的歷史性專案 - 新聖哥達基線隧道的建設，以及 Ceneri 和 Zimmerberg 基線隧道的建設 - 將使這兩個商業區域之間的快速旅行成為可能。正如它在幾乎水平的軌道上從山谷底部到山谷底部穿過阿爾卑斯山脈一樣，兩條單行隧道將橫跨阿爾卑斯山脈，長度為 57 公里，最大海拔高度為海拔 55 米，即真正位於聖哥達山腳下。這將結束貨運列車旅行，這種旅行非常緩慢，乘客實際上可以沿途採摘鮮花，並且它將消除需要使用雙機車將貨運列車從陡峭的坡度上運送下來的需求。[11]
GBT 的有遠見的人們清楚地意識到他們所建議的這項龐大工程。以前從未有過鐵路挖掘穿過如此深的山體，而且絕對沒有達到這條鐵路所覆蓋的廣闊長度。然而，也許他們沒有預料到該專案將面臨各種風險以及隨之而來的挫折，這些風險和挫折導致該專案的建設在其構思後近 50 年才完成。
安全：對從事 GBT 工程的工程師來說，安全是最令人擔憂的因素。在規劃鐵路設計時，特別注意施工人員的安全，以及未來鐵路乘客的安全。考慮到鐵路設計本身，由於隧道的一部分將有 2,300 英尺的山體覆蓋在上面，因此結構和岩土工程師共同努力，確保安全不受損害 [18]。從結構工程的角度來看，最初難以確定可獲得的分析方法來分析山體本身將貢獻多少重量、鐵路上的活載和死載，以及火車將以多快的速度行駛。對於岩土工程師來說，需要考慮山體由什麼物質構成，以及確定隧道材料，考慮侵蝕和沉降，以及其他必要的因素。為了最大程度地降低施工人員的總體安全風險，隧道系統採用分階段建設，每個階段的完成都為下一階段設計計劃的改進提供指導 [6]。使用掘進機也消除了施工人員和工程師的大部分風險，因為他們在施工期間需要在隧道下方的工作時間更短 [1]。
成本：1992 年，該專案 GBT 部分的最初預算為 100 億美元 [15]。然而，隨著安全特性和技術的進一步進步，人們很快意識到需要增加預算，以確保該專案保持高效和可持續。這導致了在 1998 年需要進行投票以批准新的總預算 155 億美元，該隧道於 1999 年正式開始建設 [17]。該專案的最初反對者試圖在選舉中支援他們，並阻止公眾批准在 GBT 上投入更多資金，但預算獲得批准，GBT 的建設和規劃恢復。在隧道的建設過程中，成本一直是反覆出現的問題，因為在考慮 NRLA 將穿越的廣泛網路的情況下，需要額外的問題來解決誰支付、如何支付以及支付什麼。最終，GBT 在 2016 年完工時的最終成本估計為 240 億美元，遠遠超過了最初的預算 [17]。儘管成本是實施該專案的巨大因素，但考慮到該專案的規模之大，預計的經濟、社會和可持續性效益足以證明所產生的成本是合理的。
GBT 的成功完工表明，即使面對如此巨大的風險，這樣的工程壯舉也是可能的，現在為其他地區類似專案的擴充套件鋪平了道路，以擴大其洲際和區域鐵路。
儘管聖哥達基線隧道的設計壽命超過一個世紀，但世界上最大、最複雜的隧道系統需要定期維護。目前，維護計劃安排在週六和週日晚上（關閉 8 小時）以及週一晚上（關閉 6 小時）。
日常維護包括排水系統的清理（隧道包含 500 公里的排水管）、機電裝置、隧道通風、交叉通道門和鐵路基礎設施軌道、接觸線和安全系統等。[8]
兩條長 57 公里的單線隧道和 13 公里的新建地上線路，共計 308 公里的軌道、153 公里的架空線、7200 個燈、500 公里的排水管和 2200 個電氣櫃。這些只是少數幾個表明 GBT 及其設施規模和複雜程度的數字。維護世界上最長的鐵路隧道是一項巨大的工程。57 公里長的地下管道只有兩個入口。
每次進行維護工作時，都會關閉一條隧道管線，時間為三個晚上。在此期間，最多 11 個工作場所將從位於比亞斯卡和埃斯特費爾德的新維護和干預中心 (MIC) 轉移到 GBT，並在那裡進行搭建、投入使用，然後撤離並轉移回原處。瑞士聯邦鐵路需要隧道維護車輛，這些車輛由多列部分列車組成，這些列車進入隧道後分成更小的單元，並分配到不同的工作站。
前 6 輛車屬於 13 輛基礎維護卡車的批次。每臺機器都可以由架空電力或柴油電力組合供電。
每輛 80 噸的車輛都配備了起重機和帶空調的乘客模組，其中包括廚房和燃燒式廁所。基礎車輛可以遠端控制或從駕駛室控制。它們也可以從其他貨車中進行管理。
Harsco 還提供平板貨車，這些貨車可以透過自動耦合器連線起來，組成 300-440 米長的維護列車。據 Harsco 稱，這些貨車包括提升平臺和一個“獨特的可移動密封門”，可以密封隧道，以減少維護工作期間的風力湍流。這些卡車將分別停放在埃斯特費爾德和比亞斯卡的新隧道維護中心。
經過廣泛的討論，一種新的融資模式應運而生，並在 1998 年 11 月 29 日進行全民公決。瑞士民眾以 63.5% 的“贊成”票通過了用於公共交通基礎設施建設的 FinöV 基金（預算為 300 億瑞士法郎）。38 億瑞士法郎（FinöV 的 45%，1998 年價格水平）被用於支付 NRLA 建設的“à fond perdu”（損失的資金）。由於 FinöV 的貢獻，僅有 25% 的投資需要在私人資本市場上融資，這佔了所需總信貸的 75% 以上。
與之前的融資模式一樣，未來的運營商瑞士聯邦鐵路將負責償還這部分投資。然而，在 2005 年，人們同意放棄這部分投資的償還。[9] 由於 FinöV 的貢獻佔了所需總信貸的 75% 左右，因此僅有 25% 的投資需要在私人資本市場上融資。與之前的融資模式一樣，這部分投資將由未來的運營商——SBB-CFF-FFS 償還。專案融資策略從一開始就使整個專案的融資變得清晰而安全，不受現有國家預算或任何政治變化的影響，防止因資金短缺或政治共識不足而導致的潛在建設延誤或停滯。哥達德專案的成功取決於可靠資金的可用性。作為建設者，ATG 負責兩個控制迴路：
(1) 專案和成本管理，與專案發起人聯邦政府相關；
(2) 專案和成本管理，與供應商相關。
瑞士聯邦政府和 ATG 之間的合同控制著瑞士聯邦政府發出的訂單。成本管理流程總體上以實現 NRLA 控制指令 (NCI) 為目標，NCI 概述了關鍵控制指標，以及報告的型別和頻率（每六個月）以及如何處理差異。
為了確保所有專案修改都能以清晰明瞭的方式進行處理和記錄，必須定期更新工程變更管理系統。審批職責已明確定義，以便在適當的時間對適當階段做出必要的決策。影響成本和時間表的績效變化通常只有在目標調整後才能適用。如果出於時間安排方面的考慮，必須立即實施績效變化，則會向瑞士聯邦交通局 (FOT) 傳送事件報告。
當瑞士 FOT 批准變更請求時，ATG 可能會要求更改專案條款。導致成本參考基準更新的主要問題包括：專案升級以納入新的安全措施和最先進的技術（由於專案持續時間為 20 年）；與地質相關的額外成本（地質和岩土條件比預期差的情況對這裡的影響最大，而其他情況則比預期更好）；以及成本超支（由於專案持續時間為 20 年）。
ATG 每季度跟蹤可能最終成本和任何財務風險的進展，並每六個月向控制機構報告一次。哥達德基線隧道的信貸增長——從 63 億瑞士法郎到 99 億瑞士法郎（上述 138 億瑞士法郎的一半），即 53%，不包括通貨膨脹——是不可預測的，但仍然值得注意。由於瑞士 FOT 的訂單所產生的變化，瑞士 FOT 不斷努力打造一個具有最先進安全功能和技術的隧道，佔額外支出的約一半。無法直接影響的地面危險僅佔總增長的 9%，即總增長的六分之一。
公投
- NRLA 提案預算為 38 億瑞士法郎（53.4% 的人投票“贊成”）
- 保護阿爾卑斯山環境的阿爾卑斯山倡議（51.9% 的人投票“贊成”）
- 300 億瑞士法郎的公共交通資金（63.5% 的人投票“贊成”）
- 雙邊歐盟協議/40 噸卡車/重型交通費（67.2% 的人投票“贊成”）
- 由於需求而進行的第二條哥達德隧道公投（57% 的人投票“贊成”）
雖然瑞士經常被認為是政治舞臺上的中立者，但該國在說服本國公眾和鄰國相信哥達德基線隧道將給歐洲大陸帶來的經濟、社會和環境效益方面仍然取得了巨大進步。哥達德委員會最初成立於 1853 年，以哥達德山脈和對該山脈發展共同的興趣命名。該委員會至今仍保持活躍，在說服利益相關者（如城市、交通協會、公司和州）推廣第一條山區路線，最終推廣今天的阿爾卑斯山新鐵路連線線 (NRLA) 方面發揮了重要作用。[15]
地區政治
瑞士政治戰略的核心是其聯邦制，即其在尋求妥協以使所有參與哥達德專案的參與者滿意的方法。[15] 瑞士由 26 個州或聯邦州組成，每個州都有其獨特的文化和政治利益，並在其地區的教育、醫療保健、執法、稅收和社會福利系統方面擁有完全自治權。這種來自瑞士聯邦憲法的權力分離以及瑞士在公共政策方面的國民選舉中的直接民主，往往使政策幾乎不可能透過，因為強有力的遊說委員會和公眾影響力推動著選舉。因此，在 26 個州中，只有 13 個州是哥達德委員會的成員；然而，該隧道仍然得到公眾的認可，這得益於它與另一條長阿爾卑斯山隧道——洛特施貝爾格隧道之間的聯絡，洛特施貝爾格隧道是加快從該國西端鐵路交通的關鍵，同時改善了東北部的連線。該專案獲得批准的部分原因是該國 5 家最大的鐵路公司被國有化，其中最後一家是 1909 年的哥達德鐵路公司。[16] 這表明了政治遊說在瑞士聯邦制和交通政策中的力量。[17] 最終，在 1998 年，大多數州批准了關於公共交通基礎設施專案建設和融資的聯邦法令，推動了這一龐大的鐵路專案在未來 20 年的發展。[15]
除了地區間政治外，瑞士還必須處理奧地利、法國、德國和義大利等鄰國的關係。正如鐵路建設所預期的那樣，人員和貨物運輸的增加，尤其引起了德國、奧地利和義大利的關注，導致 1989 年召開了歐洲鐵路運輸跨越阿爾卑斯山的解決方案大會。[15] 該大會的成果，包括對環境政策的強調以及歐洲經濟發展的巨大潛力，導致了 1992 年瑞士和歐洲經濟共同體 (EEC) 的會晤，使瑞士成為歐洲交通政策的關鍵點。EEC 批准 NRLA 的時間甚至早於瑞士公眾對其的批准，但這再次表明了它將帶來的社會和經濟效益，這有助於它在同年獲得 64% 的公眾認可。[16]
環境政策
鐵路是一種受歡迎的交通方式，主要是因為它相對環保。隨著環境問題成為選民越來越關心的問題，特別是在 20 世紀 70 年代，人們開始尋求汽車和公路旅行以外的替代性公共交通方式。這對哥達德隧道來說是天時地利人和，因為 1971 年瑞士憲法中新環境保護條款的透過（以 93% 的選票獲得批准）為該隧道在 20 世紀 90 年代最終獲得壓倒性支援鋪平了道路。[15] 這篇文章重點關注保護人類和自然環境，認識到機動化和公路交通對生態健康造成的負面影響。哥達德隧道後來的批准可以追溯到選民之間早期為可持續交通和保護阿爾卑斯山環境而進行的運動。後來，在 1992 年，一個價值 100 億美元的建設專案——哥達德基線隧道——得到了瑞士選民的批准。[17] 然後，在 1994 年，52% 的選民支援阿爾卑斯山倡議，該倡議呼籲聯邦憲法保護阿爾卑斯山地區免受交通的負面影響，並停止進一步的道路擴張，以及將交通從公路轉移到鐵路。這導致了 NRLA 的加速發展以及 1999 年與 EEC 的運輸協議。[16]
交通政策
高速鐵路等公共交通往往被政府忽視，因為政府的重點轉向了道路網路的現代化和最佳化。哥達德隧道就是一個例子，1980年，其客流量下降到乘客的10%，其餘乘客則透過阿爾卑斯山公路出行。哥達德隧道曾經是乘客交通的熱門方式，而公路卻受到了不成比例的關注，這讓瑞士聯邦鐵路公司SBB感到擔憂，促使他們重新評估聯邦政府的交通戰略，並建立了一家國家鐵路公司。然而，NRLA的道路並不平坦，因為1992年，瑞士選民拒絕加入歐洲經濟區，這對如何將貨物運輸從公路轉移到鐵路產生了影響。歐共體要求重新談判交通政策決定，最終在2000年達成雙邊協議。[15]
- 你認為這個專案成功/高效嗎？
- 你認為應該在GBT旁邊再建一條隧道嗎？
- “新伯茲貝格隧道：在擠壓巖體中開挖時的結構措施”。隧道，[1]
- “哥達德基線隧道”。SBB，[2]
- 更多來自該作者 檢視全部 cmsadmin Allez le Tram 等人。 “哥達德基線隧道，瑞士”。鐵路技術，2021 年 9 月 17 日，[3]
- “瑞士隧道公投透過，阿爾卑斯山面臨挫折”。交通與環境，2016 年 3 月 29 日，[4]
- “觀看瑞士 57 公里長的哥達德基線隧道建設”。大英百科全書，大英百科全書公司，[5]
- 哥達德基線隧道，[6]
- “阿爾卑斯隧道門戶”。建設 | 阿爾卑斯隧道門戶，[7]
- “巨型結構背後的科學：哥達德基線隧道”。恩卡迪奧瑞特，2021 年 1 月 27 日，[8]
- 倫巴第。[9]
- 瑞士哥達德基線隧道的風險、合同管理和融資，[10]
- 哥達德基線隧道 - 海瑞克公司，[11]
- “哥達德基線隧道”。維基百科，維基媒體基金會，2022 年 3 月 19 日，[12]
- “耗時 17 年，耗資 120 億美元，瑞士開通世界上最長的鐵路隧道”。洛杉磯時報，洛杉磯時報，2016 年 6 月 1 日，[13]
- “哥達德隧道”。維基百科，維基媒體基金會，2022 年 2 月 28 日，[14]
- 邦多爾菲，西比拉。 “民主讓世界上最長的隧道成為可能”。SWI Swissinfo.ch，Swissinfo.ch，2017 年 10 月 27 日，[15]
- “瑞士州：瑞士各地區的指南”。Expatica，2021 年 6 月 2 日，[16]
- 邦多爾菲，西比拉。 “民主讓世界上最長的隧道成為可能”。SWI Swissinfo.ch，Swissinfo.ch，2017 年 10 月 27 日，[17]
- “哥達德基線隧道的建設：一項非凡的工程”。我們創造價值，我們創造價值，2016 年 9 月 27 日，[18]