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一生一次的世紀工程-Gotthard Base Tunnel

2016年6月,瑞士聖哥達基線隧道正式開通,創下世界最長與世界最深隧道紀錄。歷時17年的阿爾卑斯穿山隧道,在工程難度與歷史意義上都有著引人入勝的故事一樁樁。ABB與合作百年的瑞士聯邦鐵路公司再次聯手,為這項世紀工程提供電力基礎建設、列車牽引系統,及宛若「聖哥達之肺」的通風換氣系統,讓人們悠然暢遊地底兩千尺。

「踏上父親走過的探勘之路,接續他未完的志業,聖哥達基線隧道工程是我這一生一定要參與的世紀工程。」在ABB,還有許多和Marcel Rüfenacht有相同信念的技術人,或許為了完成父執輩的理想,或許身上流竄著瑞士人的執著,或許只是不讓自己在世紀工程中缺席。歷經17年的阿爾卑斯穿山工程,聖哥達基線隧道(Gotthard Base Tunnel)在2016年6月1日正式開通!

阿爾卑斯樞紐計畫

位於歐洲中心的阿爾卑斯山,除了是瑞士著名地標外,也是橫亙在中歐與南歐間流通發展的天然屏障。早在1947年,瑞士工程師Carl Eduard Gruner便提出穿山隧道的構想。1963年瑞士聯邦政府正式成立評估委員會,然而一直到1992年才重新公投通過阿爾卑斯樞紐計畫(Alptransit)與阿爾卑斯動議(L'initiative des Alpes)。瑞士人民堅持在興建隧道工程的同時,仍須盡一切力量維護自然生態,與之共生共存。

耗資230億瑞士法郎的「阿爾卑斯樞紐計畫」涵括洛書堡軸線(Lötschberg axis)與聖哥達軸線(Gotthard axis)兩部分,預計於年底通車的聖哥達基線隧道即為聖哥達軸線的關鍵一環。該計畫目標以鐵路系統緩解瑞士境內急速成長的運輸需求與公路系統壓力,並藉此連接南北歐洲,北通荷蘭鹿特丹和比利時安特衛普,南接義大利海港熱內亞,將沿線各國的經濟交通串連,形成更緊密的歐洲網絡。屆時從蘇黎世到米蘭僅需2小時又40分鐘,相較於1982年聖哥達隧道(Gotthard Tunnel)剛開通時,蒸汽火車得耗費13.5小時的車程,中歐一日生活圈的範圍可望大大擴張。

世紀工程之最

聖哥達基線隧道由瑞士聯邦鐵路公司(Schweizerische Bundesbahnen, SBB)負責建造營運,於1999年動工,多達2000餘人參與,歷經17年完成並創下兩大世界記錄──世界最「長」與世界最「深」隧道。從Erstfeld到Bodio的聖哥達基線隧道為東西線雙管道設計,單向長57公里,擠下全長53.8公里的日本青函隧道,成為世界第一。聖哥達基線隧道於原有的舊隧道下方平均600公尺處開鑿,部分區段離地面甚至深達2300公尺,是為世界最深。

不同於幾公尺深的地下鐵工程,該隧道的開鑿作業有如挖礦,挖出的石塊重達2,820萬噸。此外阿爾卑斯山的多樣化地質結構讓圍岩種類多達80餘種,如花崗岩、片麻岩、石灰岩等硬度不一的岩塊遍佈,增添工程風險與難度。開鑿過程中,全程還有地質學家待命,以即時調整開挖工具與施工方式。阿爾卑斯樞紐計畫總裁Renzo Simoni表示:「平均每天的開鑿進度約40公尺,但有時遇到堅硬的岩層時,一天半公尺就很不錯了!」開鑿所用的鑽頭也創下世界之最,超過三層樓高的鑽頭從隧道兩端向中心開挖,鑽出斥資122億瑞士法郎的聖哥達基線隧道。

聖哥達之肺

ABB大型工程專案總監Alwin Larcher說:「聖哥達基線隧道工程是瑞士鐵路建築的登峰之作,ABB有幸能與SBB延續百年合作,為此世紀工程提供50Hz隧道基礎設施電力系統、通風換氣系統、升降與抽水系統,及最關鍵的自動化控制系統,我以身為瑞士人與ABB人為榮。」

長隧道工程中,通風換氣系統與安全救援機制是至關重要的核心設計。ABB為該隧道中8座外直徑寬達3.5公尺的巨型換氣扇與24座射流式通風機供應中低壓電力與自動化方案。最大輸出功率達15.6MW,風速達300 km/h的巨型風扇扮演著「聖哥達之肺」的角色,主掌隧道內的氣體交換與流通。散布在隧道各處的百葉進氣扇,即是透過強力吹送,穿越800公尺長的豎型管道來到隧道之內。  

聖哥達基線隧道每隔325公尺便設有40公尺的橫向連通道,57公里的隧道間有176條的通道作為緊急逃難與救援空間。ABB的800xA分散式控制系統整合電力系統、通風換氣系統、起火點偵測系統、空調系統及溫度、濕度、氣壓、特殊氣體等80餘種感測器,設定50種情境模式以應萬變。一旦發生火災、氣體外泄、車軸過熱或意外故障事件,各項照明與信號標誌、通風換氣、閘門、監控系統等將立即啟動因應,令旅客可快速向急難救助空間移動,隧道內的列車也會自動引向兩座緊急救援站。綿密的側向橫坑、救援廊道及冗餘式系統設計,皆為確保事故發生時,隧道設施仍能正常運作。

ABB為聖哥達基線隧道提供50Hz電力系統、通風換氣系統、升降與抽水系統及自動化控制系統。

百年交情再創巔峰

ABB與瑞士聯邦鐵路公司的合作淵源要從二十世紀初算起,百年來ABB為各大鐵路線打造可靠電力供應。從變電站到列車牽引系統,ABB點亮瑞士境內一列列車廂,一站站停靠點,一個又一個隧道。

在聖哥達專案中,ABB電力技術同樣不缺席,為隧道與新建鐵路線的基礎設施提供電力系統,如照明、空調、號誌、通訊、通風換氣系統與節能系統等。ABB瑞士子公司總經理Remo Lütolf表示:「在我們歡慶聖哥達基線隧道完工的此刻,請和我一起期待明年Lok2000列車重新於聖哥達基線隧道飛馳的歷史性鏡頭。」除隧道工程外,2014年ABB為整批服役20年,年行駛超過30萬公里的Lok2000列車,進行更新升級工程。換上ABB最新變流器、車載變壓器及驅動系統後,Lok2000列車得以延役20年,並展現優異的節能效果,預計可省下等同於6700戶的家庭用電。瑞士聯邦鐵路公司執行長Andreas Meyer表示:「我們很高興能有ABB如此值得信賴的長期合作夥伴,一同在聖哥達專案中再創鐵路建設的巔峰之作。」

ABB CEO Ulirch Spiesshofer與SBB CEO Andreas Meyer於Lok2000前合影。

地底兩千公尺的絕對信任

控制系統首席工程師Ralf Rösch笑著說:「從1994年起,我就加入ABB隧道工程的執行。這一次,我真的是把整個人,整顆心,甚至靈魂都埋到聖哥達專案裡去。一生能參與一次這樣的專案,沒有遺憾了!」前前後後,ABB專案團隊花了六年的時間,從系統規劃、電機設計、設備安裝到商轉測試,與聯盟內的各工程團隊一同開創了「阿爾卑斯奇蹟」。

長期在地底溫度高達攝氏40餘度的環境下工作,對身心都是極大挑戰。問及這次工程印象最深刻之處,Alwin Larcher說:「無論做了多縝密的事前規劃,到施工現場總是有『驚喜』。有次為了在地底安裝扇徑2.8公尺的大風扇時,光在狹窄的通風管道移動就是個大問題,更別說岩層與地下水還來攪和。」Ralf Rösch補充:「時間,總是時間不夠!我們一邊想著怎麼解決眼前的難題,一邊擔心工程時間延宕太久,還要盯著空氣中的含氧量指數。」

聖哥達專案延攬了各領域的技術與工程團隊,組成數個工程聯盟(consortium),一同在地底兩千公尺深處為了同一個目標而努力,除了專業素養之外,更重要的是絕對信任與戮力合作。

國家意象、永續發展、歐盟團結的集合意義

不像少女峰、白朗峰等瑞士名山可具體地指出山巔,聖哥達更似是一座充滿故事的山體。自1291年首批瑞士聯邦州於此締結誓盟後,聖哥達的歷史意義率先確立。在地理位置上,聖哥達是阿爾卑斯山脈的中心,是歐洲大河的源頭,是歐洲交通的樞紐。從歷史的縱切面來看,聖哥達是各聯邦文化的十字路口,是二戰期間捍衛瑞士中立角色的軍事要塞,是凝聚瑞士認同感與優越感的象徵。瑞士聯邦鐵路公司自豪地表示:「隧道工程具體展現了瑞士的國家性格,團隊精準地掌握時間、經費、品質,按圖施工,照表操課。」如同總是準時的瑞士列車,鑿通的隧道與圖面僅有水平8公分,垂直1公分,相當於0.00014%的誤差。

世代以來,瑞士人與嚴峻的自然環境維持著微妙的抗衡,一種既相爭又共存的關係。隧道工程隱含著瑞士人征服阿爾卑斯山的傲氣,阿爾卑斯動議的高票通過又代表著瑞士人對自然環境的謙卑看重。17年的工程期間,確保區域永續發展的思維融入在各項施工細節。例如,施工前縝密研究地底開挖對動植物存續的影響並提出棲息地復育計畫,施工期間的隔音屏障設置與汙水、地下水處理等。隧道通車後,也可大幅降低公路運輸量,減少廢氣排放,為荷蘭到義大利沿線提供一條快速便捷的綠色運道。

實際點看,聖哥達基線隧道的政經意義或許更為各界樂道。未來這條雙向隧道,每日可以最高時速250公里開出65班客運列車,令260班貨運列車在時速160公里下穿梭,縮短車程之餘可望增加旅運量達60%,成為名副其實的歐洲物流「大動脈」。瑞士聯邦主席Johann Schneider-Ammann表示:「聖哥達基線隧道串起歐洲的經濟、文化、生活圈,也將瑞士與歐盟各國帶來團結合作的新象徵。」雖然瑞士非歐盟一員,但聖哥達專案卻獲得歐盟的資金與技術挹注,主因該工程將帶動起整個歐洲交通運輸與基礎建設的活絡更新。好比義大利南方的鐵路網將率先啟動更新升級,而羅馬的基礎設施也將展開改造工程,以串成整個運輸網的全面提升。

綜觀各面向後,聖哥達基線隧道儼然不只是驚人的世紀工程,也傳遞著瑞士國家意象,二十一世紀公民的環境永續認同,與歐盟內部紛擾下企求大團結的歷史意義。

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