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1．世界上最大的土木工程之一
斯多贝尔特越海工程是连接东、西丹麦（西兰岛和菲莫岛）的一条由桥梁和隧道组合而成的通道。如图2所示，在斯多贝尔特大海峡的中间有一个斯普罗的小岛，该岛将海峡分成东、西两部分。连通菲英岛和斯普罗的通道是一座铁路／公路两用桥；连通西兰岛和斯普罗岛的通道是由一座公路桥和两条铁路隧道组合而成。斯多贝尔特大海峡通道的全长为18km，其中隧道长度为7．9km。与英法海峡隧道相似,早在一百多年前，人们就开始讨论建造斯多贝尔特大海峡的通道问题。然而，直到1987年，丹麦议会才决定实施这项通道工程，并同时决定建立一个完全国有的负责该工程规划、设计、施工和运营的A/S斯多贝尔特福拜多森有限公司。为了促进公共交通，议会决定铁路通道应比公路通道提前三年建成，并认为东面深水国际航道海峡的铁路通道应为隧道形式。
该工程的费用来自于丹麦和其它国家的贷款，并由政府提供担保。按1988年物价，该工程的总造价为220亿丹麦克朗（约合人民币280亿元）,如果考虑金融和物价上涨因素．总造价为38O亿丹麦克朗（人民币490亿元）。其中，东面海峡隧道的费用约占28％，桥梁约占34％；西面海峡桥梁约占23％；其余15％用于地面设施、铁轨铺设和斯普罗岛上工程。如果采用造价／人口比的统计方法，斯多贝尔特大海峡工程是当今世界上建筑工程中最大的一个土木工程．它比英法海峡隧道要大六倍以上。实际上，斯多贝尔特大海峡越海通道是连接斯堪的纳维亚国家与欧洲大陆的最主要通道。
2．两个主要隧道设计方案
在航道的最深处，按照暗挖法圆断面隧道的设计方案，考虑到铁路隧道最大允许坡度和应有的覆盖厚度，隧道将在海平面75m下通过，该处海水深55m。隧道工程包括两条内径为7．7m的主隧道，总长7260m，每间隔250m就有一条直径4．5m的横向通道连接。两条主隧道的圆形衬砌，均由预制混凝土管片拼装而成，由螺栓联接。隧道采用钢筋混凝土单层衬砌，衬砌环宽1．65m，每环由6块标准衬砌管片和l块封顶块管片组成,管片厚40cm。所有管片均在管片加工厂预制。横向通道采用球墨铸铁衬砌，以增加衬砌强度。两岸段的连接隧道采用明挖法修建，两岸段长300m，东岸段长250m。由于超出海岛范围而需要在现有40公顷的斯普罗岛上填海造地，在该岛东面和东北面造地116公顷，以便在上面修建西岸引道；还有一项重要的任务是修建一座生产隧道衬砌管片的钢筋混凝土管片预制工厂。
按沉管隧道的设计方案，沉管隧道的总长相对要短些，约5260m。沉管隧道管节将安置在海底现有的河床、宽20m的挖泥槽内。在大海峡中段，沉管隧道管节安置在抬高的床堤上面。两条沉管隧道将各铺设38个或39个箱形管节，每个管节长150m、宽16m、高10m，内部正方横截面尺寸为6～7m，两条沉管隧道在每间隔75m的分隔墙处用孔口通道连接。
3．方案招标与确定
东面海峡隧道于1988年1月开始进行两个建设方案招标。这两个方案是，两条沉管隧道方案和两条盾构掘进隧道方案。由（Cowiconsuk（丹麦）和Mott
MacDonald（英国）合作的咨询公司选择了隧道掘进方案。国际承包财团丹麦、法国、德国、意大利、荷兰和美国的承包商参加了大海峡隧道工程两种施工方案的投标。标价为27亿（人民币35亿元）到47亿（人民币61亿元）丹麦克朗。1988年6月收到的标书表明，隧道掘进方法的标价最低，而沉管隧道方案的风险相对较小。然而由于东面海峡是一条国际水运航道，考虑到环境方面的原因，政治家们最后还是选择了隧道掘进方案。中标的MT集团（由丹麦的Monberg和Thorson、法国的Campernon
Bernard、丹麦的Dyckerhoff和Widmann、美国的Kiewit和法国的Sogea联合组成）和斯多贝尔特福拜多森有限公司一起以最低的价格31亿丹麦克朗（人民币40亿元）的造价与斯多贝尔特越海工程建设业主签署了合同。COWI顾问公司与摩特·海·安德森国际公司联合设计的标书包括详细的土木工程、掘进机机械系统和隧道施工监理，完成后仅几个星期,MT财团就赢得了合同。
4．地质条件及勘测情况
尽管暗挖法隧道施工方案的标价低于沉管法隧道施工，但要确保施丁方案实施．就不仅仅是考虑资金因素的问题。沉管法隧道施工方案就曾强调过要充分重视作业环境的影响，如拓宽海底河床就需进行挖泥作业。
查清斯多贝尔特大海峡隧道工程的海底环境，是一件特别繁重和麻烦的事。打深孔取样表明，海底地下水的氯化程度为19000mg/L，几乎和海水的氯化程度相差无几。其硫酸盐含量也同样具有侵蚀性。大海峡中间的静水压头约达75m。
为查明地层情况，自60年代中期以来，为大海峡各种隧道施工方案已进行了多次的现场勘测，如深层钻孔、振动岩心和地震探测等。80年代，丹麦土工研究院分别在1982年、1986年和1987年进行三次勘测。根据综合调查结果，隧道工程作业的地区为3D地质模式区段。资料表明，东面航道的地质形成，是由于经过冰碛和泥灰岩层状地层冰川侵蚀和冰碛、泥灰岩覆盖在石灰层所致，见图3。大海峡隧道基本位于冰碛和泥灰岩之间，隧道中心底部至下面石灰岩地层的间距不超过10m。
图3 隧道地质纵断面图
尽管大体上的粘土相当硬结，但冰碛层常与砂质冰碛处在互层的状态中（主要夹有粉砂层或砂质粘土层）,包括有粒状融水土囊，加上直径大到2m的花岗岩和片麻岩漂砾．偶而还超过2m直径。泥灰质地层呈开裂状态，伴随出现填缝结合严重的分成地带，被归类为高度断裂软弱至中等软弱的石灰质泥岩。一般大部分冰碛层渗透性很低，但对融水上囊的测试表明．其渗透性能高达10－4m/s。由于泥灰岩层填缝结合情况，其渗透性可能相对为10-5至5×10-4m／s之间。
距大海峡两岸20m处起，海水越来越深。大海峡中央1．6km处的海水深度达55m。大海峡隧道的长度和相应的造价，主要取决于隧道埋设的覆土层深度。在这个最低点．静水压力最大，而隧道覆土层要求最小。为了达到这个目的，已在大海峡中央实施了专门现场勘测。这需要在海面进行深层钻孔的辅助作业，详细查明泥灰质地层情况。再钻进一系列的浅孔．探明海床的轮廓和周围状态。
鉴于大海峡地层和海底范围情况的复杂性，COWI顾问公司和摩特·海·安德森国际公司提供的招投标设计，包括了准备对所有合适的隧道工程施工方案进行检查的条款。这些隧道工程的施工方案包括最先进的圆断面隧道盾构掘进技术和新奥法的应用技术。新奥法隧道施工技术是奥地利ILF顾问咨询公司研究开发的。
在开始进行大海峡隧道工程采用盾构掘进施工方案的可行性研究时．发现冰碛层包含一些直径大到2m和超过2m的花岗岩漂砾，见图4。冰碛层组成的融化冰积土含水压力达4×1O5Pa，冰调和泥灰质地层分界面充满砾石和含水粒状土壤，有的泥灰质层和泥灰质岩断裂很深，伴随的静水压力达8×1O5Pa。这些地质情况都被认为是最糟糕的地质状态。
图4 冰积层的典型颗粒分布
5．对隧道掘进机的要求
为了有效地处理所有这些环境因素，能保持隧道工程施工的合理进度，要求设计和制造多功能、强有力和大功率的盾构掘进机；在推完所需的隧道长度时，中途不会发生较大的隧道施工停顿瘫痪事件。为了能在相对较好的地层条件下施工，取得较高的推进速度，隧道施工需要采用开启式盾构法施工。但同时也要求盾构掘进机能根据需要转换成闭胸式盾构法施工。以解决融水土囊里静水压力高和断裂的泥灰质层渗透性大的问题。因而，盾构掘进机迅速从开启式施工转换成闭胸式施工的能力是至关重要的。
经过对大海峡地质形成的研究和对不同类型盾构掘进机在不同场合实际应用的观察，COWI顾问公司和摩特·海·安德森国际公司提出，大海峡隧道工程采用暗挖法盾构掘进施工，泥水盾构掘进机和土压平衡盾构掘进机是最适合于大海峡隧道工程建设。土压平衡盾构掘进机在气压施工和无气压施工之间具有能迅速转换的优点，因而更可能被采纳使用。泥水盾构系统的主要缺点是泥水分离所需的装置和由于泥水污染和排放造成的环境污染问题。有10家盾构掘进机制造商都在征求意见表上表示支持这种观点。大部分盾构掘进机制造商建议采用土压平衡盾构掘进机，有些则建议采用可供选择转换成泥水型的混合式土压平衡盾构掘进机。4个投标单位中的3个，也建议采用这种类型的盾构掘进机。
尽管上层相当不透水的冰碛层主要是粘土层，伴随着有限的砂和砾石地带，最大水压力为2×105Pa．可采用新奥法隧道施工。但当隧道掘进至海底下部冰碛层时，会发生涌水涌泥的现象。潜在的不稳定状态，要通过勘探试钻来测定，所以必须采取相应的支护和安全措施，包括采用液氮土壤冻结法或采用气压法施工等措施，但这些措施花费昂贵，且实施困难。考虑到工程造价、施工安全和全部工程计划的需要，主隧道采用新奥法施工的方案被否决了。
大海峡隧道工程采用土压平衡盾构掘进机，考虑到不利因素，每条隧道使用两台盾构掘进机。每条隧道两台盾构掘进机同时从隧道的两端开始掘进．对不可预测的时间贻误控制在施工计划大纲规定的范围内，使隧道的掘进能按照预定的最短工期进行。
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