1、书书书收 稿 日 期 : 2015 01 08作者简介 : 洪开荣 ( 1965) ， 男 ， 湖南株洲人 ， 1990 年毕业于兰州铁道学院 ， 桥梁与地下工程专业 ， 博士 ， 教授级高级工程师 ， 现从事隧道与地下工程设计 、施工 、科研及管理工作 。我国隧道及地下工程发展现状与展望洪开 荣1， 2( 1 中铁隧道集团有限公司 ， 河南 洛 阳 471009; 2 盾构及掘进技术国家重点实验室 ， 河南 郑州 450001)摘要 : 分析我国隧道及地下工程的现状 ， 包 括 铁路隧道 、公路隧道 、地铁隧道 、水工隧洞 、市政隧道和地下能源洞库等 。总结近年来我国隧道及地下工程在各个方面
2、的技术发展与创新 ， 包括 : 勘测与地质预报 、设计方面 、施工方面 、防灾救灾与通风照明 、风险控制与运营管理 、防水排水新材料与新工艺应用等方面 。重点对施工技术方面的技术发展与创新进行了较为详细的阐述 ， 包括 : 浅埋暗挖技术 ， 盾构 、TBM 装备与施工技术 ， 单护盾 TBM， 敞开式 TBM， 矩形顶管技术 ， 盾构始发 、到达零覆土技术 ， 岩溶隧道处理技术 ，高地应力隧道变形控制及岩爆处理技术 ， 钻爆法机械化作业线 ， 瓦斯隧道问题 ， 沉管隧道技术等 。最后 ， 对我国隧道及地下工程的发展进行展望 ， 认为 : 特长隧道将成为我国隧道建设的 “新常态 ”， 地铁工程将
3、持续发展 ， 城市铁路将逐步地下化 ， 城市地下公路会悄然兴起 ， 城市排蓄水工程深层隧道方案值得推广 ， 地下空间开发利用与地下管廊工程将由原来的 “单点建设 、单一功能 、单独运转 ”转化为 “统一规划 、多功能集成 、规模化建设 ”的新模式 ， 地下能源洞库将成为必然 ， 南水北调西线工程值得期待 ， 三大海峡通道的建设势在必行 ， 互联互通的国际通道建设其隧道工程将会很多 ， 也会遇到诸多挑战 。总之 ， 我国隧道及地下工程事业将会有更大的进步和更为广阔的发展空间 。关键词 : 隧道及地下工程 ; 铁路隧道 ; 公路隧道 ; 地铁隧道 ; 水工隧洞 ; 地下能源洞库 ; 浅埋暗挖法 ;
4、 盾构法 ; TBM 法 ; 沉管隧道 ;矩形顶管技术 ; 岩溶隧道 ; 钻爆法机械化作业线 ; 防灾救灾 ; 通风照明 ; 防水排水 ; 南水北调工程 ; 三大海峡通道 ; 国际通道DOI: 10. 3973/j. issn. 1672 741X. 2015. 02. 001中图分类号 : U 45 文献标志码 : A 文章编号 : 1672 741X( 2015) 02 0095 13State-of-art and Prospect of Tunnels and Underground Works in ChinaHONG Kairong1， 2( 1 China ailway Tunn
5、el Group Co ， Ltd ， Luoyang 471009， Henan， China;2 State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology， Zhengzhou 450001， Henan， China)Abstract: The state-of-the-art of the tunnels and underground works in China，including railway tunnels ，highwaytunnels， Metro tunnels， hydraulic tunnels， mu
6、nicipal-service tunnels and underground energy storage caverns， areanalyzed The technological development and innovation of tunnels and underground works in China are summarized interms of geological prospecting and prediction， design， construction， disaster prevention， ventilation and lighting， ris
7、kcontrol and operation management， and application of new materials and technologies related to waterproofing anddrainage The technological development and innovation of construction technologies， including shallow-cover miningmethod， TBM ( shield) equipment and tunneling technology， single-shield T
8、BM， open-mode TBM， rectangular pipejacking method， shield launching and arriving at the ground surface， treatment of karst tunnel， deformation controltechnology and rock burst control technology for high ground stress tunnel， mechanization of drilling and blastingmethod， gas tunnel and immersed tunn
9、el， are presented in detail In the end， the development of tunnels andunderground works in China is prospected Conclusions drawn are as follows: There will be more and more extremely-long tunnels in China; Metro tunnels will be developed continuously; Underground urban railway tunnels will be built;
10、urban underground highways will be build; Deep drainage tunnel system in urban area is worth popularizing; A newmode will be adopted for the development and use of underground space and underground utility tunnels; Theunderground energy storage cavern is a trend; The west line of South-to-North Wate
11、r-diversion Project is worth to befocused; Bohai Strait Crossing Tunnel， Taiwan Strait Crossing Tunnel and Qiongzhou Strait Crossing Tunnel will be builtdefinitely; There will be numerous tunnels to be constructed on the future international railways， and large challengeswill be encountered Briefly，
12、 there will be larger progress and larger development in the field of tunnels and undergroundworks in ChinaKey words: tunnel and underground works; railway tunnel; highway tunnel; Metro tunnel; hydraulic tunnel;underground energy storage cavern; mining under shallow cover; shield method; TBM method;
13、 immersed tunnel;rectangular pipe jacking method; karst tunnel; mechanization of drilling and blasting method; disaster prevention;ventilation and illumination; waterproofing and drainage; South-to-North Water Transfer Project; Bohai Strait CrossingTunnel; Taiwan Strait Crossing Tunnel; Qiongzhou St
14、rait Crossing Tunnel; international railway0 引言我国 隧道及地下工程事业自 20 世 纪 80 年代以来 ， 特别是进入 21 世纪以来得到了快速发展 。随着经济的持续发展 、综合国力的不断提升及高新技术的不断应用 ， 我国隧道及地下工程得到了前所未有的迅速发展 。我国正处于社会主义经济发展的重要时期 ， 而基础设施建设在国民经济中一直占有举足轻重的地位 。近年来 ， 由于我国经济的迅速发展 、城市人口的急剧增长以及复杂的国际局势和我国周边态势 ， 为解决人口流动与就业点相对集中给交通 、环境等带来的压力 ， 满足国家环境和局势变化需求 ， 修建各
15、种各样的隧道及地下工程 ( 如城市地铁 、公路隧道 、铁路隧道 、水下隧道 、市政管道 、地下能源洞库等 ) 成为必然趋势 ， 这给隧道及地下工程的发展建设带来了机遇 。隧道及地下工程事业的发展有利于国土资源的充分开发利用 ， 具有环保和节能优势 ， 特别是在改变我国水资源条件及油气能源储备等方面 ， 具有重要的作用 1， 但是 同 样面临着诸多严峻的挑战 。面对机遇和挑战 ， 分析我国隧道及地下工程的发展现状 ， 总结近年来的技术发展与创新 ， 对推动我国隧道及地下工程的进一步发展有积极的意义 。1 我国隧道及地下工程现状隧道及地下工程以其基本不占用地面土地资源的突出 优 势 ， 在当今面临
16、 “人口增长 、资源短缺 、环境恶化 ”的 3 大挑战中 ， 发挥着越来越重要的作用 ， 因此 ，其应用越来越广泛 ， 正所谓 “入地有戏 ”。近 十年来 ， 我国隧道及地下工程建设事业有了较快的发展 ， 不单表现在隧道数量 、隧道长度的增长上 ，而且在技术上也得到了快速发展 ， 在各种工法的应用方面也有不断突破 。11 铁路隧道工程据有关部门统计 ， 我国大陆 2013 年底运营铁路隧道有 11 074 座 ， 总长 8 93878 km; 2014 年在建的铁路隧道有 4 206 座 ， 长度 7 79515 km; 已规划有 4 600 余座铁路隧道 ， 总长 10 600 km。200
17、12013 年我国铁路隧道增长曲线见图 1。图 1 20012013 年我国铁路隧道增长曲线Fig 1 Development of railway tunnels in China from 2001to 2013目前 铁 路运营最长的山岭隧道是太行山隧道 ， 长27 848 m; 运营最长的水下隧道是狮子洋隧道 ， 长度10 800 m。在建铁路最长的隧道为关角隧道 ， 长32 645 m; 规划待建最长的铁路隧道为高黎贡山隧道 ，长 34 538 m。12 公路隧道工程截至 2013 年底 ， 我国大陆有公路隧道 11 359 座 ，总长 9 605 6 km， 与 2012 年相比净增
18、 1 337 座 ， 长度增加 1 5529 km。进入 21 世纪以来 ， 我国高速公路增长迅速 ， 20102013 年 ， 高速公路的增长率为 29 0%，而其隧道总里程与座数的增长率分别为 46 7% 和350%， 远高于公路本身的增长率 。20002013 年我国公路隧道增长曲线见图 2。图 2 20002013 年我国公路隧道增长曲线Fig 2 Development of highway tunnels in China from 2001to 2013目前 运 营最长的公路隧道为秦岭终南山隧道 ， 长69 隧 道 建 设 第 35 卷18 020 m; 其次为麦积山隧道 ， 长
19、 12 286 m; 第 3 位为包 家 山隧道 ， 长 11 193 m。在我国公路隧道方面 ， 跨江越海隧道工程蓬勃发展 。13 地铁隧道工程截至 2013 年末 ， 中国大陆已有 19 个城市开通了地铁 ， 拥有 83 条运营线路 ， 总里程达 2 746 km; 至2014 年底 ， 运营里程会超过 3 000 km。另有 15 个城市的首条地铁线正在建设中 。目前全部在建的地铁线路达 106 条 ， 总里程超过 2 400 km。在开通运营的地铁线路上 ， 客流量基本 “爆满 ”。北 京 、上海 、广州 、深圳 、重庆 、成都 、南京等城市 ， 基本形成多线网络运营 ， 其中 ， 北
20、京 、上海的地铁运营里程均已超过 500 km。据不完全统计 ， 北京 、上海 、广州地铁的客运量已超过公共交通客流量的 40% 以上 ， 部分时点接近70%。其中 ， 北京日最大客流量超过了 1 100 万人次 。14 水工隧洞与地下水电站据不完全统计 ， 截至 2013 年 ， 已建成的地下水电站已超过 3 000 座 ， 已建成的各类水工隧洞超过10 000 km; 正在建设的引水隧洞超过 1 000 km; 已规划的引水隧洞工程长度超过 2 000 km。目前在建的 、长度比较长的引水隧洞有引汉济渭工程秦岭特长输水隧洞 ( 全长 983 km) 、引红济石工程隧洞 ( 全长 19 76
21、km) 、引洮工程隧洞 ( 长 96 35 km) 、引大济湟工程隧洞 ( 全长 24 17 km) 、辽西北供水工程隧洞 ( 全长 230km) 、吉林中部引松供水工程隧洞 ( 全长 134 631 km，隧洞直径 66 m， 采用 TBM 施工 ) 。15 市政隧道及地下工程目前我国地下空间综合性利用只是在局部小区域进行规划和建设 ， 北京 、广州等都有示范工程 。随着城镇化的发展 ， 除原来常规的供排水 、通讯 、供热管网外 ，交通 、高压电力 、仓储 、停车 、商铺等充分利用地下空间是发展的必然趋势 。16 地下输 、储油气工程油气储备有着重要的战略意义 。在有条件的地方 ， 利用地下
22、空间进行油气储存极具优势 ， 它具有容积大 、节约土地 、安全 、经济等优势 。在国际上 ， 水封地下油气库的技术十分成熟 ， 被普遍运用 ， 但在我国的起步较晚 。我国第 1 座地下原油洞库为黄岛地下洞库 ， 容量为 15 万 m3， 于 1977 年 7 月完 成 ， 至 1989 年 8 月 共运行了 289 次 ， 进 、出原油 204 万 t， 随后停用 2。汕头LPG 工程是我国第 1 座采用水幕技术 、利用地下裸岩洞室储存高压液化石油气的工程 ( 见图 3) ， 总库容 20万 m3， 单洞断面面积达 304 m2。此后 ， 在 黄 岛 、珠海 、宁波等地修建了 6 座大型水封液
23、化石油气库工程 ， 总库容达 400 多万 m3。到 2020 年 ， 我国 将 新建成 3 800多万 m3的地下能源储备库 。图 3 汕头 LPG 地下水封洞库工程平面图 2Fig 3 Plan of LPG storage cavern project in Shantou， Guang-dong， China2 近年来的技术发展与创新近年来 ， 随 着我国隧道及地下工程建设事业的较快发展 ， 隧道修建技术水平有了明显的提高 ， 表现在项目规划 、勘测设计 、施工建造和运营管理等各个方面 ;特别是应用领域全方位拓展 ， 建设方法及手段也是“不拘形式 、实效为主 ”。隧道及地下工程不再是
24、“单一工程的设计 ”概念了 。任意一项隧道或地下工程的规划与设计必须要结合环境保护 、工程风险与造价 、运营舒适度以及全生命周期进行系统性的评价 。21 勘测与地质预报1) 遥测遥感 、多点高频物探和高速地质钻机的综合使用 ， 使得地质及水文资料的信息量和准确度大为增强 ; 2) 地球卫星定位系统 ( GPS) 的应用 ， 不仅使野外勘测工作效率翻倍 、费用减少 ， 而且使控制精度等级提高 ; 3) 地质预报方面 : 地质素描 、物探与钻探相结合 ， 长短距离预报相结合 ， 预报资料与地质分析相结合 ， 使得预报的准确度大为提高 。主要物探技术有TSP、HSP、陆地声纳 、直流电法 、地质雷达
25、等 ， 钻探技术有中长距离钻探 、超长炮孔 、炮孔 。固源阵列式三维瞬变电磁探测方法实现了隧道前方 80 m 含水构造的三维电阻率成像 ， 能够探测含水构造的规模和空间展布 ; 孔中雷达与跨孔电阻率 CT 成像使钻孔周围 15 m 范围含水构造的探测更为准确 。22 设计方面尽管在隧道及地下工程设计理论与方法上没有大的创新与突破 ， 但在围岩荷载 、水压力取值和岩体微观力学行为等方面做了大量的研究与探索 。在设计图方面引入了三维图 ， 特别是近年应用 BIM 技术 ， 将空间结构 、物料特性 、工艺设计 、全生命周期管理融于一体 ，进行了探索 ， 并进行了试点性应用 。在设计理念上 ， 建立了
26、地下立体互通理念 ， 在隧道扁平度 、隧道埋深方面都有很大突破 。公路方面已建成 2 座双向 8 车道隧道 ， 立体交叉隧道在铁路 、公路 、地铁方面广泛应用 。长沙营盘路湘江隧道全长 2 850 m， 采用地下立体79第 2 期 洪开荣 : 我国隧道及地下工程发展现状与展望交通 形 式 ， 隧道分流大跨段覆跨比 0 46， 截面面积376 m2， 是目 前 国内外水下隧道之最 。营盘路湘江隧道总体平面布置见图 4。图 4 营盘路湘江隧道总体平面布置图Fig 4 Plan layout of Xiangjiang iver-crossing tunnel on Yingpanoad23 施工
27、方 面231 浅埋暗挖技术的应用浅埋暗挖法在大秦线与北京地铁取得成功后 ， 目前已广泛应用在我国大部分地铁工程以及部分公路隧道 、铁路隧道 、跨江越海隧道工程中 。特别是注浆 、超前管棚 、超前小导管 、水平旋喷 、冻结 、降水法 ( 轻型井点和深井降水 ) 、降水回灌等辅助工法进一步发展 ， 拓宽了浅埋暗挖法的使用范围 。目前 ， 我国隧道浅埋暗挖法施工技术处于世界领先水平 。232 盾构 、TBM 装备与施工技术经过十多年的引进 、消化吸收 、再创新 ， 我国盾构与 TBM 的自主制造技术已取得了骄人的成果 ， 2012年我国自主制造的盾构占据国内近 80% 的市场 ， 且已出口到新加坡
28、、马来西亚 、印度等多个国家 。2011 年和 2012 年各厂家国内订单分布见图 5 和图 6。图 5 2011 年各厂家国内订单分布Fig 5 Statistics of TBMs ( shields) supplied by different manu-facturers for China market in 2011仅以中铁隧道装 备 为例 ， 在国内已建立了 6 个生产基地 ， 年生产能力可达 100 台 。目前已出厂 160 台 ，订单号已到 212 号 ， 盾构在大部分国内地铁市场发挥着主导作用 ， 掘进里程超过 260 km。图 6 2012 年各厂家国内订单分布Fig 6
29、 Statistics of TBMs ( shields) supplied by different manu-facturers for China market in 2012盾构 与 TBM 技术在国内 ( 除贵阳外 ) 的所有地铁工程中得到了广泛应用 ; 在穿越长江 、黄河 、黄浦江 、珠江 、湘江 、赣江等大型河流的市政道路 、高速铁路 、地铁 、输气管道等工程方面都取得了许多技术成果 。长89 km 的上海长江隧道为目前世界上已建成的最大直径 ( 1538 m) 的盾构隧道 。盾构施工技术方面 ， 在大粒径砂卵石地层 、高度软硬不均地层 、极软土地层中取得了技术上的突破 ; 在
30、地层沉降控制方面 ， 能控制在 mm 级水平上 ; 进度方面 ，目前的最高月进度已达到 700 m 以上 。在台山核电引水隧洞工程中 ， 开发了基岩突起与孤石海底精确探测技术 3 4， 创立 了 “海 底地层定层位 、定长度的碎裂爆破技术 ” 5 6。在北京地下直径线自主研究开发了带压动火刀盘修复与刀具更换技术 7 9。在 07 MPa 压 缩 空 气环境下 ， 通过实验确立了不同体积比的甲烷气体密闭空间点火爆炸临界点 ， 并研究了压缩空气环境下焊接电弧行为 ， 为带压状况下盾构刀盘的修复奠定了基础 。高压密闭空间点火爆炸实验系统见图 7。在吐库二线中天山隧道和兰渝铁路西秦岭隧道施工中 ， 开
31、发了衬砌同步施工工法 ， 实现了 TBM 掘进与衬砌同步施工 ， 大大提高了敞开式 TBM 的成洞速度 10 12。在 广 深 港铁路狮子洋水下隧道施工中 ， 首次采用了 “相向掘进 、地中对接 、洞内解体 ”的特长水下隧道施工理念与方法 。对接精度达到了平面偏差为 28 5mm、高程偏差为 19 6 mm， 实现了安全 、精确 、高效的对接目标 13。狮子洋隧道地质剖面见图 8。233 单护盾 TBM 的创新应用在甘肃引洮 7#隧洞 ， 由于引进的单护盾 TBM 不适应地质情况 ， 造成掘进受阻 ， 多次出现涌泥涌砂 。通过对单护盾 TBM 的技术改造 ， 解决了重大技术难题 ， 从而创造了
32、单护盾 TBM 月进尺 1 868 m 的世界纪录 ( 如图 9 所示 ) 和连续 8 个月超千米的业绩 ， 同时增强了TBM 应对软弱地层掘进及脱困的能力 。89 隧 道 建 设 第 35 卷图 7 高压密闭空间点火爆炸实验系统Fig 7 Explosion test system in hyperbaric and hermetic space图 8 狮子洋隧道地质剖面图 13Fig 8 Profile of geological conditions of Shiziyang tunnel图 9 甘肃 引 洮 7#隧洞月掘进长度Fig 9 Monthly advances of TBM
33、in construction of No 7 tunnelof Tao iver-diversion project in Gansu， China234 敞开 式 TBM 应用于地铁区间隧道施工在地铁工程施工中 ， 由于地铁车站的节点控制 ，对于地质条件以岩石为主的 、地层相对单一的城市 ，如何利用掘进速度高且对环境影响小的 TBM 施工是一项新的课题 ， 对此已经进行了尝试 。重庆轨道交通六号线 TBM 试验段工程全长 12. 1 km， 共 7 个区间采用 TBM 掘进 ， 沿线地层岩性主要为砂岩 、砂质泥岩 ，其中砂质泥岩和泥岩占 88%， 岩体较为完整 ， 地下水主要为裂隙水 14
34、 15， TBM 平均 掘 进进度达到了钻爆法的 3 倍以上 。图 10 为重庆轨道交通六号线工程图 。图 10 重庆轨道交通六号线工程图Fig 10 Tunnel of No 6 Line of Chongqing Metro235 超浅 埋 、大 跨度 、小净距矩形顶管技术在郑州下穿中州大道近 105 m 的 4 孔通道建设中 ， 采用了矩形顶管方式 ; 断面最大跨度为 10 12 m，隧道上覆土厚仅 3 0 m， 相邻通道的净间距仅为 1 m;地层为地下水位以下的粉土与粉质黏土 16。图 11 为郑州下穿中州大道工程平面图 。99第 2 期 洪开荣 : 我国隧道及地下工程发展现状与展望图
35、 11 郑州下穿中州大道工程平面图Fig 11 Plan showing tunnel crossing underneath Zhongzhou Avenue in Zhengzhou， China经 4 条顶 管 施工多次扰动的影响 ， 最重要的中州大道路面下地层最大沉降仅为 282 mm。机动通道用时 30 d、非机动通道用时 25 d 完成顶进施工 。236 盾构始发 、到达零覆土技术 ( GPST)在地面与地下连接区域用盾构掘进代替大开挖施工 ， 具有环境影响小 、建设工期短的显著优势 。该技术在南京示范工程的成功应用 ， 解决了结构变形 、接缝渗漏 、轴线偏离等工程难题 17。盾构
36、地面始发和到达如图 12 和图 13 所 示 。图 12 盾构 地 面始发Fig 12 Shield launching from ground surface图 13 盾构 地 面到达Fig 13 Shield arriving at ground surface237 建立了盾构与掘进技术国家重点实验室盾构 及 掘进技术国家重点实验室于 2010 年 1 月6 日由国家科技部批准 ， 依托中铁隧道集团有限公司建设 。实验室拥有 11 个实验平台 ， 可开展刀盘刀具技术 、系统集成技术 、施工控制技术研究 。其中 ， 刀盘刀具实验平台为世界上直径最大 、功能最多的实验平台 。238 岩溶隧道
37、处理技术近年来 ， 较为系统地研究了岩溶体注浆 、溶腔防护加固 、隧底跨越 、岩溶水引排 、绕避迂回等技术的适用条件和技术措施 ， 形成了针对不同岩溶 、岩溶水较为系统的处理方案 。1) “释能降压法 ”处理岩溶技术 18。齐岳 山 隧道“629 溶腔 ”在平导贯通后 ， 通过 10 个钻孔以 3 000m3/h 排量 控 制排水 ， 共放水 65 万 m3， 水压 力 由 0 43MPa 逐渐下降 ， 最终稳定在 001 MPa。2) 高压顶水注浆技术 。在宜万铁路齐岳山隧道23 MPa 水压状况下 ， 采用快凝硫铝酸盐水泥单液浆 ，注浆压力为 45 MPa， 高压水被完全封堵 ; 在龙厦铁
38、路象山隧道水压力为 1 6 MPa 的情况下 ， 采用普通水泥单液浆及普通水泥 水玻璃双液浆 ， 注浆压力为 4 0MPa， 高压水被有效封堵 ; 吐库二线中天山隧道水压力达 64 MPa、注浆压力为 8 10 MPa， 顶水注浆后 ， 堵水率达到 80%以上 ， 为后续全断面超前注浆创造了良好的基础条件 。239 钻爆法作业线机械化在钻爆法的机械化作业线方面做了很多创新和尝试 。在开挖作业线方面 ， 国内有厂家自行研究了液压凿岩台车 ， 开发了挖装机 ， 对改善洞内作业环境 、提高单线铁路隧道的机械化水平和进度作用显著 。开挖作业线机械如图 14 所示 。在支护作业线方面 ， 开发了自动机械
39、化的喷射混凝土设备 ， 同时在拱架安装机 、锚杆钻机等方面也进行了有益的尝试 ， 并在工程中得到了应用 。支护作业线机械如图 15 所示 。在仰拱作业线建设方面 ， 重点研究了移动栈桥 ， 有自动化的或简易的适合各种断面 、各种地质情况的栈001 隧 道 建 设 第 35 卷桥 ; 另外 ， 在 仰 拱铺底方面 ， 也进行了模板台车等方面的研究 。底部开挖与铺底作业线机械如图 16 所示 。在衬砌和防水作业线方面 ， 为了减少风阻 ， 研究了无骨架模板台车 ， 这种模板台车比原来的模板台车净断面增加 40%; 另外 ， 防水板铺装时 ， 因为防水板断面和质量较大 ， 工人劳动强度大 ， 开发了
40、防水板自动铺设设备 。二次衬砌作业线机械如图 17 所示 。图 14 开挖作业线机械Fig 14 Mechanized excavation operation line图 15 支护作业线机械Fig 15 Mechanized support operation line图 16 底部开挖与铺底作业线机械Fig 16 Mechanized invert operation line图 17 二次衬砌作业线机械Fig 17 Mechanized secondary lining operation line2310 高地应力隧道变形问题在乌鞘岭隧道和兰渝线北段隧道工程中遇到了高地应力软岩大变
41、形 问 题 ， 各洞室均表现为以水平收敛为主的大变形 ， 具体表现出变形速率快 、变形量大 、变形持续时间长等特点 。摸索出了 “抗放相随 ， 支护适宜 ， 适时补强 ”挤压大变形隧道的治理原则 ， 以较强的支护达到 “抗 ”的作用 ， 为随后可控的 “放 ”提供前提 。主要措施为 : 以“钢拱架 + 锁脚锚杆 + 喷射混凝土 ”为主要支护系统 ，“深孔锚杆 ”作为补强措施 ， 必要时采用 “多次开挖 、多次支护 ”， 这样才能较为有效地遏制变形 。2311 高地应力岩爆问题在锦屏引水隧洞施工中遇到了强烈岩爆的问题 ，岩爆导致 TBM 施工无法进行 ， 3 台敞开式 TBM 全部退场 ， 改为
42、钻爆法施工 。在高地应力岩爆方面 ， 研究和探索出了利用声发射 、微震监测进行岩爆预测技术 。在处理措施方面 ， 大的创新不多 ， 仍然是采用钻孔 ( 微爆 ) 释放应力 、洒水 、适时支护及应用高性能喷射混凝土技术等 。整体上来讲 ， 对于岩爆的处理仍处于被动防护状态 。2312 具有突出危险的瓦斯隧道目前主要矛盾和焦点在于 “是否必须采用有轨运输的问题 ”， 有些规范和设计提出必须采用有轨运输 ，但是 ， 是否真有必要 ， 值得认真思考 。具有突出危险的瓦斯隧道如图 18 所示 。图 18 瓦 斯 隧 道Fig 18 Gas tunnel渝黔 线天坪隧道穿越 3 层 瓦斯 ， 压力达 3
43、75MPa， 瓦斯含量达 14 m3/t， 目前采用无轨运输 、防爆 设备 施工 ， 目前已成功完成了平导的 3 次揭煤施工 。施工原则是 “预报是基础 、排放是前提 、通风是关键 、瓦检是信心 、防护须到位 ”。2313 沉 管隧 道技术港珠澳海上大通道连接港珠澳三地 ， 其中 ， 在东西人工岛之间采用近 6 km 沉埋管隧道相连 ， 管节为 2 孔双向 6 车道 + 管廊孔 ， 由 33 个管段水下沉埋对接而成 。管段长 180 m， 采用 8 节段整体式预制 。该隧道的特殊之处在于沉埋深度大 ， 目前已成功沉埋 10 多节管段 。图 19 为港珠澳大桥位置图 。24 防灾救灾与通风照明方
44、面长大隧道的运营安全与隧道的通风照明关系非常密切 。公路隧道发生火灾的风险较高 ， 其危害也大 。在这方面 ， 终南山特长公路隧道进行了创新 。终南山101第 2 期 洪开荣 : 我国隧道及地下工程发展现状与展望隧道为通风与防灾 ， 采取竖井送排式纵向通风方式 ， 设置 3 座换 风 竖井及地下机房 ， 竖井直径为 11 5 m， 井深 661 m; 为了缓解长时间驾驶疲劳 ， 每座隧道洞内共设 3 处特殊照明带 ， 每处特殊照明区段长 150 m， 宽209 m。图 19 港珠澳大桥沉管隧道管节制作布置与沉放图Fig 19 Fabrication and immersion of immer
45、sed tubes: Immersedtunnel of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Project开展了反光材料 ( 含自 发 光材料 ) 在隧道节能照明中的基础理论和辅助功能的系统研究 ， 解决了反光材料与常用光源的匹配问题 ， 提出等效节能照明理念 ，为隧道照明节能开辟了新途径 。图 20 为路面照度仿真分析云图 ， 图 21 为路面照度等值图 。25 风险控制与运营管理方面提出了施工失效引发人员 、设备 、工期损失的动态风险评估的定量方法 ， 并提出了基于监测数据隧道施工对临近构筑物影响的动态风险评估方法 。隧道结构健康快速检测评估车如图 22 和图 23
46、 所示 。在隧道风险监测方面采用无线智慧感知及可视化预警 。26 防水排水新材料与新工艺应用喷涂速凝型防水技术 ( 聚脲 、聚丙烯酸盐 、橡胶沥青等材料 ) 异军突起 ， 能与混凝土 “咬合 ”的防水卷材 ( 预铺高分子类 ) 、防水毯 ( 膨润土类 ) 等应用广泛 。图 20 路面照度仿真分析云图Fig 20 Simulation of lighting degree图 21 路面照度等值图Fig 21 Isogram of lighting degree图 22 公路隧道结构安全集成检测车 ( 2012 年 )Fig 22 Integrated testing vehicle for st
47、ructural safety of highwaytunnels ( in 2012)3 我国隧道及地下工程的展望31 特长隧道将成为 “新常 态 ”埋 深大 、隧道长 、修建难度大是目前及今后较长时期隧道及地下工程建设普遍面临的问题 ， 有众多的新难题需要攻克 19。随 着 我 国铁路 、公路进一步向西部地区延伸 ， 不仅隧道数量与总长度会不断提升 ， 而且大于 10 km 的公路隧道 、大于 20 km 的铁路隧道将会越来越多 。铁路隧道发展趋势见图 24。201 隧 道 建 设 第 35 卷图 23 地铁隧道结构裂缝和渗水检测车 ( 2014 年 )Fig 23 Testing veh
48、icle for structural cracks and leakages of Metrotunnels ( in 2014)图 24 19882013 年铁路隧道发展趋势Fig 24 Development of railway tunnels in China from 1988to 201332 地铁工程持续发展我国现已规划发展城市轨道交通的城市总数已经超 过 54 个 ， 全 部规划线路超过 400 条 ， 总里程超过15 000 km。到 2020 年 ， 将有 40 个城市建有地铁 ，总里程可达 7 000 km。我国城市地铁建设方兴未艾 ， 已经从一线城市延伸至二三线城市
49、。3 3 城市铁路地下化目前 ， 高速铁路远离城市中心 ， 给人民出行带来了不便 ， 但城际铁路正在兴起 ， 城市铁路地下化将给隧道及地下工程带来机遇与挑战 。3 4 城市地下公路会悄然兴起人性化的城市发展 ， 居住 、就业 、休闲区域一体的统筹 ， 适合人居环境要求 ， 城市地下公路必将有广阔的发展前景 ， 如图 25 所示 。如在建的杭州紫之隧道 ( 长 13 9 km) 、规划的长沙桐梓坡 鸭子铺全地下通道 ( 长 12 2 km) 。3 5 城市排蓄水工程城市规模快速扩张 ， 致使原有的排水和净化能力不能满足要求 ， 城市内涝频发 ， 老城区溢流污染严重 。在现代城市建设排水系统 ， 必须尽量避免引起占道 、拆迁等问题 。广州深层隧道排水系统值得推广 ， 见图 26。广州市深层隧道排水系统布局规划为 1 主 7 副 1 厂 。隧道系统总长度 87 8 km， 埋深40 50 m， 最大断面 10 m， 最小断面 6 m。图 25
