我国交通隧道工程及施工技术进展

　　法国、英国、瑞士、奥地利、挪威、日本等发达国家，在20世纪已建成一批特长隧道，还有许多特长隧道在建设或在规划中。21世纪前10年中，我国将有总长155 km以上的公路隧道要投入建设，3 km以上的特长隧道有数十座。在建和拟建的铁路中隧道含量很大，特长隧道数量很多。北京、上海、广州、深圳、南京、天津将投入巨资构建城市轨道交通网络。厦门将建设一个可以全天候进出厦门岛的海底隧道。广东计划在深圳与珠海间建设一条30多公里长的海底隧道，还有拟建的6大跨海隧道。在隧道施工技术方面，从20世纪六七十年代钢钎大锤作业的施工方法，到80年代推广应用“新奥法”，后来应用液压凿岩台车，20世纪末又引进了大型隧道掘进机(TBM)。从液压凿岩台车的应用到隧道掘进机的引进，又一次开创了隧道施工的新纪元。21世纪我国交通隧道的建设和隧道施工技术必将有一个新的更大的发展。

　　1我国交通隧道工程的现状及展望

　　1.1公路隧道

　　我国公路隧道建设到20世纪末达1 782座，总长度704 km，单洞最长达4 706 m，建成的3 000 m以上的特长隧道13座，1 500 m以上的3车道公路隧道5座，盾构隧道2座，沉管隧道2座，是世界上公路隧道最多的国家。

　　21世纪前10年中，将有总长155 km以上的公路隧道要投入建设。其中，西安至安康高速公路上穿越秦岭山脉的秦岭终南山特长公路隧道，隧道方案之一全长18.4 km，其长度为亚洲第一，世界第二，还有多处长度4-8 km的山岭隧道即将建成或投入建设:湖南省雪峰山隧道全长7.1 km；陕西省秦岭1号隧道全长6.1 km，秦岭2号隧道，秦岭3号隧道的长度分别为5 km与6 km;四川省泥巴山隧道全长约8 km;福建省美魏岭隧道全长5. 6 km;甘肃省七道梁隧道全长约5 km;山西省雁门关隧道全长5.5 km;四川省鹤鸽山隧道全长4.4 km;西安至汉中高速公路上穿越秦岭山脉的3座特长隧道单洞总长34 km,整个西汉高速公路隧道单洞总长度约100 km;西昌至攀枝花公路的隧道群总长14 km。

　　1.2铁路隧道

　　我国是世界上拥有铁路隧道最多，总延长最长的国家之一。截至1999年，铁路隧道达6 876座，总长度为3 670 km,隧道数量和总长度均为世界第一。已建成的特长铁路隧道有长梁山隧道(12 km )、居世界双线隧道第10位的大瑶山隧道(14 km)及居世界单线隧道第九位的秦岭隧道(18 km)。

　　在今后几十年中，我国将建设一批新铁路，其中包括为数众多的山区铁路。例如，内江一昆明铁路水富一梅花山段，正线全长357 . 6 km，含隧道127座，累计长144.5 km，占正线的40％，其中3 km以上的长隧道15座;西安一南京铁路西段位于山区，有隧道74座，累计长77 . 6 km，其中3 km以上的长隧道6座，最长的是12.31 km的东秦岭隧道，重庆一怀化铁路的鱼嘴一怀化段，正线长584 . 3 km，含隧道169座，票计长214.4 km，占36.7％，其中3 km以上的长隧道21座。

　　1.3地下铁道与城市隧道

　　北京地铁在20世纪完成55 km,41个站之后，2008年之前，市区新建轨道线路共计154.5 km。届时，北京市区轨道交通运营线路里程可达到249 . 5 km，加上一批新建的市郊客运线，全市轨道交通运营线路将超过300 km。

　　上海地铁一号线1995年全线通车，目前已有3条地铁线投入营运，现有轨道交通总里程为65 km。根据新一轮的城市规划，上海拟建地铁11条，长384 km，轻轨线路10条，长约186 km，每年平均要建设15一20 km,需要投入资金100亿元，而完成总体规划则需要投入3 000多亿元。

　　广州全长18.48 km的地铁一号线、全长23 km的地铁二号线已建成通车;三号线在2005年刚刚建成;四号线和五号线也在规划中，争取到2010年全长近130 km的5条线路构成广州轨道交通网络。

　　天津地铁1984年通车，全长7 . 4 km, 2001年全线停运，为即将动工的地铁一号线做准备。地铁一号线全长26.195 km，总投资约69亿元，预计2005年年底完成。

　　南京地铁南北线一期工程2000年正式开工，是目前国内地铁国产化水平最高、平均造价最低的工程项目。项目投资概算70.15亿元，综合造价4.15亿元//km，综合国产化率为70%,于2004年完成。南京城市轨道交通规划了10条线路，在主城范围内里程达300 km以上。

　　深圳地铁一期工程正线全长19.468 km，总投资105.85亿元，工期4年。未来9年，深圳将斥资328亿人民币建设超过120 km的轨道交通。

　　1.4拟建的跨海工程

　　2010年以前，厦门将建成一个可以全天候进出厦门岛的海底隧道。它将是大陆第1条海底(暗挖)隧道，并将成为厦门岛重要的第3条进出岛通道，对厦门海湾型城市的形成将起到决定性的作用。该工程总长度约9 km，其中隧道全长5900m，是一座兼有公路和城市道路功能的隧道。

　　另外，我国还有拟建的渤海海峡跨海工程、长江口越江工程、杭州湾跨海工程、伶仃洋跨海工程、琼州海峡跨海工程和台湾海峡跨海工程等六大跨海工程，其中多数采用隧道方案。

　　纵观国内外交通隧道的发展，有3个非常明显的趋势:一是需修建的长隧道越来越多，长度越来越长;二是以隧道方式跨越江、河、湖、海水域的工程越来越多;三是城市隧道和地下铁道的建设将迎来高潮。

　　2特长隧道工程特点及施工基本条件

　　2 .1工程特点

　　位于复杂的甚至是非常特殊的自然条件中。有些隧道所处的地形、地质条件十分复杂，不良地质现象严重，断层、岩溶、瓦斯、涌水、高地应力等问题非常突出;有些隧道位于陡峭峡谷之中，施工条件很差;有些隧道位于九度及以上地展区，且邻近活动断裂带。

　　采用水下隧道跨越江、河、湖、海等水域。很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力，造成较低的成拱作用和地层的稳定性。施工遇到的主要困难是突然涌水，特别是断层破碎带的涌水。很高的渗水压力导致水在有高渗透性或有扰动区域与开阔水面有渠道相连的地层中大量流入。

　　城市隧道的最大挑战在于地层稳定性的控制及作为控制设计准则的变形，变形必须处于可容许的地表沉降极限范围内。因此，其结构的设计和选择施工方法必须以地表变形和地层的稳定性为原则。

　　特长隧道的单口掘进长度很大，对施工期间的后勤和通风有更高的要求。由于单口连续掘进距离很长而导致工期很长，投资很高，因此必须采用快速掘进设备。

　　2.2施工基本条件

　　发达国家的山岭隧道修建，较为广泛地采用了新奥法，实现了真正的信息化设计与施工，采用了先进的喷射混凝土工艺，较为成功地解决了喷射混凝土回弹;防排水设计与施工工艺得到较好解决;新的支护手段在不断改进;多种通风形式及静电吸尘等先进通风设备成功采用;盾构施工技术，已成功采用了直径14.14 rn的巨型盾构机掘进;已采用了直径11.93 m的TBM进行公路隧道施工，同时采用TBM超前施工导洞，再结合钻爆扩挖的方法也在多个国家的长隧道施工中得到应用;另外，沉管隧道以美国、日本、荷兰为代表的国家，较成功地解决了沉管隧道结构形式、防水、基层处理、结构抗震等关键技术问题，使隧道成为跨江、跨海的重要手段。为了解决跨越深水水域的问题，挪威、瑞士、日本、意大利等国都组织了专门机构进行悬浮隧道专项研究。要完成特长隧道和特殊隧道的修建必须具备几个基本条件：

　　1)快速施工能力。隧道工程工作面窄，施工环境恶劣，是限制修建特长隧道的因素之一，如果在施工速度方面不能有所来破，势必影响特长隧道建设的发展。在国外，隧道快速施工能力较强。例如美国费拉蒂赫德单线铁路隧道长10.6 km，采用钻爆法施工，最高月进尺398 m，单口成洞速度平均为288 m/月;挪威芬赛单线铁路隧道长10.5 km，采用钻爆法施工，最高月进尺440 m，单口成洞速度为360 m/月;日本五里峰双线铁路隧道长15.2 km，采用钻爆法施工，最高月进尺281 m，单口成洞速度平均为166 m/月;瑞士费尔艾那单线铁路隧道长19.052 km，北口采用直径为7.6 m的TBM施工，法国一侧北线最高月进尺1106m，平均664 m/月，英国一侧北线平均667 m/月，南线平均764 m/月。

　　2)较高的施工机械化配套能力。提高隧道施工速度，就是提高隧道施工机械化、自动化水平。世界上一些修建隧道较多的国家，如瑞典、瑞士、德国、意大利、奥地利、日本等，都能设计制造适应于各种地质条件、隧道断面尺寸的配套施工机械。例如，适用于双线铁路隧道的四臂钻孔台车;用于单线铁路隧道的门架式钻孔台车;用于岩石隧道的各种直径的TBM;用于软土隧道的各种直径的盾构;适用于有轨运输的挖装机、大功率的电瓶车、大容积的梭式矿车;适用于无轨运输的装载机、载重车;低回弹率的湿喷机，全自动的喷射混凝土机械等等。

　　3)科学的施工管理制度和方法。由于隧道施工环境的特殊性，即使有先进的机具装备，而没有科学的管理制度和方法，也无法达到快速施工的目的。科学而严格的管理制度包括:招投标制度、风险管理制度、设计和施工监理制度、施工质量管理保证标准，用工制度、资金管理制度、竣工验收制度等等。施工管理还应包括严格和先进的监测系统，如全自动监测记录预警系统，随时自动地提供围岩的动态信息。