【正文】 中國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù) 中國(guó)工程院院士 王夢(mèng)恕 主 要 內(nèi) 容 中國(guó)是世界上隧道發(fā)展強(qiáng)國(guó) 一 隧道及地下工程建設(shè)理念 二 隧道及地下工程設(shè)計(jì)理念 三 鉆爆法施工技術(shù) 四 掘進(jìn)機(jī)法施工技術(shù) 七 淺埋暗挖法施工技術(shù) 五 明挖法施工技術(shù) 六 盾構(gòu)施工技術(shù) 八 沉埋管段法施工技術(shù) 九 輔助工法 十 隧道及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理 十一 一、中國(guó)是世界上隧道發(fā)展強(qiáng)國(guó) 中國(guó)是世界隧道和地下工程最多、發(fā)展最快、水文地質(zhì)及結(jié)構(gòu)形式最復(fù)雜的國(guó)家 我國(guó)鐵路隧道截止 2022年已營(yíng)業(yè)線路的隧道 5941座 ， 總長(zhǎng) 3750km為世界第一 ， 目前正在開(kāi)工建設(shè)的鐵路隧道超過(guò) 4700km， 2022年以后開(kāi)工建設(shè)的隧道將超過(guò) 9000km。 截止 2022年 ， 公路隧道總數(shù) 1782座 ， 總長(zhǎng)704km。 是世界上公路隧道最多的國(guó)家 。 城市地鐵 ， 已開(kāi)工的有 6座 ， 陸續(xù)開(kāi)工的已達(dá) 15座 ，其中上海 、 北京 、 廣州發(fā)展速度很快 。 每年以 10～20km增長(zhǎng) ， 以解決城市交通的不暢 。 南水北調(diào)工程 、 水利工程的隧道也非常之多 ， 100萬(wàn)千瓦以上的水電站在以 100km／年速度修建 ， 大量的排水洞 、 導(dǎo)流洞 ， 其中輸水直徑 φ 8m長(zhǎng) 87km隧洞即將開(kāi)工 ， 長(zhǎng)度達(dá) 100km以上的鐵路隧道 、 水工隧道正在籌劃中 。 目前隧道所穿越的不良地質(zhì)災(zāi)害達(dá) 18種之多 ， 所穿越的房屋地基也多種多樣 ， 最大樁基托換已達(dá) 1800t，所以 ， 隧道工程在我國(guó)廿一世紀(jì)是大發(fā)展的年代 山區(qū)鐵路：山嶺隧道向長(zhǎng)大發(fā)展，早進(jìn)晚出；中吉烏通道、泛亞鐵路、城市鐵路入地。正在施工的山區(qū)隧道 5000Km，待開(kāi)工的山區(qū)隧道 5000Km。如蘭渝鐵路線路長(zhǎng) 800Km，其中隧道長(zhǎng)度占 600Km，被稱(chēng)為地下鐵路。用鉆爆法施工的最長(zhǎng)關(guān)角隧道32Km，用 TBM施工的西秦嶺隧道長(zhǎng) 29Km。開(kāi)工、即將開(kāi)工超過(guò) 10Km長(zhǎng)的隧道有 65座。 廿十一世紀(jì)是地下空間開(kāi)發(fā)的世紀(jì) 城市交通：以地下鐵、城市輕軌為主，已開(kāi)工 20多座城市，北京、廣州、深圳、上海、南京、重慶、成都、天津、沈陽(yáng)、哈爾濱、杭州、西安、武漢、蘇州、鄭州、無(wú)錫、寧波、溫州、大連、長(zhǎng)沙、合肥、青島、昆明、鄭州等，待批的城市有石家莊、長(zhǎng)春、廈門(mén)、東莞等 城際鐵路：介于大鐵路與城市地鐵之間的快速交通網(wǎng)絡(luò)。如珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲、京津唐、中原城市群以及省內(nèi)主要城市之間快速軌道交通。是節(jié)省土地，節(jié)省能源，經(jīng)濟(jì)，減少污染，綠色環(huán)保的快速交通工具，高速公路作為快速交通是不妥的。 山區(qū)公路：公路隧道、多跨、兩個(gè)單跨，最長(zhǎng)終南山隧道 。目前已建成公路隧道近 5000座，總長(zhǎng)近 3000Km。高速公路必須進(jìn)入山區(qū)修建，少占良田。 水電工程：壓力隧道、交通隧道、大型調(diào)壓豎井、各種大洞室、尾水洞室要大力發(fā)展，改變煤電和水電的比例。 供水水利工程：如南水北調(diào)中線工程和已建成的沈陽(yáng)大伙房引水、供水隧洞工程長(zhǎng) 86Km；和即將開(kāi)工的長(zhǎng) 77Km隧洞引漢濟(jì)渭引水、供水工程，吉林110Km引水、供水工程等 城市地下空間開(kāi)發(fā)：地下共同溝、地下停車(chē)場(chǎng)、地下過(guò)街道、地下商場(chǎng)、地下會(huì)議室、地下倉(cāng)庫(kù)、地下公交隧道（如南京、杭州等水下隧道）。 LPG地下水封液體庫(kù)：如 1000萬(wàn)噸汽油庫(kù)、乙烷甲烷、天燃?xì)獾葍?chǔ)氣庫(kù)。 截止 2022年 ， 我國(guó)公路隧道總數(shù) 1782座 ， 總長(zhǎng) 704km。 是世界上公路隧道最多的國(guó)家 。 其中有首座半橫向通風(fēng)自動(dòng)化最高的深圳梧桐山隧道 、 板樟山隧道等一批城市公路隧道； 有廣州白云山雙向三車(chē)道大跨度扁平率為 左右的隧道；有福州多連體四連拱象山隧道 （ 寬 高 ） ；有近距離四連拱寬 苑立交隧道；有應(yīng)用最多 、 大跨 （ 32～ 35m） 雙連拱 ， 具有代表性的京珠高速公路五龍嶺隧道；有首次采用豎井和縱向射流運(yùn)營(yíng)通風(fēng)技術(shù)的中梁山隧道； 有逆光照明不在洞口設(shè)光過(guò)渡段的貓貍嶺隧道；有處于 3800m高海拔 、 高寒 （ 平均 ― 7℃ 最高達(dá) ― 35℃ ） 地區(qū)施工的青海大板山隧道；有處于高地應(yīng)力區(qū)的川藏公路二郎山隧道；有穿越高濃度 、 高壓力煤層的華鎣山隧道 （ 長(zhǎng) 4705m） ， 以及雙向分離式四車(chē)道國(guó)內(nèi)最長(zhǎng) 終南山隧道和長(zhǎng)度大于 6km以上的鷓鴣山隧道； 泥巴山隧道 、 雪峰山隧道等 ， 總之隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和運(yùn)營(yíng)的需要 ， 公路隧道趨勢(shì)是隧道越修越長(zhǎng) ，隧道越修越寬 、 技術(shù)越來(lái)越難 、 越復(fù)雜 。 公路隧道的修建涉及到結(jié)構(gòu) 、 防排水 、 巖土 、 地質(zhì) 、 地下水 、 空氣動(dòng)力 、 光學(xué) 、 消防 、 交通工程 、 自動(dòng)控制 、 環(huán)境保護(hù)； 工程機(jī)械等多學(xué)科 、 綜合復(fù)合技術(shù) ， 需要多學(xué)科進(jìn)行聯(lián)合研究 、 進(jìn)行攻關(guān) 。 我國(guó)公路隧道已有長(zhǎng)足的發(fā)展 ，對(duì)圍巖動(dòng)態(tài)量測(cè)反饋分析技術(shù) 、 組合式通風(fēng)技術(shù) 、 運(yùn)營(yíng)交通簡(jiǎn)易監(jiān)控技術(shù) 、 新型防水 、 排水 、 堵水技術(shù) 、 圍巖穩(wěn)定技術(shù) 、 支護(hù)及襯砌結(jié)構(gòu)技術(shù)等都有許多工程實(shí)例 、業(yè)績(jī)和成果 ， 其中大部分成果已處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平 ， 還有一些成果已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平 。 廈門(mén)公路越海隧道 由于隧道穿越地層為質(zhì)地良好的花崗巖，決定采用雙向六車(chē)道鉆爆法施工，中間設(shè)管廊式服務(wù)通道； 蓬勃發(fā)展的江 、 河 、 海底隧道 武漢長(zhǎng)江隧道 由于隧道穿越粉細(xì)沙不穩(wěn)定地層，決定采用雙向四車(chē)道、泥水加壓式盾構(gòu)，盾構(gòu)直徑 ?，采用復(fù)合式刀具，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離不換刀掘進(jìn)。 南京 浦口長(zhǎng)江第二隧道 南京 浦口長(zhǎng)江第二隧道是鐵路高速跨越點(diǎn)，原定沉管法，后因沖刷深度變化較大，流速大而改為盾構(gòu)法 。目前，南京市政府采用雙向六車(chē)道，工程造價(jià)約44億元。采用大直徑 15m泥水盾構(gòu)，造價(jià)高，風(fēng)險(xiǎn)大，埋深也要加大。 ?15m的隧道斷面圖 南京長(zhǎng)江隧道平面位置圖 杭州市慶春路錢(qián)塘江市區(qū)水底隧道通道采用雙向四車(chē)道盾構(gòu)方案，理念正確，已進(jìn)行了安全、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)環(huán)境影響很小。 杭州慶春路隧道斷面圖 建成后杭州慶春路隧道 聯(lián)結(jié)青島－黃島膠州灣灣口海底隧道 由于穿越優(yōu)質(zhì)花崗巖地層，采用雙通道六車(chē)道鉆爆法施工方案，設(shè)計(jì)合理，但青島側(cè)的交通聯(lián)結(jié)方式采用高架穿越城區(qū)，產(chǎn)生影響環(huán)境。 青島海底隧道平面位置 港、珠、澳海上大通道 全長(zhǎng) 36km，分別由 6km沉埋管段和大橋相聯(lián)后，用 ，在珠海拱北上岸，再用橋和 6km長(zhǎng)的山嶺隧道相聯(lián)，并和太澳公路相聯(lián)，工程規(guī)模為雙向六車(chē)道。 平面位置圖 隧道埋位置圖 隧道埋深位置圖 上海地區(qū)多條水底隧道穿越黃浦江 均采用雙向四通道，盾構(gòu)法施工，效果很好，兩端接線容易，方便市民。 大連市區(qū)海灣海底隧道 經(jīng)過(guò)橋、隧對(duì)比，決定采用雙向六車(chē)道，鉆爆法方案，因該地區(qū)的巖體為花崗巖，水文地質(zhì)很好，不破壞環(huán)境，少占地，少拆遷。 上海浦東至長(zhǎng)興島水底隧道 雙向六通道，采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)直 ，長(zhǎng)距離 4km掘進(jìn)，風(fēng)險(xiǎn)很大，需認(rèn)真研究，尤其不易在江中設(shè)置橫通道，應(yīng)充分利用主洞行車(chē)道下面的很大空間進(jìn)行疏散救援，取消橫通道對(duì)兩個(gè)主體隧道的結(jié)構(gòu)沉降減少制約，防止結(jié)構(gòu)開(kāi)裂非常有利。 盾構(gòu) ? 廣州市區(qū)地鐵和城市交通多條穿越珠海水底隧道正在設(shè)計(jì)、施工的有五條，采用雙向六通道方案沉埋管段法。 沉管隧道斷面圖 隧道單元預(yù)制圖 1瓊州海峽 34km 跨海隧道，采用盾構(gòu)法修建鐵路海底隧道，正在論證中，目前輪渡過(guò)渡。 有公鐵合建橋梁中線、西線方案和中線鐵路隧道與西線公路橋梁分建方案用于比選。 1臺(tái)灣海峽海底鐵路隧道修建的愿望在日趨增高，正在論證中。 1渤海灣大連至煙臺(tái) 110km跨海鐵路隧道，目前輪渡正在修建，可能采用 TBM 法和盾構(gòu)法。 方案 1 方案 2 臺(tái)灣海峽海底地形圖 44 2030年前后發(fā)展展望 煙大跨海通道 跨海長(zhǎng) 100余公里，將煙臺(tái)至大連通道縮短了 1600余公里，是沿海通道的重要組成部分。 二 隧道及地下工程建設(shè)理念 （一）地下工程是不可逆工程，不具備拆除重建的條件，因此必須是遺產(chǎn)工程。不允許是遺憾工程和災(zāi)害工程。 不合理工期、不合理造價(jià)、限額設(shè)計(jì)、輕方案研究是產(chǎn)生根本性遺憾之源。 取消單線建設(shè)，修建復(fù)線、多線或局部多線，全面合理提速。 用技術(shù)條件取代規(guī)范，多搞指南少搞規(guī)范，為創(chuàng)新構(gòu)建平臺(tái)。 （二）地下工程是風(fēng)險(xiǎn)性很大工程，必須實(shí)事求是，科學(xué)地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估。評(píng)估內(nèi)容為：施工安全評(píng)價(jià)、施工質(zhì)量評(píng)估、環(huán)境評(píng)估，最后是施工進(jìn)度和施工成本評(píng)估。 在建設(shè)全過(guò)程中應(yīng)對(duì)可研階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行全方位工程風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境等分析。 （三）必須進(jìn)行信息化動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)。通過(guò)支護(hù)參數(shù)調(diào)整，確保施工安全，不改變?cè)O(shè)計(jì)是不對(duì)的。 毛澤東主席在 65年對(duì)北京地鐵修建的批示“精心設(shè)計(jì)、精心施工，在建設(shè)過(guò)程中會(huì)有不少錯(cuò)誤失敗，隨時(shí)注意修正”。隧道工程不定因素很多，設(shè)計(jì)者必須實(shí)事求是，及時(shí)修改圖紙。這是衡量設(shè)計(jì)水平高低的標(biāo)準(zhǔn)之一。 （四）合理工期、合理造價(jià)、合理合同、合理施工方案、是隧道建設(shè)檢驗(yàn)科學(xué)發(fā)展觀的四條標(biāo)準(zhǔn)。 如蘭渝線 32公里關(guān)角隧道設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮小 TBM+鉆爆法施工新模式。利用二線導(dǎo)洞快速施工 +橫通道模式取消斜井。取消費(fèi)工費(fèi)時(shí)、造價(jià)高向上運(yùn)輸方式的理念。 （五）風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任主體與風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化 據(jù)國(guó)際隧道工程保險(xiǎn)集團(tuán)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生安全事故的原因的調(diào)查結(jié)果表明，將施工方作為工程安全唯一主體是不對(duì)的，目前五個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)界定不清，而這些風(fēng)險(xiǎn)往往到施工時(shí)才反映出來(lái)，由施工方完全承擔(dān)這些風(fēng)險(xiǎn)是不合理的。 設(shè)計(jì)失誤 41%不可抗力 18%施工缺陷21%地質(zhì)勘探不足 12 %信息缺乏 8%設(shè)計(jì)失誤不可抗力施工缺陷三 隧道及地下工程設(shè)計(jì)理念 (一 )單洞雙線隧道和兩個(gè)單線隧道的選擇原則，選擇前提，應(yīng)遵守的原則 鉆爆法施工時(shí)，①有軌運(yùn)輸堵頭通風(fēng)最大長(zhǎng)度 7～ 8Km；②無(wú)軌運(yùn)輸堵頭通風(fēng)最大長(zhǎng)度 。 施工通風(fēng)有兩種方式 洞口壓入式管道通風(fēng)（傳統(tǒng)方式）適用條件可單洞壓入，費(fèi)電，通風(fēng)長(zhǎng)度短； 洞內(nèi)射流巷道式通風(fēng)，必須平行兩個(gè)洞，省電。效率高，可實(shí)現(xiàn)堵頭 10Km以上，是通風(fēng)新成果。 隧道施工洞口無(wú)主扇風(fēng)機(jī)， U形氣流射流風(fēng)機(jī)，通風(fēng)技術(shù) 該技術(shù)適用于上下行、分離式雙洞隧道。這是打破常規(guī)的新模式，取消了在洞口采用大功率主扇壓入式向洞內(nèi)輸送新風(fēng)的模式。采用在洞內(nèi)橫通道之間設(shè)置射流風(fēng)機(jī)（ 15— 30KW/臺(tái)）， 風(fēng)機(jī)本身產(chǎn)生高速氣流（ 30米／秒）的卷吸作用，產(chǎn)生很大的壓力差，從而強(qiáng)迫誘導(dǎo)大量新風(fēng)，在 U型風(fēng)道中產(chǎn)生單向巨大風(fēng)流，達(dá)到換氣目的。 建議隧道設(shè)計(jì)采用上、下行分洞設(shè)計(jì)，或正洞加平導(dǎo)設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離施工通風(fēng)。