洪開榮

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司， 河南 洛陽 471009)

我國隧道及地下工程近兩年的發(fā)展與展望

洪開榮

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司， 河南 洛陽 471009)

總結(jié)我國隧道及地下工程近兩年的發(fā)展情況。1)鐵路、公路、地鐵、水工等主要領(lǐng)域的隧道總數(shù)和總長度快速增長。2)重難點隧道及地下工程建設(shè)進(jìn)展順利： 青藏鐵路關(guān)角隧道、蘭新高鐵祁連山隧道、蘭渝鐵路木寨嶺隧道、煙臺地下水封LPG洞庫、渝黔高鐵天坪隧道等相繼完工；港珠澳大橋沉管隧道、引松供水隧洞、引漢濟(jì)渭輸水隧洞、武漢三陽路長江隧道、大瑞鐵路高黎貢山隧道、京張高鐵八達(dá)嶺地下車站、惠州地下水封油庫、湛江地下水封油庫、珠海橫琴地下綜合管廊等在如期建設(shè)中。3)特長山嶺隧道建設(shè)技術(shù)、軟巖隧道大變形控制技術(shù)、高瓦斯隧道建設(shè)技術(shù)、巖爆隧道建設(shè)技術(shù)、大斷面矩形頂管及矩形盾構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)、隧道機械化施工水平等方面取得了進(jìn)一步的突破。我國隧道及地下工程修建技術(shù)整體處于國際先進(jìn)水平。國家新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、新一輪西部大開發(fā)、“一帶一路”、海綿城市、城市地下綜合管廊、城市軌道交通、京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟(jì)帶、珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)等戰(zhàn)略規(guī)劃，為我國隧道及地下工程領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展帶來了前所未有的契機。最后，基于隧道及地下工程發(fā)展方向，指出超長隧道技術(shù)，高地應(yīng)力軟巖大變形控制技術(shù)，高水壓、大斷面水下隧道建設(shè)技術(shù)，高地溫、高地?zé)崴淼澜ㄔO(shè)技術(shù)，高地震烈度與構(gòu)造活躍帶的隧道建設(shè)技術(shù)，隧道運營維護(hù)管理技術(shù)，新材料研發(fā)與應(yīng)用的開發(fā)等是今后需要深入研究的關(guān)鍵課題。

隧道； 地下工程； 鐵路隧道； 公路隧道； 地鐵隧道； 水工隧洞； 地下車站； 地下儲能洞庫； 城市地下綜合管廊； 山嶺隧道； 軟巖大變形； 瓦斯隧道； 巖爆； 矩形頂管； 矩形盾構(gòu)； 跨江越海通道； 城市軌道交通； 深埋隧洞

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、綜合國力的不斷提升及高新技術(shù)的不斷應(yīng)用，我國隧道及地下工程得到了前所未有的迅速發(fā)展。我國已是世界上隧道及地下工程規(guī)模最大、數(shù)量最多、地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)形式最復(fù)雜、修建技術(shù)發(fā)展速度最快的國家[1]。隨著各大城市地鐵建設(shè)力度的不斷加大；跨江越海隧道工程數(shù)量不斷增加，國家的重點建設(shè)項目，如長距離供水、水下交通、西氣東輸?shù)裙こ潭紝⑸婕暗酱┰浇拥膯栴}；鐵路、公路、市政、供水、供氣、防洪、水電等隧道工程的建設(shè)都會使隧道(隧洞)的數(shù)量大幅度增多[2]。

中國土木工程學(xué)會理事長郭允沖在“2016中國隧道與地下工程大會暨中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會第十九屆年會”開幕式上總結(jié)了我國隧道及地下工程領(lǐng)域近年來取得的成績，他指出： 在隧道建設(shè)技術(shù)上，高速鐵路隧道技術(shù)體系已基本形成；艱險山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件長大隧道建造技術(shù)不斷取得進(jìn)步；大斷面軟弱圍巖隧道建造技術(shù)取得了很大進(jìn)展；城市大跨淺埋隧道、越江跨河水下隧道的建造技術(shù)都已取得突破；隧道掘進(jìn)機研發(fā)與制造取得了很多進(jìn)步，這些都標(biāo)志著我國隧道建設(shè)技術(shù)達(dá)到了一個新的發(fā)展水平。城市地下空間的開發(fā)利用近年來也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭，城市地下鐵道、地下管廊、地下商業(yè)、地下公路交通、地下停車場、地下交通樞紐以及城市地下防災(zāi)工程等建設(shè)工程越來越多；城市地下空間的開發(fā)利用已經(jīng)由原來的“單點建設(shè)、單一功能、單獨運轉(zhuǎn)”逐步向“多功能集成、規(guī)?；ㄔO(shè)”轉(zhuǎn)變。

雖然近些年我國在隧道與地下工程領(lǐng)域取得了可喜的成績，但是也要清醒地認(rèn)識到，我國雖然已經(jīng)是隧道大國，卻還不是隧道科技強國，在隧道與地下工程建設(shè)領(lǐng)域還存在一些亟待解決的問題，機遇和挑戰(zhàn)并存。在“2014中國隧道與地下工程大會暨中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會第十八屆年會”上，我對我國隧道與地下工程的發(fā)展情況進(jìn)行了總結(jié)和展望[3]，但近兩年我國隧道與地下工程呈現(xiàn)井噴式發(fā)展，取得了驕人的成績和進(jìn)步。因此，有必要總結(jié)近兩年我國在隧道及地下工程重難點領(lǐng)域取得的成績和技術(shù)進(jìn)步，了解各領(lǐng)域?qū)λ淼兰暗叵鹿こ痰闹卮笮枨?，并基于隧道及地下工程發(fā)展方向，找出我國隧道及地下工程今后應(yīng)重點研究并解決的問題，希望對推動我國隧道及地下工程的進(jìn)一步發(fā)展起到一定的作用。

1 我國隧道及地下工程近兩年的發(fā)展

自“2014中國隧道與地下工程大會暨中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會第十八屆年會”在杭州召開以來，我國隧道及地下工程的建設(shè)取得了長足的發(fā)展： 各領(lǐng)域的隧道總數(shù)與總長度快速增長；重難點隧道及地下工程建設(shè)進(jìn)展順利；技術(shù)上取得了許多突破。

1.1 主要領(lǐng)域的隧道建設(shè)進(jìn)展情況

1.1.1 鐵路隧道

截至2015年底，全國在建鐵路隧道3 784座，總長8 692 km；規(guī)劃隧道4 384座，總長9 345 km；運營隧道13 411座，總長13 038 km。2015年新增開通運營鐵路隧道1 316座，總長2 160 km，其中10 km以上隧道18座，總長245 km。表1是中國鐵路總公司工程設(shè)計鑒定中心統(tǒng)計的全國鐵路隧道情況匯總。相比2013年，新增鐵路運營隧道2 337座(總長4 099 km)。

表1 全國鐵路隧道情況匯總(截至2015年底)

1.1.2 公路隧道

據(jù)統(tǒng)計，截至2015年底，我國大陸運營公路隧道14 006座，總長12 684 km；近兩年新增運營公路隧道2 647座(3 079 km)。目前最長的公路隧道為17.1 km的木寨嶺隧道，于2016年7月18日貫通。

1.1.3 地鐵隧道

截至2015年底，我國大陸已有22個城市開通了地鐵，擁有97條運營線路，總里程達(dá)2 934 km；在建126條線路，總里程達(dá)3 000多km。截至目前，大陸已有43個城市獲批修建地鐵，規(guī)劃總里程達(dá)12 000 km。

1.1.4 水工隧洞

根據(jù)“國家172項引水工程建設(shè)計劃”，近年來新建水工隧洞數(shù)量持續(xù)增加，蘭州市水源地引水隧洞(31.570 km)、北疆供水工程喀雙隧洞(283.270 km)、東北引松供水隧洞等水工隧洞相繼開工建設(shè)。

1.2 重難點工程

近兩年來，我國青藏鐵路關(guān)角隧道、蘭渝鐵路西秦嶺隧道等一大批重難點工程相繼貫通，同時港珠澳大橋沉管隧道、引漢濟(jì)渭供水工程、大瑞鐵路高黎貢山隧道、武漢三陽路長江隧道等也在如期建設(shè)中。

1.2.1 青藏鐵路關(guān)角隧道

青藏鐵路關(guān)角隧道全長32.645 km，是世界高海拔第一長隧，也是國內(nèi)已運營的最長鐵路隧道。該工程于2007年11月6日全面開工，采用鉆爆法施工，于2014年4月15日實現(xiàn)全線貫通，于2014年12月25日正式通車。關(guān)角隧道線路平面示意圖見圖1。關(guān)角隧道工程的特點和難點有： 隧道位于青藏高原，為高海拔嚴(yán)寒地區(qū)，自然環(huán)境十分嚴(yán)酷，作業(yè)人員適應(yīng)性差，人員和設(shè)備效率低下；隧道穿越新構(gòu)造運動形成的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，施工面臨的難題多，風(fēng)險高；作為世界上首座高海拔嚴(yán)寒地區(qū)長度超過30 km的隧道，需要研究新的隧道修建技術(shù)，以克服高海拔和隧道長度帶來的技術(shù)難題。通過采取斷裂帶大變形控制技術(shù)，巖溶裂隙水綜合處理技術(shù)，斜井中隔板分割風(fēng)道施工通風(fēng)技術(shù)，鉆爆法斜井皮帶機出碴技術(shù)，特長隧道運營通風(fēng)技術(shù)，特長隧道防災(zāi)救援、疏散與通風(fēng)技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，克服了施工過程中遇到的諸多技術(shù)難題，并在特長隧道的修建技術(shù)上取得了重大突破[4]。

圖1 關(guān)角隧道線路平面示意圖[4]

1.2.2 蘭新高鐵祁連山隧道

祁連山隧道長達(dá)9 490 m，隧道軌面海拔最高高程為3 607.4 m，為雙線鐵路隧道。隧道長距離穿越碎屑流地層，碎屑流是一種罕見的地質(zhì)現(xiàn)象，俗稱地下泥石流，施工極為困難，風(fēng)險極高。此外，隧道還穿越斷層、裂隙和多年凍土。為了克服碎屑流這一難題，通過試用國內(nèi)鉆爆法施工的10種不同工法，總結(jié)出“一探、二封、三泄、四注”的全新工藝，攻克了碎屑流這一“攔路虎”，并成功穿越了施工難度最大、安全風(fēng)險最高的突水突泥突石坍塌體區(qū)段，攻克了軟巖極高地應(yīng)力擠壓大變形地質(zhì)難題和大規(guī)模突水突泥突石災(zāi)害等世界級施工難題。祁連山隧道于2014年12月26日建成通車，是世界上海拔最高的高速鐵路隧道，被譽為“世界高鐵第一隧”。

1.2.3 蘭渝鐵路木寨嶺隧道

蘭渝鐵路木寨嶺隧道全長19.1 km，為雙洞單線分離式特長隧道。隧道地質(zhì)條件極其復(fù)雜，共經(jīng)過包括區(qū)域性大斷層在內(nèi)的11條斷裂帶，高地應(yīng)力軟巖地段占全隧長度的84.5%，最大地應(yīng)力27.16 MPa，處于高地應(yīng)力區(qū)域，被稱為“全國鐵路高風(fēng)險隧道之最”。隧道圍巖不僅變形大，且變形快，流變性強，極易坍塌，被國內(nèi)外專家稱為“國內(nèi)之最，世界罕見”，為全線唯一動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工的隧道項目。蘭渝鐵路木寨嶺隧道于2016年7月18日貫通，工程示意圖見圖2。

圖2 木寨嶺隧道工程示意圖

1.2.4 港珠澳大橋沉管隧道

港珠澳大橋沉管隧道全長5.664 km，最大水深44 m，由33節(jié)沉管對接而成，包括28節(jié)直線段沉管和5節(jié)曲線段沉管。港珠澳大橋海底隧道是我國第一條外海沉管隧道，也是世界上最長的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道，被譽為交通工程中的“珠穆朗瑪峰”。 截至2016年10月8日，海底隧道E33沉管成功浮運沉放，這是沉放的第一節(jié)曲線段沉管，要與東人工島實現(xiàn)對接。目前，港珠澳大橋海底隧道已完成了29節(jié)沉管的安裝，距離最終33節(jié)沉管全部對接完成只剩下4節(jié)。預(yù)計到2017年上半年港珠澳大橋海底隧道將實現(xiàn)全線貫通。港珠澳大橋沉管隧道管節(jié)制作布置與沉放見圖3。

圖3 港珠澳大橋沉管隧道管節(jié)制作布置與沉放

Fig. 3 Pre-manufacturing and sinking of segment of immersed tunnel of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

1.2.5 超長引水隧洞

引松供水隧洞(69.855 km )、引漢濟(jì)渭輸水隧洞(98.3 km)等輸水隧洞，采用TBM與鉆爆法聯(lián)合施工。目前，各工程均處于建設(shè)階段。

吉林省中部城市引松供水工程輸水干線全長263.02 km, 總干線布置見圖4。輸水總干線采用自流輸水，豐滿水庫取水口至飲馬河為隧道，長約72 km，開挖直徑為7 930 mm，坡度1/4 300，采用3臺開敞式TBM掘進(jìn)施工。其中，TBM3由中鐵隧道集團(tuán)有限公司施工，采用中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司提供的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1臺CTT8030E型TBM施工，是國內(nèi)首次采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)TBM施工。工程難點有： 掘進(jìn)距離長、工期對掘進(jìn)進(jìn)度指標(biāo)要求高；長距離穿越風(fēng)化灰?guī)r地層，灰?guī)r段長度達(dá) 6 859 m ，TBM于灰?guī)r段長距離施工在世界范圍內(nèi)尚屬首次，灰?guī)r巖體風(fēng)化的不均勻程度較為明顯，且缺乏在灰?guī)r地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗；隧道經(jīng)過39處斷層及低電阻異常帶，Ⅳ級和Ⅴ級圍巖等不良地質(zhì)段共計4 648 m，約占隧道全長的23%，初期支護(hù)量大，對TBM輔助工法設(shè)備的設(shè)計和配置要求高；TBM掘進(jìn)第2階段主要以花崗巖為主，占整個隧道的59%，巖石抗壓強度為80～130 MPa，石英含量34%，對TBM刀盤、刀具破巖能力和耐磨性有很高的要求[5]。

圖4 引松供水工程總干線布置[5]

引漢濟(jì)渭輸水隧洞全長98.3 km，設(shè)計輸水流量70 m3/s，縱坡1/2 500，最大埋深2 000 m，其中穿越秦嶺段39.08 km。工程具有地質(zhì)條件復(fù)雜、大埋深、高地應(yīng)力、高地溫、施工通風(fēng)與運輸距離長、反坡排水困難等難點。TBM施工段采用2臺直徑為8.02 m巖石掘進(jìn)機施工、連續(xù)皮帶機出碴、全圓穿行式模板臺車襯砌。嶺南TBM 通過3號斜井運至井底，在洞內(nèi)組裝調(diào)試完成后向出口方向掘進(jìn)；嶺北TBM通過6號斜井運至井底，在洞內(nèi)組裝調(diào)試完成后向進(jìn)洞方向掘進(jìn)；出口段TBM在出口段洞內(nèi)組裝并完成調(diào)試后向5號斜井方向掘進(jìn)[6]。其他洞段采用鉆爆法施工。引漢濟(jì)渭輸水隧洞施工方案布置見圖5。

1.2.6 武漢三陽路長江隧道

武漢三陽路長江隧道是武漢軌道交通7號線的越江段，聯(lián)通武昌、漢口，是整條隧道的控制性工程，工程平面圖見圖6。隧道全長4.6 km(江中段長約2.59 km)，是世界上首條公鐵合建的水下盾構(gòu)法隧道。隧道采用2臺直徑為15.76 m的泥水盾構(gòu)施工，盾構(gòu)高度超過5層樓，全長167 m，總質(zhì)量近4 000 t，總推力達(dá)20萬kN，是目前國內(nèi)最大的盾構(gòu)。盾構(gòu)于2016年4月始發(fā)。工程具有超大直徑、高水壓、小間距、地質(zhì)條件復(fù)雜、建設(shè)條件困難等特點，總體設(shè)計難度大[7]。

1.2.7 八達(dá)嶺地下車站

京張高鐵八達(dá)嶺隧道全長12.01 km，八達(dá)嶺地下車站最大埋深102 m，地下建筑面積3.6萬m2，是世界最大、埋深最大的高鐵地下車站。車站層次多、洞室數(shù)量大、洞型復(fù)雜、交叉節(jié)點密集，是目前國內(nèi)最復(fù)雜的暗挖洞群車站。車站兩端渡線段單洞開挖跨度達(dá)32.7 m，是國內(nèi)單拱跨度最大的暗挖鐵路隧道。八達(dá)嶺地下車站采用了諸多創(chuàng)新設(shè)計： 在高鐵地下車站中首次采用疊層進(jìn)出站通道形式；首次采用環(huán)形救援廊道設(shè)計；首次采用一次提升長大扶梯及斜行電梯等先進(jìn)設(shè)備；首次采用精準(zhǔn)微損傷控制爆破等先進(jìn)技術(shù)。工程于2016年4月開工建設(shè)。八達(dá)嶺地下車站效果圖見圖7。

圖5 引漢濟(jì)渭輸水隧洞施工方案布置[6]

圖6 武漢三陽路長江隧道總平面圖[7]

Fig. 6 Plan of Yangtze River-crossing Tunnel on Sanyang Road in Wuhan[7]

圖7 八達(dá)嶺地下車站效果圖

1.2.8 地下儲能洞庫

煙臺地下水封LPG洞庫總庫容為100萬m3，儲存丁烷、LPG和丙烷氣體。丁烷和LPG洞庫位于地下90 m以下，庫容均為25萬m3；丙烷庫位于地下130 m以下，庫容為50萬m3。煙臺地下水封LPG洞庫是繼汕頭、寧波、珠海、黃島后我國內(nèi)陸地下的第5座儲氣洞庫，是目前世界上庫容最大的儲氣洞庫，也是第1座由我國自主設(shè)計的儲氣洞庫[8],于2014年建成。目前在建的地下儲能工程還有惠州地下水封油庫、湛江地下水封油庫(庫容各500萬m3)等。

1.2.9 城市地下綜合管廊

珠海橫琴綜合管廊工程總投資20億元，全長33.4 km，沿環(huán)島北路、港澳大道、橫琴大道等地形呈“日”字形環(huán)狀管廊系統(tǒng)，是我國已建成的里程最長、規(guī)模最大、體系最完善的地下綜合管廊。橫琴新區(qū)綜合管廊規(guī)劃圖見圖8。項目位于地質(zhì)條件較差的淤泥地區(qū)，在綜合管廊施工過程中，地基處理先隨道路同步進(jìn)行軟基處理，基坑采用支護(hù)明挖方式。根據(jù)不同地質(zhì)條件，施工過程中因地制宜地采用灌注樁、鋼板樁和護(hù)壁錨桿等不同支護(hù)方法。在地層條件較差的淤泥地區(qū)，采用堆載砂井后注漿加固、水泥攪拌樁空間優(yōu)化加固、階梯式組合支護(hù)開挖、穿巖基坑吊腳樁支護(hù)靜力破碎開挖等一系列創(chuàng)新技術(shù)，確保了橫琴綜合管廊在軟弱地層區(qū)的安全施工[9]。

圖8 橫琴新區(qū)綜合管廊規(guī)劃圖[9]

Fig. 8 Planning of underground utility tunnel in Hengqin District in Zhuhai[9]

1.3 技術(shù)進(jìn)步

近兩年，我國在特長山嶺隧道建設(shè)技術(shù)、軟巖大變形控制技術(shù)、高瓦斯隧道建設(shè)技術(shù)、大斷面盾構(gòu)施工技術(shù)、地鐵重疊隧道技術(shù)、TBM施工技術(shù)等方面取得了進(jìn)一步的突破，隧道及地下工程修建技術(shù)整體處于國際先進(jìn)水平。

1.3.1 特長山嶺隧道建設(shè)技術(shù)

基于青藏鐵路西格二線關(guān)角隧道建設(shè)，成功解決了高海拔低氣壓地區(qū)特長隧道獨頭掘進(jìn)、大傾角長斜井施工、長距離大水量反坡連續(xù)排水、斜井皮帶機出碴等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題。

關(guān)角隧道的貫通標(biāo)志著我國實現(xiàn)了長大隧道施工技術(shù)由20 km級向30 km級的突破，給“截彎取直”選線帶來了更大的空間。

1.3.2 軟巖大變形控制技術(shù)

針對蘭渝鐵路木寨嶺隧道軟巖大變形問題，采用全國獨有的“小導(dǎo)洞應(yīng)力釋放+三層支護(hù)+長錨索+單層襯砌”的蘭渝鐵路“木寨嶺模式”推進(jìn)隧道建設(shè)，有效地控制了極高地應(yīng)力軟弱圍巖條件下的隧道大變形問題。隧道支護(hù)和襯砌混凝土厚度達(dá)1.5 m，嶺脊段混凝土厚度達(dá)到2.1 m。

木寨嶺隧道的貫通標(biāo)志著我國在極高地應(yīng)力軟巖大變形隧道施工方面取得了新的重大突破。

1.3.3 高瓦斯隧道建設(shè)技術(shù)

針對以渝黔鐵路天坪隧道(瓦斯壓力達(dá)3.75 MPa，瓦斯含量達(dá)14 m3/t)等為代表的高瓦斯隧道建設(shè)難題，通過采用瓦斯網(wǎng)格抽放防突、強化通風(fēng)、瓦斯智能化監(jiān)測等關(guān)鍵技術(shù)，成功實現(xiàn)了高瓦斯隧道無軌運輸施工。天坪隧道全長13.978 km，于2016年7月16日貫通，是渝黔鐵路全線最長的高風(fēng)險隧道。天坪隧道的貫通標(biāo)志著渝黔鐵路控制性工程取得重大突破。圖9為天坪隧道瓦斯抽放、避險硐室、洞口通風(fēng)布置現(xiàn)場照片。

1.3.4 巖爆隧道建設(shè)技術(shù)

烏茲別克斯坦安革連至琶布單線電氣化鐵路甘姆奇克隧道全長19.268 km，是中亞第一長隧、烏國一號工程、中烏最大單體合作項目，于2013年7月29日開工。隧道埋深超過700 m的地段長達(dá)7 km，最大埋深達(dá)1 275 m。大埋深地段圍巖為石英斑巖、花崗斑巖及花崗正長巖等脆性巖石，發(fā)生巖爆的可能性極高。圖10為甘姆奇克隧道出口照片。

在烏茲別克斯坦安琶鐵路甘姆奇克隧道施工中研究并成功應(yīng)用了巖爆預(yù)測預(yù)報技術(shù)、巖爆段應(yīng)力釋放及防護(hù)技術(shù)、機械化配套安全快速施工技術(shù)，克服了3 000余次中等、強烈?guī)r爆，并最終于2016年2月25日實現(xiàn)全隧安全順利貫通，在國際上彰顯了“中國技術(shù)、中國速度”。

(a) 瓦斯抽放

(b) 避險硐室

(c) 洞口通風(fēng)布置

圖10 烏茲別克斯坦甘姆奇克隧道出口照片

1.3.5 大斷面矩形頂管及矩形盾構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用

通過鄭州下穿中州大道、天津黑牛城道地下通道等工程建設(shè)，逐步形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的矩形大斷面頂管隧道的設(shè)計、制造、施工一體化技術(shù)。同時在寧波地鐵采用矩形盾構(gòu)施工已取得成功。圖11為鄭州市下穿中州大道隧道工程平面布置圖，該工程于2014年9月2日全部貫通。

圖11 鄭州市下穿中州大道隧道工程平面布置圖[3]

1.3.6 機械化施工水平不斷提高

在貴廣高鐵三都隧道、滬昆高鐵雪峰山隧道群、懷邵衡鐵路南雪峰山隧道等施工中，逐步探索、研究、應(yīng)用、推廣出由液壓鑿巖臺車、噴射機械手、全液壓自行式仰拱棧橋和無骨架襯砌臺車等組成的機械化配套作業(yè)生產(chǎn)線，實現(xiàn)了隧道全工序機械化作業(yè)。圖12為鑿巖臺車洞內(nèi)作業(yè)照片。

(a)

(b)

2 各領(lǐng)域?qū)λ淼兰暗叵鹿こ痰闹卮笮枨?/h2>

國家新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、新一輪西部大開發(fā)、“一帶一路”、海綿城市、城市地下綜合管廊、城市軌道交通、京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟(jì)帶、珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)等戰(zhàn)略規(guī)劃，為我國隧道及地下工程領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展帶來了前所未有的契機?！耙粠б宦贰睓M貫歐亞見圖13。

圖13 “一帶一路”橫貫歐亞

2.1 西部交通建設(shè)對隧道的需求

2016—2030年是我國西部大開發(fā)加速發(fā)展時期，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也將得到快速發(fā)展，在鐵路、公路的建設(shè)過程中必將出現(xiàn)大量的特長、深埋隧道。如成蘭鐵路，隧道的比例高達(dá)70%以上。

2.2 調(diào)水工程對隧道的需求

目前南水北調(diào)東線、中線工程已經(jīng)通水，但正在建設(shè)的北疆供水工程、東北供水工程和即將開工建設(shè)的南水北調(diào)西線工程還有大量的特長隧洞，如雅礱江引水隧洞長131 km、通天河引水隧洞長289 km，這些隧洞無論規(guī)?；蚣夹g(shù)難度都是空前的。南水北調(diào)輸水路線見圖14。

2.3 跨江越海交通工程對隧道的需求

隨著國家發(fā)展戰(zhàn)略及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，以及鐵路網(wǎng)、公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步完善，將會出現(xiàn)越來越多的水下隧道，如在建的汕頭蘇埃通道、武漢三陽路長江隧道以及擬建的瓊州海峽、渤海海峽及臺灣海峽通道等，見圖15—18。

圖14 南水北調(diào)輸水路線示意圖

圖15 汕頭蘇埃通道平面示意圖

2.4 戰(zhàn)略能源儲備對地下工程的需求

據(jù)有關(guān)分析研究，到2020年我國石油對外依存度將達(dá)70%，天然氣對外依存度將達(dá)50%[3]。建設(shè)大型地下儲油、儲氣洞庫成為必然，未來將會在沿海地區(qū)建設(shè)大量地下儲能洞庫。

2.5 城市軌道交通發(fā)展需求

截至目前，全國有43座城市已批復(fù)軌道交通線路，總投資2.4萬億元，規(guī)劃建設(shè)線路總長度4 705 km，超過已運營線路總里程。隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高與城市人口規(guī)模的上升，軌道交通仍有較大發(fā)展空間；且隨著路網(wǎng)的完善，大量的上跨下穿區(qū)間隧道將會成為必然。

2.6 城市地下綜合管廊發(fā)展需求

國家積極推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)，國辦發(fā)[2015]61號文中指出： 到2020年，建成一批具有國際先進(jìn)水平的地下綜合管廊并投入運營……。因此，城市地下空間開發(fā)利用將進(jìn)入到一個新的發(fā)展時期。目前69座城市規(guī)劃的地下綜合管廊工程已達(dá) 1 000 km。

2.7 城市排水、排污和海綿城市對深隧建設(shè)的需求

為加快推進(jìn)海綿城市建設(shè)，增強城市防澇能力，改善水生態(tài)，國辦發(fā)[2015]75號文中提出： 要綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納和利用；到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求；到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。因此，將會出現(xiàn)大量用于排、蓄水的城市深埋隧洞。

3 需重點研究的問題

基于隧道及地下工程發(fā)展方向，超長山嶺隧道建設(shè)技術(shù)、高水壓大斷面水下隧道建設(shè)技術(shù)、高地溫高地?zé)崴淼澜ㄔO(shè)技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境下城市隧道建設(shè)技術(shù)、構(gòu)造活躍帶隧道建設(shè)技術(shù)等關(guān)鍵課題需要進(jìn)行深入研究。

3.1 超長隧道技術(shù)研究

超長大深埋隧道宜采用不設(shè)或少設(shè)斜豎井，以TBM法為主的“TBM+鉆爆法”修建模式。高黎貢山隧道、新疆引水工程(獨頭掘進(jìn)距離超過20 km)等，都面臨著長距離獨頭掘進(jìn)的難題。

3.2 高地應(yīng)力軟巖隧道大變形控制技術(shù)研究

我國在建和規(guī)劃的高地應(yīng)力軟巖大變形隧道非常多，盡管在大變形控制技術(shù)方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，如蘭渝鐵路、成蘭鐵路等大變形隧道，但是在大變形預(yù)測及極嚴(yán)重大變形控制方面還需要進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。

圖16 瓊州海峽跨海通道地理位置

圖17 渤海海峽通道地理位置

3.3 高水壓、大斷面水下隧道建設(shè)技術(shù)研究

高水壓是在建的蘇埃通道、佛莞城際新獅子洋隧道，及擬建的渤海海峽通道、瓊州海峽通道、臺灣海峽通道等大斷面水下隧道工程所面臨的重大技術(shù)難題，開展1 MPa以上水壓條件下的盾構(gòu)刀具更換、長距離掘進(jìn)等關(guān)鍵技術(shù)研究顯得尤為迫切。

3.4 高地溫、高地?zé)崴淼澜ㄔO(shè)技術(shù)研究

針對大瑞鐵路高黎貢山隧道(深孔鉆探實測最高溫度為40.6 ℃，路肩最高溫度為36.7 ℃)及類似工程建設(shè)的需求，需盡快開展高地溫、高地?zé)釛l件下隧道施工及防護(hù)技術(shù)研究。圖19為高黎貢山隧道平面位置示意圖，圖20為高黎貢山隧道地表某處地?zé)嵴掌?/p>

3.5 高地震烈度與構(gòu)造活躍帶的隧道建設(shè)技術(shù)研究

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的進(jìn)一步加大，高地震烈度或構(gòu)造活躍帶地區(qū)隧道安全問題更加突出。如目前正在修建的成蘭鐵路隧道、川藏鐵路隧道、高黎貢山隧道等都位于強地震帶。 中國強震及地震帶分布見圖21。

3.6 隧道運營維護(hù)管理技術(shù)研究

利用信息化技術(shù)以及人工智能對隧道的智能安全監(jiān)控、隧道災(zāi)害預(yù)警以及救援措施實施等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究可作為該領(lǐng)域的一個發(fā)展方向。

巖溶發(fā)育、高海拔缺氧、低溫、低氣壓惡劣氣候環(huán)境下的隧道防災(zāi)相關(guān)技術(shù)也有待進(jìn)一步深入研究。

圖18 臺灣海峽通道地理位置

圖19 高黎貢山隧道平面位置示意圖

圖20 高黎貢山隧道地表某處地?zé)嵴掌?/p>

Fig. 20 Picture of geothermy on ground surface of Gaoligongshan Tunnel

圖21 中國強震及地震帶分布

3.7 新材料研發(fā)與應(yīng)用的開發(fā)研究

混凝土材料的耐久性、混凝土材料在強度發(fā)展過程中與鋼筋協(xié)同工作的性能、施工性能等是提高隧道安全服役年限的重要因素，高性能混凝土(含噴射混凝土)、高可靠性防水材料等有待進(jìn)一步開發(fā)。

4 結(jié)語

21世紀(jì)是地下空間作為資源加以大力開發(fā)利用的世紀(jì)，也是隧道與地下工程大發(fā)展的世紀(jì)，隧道與地下工程建設(shè)難度越來越大，建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求也越來越高。面對機遇和挑戰(zhàn)，需要隧道及地下工程相關(guān)人員在“以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展”的科學(xué)發(fā)展觀的統(tǒng)領(lǐng)下，在隧道及地下工程建設(shè)中不斷創(chuàng)新、攻堅克難，為把我國建成隧道強國而努力。

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Development and Prospects of Tunnels and Underground Works in China in Recent Two Years

HONG Kairong

(ChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd.,Luoyang471009,Henan,China)

The development of tunnel and underground works in China in recent two years is summarized as follows: 1) The quantity and total length of railway tunnel, highway tunnel, Metro tunnel and water supply tunnel increase rapidly. 2) Some of the key and difficult tunnels and underground works, i.e. Guanjiao Tunnel on Qinghai-Tibet Railway, Qilianshan Tunnel on Lanzhou-Xinjiang High-speed Railway, Muzhailing Tunnel on Lanzhou-Chongqing Railway, Underground Water-sealed LPG Cavern in Yantai and Tianping Tunnel on Lanzhou-Guiyang High-speed Railway, have been completed; and some, i.e. immersed tunnel of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge, Songhua River Water Conveyance Tunnel, Hanjiang River-Weihe River Water Conveyance Tunnel, Yangtze River-crossing Tunnel on Sanyang Road in Wuhan, Gaoligongshan Tunnel on Dali-Ruili Railway, Badaling Underground Station of Beijing-Zhangjiakou High-speed Railway, underground water-sealed oil-storage cavern in Huizhou, underground water-sealed oil-storage cavern in Zhanjiang and underground utility tunnel in Hengqin District in Zhuhai, are under construction. Technologies, i.e. construction technologies for super-long mountain-crossing tunnel, control technologies for large deformation of soft rock tunnel, construction technologies for tunnel with high gas concentration, countermeasures for rockburst and design and application of large cross-section rectangular pipe jacking and shield, and mechanized construction level have reached great achievement. The construction technologies for tunnels and underground works in China are advanced internationally. New requirements have been proposed by new urbanized construction, new round of Western Development, the Belt and Road, the Sponge City, urban underground utility tunnel, urban rail transit, coordination development of Beijing, Tianjing and Hebei, the Yangtze River Economic Zone and the Pearl River Delta Economic Zone. Finally, the author provides the developing directions of tunnels and underground works in China, which are construction technologies for super-long tunnel, control technologies for large deformation of high ground stress and soft rock tunnel, construction technologies for high water stress and large cross-section underwater tunnel, construction technologies for tunnels with high ground temperature and high geothermy, construction technologies for tunnels in sections with high seismic intensity and active tectonic zone, operation, maintaining and management technologies for tunnels and development and application of new materials.

tunnel; underground works; railway tunnel; highway tunnel; Metro tunnel; water supply tunnel; underground station; underground energy storage cavern; urban underground utility tunnel; mountain-crossing tunnel; large deformation of soft rock; gas tunnel; rockburst; rectangular pipe jacking; rectangular shield; river/sea-crossing tunnel; urban rail transit; deep-buried tunnel

2017-02-13

洪開榮(1965—)，男，湖南株洲人，1990年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院，橋梁與地下工程專業(yè)，博士，教授級高級工程師，現(xiàn)從事隧道與地下工程設(shè)計、施工、科研及管理工作。中鐵隧道集團(tuán)有限公司總工程師，盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室主任，中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會秘書長，中原學(xué)者，國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，國務(wù)院政府特殊津貼專家。E-mail: ctg-kr@vip.163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.02.002

U 455

A

1672-741X(2017)02-0123-12