我國隧道工程現(xiàn)狀與發(fā)展

/我國隧道工程現(xiàn)狀和發(fā)展摘要：21世紀(jì)前10年中，我國將有總長155km以上的公路隧道要投入建設(shè)，3km以上的特長隧道有數(shù)十座。在建和擬建的鐵路中隧道含量很大，特長隧道數(shù)量許多。北京、上海、廣州、深圳、南京、天津?qū)⑼度刖拶Y構(gòu)建城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。廈門將建設(shè)一個可以全天候進(jìn)出廈門島的海底隧道。廣東支配在深圳和珠海間建設(shè)一條30多公里長的海底隧道，還有擬建的6大跨海隧道。在隧道施工技術(shù)方面，從20世紀(jì)六七十年頭鋼釬大錘作業(yè)的施工方法，到80年頭推廣應(yīng)用“新奧法”，后來應(yīng)用液壓鑿巖臺車，20世紀(jì)末又引進(jìn)了大型隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)。從液壓鑿巖臺車的應(yīng)用到隧道掘進(jìn)機(jī)的引進(jìn)，又一次開創(chuàng)了隧道施工的新紀(jì)元。21世紀(jì)我國交通隧道的建設(shè)和隧道施工技術(shù)必將有一個新的更大的發(fā)展。關(guān)鍵詞：隧道工程施工方法現(xiàn)狀發(fā)展1我國交通隧道工程的現(xiàn)狀及展望1.1公路隧道我國公路隧道建設(shè)到20世紀(jì)末達(dá)1782座，總長度704km，單洞最長達(dá)4706m，建成的3000m以上的特長隧道13座，1500m以上的3車道公路隧道5座，盾構(gòu)隧道2座，沉管隧道2座，是世界上公路隧道最多的國家。21世紀(jì)前10年中，將有總長155km以上的公路隧道要投入建設(shè)。其中，西安至安康高速公路上穿越秦嶺山脈的秦嶺終南山特長公路隧道，隧道方案之一全長18.4km，其長度為亞洲第一，世界其次，還有多處長度4-8km的山嶺隧道即將建成或投入建設(shè):湖南省雪峰山隧道全長7.1km；陜西省秦嶺1號隧道全長6.1km，秦嶺2號隧道，秦嶺3號隧道的長度分別為5km和6km;四川省泥巴山隧道全長約8km;福建省美魏嶺隧道全長5.6km;甘肅省七道梁隧道全長約5km;山西省雁門關(guān)隧道全長5.5km;四川省鶴鴿山隧道全長4.4km;西安至漢中高速公路上穿越秦嶺山脈的3座特長隧道單洞總長34km,整個西漢高速公路隧道單洞總長度約100km;西昌至攀枝花公路的隧道群總長14km。1.2鐵路隧道我國是世界上擁有鐵路隧道最多，總延長最長的國家之一。截至1999年，鐵路隧道達(dá)6876座，總長度為3670km,隧道數(shù)量和總長度均為世界第一。已建成的特長鐵路隧道有長梁山隧道(12km)、居世界雙線隧道第10位的大瑤山隧道(14km)及居世界單線隧道第九位的秦嶺隧道(18km)。在今后幾十年中，我國將建設(shè)一批新鐵路，其中包括為數(shù)眾多的山區(qū)鐵路。例如，內(nèi)江一昆明鐵路水富一梅花山段，正線全長357.6km，含隧道127座，累計(jì)長144.5km，占正線的40％，其中3km以上的長隧道15座;西安一南京鐵路西段位于山區(qū)，有隧道74座，累計(jì)長77.6km，其中3km以上的長隧道6座，最長的是12.31km的東秦嶺隧道，重慶一懷化鐵路的魚嘴一懷化段，正線長584.3km，含隧道169座，票計(jì)長214.4km，占36.7％，其中3km以上的長隧道21座。1.3地下鐵道和城市隧道北京地鐵在20世紀(jì)完成55km,41個站之后，2008年之前，市區(qū)新建軌道線路共計(jì)154.5km。屆時(shí)，北京市區(qū)軌道交通運(yùn)營線路里程可達(dá)到249.5km，加上一批新建的市郊客運(yùn)線，全市軌道交通運(yùn)營線路將超過300km。上海地鐵一號線1995年全線通車，目前已有3條地鐵線投入營運(yùn)，現(xiàn)有軌道交通總里程為65km。依據(jù)新一輪的城市規(guī)劃，上海擬建地鐵11條，長384km，輕軌線路10條，長約186km，每年平均要建設(shè)15一20km,須要投入資金100億元，而完成總體規(guī)劃則須要投入3000多億元。廣州全長18.48km的地鐵一號線、全長23km的地鐵二號線已建成通車;三號線在2005年剛剛建成;四號線和五號線也在規(guī)劃中，爭取到2010年全長近130km的5條線路構(gòu)成廣州軌道交通網(wǎng)絡(luò)。天津地鐵1984年通車，全長7.4km,2001年全線停運(yùn)，為即將動工的地鐵一號線做準(zhǔn)備。地鐵一號線全長26.195km，總投資約69億元，預(yù)料2005年年底完成。南京地鐵南北線一期工程2000年正式開工，是目前國內(nèi)地鐵國產(chǎn)化水平最高、平均造價(jià)最低的工程項(xiàng)目。項(xiàng)目投資概算70.15億元，綜合造價(jià)4.15億元//km，綜合國產(chǎn)化率為70%,于2004年完成。南京城市軌道交通規(guī)劃了10條線路，在主城范圍內(nèi)里程達(dá)300km以上。深圳地鐵一期工程正線全長19.468km，總投資105.85億元，工期4年。將來9年，深圳將斥資328億人民幣建設(shè)超過120km的軌道交通。1.4擬建的跨海工程2010年以前，廈門將建成一個可以全天候進(jìn)出廈門島的海底隧道。它將是大陸第1條海底(暗挖)隧道，并將成為廈門島重要的第3條進(jìn)出島通道，對廈門海灣型城市的形成將起到確定性的作用。該工程總長度約9km，其中隧道全長5900m，是一座兼有公路和城市道路功能的隧道。另外，我國還有擬建的渤海海峽跨海工程、長江口越江工程、杭州灣跨海工程、伶仃洋跨海工程、瓊州海峽跨海工程和臺灣海峽跨海工程等六大跨海工程，其中多數(shù)接受隧道方案。縱觀國內(nèi)外交通隧道的發(fā)展，有3個特殊明顯的趨勢:一是需修建的長隧道越來越多，長度越來越長;二是以隧道方式跨越江、河、湖、海水域的工程越來越多;三是城市隧道和地下鐵道的建設(shè)將迎來高潮。2隧道工程特點(diǎn)及施工基本條件2.1工程特點(diǎn)位于困難的甚至是特殊特殊的自然條件中。有些隧道所處的地形、地質(zhì)條件特殊困難，不良地質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)峻，斷層、巖溶、瓦斯、涌水、高地應(yīng)力等問題特殊突出;有些隧道位于陡峭峽谷之中，施工條件很差;有些隧道位于九度及以上地展區(qū)，且鄰近活動斷裂帶。接受水下隧道跨越江、河、湖、海等水域。很高的孔隙水壓力會降低隧道圍巖的有效應(yīng)力，造成較低的成拱作用和地層的穩(wěn)定性。施工遇到的主要困難是突然涌水，特殊是斷層裂開帶的涌水。很高的滲水壓力導(dǎo)致水在有高滲透性或有擾動區(qū)域和開闊水面有渠道相連的地層中大量流入。城市隧道的最大挑戰(zhàn)在于地層穩(wěn)定性的限制及作為限制設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的變形，變形必需處于可容許的地表沉降極限范圍內(nèi)。因此，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選擇施工方法必需以地表變形和地層的穩(wěn)定性為原則。特長隧道的單口掘進(jìn)長度很大，對施工期間的后勤和通風(fēng)有更高的要求。由于單口連續(xù)掘進(jìn)距離很長而導(dǎo)致工期很長，投資很高，因此必需接受快速掘進(jìn)設(shè)備。2.2施工基本條件發(fā)達(dá)國家的山嶺隧道修建，較為廣泛地接受了新奧法，實(shí)現(xiàn)了真正的信息化設(shè)計(jì)和施工，接受了先進(jìn)的噴射混凝土工藝，較為成功地解決了噴射混凝土回彈;防排水設(shè)計(jì)和施工工藝得到較好解決;新的支護(hù)手段在不斷改進(jìn);多種通風(fēng)形式及靜電吸塵等先進(jìn)通風(fēng)設(shè)備成功接受;盾構(gòu)施工技術(shù)，已成功接受了直徑14.14rn的巨型盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn);已接受了直徑11.93m的TBM進(jìn)行公路隧道施工，同時(shí)接受TBM超前施工導(dǎo)洞，再結(jié)合鉆爆擴(kuò)挖的方法也在多個國家的長隧道施工中得到應(yīng)用;另外，沉管隧道以美國、日本、荷蘭為代表的國家，較成功地解決了沉管隧道結(jié)構(gòu)形式、防水、基層處理、結(jié)構(gòu)抗震等關(guān)鍵技術(shù)問題，使隧道成為跨江、跨海的重要手段。為了解決跨越深水水域的問題，挪威、瑞士、日本、意大利等國都組織了特地機(jī)構(gòu)進(jìn)行懸浮隧道專項(xiàng)探討。要完成特長隧道和特殊隧道的修建必需具備幾個基本條件：1)快速施工實(shí)力。隧道工程工作面窄，施工環(huán)境惡劣，是限制修建特長隧道的因素之一，假如在施工速度方面不能有所來破，勢必影響特長隧道建設(shè)的發(fā)展。在國外，隧道快速施工實(shí)力較強(qiáng)。例如美國費(fèi)拉蒂赫德單線鐵路隧道長10.6km，接受鉆爆法施工，最高月進(jìn)尺398m，單口成洞速度平均為288m/月;挪威芬賽單線鐵路隧道長10.5km，接受鉆爆法施工，最高月進(jìn)尺440m，單口成洞速度為360m/月;日本五里峰雙線鐵路隧道長15.2km，接受鉆爆法施工，最高月進(jìn)尺281m，單口成洞速度平均為166m/月;瑞士費(fèi)爾艾那單線鐵路隧道長19.052km，北口接受直徑為7.6m的TBM施工，法國一側(cè)北線最高月進(jìn)尺1106m，平均664m/月，英國一側(cè)北線平均667m/月，南線平均764m/月。2)較高的施工機(jī)械化配套實(shí)力。提高隧道施工速度，就是提高隧道施工機(jī)械化、自動化水平。世界上一些修建隧道較多的國家，如瑞典、瑞士、德國、意大利、奧地利、日本等，都能設(shè)計(jì)制造適應(yīng)于各種地質(zhì)條件、隧道斷面尺寸的配套施工機(jī)械。例如，適用于雙線鐵路隧道的四臂鉆孔臺車;用于單線鐵路隧道的門架式鉆孔臺車;用于巖石隧道的各種直徑的TBM;用于軟土隧道的各種直徑的盾構(gòu);適用于有軌運(yùn)輸?shù)耐谘b機(jī)、大功率的電瓶車、大容積的梭式礦車;適用于無軌運(yùn)輸?shù)难b載機(jī)、載重車;低回彈率的濕噴機(jī)，全自動的噴射混凝土機(jī)械等等。3)科學(xué)的施工管理制度和方法。由于隧道施工環(huán)境的特殊性，即使有先進(jìn)的機(jī)具裝備，而沒有科學(xué)的管理制度和方法，也無法達(dá)到快速施工的目的?？茖W(xué)而嚴(yán)格的管理制度包括:招投標(biāo)制度、風(fēng)險(xiǎn)管理制度、設(shè)計(jì)和施工監(jiān)理制度、施工質(zhì)量管理保證標(biāo)準(zhǔn)，用工制度、資金管理制度、竣工驗(yàn)收制度等等。施工管理還應(yīng)包括嚴(yán)格和先進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)，如全自動監(jiān)測記錄預(yù)警系統(tǒng)，隨時(shí)自動地供應(yīng)圍巖的動態(tài)信息。3我國隧道施工技術(shù)3.1礦山法施工技術(shù)在隧道施工中，礦山法較為廣泛地接受了新奧法的原則，仍處于不能為其他方法所取代的重要地位。近30年來，礦山法的施工技術(shù)進(jìn)步是很大的，例如鉆眼速度已由20世紀(jì)70年頭以壓縮空氣為動力鑿巖機(jī)的250mm/min，提高到現(xiàn)在的液壓鑿巖機(jī)的3m/min，而且作業(yè)人員大大削減。隨著地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的慢慢推廣應(yīng)用，圍巖預(yù)支護(hù)、預(yù)加固技術(shù)的日益成熟，施工管理的逐步科學(xué)化，隧道施工中的應(yīng)變實(shí)力有了很大的提高，尤其是在通過困難地段時(shí)，造成人員傷亡的坍方事故日趨削減。特長隧道一般埋深較大，深埋隧道的地質(zhì)環(huán)境給施工帶來嚴(yán)峻影響，這些特點(diǎn)為:溫度高，地溫梯度大致為平均每300m變更12攝氏度;原始地應(yīng)力大，普遍存在巖爆和應(yīng)力片落現(xiàn)象;地下水壓高，會加劇地下水涌人量和速度;巖石質(zhì)量好，無風(fēng)化、節(jié)理松散等現(xiàn)象，但大斷裂帶可導(dǎo)致猛烈的擠壓。對以上問題已有了確定相識，并積累了較為豐富的處理閱歷和技術(shù)措施。3.2隧道扭進(jìn)機(jī)（TBM）施工技術(shù)TBM施工技術(shù)近年來有了確定發(fā)展。其中山西省萬家寨引黃工程創(chuàng)建最高日掘進(jìn)113m和最高月掘進(jìn)1645m的記錄。秦嶺特長隧道引進(jìn)具有世界先進(jìn)水平的大直徑掘進(jìn)機(jī)施工，實(shí)現(xiàn)了鐵路隧道首次接受掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行全斷面開挖，打破了我國鐵路隧道接受單一的鉆爆法開挖的局面，使施工方法上了一個新臺階。由于掘進(jìn)機(jī)的總體性能先進(jìn)，從而保證了在堅(jiān)硬巖層條件下平均掘進(jìn)速度超過1m/h，機(jī)器掘進(jìn)時(shí)間占總時(shí)的40%左右，在同類硬巖條件下，該掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)指標(biāo)實(shí)屬世界先進(jìn)水平。在掘進(jìn)機(jī)配套設(shè)備的國產(chǎn)化和現(xiàn)代修理技術(shù)上邁出了可喜的步伐，如平臺拖車國產(chǎn)化、碴車國產(chǎn)化、除塵系統(tǒng)的改進(jìn)和部分零件國產(chǎn)化、拖拉裝里國產(chǎn)化、刀具部件國產(chǎn)化和各種進(jìn)口配件國產(chǎn)化等;接受了多項(xiàng)現(xiàn)代修理技術(shù)。3.3盾構(gòu)施工技術(shù)盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)近年來有了較大的發(fā)展。1994年上海引進(jìn)日本的超大型泥水加壓平衡盾構(gòu)，盾構(gòu)外徑11.22m，用于建立上海延安東路隧道南線，經(jīng)受了穿越倉庫、淺粗防汛墻、地下車庫、地下人行道、高層建筑等嚴(yán)峻考驗(yàn)，成功穿越了黃浦江，盾構(gòu)曾創(chuàng)下日推動13.5m的速度，地表最大沉降點(diǎn)小于30mm,接著，在南京越江隧道施工中在穿越砂層的條件下運(yùn)用盾構(gòu)獲得成功。北京地鐵5號線試驗(yàn)段工程接受從德國進(jìn)口的直徑6.19m的土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)行試挖。廣州地鐵1號線、2號線、3號線部分區(qū)間隧道也接受了盾構(gòu)法。南京地鐵南北線一期工程的中也接受盾構(gòu)法施工。正在建設(shè)的上海上中路隧道位于徐浦大橋和盧浦大橋之間，建成后隧道外徑達(dá)到14.5m，接受直徑為14.87m的超大型盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工。國內(nèi)第一臺雙圓盾構(gòu)在上?？傃b成功,能使上、下行隧道一次掘進(jìn)完成,雙圓盾構(gòu)不久將投入軌道交通建設(shè)中。3.4隧道沉管法施工全世界已建有107座沉管隧道，最大水深50m，最大海水流速2.7m/s，最大長度5825m，最多車道8車道，我國已建成沉管隧道有上海金山供水隧道、黃浦江寧國路隧道、天津海河隧道、寧波雨江隧道以及廣州珠江隧道。沉管法修建水下隧道的優(yōu)點(diǎn)在于對地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)、隧道的覆蓋層薄。從而使隧道總長度減小，隧道斷面利用率高，防水牢靠度高。施工周期短及工程造價(jià)合理等。4隧道工程新發(fā)展4.1寒區(qū)隧道寒區(qū)隧道假如圍巖含地下水，就會產(chǎn)生隧道凍害。凍害的循環(huán)發(fā)生，使襯砌混凝土產(chǎn)生開裂、變形，導(dǎo)致襯砌承載力降低。寒冷環(huán)境所帶來的一系列凍害使寒區(qū)隧道工程的設(shè)計(jì)和施工面臨許多新的問題，并給后期運(yùn)營維護(hù)和管理帶來困難。寒區(qū)隧道東海的影響因素主要有四個：溫度、水的影響、圍巖因素、設(shè)計(jì)和施工因素。凍脹形成的機(jī)理主要有三個：微觀凍脹、宏觀凍脹、細(xì)觀凍脹。寒區(qū)隧道凍害的根源來自于水和含水圍巖的反復(fù)凍融作用。因此凍害的防治原則是“防水、排水、防凍脹”，在具體方法上應(yīng)接受“多道防護(hù)、綜合治理”。日本提出接受隔熱法和加熱法的對策，前蘇聯(lián)提出接受供熱法防治凍害，歐洲一些國家則用夾層板構(gòu)件做成的絕熱棚來防治凍害等。為了防止隧道凍害的發(fā)生，主要可以從抗凍和防凍兩個方面來考慮。4.2黃土隧道大部分的黃土具有濕陷性，下沉穩(wěn)定的黃土在受水浸濕后，土結(jié)構(gòu)快速破壞，并產(chǎn)生顯著下沉，對隧道施工產(chǎn)生巨大的威逼。黃土隧道施工的原則：管超前，短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)，嚴(yán)治水，早封閉，勤量測。為了預(yù)防在黃土中開挖隧道的大變形和坍塌問題，接受臺階分布開挖法（又稱環(huán)形開挖留核心土法），結(jié)合噴射砼剛好封閉開挖面，用超前管棚支護(hù)、鋼拱支撐、掛網(wǎng)、打錨桿等來加強(qiáng)土體強(qiáng)度及限制圍巖應(yīng)力重新分布，實(shí)施短開挖，快循環(huán)來削減對土體的擾動，是目前黃土隧道施工的較完整的方法。4.3小凈距隧道山區(qū)高速公路選線時(shí)上、下行隧道往往受地形限制,使得兩相鄰隧道的最小凈距不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。在此狀況下,福建省近年來較流行的隧道結(jié)構(gòu)形式為單線雙洞連拱隧道。由于連拱隧道的工程造價(jià)、施工難度、施工周期均比雙線雙洞隧道大得多,為此,在工程實(shí)踐中衍生出一種新的結(jié)構(gòu)形式———小凈距隧道。小凈距隧道雙洞的中夾巖柱寬度介于連拱隧道和雙線隧道之間,一般小于1.5倍隧道開挖斷面的寬度.小凈距隧道施工時(shí)要留意以下六點(diǎn)：1.先行洞和后行洞開挖方法2.先行洞和后行洞爆破設(shè)計(jì)和爆破振動限制3.先行洞和后行洞開挖錯開距離4.先行洞襯砌和后行洞開挖錯開距離5.中巖墻愛惜方法6.非小凈距隧道施工方案中的其他內(nèi)容4.4大跨度隧道和一般公路隧道相比，雙洞多車道特大斷面大跨度隧道的結(jié)構(gòu)受力更加困難、施工方法更為多樣化。目前，在大斷面隧道圍巖和襯砌的受力、變形及穩(wěn)定性探討等方面都有了新的發(fā)展和提高，取得了確定的探討成果。4.5隧道的維護(hù)和病害處理公路隧道一般都處于崇山峻嶺之中，無繞行可能，假如隧道內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)峻滲漏水、襯砌開裂或設(shè)施故障等狀況，就會阻礙交通，進(jìn)而使整個交通線完全處于中斷狀態(tài)，給公路交通造成惡劣影響。對公路隧道運(yùn)營階段的病害檢測和治理應(yīng)本著“預(yù)防為主、早期發(fā)覺、剛好維護(hù)、對癥施治”的原則，要經(jīng)常性的對隧道進(jìn)行檢查，剛好發(fā)覺問題，建立數(shù)據(jù)庫，確定須要整治的技術(shù)指標(biāo)，并接受有效措施整治，對整治完的隧道要制定質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。力爭做到檢測程序化，處治規(guī)范化，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)化。公路隧道病害的類型主要有水害