2017-2018近2年我国隧道及地下工程发展与思考

经过几十年几代建设者的不懈努力，我国的隧道及地下工程修建水平已跻身国际先进行列。在隧道修建长度方面，我国已经成功修建了9座20 km以上的交通隧道，最长的已建隧道是32.69 km的青藏铁路关角隧道；在建长度超过20 km的隧道有6座，最长的在建隧道是34.5 km的大瑞铁路高黎贡山隧道。

已建和在建的长度超过20 km的隧道

除了上述已建和在建的特长隧道之外，我国在近期规划了23座20 km以上的待建隧道，数量上超过了已建和在建隧道的总和。我国已经完全掌握20 km级隧道的修建技术，正在向着修建30 km级以上特长隧道的水平发展。

在水下隧道方面，2017年7月7日全线贯通的港珠澳大桥沉管隧道是世界上最长、埋入海底最深（50 m）、单个沉管体量最大的公路沉管隧道，多项修建技术引领全球。

在城市地下综合体方面，深圳前海综合枢纽工程建成后将达到世界第二、亚洲第一的规模，代表着我国对城市地下空间的开发利用已经达到世界水准。同时，引人瞩目的还有我国高端施工设备设计制造能力的快速提升，以及数字信息技术的行业融合等。

随着“十三五”发展规划的深入推进和交通强国战略目标的明确提出，我国的交通建设由规模速度型发展时期转向质量效率型发展时期。在综合交通运输基础设施加速成网、交通运输业加快转型升级、现代治理能力持续提升、现代综合交通运输体系加快构建的黄金机遇期，隧道及地下工程领域在得到了全面发展的同时，也在一路前行中不断迎接新的机遇和挑战。

对近2年来我国在隧道及地下工程修建过程中取得的成绩和进步进行总结，介绍关键技术领域的重大需求，并对行业发展过程中的一些问题进行思考，希望借此对我国隧道及地下工程的发展起到一定的推动作用。

我国隧道及地下工程近2年的发展

自“2016中国隧道与地下工程大会暨中国土木工程学会隧道及地下工程分会第十九届年会”在成都召开以来，我国隧道及地下工程的建设取得了长足的发展：各领域的隧道总数与总长度快速增长，铁路、公路、地铁都达到了每年上千km、千座隧道的增长速度；在建的重难点隧道及地下工程特色突出、难点集中，总体进展顺利；多项修建技术取得了突破。

主要领域的隧道建设进展情况

铁路隧道

截至2018年底，我国铁路营业里程达13.1万km，比 2017年增长3.0%。其中投入运营的铁路隧道15 117座，总长16 331 km。全国在建铁路隧道3 477座，总长7 465 km。规划铁路隧道6 327座，总长15 634 km。

高速铁路隧道

截至 2018年底，我国已投入运营高速铁路总长2.9万km。共建成高速铁路隧道3 028座，总长4 896 km。其中：特长隧道64座，总长820 km；长度15 km以上的特长隧道5座。

在建的北京—张家口高速铁路八达岭地下车站，地下建筑面积3.6万㎡，是迄今世界上最大的高铁地下站，车站两端的渡线隧道开挖跨度32.7 m，是国内单拱跨度最大的暗挖铁路隧道。

截至2018年底，我国规划的有隧道工程项目的高速铁路共83条，总长18 132 km；共有隧道3 126座，累计长度约6 924 km。其中：特长隧道118座，总长1 596 km；长度15 km 以上的特长隧道32座。

公路隧道

截至2018年底，我国大陆（不含港澳台地区）等级运营公路上的隧道有17 738座，总长约17 236 km。
目前运营的最长公路隧道是位于陕西省的终南山隧道，长18.02 km；在建的最长公路隧道是位于甘肃省的木寨岭隧道，长15.22 km；新近贯通的港珠澳大桥水下沉管隧道，长达5.66 km，最大覆水深度44 m，是迄今世界上最长的海底沉管隧道。

地铁隧道

截至2018年底，我国大陆（不含港澳台地区）共计35个城市185条地铁线路投入运营，运营地铁线路长度达5 761 km。目前，共有63个城市的城轨交通线网规划获批，规划线路总长7 611 km。

水工隧洞
截至2017年底，规划兴建的172项节水供水水利工程已有109项开工建设，在建投资规模超过8 000亿元。辽宁省新的西北部引水工程、滇中引水工程相继开工建设。

根据功能需要，水工隧洞的长度往往远超交通隧道。如：陕西省引汉济渭工程，穿越秦岭的隧洞长达98.30 km；吉林省引松供水工程隧洞长约133.99 km；新近开工建设的新疆北部引水工程喀双隧洞长达283.27 km，堪称世界同类之最；辽宁省新的西北部引水工程隧洞总长也达到了230.20 km。

综合管廊

重难点工程

兰渝铁路木寨岭隧道

兰渝铁路木寨岭隧道是兰渝线中仅次于西秦岭隧道的第2长隧道，主隧道为双洞单线分离式特长隧道，隧道左线全长19 095 m，右线全长19 115 m，线间距为22.5~50.0 m。木寨岭隧道位于甘肃省定西市漳县与岷县交界处，地处青藏高原隆升区边缘，受多期构造影响，区域断裂、褶皱发育，海拔高，地势起伏大，初始地应力复杂，实测水平地应力最大为27.16 MPa，岩石强度应力比为0.49，处于极高地应力状态。隧道洞身最大埋深约715 m，最小埋深约30 m，共发育11个断裂带，最大带宽约1 km，总长4.5 km。

兰渝铁路木寨岭隧道于2009年2月18日开工，按原合同工期约定计划于2013年9月9日实现木寨岭隧道全线贯通，但在隧道施工过程中出现了难以遏制的大变形，最大变形量达300 mm以上。在大变形段的施工中，遵循“边放边抗”的支护原则，提出了圆形断面导洞扩挖与多重支护相结合的方案。采用先开挖超前导洞，再在开挖正洞时将小导洞回填，然后采用台阶法分上、中、下3部分开挖的方法，采用导洞扩挖法将总变形潜能分2次释放(导坑承担一部分，隧道初期支护承担一部分)，减小初期支护开裂破坏发生的可能性。

隧道采用“超前小导管注浆+3层初期支护+锚注支护+二次衬砌”的支护方式。

首先，通过超前小导管注浆对前方掌子面进行超前预支护和超前预加固。然后，开挖上台阶，施作第1次支护，容许围岩有一定量的变形，释放部分地应力；开挖中台阶时，施作第2次支护，平衡围岩压力与支护抗力，进而控制隧道大变形；开挖下台阶时，进行第3次支护与注浆加固，提高围岩整体性，减少地下水渗流隐患。最后，再施作二次衬砌。对于部分变形严重的洞段，锚注后可采用自进式锚杆进一步加固，提高围岩的整体力学性能，控制塑性变形。

经过7年的艰苦奋战，木寨岭隧道右线于2016年6月25日贯通，左线于2016年7月18日贯通，2017年7月30日完成全部交验，2017年10月1日实现全线通车。

敦格铁路当金山隧道

当金山隧道是国内最长的单线、单洞、单面坡隧道，也是中国铁路总公司第1个全面推广采用机械化配套施工的特长隧道试点工程，具有“三多”(断层破碎带多、不良地质多、地下水侵蚀性种类多)、“三高”(海拔高、地应力高、地震烈度高)、“三长”(单面坡长、独头通风距离长、反坡排水距离长)、“三低”(隧道区气温低、气压低、含氧量低)、“三大”(埋深大、水量大、风沙大)的特点。

当金山隧道施工通风控制段落位于1号斜井及2号斜井工区之间的10.5 km范围内，设置2座通风竖井，创造了国内隧道单洞独头掘进8 528 m的纪录。

港珠澳大桥沉管隧道

港珠澳大桥沉管隧道全长6.7 km，最大水深40 m，是迄今为止世界上最长、埋入海底最深（50 m）、单个沉管体量最大的公路沉管隧道。港珠澳大桥于2009年12月15日动工建设，2018年10月24日大桥主体正式通车。图2为港珠澳大桥沉管隧道最终接头照片。

中老铁路全长414 km，隧道长度近198 km，很多隧道位于琅勃拉邦缝合带，洞内褶皱、断层发育，地表溶沟、溶槽、溶蚀裂隙多见，地质十分复杂，中老铁路线路示意图见图3。中老铁路于2016年12月全线开工，建设工期为5年，全面采用中国标准、中国技术。

大瑞铁路高黎贡山隧道

大瑞铁路高黎贡山隧道是目前国内在建的最长铁路隧道，其地理位置特殊，地质条件复杂，具有“三高”（高地热、高地应力、高地震烈度）、“四活跃”（活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件和活跃的岸坡浅表改造过程）的特征。隧道施工难度极高，工程建设风险突出。隧道采用TBM法和钻爆法相结合施工，其中TBM法施工段长度为12 370 m，其余为钻爆法施工区间。

隧道圆形衬砌基本内轮廓直径为7.7 m，采用直径为9 m的敞开式TBM进行施工。全隧设置1座贯通平导+1座主副斜井+2座主副竖井。隧道的高地温热害问题突出，根据地勘资料显示，全隧热害轻微段总长8 716 m，中等热害段1 406 m（含导热水断裂段581 m）。同时，隧道施工还面临软岩大变形问题、软弱破碎围岩地段TBM卡机问题、长距离通风问题等系列工程难题。

成兰铁路跃龙门隧道

成兰铁路跃龙门隧道为穿越龙门山山脉的极高风险隧道，双线双洞分修，左线全长19 981 m，右线全长20 042 m。隧道洞身共发育5条断层、2个向斜和2个背斜，其中1条断层为全新世活动断裂。辅助坑道采用“3横+2斜+1平”方案。隧道穿越龙门山活动断裂带和高地应力长距离千枚岩段，突泥、突沙量超过3万m³/d，在跃龙门2号斜井和3号横洞的施工过程中还出现了高浓度硫化氢气体溢出。

乌尉高速天山胜利隧道

乌尉天山胜利隧道两端位于乌鲁木齐县萨尔达坂乡216国道旁以及和静县乌拉斯台查汗村乌斯托车站附近S301省道K217+400～600北侧，是乌鲁木齐到尉犁县高速中最长隧道，为全线控制性工程，全长22.035 km，属特长高寒高海拔公路隧道，建设工期为6年，建成后将成为世界最长的高速公路隧道。

深中通道工程

深圳至中山跨江通道是世界上首例集超宽超长海底沉管隧道、超大跨海中桥梁、深水人工岛、水下互通“四位”一体的集群工程，沉管隧道部分采用双向8车道高速公路技术标准进行设计，管节宽度达46～55.5 m。伶仃洋大桥采用悬索桥方案，主跨为1 666 m、主塔高度为270 m。

汕头苏埃通道工程

汕头苏埃通道工程连接汕头市新老城区，位于汕头市北岸龙湖区天山南路与金砂东路平交口。线路全长6.68 km，全程采用双向6车道标准设计，工程总投资约60亿元，工期4.5年。隧道采用直径为15.03 m的泥水盾构施工，是我国首座8度地震烈度区的海底隧道。盾构穿越上部粉细砂层、下部200 MPa以上微风化花岗岩软弱不均地层。

引额供水项目喀双隧洞

引额供水项目全长共569 km，采用20台TBM集群作业模式施工。其中喀双隧洞被称为“世界引水隧洞之最”，全长达283 km，TBM独头掘进距离达27km，其施工通风、长距离物料运输均需要取得技术突破。

深圳前海综合交通枢纽工程

深圳前海综合交通枢纽工程建筑面积294.9万㎡，建成后将是亚洲第2大综合交通枢纽，项目剖面示意图见图9。地下部分共6层，深度达32.5 m，为国内枢纽中深度最大的项目，同时要横跨3条地铁运营隧道。由于前海几乎是填海而成的，地下基本是以海积淤泥混杂填石为主，工程地质及水文条件极其复杂。

武汉光谷广场地下综合体

武汉光谷广场地下综合体工程主体为直径约200 m的圆形，总建筑面积约16万㎡，集合了3条地铁和2条市政公路隧道，是目前国内规模最大、组成最复杂的地下空间工程，规模罕见。

主要技术进步

2年来，我国在隧道工程勘察技术、隧道建设的BIM技术、隧道机械化及智能化建设技术、盾构/TBM制造及再制造技术、海上沉管隧道修建技术、异形盾构隧道修建技术、隧道大数据平台建设技术等方面取得了长足发展。

隧道工程勘察技术

近年来，随着高分航遥等先进勘察手段的逐步引入应用，以及无人机勘察技术水平的快速提升，在隧道工程勘察技术方面逐渐形成了“空、天、地”三位一体的综合勘察技术。通过应用空基系统（包括GPS卫星、北斗卫星、遥感卫星等）、天基系统（包括临近空间的浮空器和近地无人机搭载的高清摄像机、雷达、激光扫描仪等）、地基系统（包括轨旁灾害监测、综合视频监控等），建立了“空、天、地”三位一体的新型勘察体系，解决了复杂艰险山区传统勘察方式难以实现“上山到顶，下沟到底”的难题。

隧道建设的BIM 技术

近2年来，BIM技术在隧道及地下工程领域得到了广泛应用。BIM技术平台整合多源数据，以数字化、信息化和可视化的方式提升了规划、设计阶段的精度和深度，实现了施工阶段的动态模拟和信息化管理，并为运维阶段实现信息化、精细化资产管理提供技术支持。

隧道机械化及智能化建设技术

近年来，三臂液压凿岩台车、三臂拱架安装机、湿喷机械手、全液压自行式仰拱栈桥、新型隧道衬砌台车、衬砌自动养护台车等一系列隧道专业设备的开发与应用，推进了我国隧道施工机械化发展，明确了智能化的发展方向。

盾构/TBM制造及再制造技术

最近2年是我国盾构等高端设备快速发展的关键时期。在盾构及TBM再制造方面，国产盾构主轴承取得突破，装配国产主轴承的盾构圆满完成了合肥地铁的开挖任务。首台再制造TBM已经应用到高黎贡山隧道的施工中，并通过了多个不良地质段。在盾构国产化方面，我国自主制造的盾构已达到15 m级，应用到汕头苏埃通道的国产泥水平衡盾构直径达15.03 m，应用到深圳春风隧道的国产泥水平衡盾构直径达15.80 m。我国盾构/TBM制造水平已迈入国际前列。

海上沉管隧道修建技术

2017年7月7日，港珠澳大桥主体工程贯通，标志着我国沉管隧道修建技术达到国际领先水平。在沉管隧道的修建过程中突破了包括自稳式巨型钢制圆筒海上围护结构、半刚性管段接头、“三明治”钢-钢筋混凝土倒梯形最终接头等在内的数个世界级难题。

双线铁路马蹄形盾构隧道修建技术

在深埋山岭隧道中，圆截面需要在底部进行预制仰拱块铺设等处理，造成了开挖空间的浪费，而空间利用率较好的矩形盾构隧道在结构形式方面又存在受力较差的缺点，难以满足大埋深大断面山岭隧道的受力要求。

各领域隧道及地下工程的建设技术需求

川藏铁路、京津冀协调发展、长江经济带、粤港澳大湾区等一系列国家发展战略、规划的启动与实施，从各个方面对隧道及地下工程领域提出了技术需求。

随着我国长江经济带、粤港澳大湾区等集群式发展战略的提出和落实，现有城市基础设施的服务能力将远远无法满足发展要求。近年来繁华城区的大型、超大型地下综合体越来越多，如前文提到的深圳前海综合交通枢纽工程和武汉光谷地下综合体工程，这些体量空前、功能多样综合体的大规模修建迫切需要从立法、规划设计、建造运营和风险防控等方面进行系统性研究。

高寒环境新材料研发需求

随着我国在极端环境条件下施工的隧道及地下工程日益增多，传统建筑材料难以满足要求，研发适应高寒环境、长距离运输的新材料，保障隧道结构质量安全，提高服役年限，是未来的一大需求。

隧道病害智能诊断与快速修复技术需求

我国各领域运营隧道（洞）已接近5万km，已进入建维并重时期，隧道老龄化问题日渐凸显，迫切需要开发隧道病害智能诊断、快速修复与自修复技术。图19为具有自修复功能的微胶囊混凝土。

超长复杂隧道及地下工程智慧防灾技术

超长复杂隧道及大规模地下工程发生火灾时，人员疏散救援困难，易致群死群伤，如何设置工程设施，发展信息化及数字化方法，实现火灾防护及疏散救援的智慧化是未来的重大需求。