公路隧道学科发展研究报告 - 图文

公路隧道学科发展研究报告

（2011）

中国公路学会隧道工程分会

2012年4月

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目 录

一、引言??????????????????????????????1 二、我国公路隧道发展历史沿革及特征???????????????3 三、国内外公路隧道建设技术发展状况???????????????4

3.1我国公路隧道科技发展情况????????????????????4 3.2 “十五”以来西部项目科研成果与突破???????????????5 3.2.1 勘察设计技术方面??????????????????????6 3.2.2 隧道施工技术方面??????????????????????11 3.2.3 隧道设计基础理论方面????????????????????12 3.2.4 检测评估、维修加固与养护管理技术方面????????????13 3.2.5 隧道防灾减灾技术方面???????????????????13 3.2.6 总体评价??????????????????????????14 3.3 国外技术发展现状与趋势????????????????????16 3.4 与国外先进水平的差距?????????????????????17

四、“十二五”公路隧道科技重点突破的方向与技术?????????30

4.1 技术发展需求?????????????????????????30 4.2 重点研究方向及主要目标????????????????????31 4.3 重点研究项目建议???????????????????????31

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公路隧道学科发展研究报告（2011）

一、引言

我国是多山国家，75％左右的国土都是山地，且江河纵横，海域宽阔。近10年来，公路隧道平均每年新建350公里（见图1），28座水下公路隧道已建成通车，隧道在交通基础设施的建设中起到越来越重要的作用，同时在城市建设中，以节约土地和保护环境为宗旨，城市道路隧道也方兴未艾。总体上，公路隧道已由重丘走向深山、由陆域走向水下、由山区走向城市。面对地震、火灾和暴雨等灾害日益频发，面对高地应力、活动断裂、高寒、高海拔和富水等复杂地质条件，面对保护环境和节约能源等日益增强的建设理念，面对我国跨江海、穿高原等重要战略通道建设的实际需要，公路隧道建设尚存在突出技术瓶颈亟待解决。

6000公里 5000

4000 3000

2000 1000

020002001200220032004200520062007200820092010年 图1 近10年来我国公路隧道修建公里

随着我国国民经济的迅速发展，我国公路的建设规模在日益扩大，尤其是公路隧道的建设已进入一个快速发展的时期。据统计，截至2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。其中，2007年建成通车的秦岭终南山公路隧道全长18.02公里，位居世界规模第一、长度第二，

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是我国公路隧道建设的标志性工程。目前，尚有众多的特长隧道正在建设之中（见表1）。

我国中西部特长公路隧道 表1

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 隧道名 秦岭终南山隧道 大坪里隧道 包家山隧道 宝塔山隧道 泥巴山隧道 麻崖子隧道 龙潭隧道 米溪梁隧道 括苍山隧道 方斗山隧道 长度(m) 位置 车道 18020 12290 11500 10391 9985 9000 8700 7923 7930 7581 陝西 2×2 甘肃 2×2 陝西 2×2 山西 2×2 四川 2×2 甘肃 2×2 湖北 2×2 陕西 2×2 浙江 2×2 重庆 2×2 通风方式 3竖井分段纵向式 2竖井分段纵向式 3斜井分段纵向式 竖斜井送排式纵向通风 斜井+竖井分段纵向式 斜竖井送排+射流风机纵向 立坑送排+射流风机纵向式 左(右)洞单井送排式通风 纵向式+半横流式(排煙) 2座斜井送排式纵向通风 例如位于甘肃省宝天高速公路上的大坪里隧道全长12.29公里、位于陕西省西康高速公路上的包家山隧道全长11.5公里、位于四川省雅西高速公路上的的泥巴山隧道全长10公里、位于湖北省沪蓉西高速公路上的龙潭隧道全长8.7公里、位于陕西省安康至陕川界高速公路上的米溪梁隧道全长7.92公里，等等。根据国家\十一五”发展规划，还将有更多的特长公路隧道建成通车。

图2 2001~2009年公路工程增长情况

因此，山岭公路隧道的建设日益增多。我国交通运输部发布的《公路水路交通行业发展统计公报》（表1-1）中的统计数据未包含水下公路隧道和城市道路隧道以及香港、

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澳门和台湾地区的山岭公路隧道。图2反映出2001～2009年山岭公路隧道年均增长率高达50.97%，分别是“路”和“桥”的3.61倍和2.94倍，表明公路隧道在山区公路建设中的重要地位日益凸显。

表1-1 隧道与公路的增长关系

高速公路 年份 总里年增长程/万/万公公里 里 1.94 2.51 2.97 3.43 4.10 4.53 5.39 6.03 6.51 7.41 0.57 0.46 0.46 0.67 0.43 0.86 0.64 0.48 0.9 二级及以上公路 总里程/万公里 22.7 24.97 27.16 29.95 32.58 35.33 38.04 39.97 42.52 44.73 年增长/万公里 2.27 2.19 2.79 2.63 2.75 2.71 1.93 2.55 2.21 总里程/万延米 70.5 83.5 100.1 152.7 年增长/万延米 13 16.6 28.14 隧道 占高速公路增长里程的百分比/% 2.28 3.61 5.32 4.20 7.32 8.30 9.86 15.74 13.12 占二级及以上公路增长里程的百分比/% 0.57 0.76 0.88 1.07 1.14 2.63 3.27 2.96 5.34 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 124.56 24.46 184.18 31.48 255.55 71.37 318.64 63.09 394.20 75.56 512.26 118.06 二、我国公路隧道发展历史沿革及特征

据交通部统计，20世纪50年代，我国仅有30多座公路隧道，总长约2.5公里。60至70年代，我国干线公路上曾修建了百米以上的公路隧道。1964年修建的北京至山西原平公路上，修建了两座200米以上的隧道，已是非常大的工程。据统计，截至1979年，我国公路隧道通车里程仅为52公里，数量为374座。1993年发展到682座，总长136公里。隧道平均长度为199米，均是二级以下的短隧道为主。进入21世纪的10年来，我国公路网交通逐渐穿越崇山峻岭，向离岸深水延伸，截至2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。秦岭终南山隧道、上海崇明隧桥、厦门翔安海底隧道等重大工程相继建成，是世界上公路隧道最多的国家。

据统计，我国铁路隧道数量和长度也已突破7000座和4000公里，均为世界第一。与铁路、水利和矿山隧道相比，公路隧道在我国的起步最晚，发展速度最快，真正意义上的现代公路隧道只有二十几年的发展历史。公路隧道之所以能够取得如此快速和巨大

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的成就，这与我国在铁路、水利和矿山隧道长期的技术发展积累是密不可分的。正是我国在二十世纪后五十年大量的铁路、水利和矿山隧道的建设经验，为今后修建高速公路隧道奠定了坚实的基础。

与铁路、水利和矿山隧道相比，公路隧道有其独特的特点：1）公路隧道是大跨扁平结构，其跨度远大于铁路和矿山隧道；2）公路隧道穿越的地质条件异常复杂，围岩稳定性差，这是同样跨度大的水利隧道所不能想象的；3）公路隧道为满足线形、逃生等需要，采用的结构形式比铁路隧道复杂，如：连拱、小净距、分岔、螺旋隧道等；4）公路隧道为保证行车舒适性、安全性，必须配备复杂的运营机电系统，含：通风、照明、消防、监控、供配电、救援等系统，这是其他类型隧道所没有的。这些特点表明公路隧道的技术难度更大，也促使公路隧道界必须在设计、施工、运营和养护方面开展大量的开拓创新研究工作，解决自己特有的技术和管理问题。总之，公路隧道是在汲取铁路、水利和矿山隧道建造经验的基础上，不断开拓创新，高起点、高水平的发展形成独特的公路隧道技术体系。

当前，随着技术的不断发展和运营的需要，公路隧道趋势是越修越长、越修越宽，技术越来越难、越复杂。公路隧道的修建涉及到了结构、防排水、岩土、地质、地下水、空气动力、光学、消防、交通工程、自动控制、环境保护、工程机构等十几个学科领域，是综合复合技术，需要多学科进行联合研究、进行攻关。

三、 国内外公路隧道建设技术发展状况

3.1我国公路隧道科技发展情况

为适应我国公路隧道建设快速发展的需求，突破和解决重点工程建设和养护管理方面面临的重大需求问题，交通运输部自“十五”开始，加大了对公路隧道科研的支持力度，从设计、施工、检测评价、维修加固与养护管理等各个环节，按需求的紧迫性有计划地设立了一系列科研项目。截至2008年，“十五”和“十一五”期间交通运输部在隧道工程方向设立西部项目32项（见表2），投入研究经费约6593万元。涉及隧道设计技术（24项）、施工技术（14项）、基础理论研究（2项）、检测评估、维修加固与养护管理技术（3项）、防灾减灾（4项）。组织调动全国科研、设计、施工等单位参与研究攻关，针对隧道建设和养护中的难点、焦点和热点问题，形成了一批创新型技术、工法和装备，部分成果达到国际领先或先进水平，填补了国内诸多空白，对公路隧道的又好又快发展起到了保驾

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护航的关键作用。

山区高速公路隧道修筑技术课题一览表 表2

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 项目名称 黄土地区隧道的修筑技术研究 秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究 连拱隧道建设关键技术的研究 隧道路面结构与材料的研究 雪峰山公路隧道关键技术研究 双洞小净距隧道设计、施工关键技术研究 公路隧道健康诊断的应用技术研究 分岔式隧道设计施工关键技术研究 沪蓉国道主干线龙潭特长隧道特殊地质条件下的关键技术 承担单位 甘肃省交通厅工程处 陕西省公路局 云南省公路规划勘察设计院 贵州省交通规划勘察设计研究院 湖南省交通规划勘察设计院 负责人 康军 袁雪戡 李志厚 佘远程 彭建国 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院 李玉文 中交第一公路勘察设计研究院 湖北沪蓉西高速公路建设指挥部 湖北沪蓉西高速公路建设指挥部 王华牢 曹传林 白山云 10 高海拔地区复杂地质条件下公路隧道设计与施工技术研究 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院 郑金龙 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 公路隧道围岩分级指标体系与动态分类方法研究 公路隧道喷射防水层技术研究 公路隧道松驰荷载预测理论与预警系统及设计方法研究 公路隧道建设中数字化技术应用研究 单拱四车道公路隧道设计优化与施工技术研究 大相岭泥巴山深埋特长隧道关键技术研究 公路隧道施工重大险情预警与应急救援技术研究 山区隧道建设环境保护关键技术研究 沿河傍山路段棚洞结构适应性及设计施工技术研究 西部地区公路瓦斯隧道设计与施工技术研究 乌鞘岭特长公路隧道群建设与运营安全控制技术研究 西南交通大学 重庆交通科研设计院 重庆交通科研设计院 交通部公路科学研究院 湖南省交通科学研究院 王明年 刘 伟 蒋树屏 王晓晶 张亮 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院 陈乐生 交通部公路科学研究院 重庆交通科研设计院 重庆交通科研设计院 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院 甘肃路桥公路投资有限公司 重庆高速公路发展有限公司 长安大学 长安大学 云南省公路勘察设计院 甘肃省交通厅工程处 中交隧道工程局有限公司 张高强 张兰军 黄伦海 王联 牛思胜 杜国平 吕康成 陈建勋 李志厚 康军 李亚武 22 重庆地区高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统研究 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 寒冷地区公路隧道冻害雪害防治技术研究 西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究 连拱隧道建设关键技术的推广应用研究 黄土地区公路隧道修筑技术推广应用研究 公路隧道超深大断面竖井工程施工技术研究 公路隧道抗震及减震技术研究 公路隧道单层衬砌结构关键技术研究 公路隧道衬砌结构耐火技术研究 高速公路螺旋型曲线隧道营运安全控制技术研究 多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院 林国进

重庆市交通规划勘察设计院 重庆交通科研设计院 四川雅西高速公路有限责任公司 陕西省交通建设集团公司 钟明全 林志 何刚 杨育生 3.2 “十五”以来西部项目科研成果与突破

为解决我国中、西部困难复杂地区公路隧道勘察设计技术与方法面临的挑战，交通

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运输部针对公路隧道、尤其是西部地区公路隧道建设和养护的关键技术问题，把握行业热点问题和国际前沿技术，在基础理论研究、应用技术研发、成果应用转化与推广等方面设立了多个重点科研攻关项目，同时在支持国家重点工程建设项目中有针对性地布局了大量的专题性研究。

“十五”以来，西部课题在山区高速公路隧道修筑技术领域开展的主要工作有：1）复杂水文地质和工程地质环境下（断层、岩溶、富水、瓦斯等）的隧道建造技术；2）特长隧道（群）通风、防灾和监控技术；3）非常规隧道（大跨度、小净距、连拱、分岔、螺旋隧道、棚洞、大断面竖井等）设计、施工和运营技术；4）高寒地区公路隧道建造技术；5）隧道施工过程中的超前地质预报技术；6）公路隧道结构健康监控和诊断技术；7）黄土地区隧道修筑技术；8）隧道建设的数字化技术应用；9）隧道新型设计理论和方法（抗震设计、单层衬砌、围岩荷载和分级等）；10）新材料、新技术和新工艺的应用研究（喷射防水层、太阳能照明等）。

总体而言，一大批重大科研项目和重大工程的完成表明，制约我国特长公路隧道建设与运营的技术瓶颈已经取得了突破，公路隧道的设计水平已接近国际先进水平，部分达到国际先进水平，施工技术有了重大进步，解决了：1）隧道选型；2）隧道安全快速施工；3）特长隧道通风、照明、运营安全控制。取得了一系列的技术成果与突破，并提炼为共性技术，为国家重点工程项目建设、行业技术标准的制修订、隧道行业的整体技术进步发挥了重要的、积极的作用。以交通运输部西部交通建设科技项目为例简要介绍如下：

3.2.1 勘察设计技术方面

我国西部地区多为山区，自然地理条件恶劣，高速公路隧道修建面临众多难点问题，依托山区高速公路隧道建设的实际需求，科技工作者们重点就特殊结构形式和西部特殊自然环境下公路隧道设计、特大公路隧道工程配套技术等方面立题开展了研究。

2001～2008年西部交通科技项目山岭公路隧道设计与施工技术方面课题一览表 表3

序号 1 2 3 项目类别及名称 特殊结构形式公路隧道的设计技术 连拱隧道建设关键技术的研究 隧道路面结构与材料的研究 双洞小净距隧道设计、施工关键技术研究 8

实施年限 2002～2005 2003～2007 4 5 6 7 8 9 分岔式隧道设计施工关键技术研究 公路隧道喷射防水层技术研究 单拱四车道公路隧道设计优化与施工技术研究 沿河傍山路段棚洞结构适应性及设计施工技术研究 连拱隧道建设关键技术的推广应用研究 公路隧道超深大断面竖井工程施工技术研究 2004～2007 2005～2008 2006～2009 2007～2010 2007～2009 2008～2010 2008～2010 2001～2005 2004～2006 2004～2009 2007～2010 2007～2010 2007～2010 2007～2009 2007～2010 2007～2009 2008～2011 2008～2010 2001～2007 2003～2007 2007～2010 10 公路隧道单层衬砌结构关键技术研究 复杂恶劣自然环境下公路隧道的设计技术 11 黄土地区隧道的修筑技术研究 12 高海拔地区复杂地质条件下公路隧道设计与施工技术研究 13 沪蓉国道主干线龙潭特长隧道特殊地质条件下的关键技术 14 西藏扎木至墨脱公路建设关键技术研究 （课题一 西藏扎墨公路嘎隆拉隧道设计与建设关键技术研究） 15 寒冷地区公路隧道冻害雪害防治技术研究 16 西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究 17 黄土地区公路隧道修筑技术推广应用研究 18 山区隧道建设环境保护关键技术研究 19 西部地区公路瓦斯隧道设计与施工技术研究 20 公路隧道抗震及减震技术研究 21 多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用 特大公路隧道工程配套技术 22 秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究 23 雪峰山公路隧道关键技术研究 24 乌鞘岭特长公路隧道群建设与运营安全控制技术研究

（1）特殊结构形式公路隧道的设计技术

与常规的公路隧道结构形式相比，我国过去在特殊结构隧道上的设计和施工经验几乎是空白，为适应西部地区特殊地形条件，满足高速公路路线方面的要求，科技工作者们重点针对连拱隧道、小净距隧道、分岔隧道、特大跨扁平隧道、棚洞型隧道、超深竖井、单层衬砌隧道、喷射防水层技术等新型隧道结构形式，在其设计理论和施工方法等方面开展研究，解决上述非常规结构隧道在设计荷载、结构形式、支护衬砌参数、施工

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工法、施工监控等方面的问题。这些课题的设置和研究工作的开展，确实保证了类似工程建设的成功，提高了我国建设人员在恶劣地形条件下修建高等级公路隧道的能力，形成了一批指南，部分研究成果进入了规范，对于填补我国特殊结构形式公路隧道建设技术的空白起到了至关重要的作用，提升了我国特殊隧道的建设水平。

1） 不同隧道断面结构形式

连拱隧道。系统研究了连拱隧道的适应性，针对不同围岩类别和环境下隧道围岩压力分布，提出了连拱隧道合理的断面型式、接线方式。并基于双塌落拱假定首次建立了完整的连拱隧道荷载模式与确定方法；给出了荷载结构法下初期支护与二次衬砌的荷载分担比例和地层结构法的各施工步荷载释放系数，形成了系统的连拱隧道设计计算方法；研制出连拱隧道监测数据库管理软件、连拱隧道施工动态数值模拟分析软件、连拱隧道施工动态反馈分析软件、连拱隧道计算机辅助设计与计算软件、隧道洞口边仰坡稳定性分析软件，可实现连拱隧道的动态自动化设计、施工、监测与管理；

双洞小净距隧道。首次将小净距隧道划分为A、B、C三类，并给出分类方法和标准；提出了小净距隧道中岩墙垂直应力的理论估算公式、针对中岩墙加固技术及施工工艺；提出了不同类型小净距隧道合理的支护体系、支护参数、施工工序、小净距隧道施工爆破振动速度控制标准和先行洞与后行洞掌子面的合理施工间距；明确了小净距隧道施工的重点监控范围；并最终编制了小净距隧道设计与施工指南和图集。

分岔隧道。提出分岔隧道设计的理论依据和原则。建立了不同围岩条件下的分岔隧道围岩支护参数的确定方法和岩柱宽度的留设方法；提出了不同围岩类别分岔隧道的合理施工工法，并提出围岩和衬砌结构的稳定性评价方法与标准；提出了减少施工过程中工程爆破对隧道岩柱的破坏方法。

单拱四车道。课题提出了大断面隧道衬砌的拱部极限承载力的确定方法、隧道结构支护方法和开挖断面参数优化设计技术。

棚洞。对段棚洞结构型式及其在山区公路建设中的适应性展开研究，并最终提出棚洞结构设计方法和施工成套技术。

2）洞口、衬砌、路面结构形式研究方面：

隧道洞口。西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究、山区隧道建设环境保护关键技术研究等课题，提出了各种隧道洞口形式及其适用条件，以及洞口段支护衬砌设计及优化方案，并且提出基于环境保护的隧道洞门选型技术指南。

单层衬砌和喷射防水层。从材料、工艺、质量控制指标与检验方法等方面着手，对

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衬砌结构形式开展了系列研究，形成了符合我国国情的公路隧道喷射防水体系、单层衬砌结构的适用范围、设计原则，质量检测和验收标准。

隧道路面。首次制定了隧道路面结构与排水设计方法，提出了多孔混凝土、OGFC等隧道路面材料的设计方法与标准，编制了公路隧道路面施工技术指南，对隧道路面的设计与施工具有重要的指导意义。

（2）复杂恶劣自然环境下公路隧道的设计技术

在特殊地质条件下的隧道建设方面，结合公路隧道建设的发展需求，重点针对我国西部地区复杂恶劣的自然地理条件：黄土、多断层、富水岩溶地区、寒冷气候、高地应力、高地震烈度和活动断层带等地区的公路隧道，解决安全环保进洞、超前地质预报、抗防冻、防排水、环境保护、应急救援等技术难题，提出了相关地质条件下公路隧道的断面型式、衬砌结构参数、抗震及减震技术、通风、防冻、防排水技术及合理的施工方法等，突破和解决了我国在类似复杂环境下的隧道建造技术，确保了复杂条件下公路隧道安全、快速、节约的建成。研究成果处于国际先进或领先水平，达到了对依托工程优化设计、保障安全、减灾防灾、节约建设资金的目的，同时提高了相关方面的理论及技术水平。

黄土隧道。提出了隧道深浅埋界定的新方法，推导了浅埋土质隧道围岩压力计算公式；提出了适合于黄土公路隧道的衬砌断面型式及防排水结构型式；在此基础上提出了适合黄土公路隧道的开挖方法、施工工艺及质量评定标准。为公路黄土隧道的设计和施工提供了依据，有效地指导了黄土公路隧道的设计、施工和养护。

高寒隧道。针对寒区隧道围岩的温度变化特点，从防水、保温和供热等途径，开发新材料、新技术，探讨隧道防冻设计和病害处理的新理念。通过开展隧道温度场、渗流场分布及其变化规律研究，提出高海拔、寒区地区公路隧道冻害分级方法及评定标准、冻害设防等级。通过防冻衬砌及支护结构、隧道防排水、保温材料等方面的研究，建立了一套基于防排水和保温技术相结合的隧道防冻支护结构体系设计方法，并提出了与隧道冻害雪害等级相应的防治技术措施和施工工艺。

隧道抗、减震。研究了高烈度地震区公路隧道工程结构的动力作用机制及地震动力效应，建立了公路隧道抗震设计中地震输入参数确定方法、地震动力响应计算方法，并建立一套适用的公路隧道抗震、减震和隔震结构模式和抗（减）震性能化设计方法。填补了我国公路隧道抗震及减震设计规范方面的空白。

地质勘察。掌握了深埋特长公路隧道综合勘察技术，以及公路瓦斯隧道勘察技术，

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并首次提出公路瓦斯隧道分级标准。

超前地质预报。研究了隧道前方断层破碎带、风化破碎带位置与范围、岩溶地质、围岩涌泥、突水、岩爆、围岩垮落和失稳、隧道高地应力范围、隧道地下水等信息的预报与判读标准。建立起超前地质预报流程，掌握了复杂地质条件下公路隧道施工的地质超前预报方法。

（3）特长公路隧道工程配套技术

我国西部地区公路隧道朝着更长、更深的趋势发展，重点工程有秦岭终南山特长公路隧道、雪峰山特长公路隧道、龙潭特长公路隧道、乌鞘岭特长公路隧道群等世界知名的公路隧道。为了解决我国公路特长隧道建设需求增大和相关技术比较落后的矛盾，依托上述国内典型的特长公路隧道，对特长隧道建设中突出的技术难题立项进行研究。从长大隧道地质勘察、设计方法、施工技术、施工安全、环境保护等方面开展了系统研究，其中的关键技术有地质勘察技术、硬岩岩爆预测及控制技术、通风技术（包括施工和运营通风）、防灾救援技术、监控管理技术等，形成了较为系统的特长公路隧道建造技术，不仅保障了上述依托隧道的成功建成，而且提升了我国特长公路隧道的整体建造水平，使我国山岭公路隧道建造水平进入世界前列。

秦岭终南山公路隧道是一座世界级的超长隧道，也是我国乃至亚洲最长的公路隧道，修建技术难度大，建设周期长。因此，交通运输部西部交通建设科技项目管理中心立项批准开展了秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究，主要针对特长隧道运营通风、防灾救援、监控、环保、信息、管理与养护等六个方面的问题进行了深入研究，取得了一系列的研究成果。其中，秦岭终南山特长公路隧道通风技术研究成果达到国际领先水平，对国内外在建及将要建设的长大公路隧道有指导、借鉴和引领作用。

雪峰山隧道。提高了隧道建设的地质预报可靠性，优化了施工量测手段，解决了雪峰山隧道的通风问题、防灾问题及运营监控、管理模式问题，达到提高雪峰山隧道工程质量，降低工程造价的目的。

乌鞘岭特长公路隧道群。针对乌鞘岭地区具体地质、气候等特点，结合隧道的具体情况，以乌鞘岭隧道群为依托，开展了乌鞘岭特长公路隧道群建设，施行了运营安全控制技术，通过超前预报、原位测试、数值仿真、室内试验与理论分析等手段提出了乌鞘岭特长公路隧道群安全合理的施工技术；给出了乌鞘岭特长公路隧道群围岩压力分布规律；揭示了乌鞘岭特长公路隧道群地下水运移规律；得出了洞室变形规律；建立了结构稳定安全性评价体系；确定了最终通风方案和防火救灾对策；开发了特长公路隧道群运

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营管理系统；建成了环境监控网络。

龙潭公路隧道地质条件复杂，整座隧道贯穿集溶洞、暗河、高地应力、突水突泥等地质灾害于一体的特殊地质地段，因而被业内专家称为“隧道地质博物馆”，交通运输部于2004年将龙潭隧道特殊地质特长隧道施工关键技术列为国家西部交通建设三大重点科研课题之一，在特殊地质环境与重大地质问题、岩溶涌（突）水量预测、超前岩溶地质探测、监控量测技术和信息化隧道建造技术、围岩稳定性分析、隧道围岩稳定性、防排水措施、不良地质处治技术、通风、防灾救灾方面进行科学研究。

过去8年中，针对公路隧道设计与施工技术方面的需求和技术瓶颈，西部项目共设置了24项课题（见表3）。重点突破了超特长隧道设计和施工技术；特殊结构形式和复杂恶劣自然环境下公路隧道的设计与施工技术，研究成果处于国际先进或领先水平，极大地提升了我国山岭公路隧道在国际上的竞争力，取得了显著的经济和社会效益。

3.2.2 隧道施工技术方面

隧道施工技术的研究，开展了以下几个方面的工作：信息技术在隧道施工中应用、复杂地质条件下隧道的合理施工方法研究、隧道合理施作时机与施工控制技术研究。

2001～2008年西部交通科技项目山岭公路隧道施工技术方面课题一览表 表4

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 项目类别及名称 施工信息化技术 秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究 雪峰山公路隧道关键技术研究 分岔式隧道设计施工关键技术研究 公路隧道建设中数字化技术应用研究 实施年限 2001～2007 2003～2007 2004～2007 2006～2009 2001～2005 2004～2009 2007～2009 2008～2010 2008～2010 2001～2005 2003～2007 2003～2007 2006～2009 2007～2010 复杂地质条件下隧道的合理施工方法 黄土地区隧道的修筑技术研究 沪蓉国道主干线龙潭特长隧道特殊地质条件下的关键技术 西部地区公路瓦斯隧道设计与施工技术研究 公路隧道超深大断面竖井工程施工技术研究 多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用 隧道合理施作时机与施工控制技术 黄土地区隧道的修筑技术研究 雪峰山公路隧道关键技术研究 双洞小净距隧道设计、施工关键技术研究 单拱四车道公路隧道设计优化与施工技术研究 西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究

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信息化施工技术。建立公路隧道建设三维数字化平台，在此基础上应用监控量测信息及其综合管理分析系统，对围岩和支护结构进行跟踪反馈分析，实现对复杂地质条件下公路隧道施工的实时监控、动态控制预测和远程管理，动态显示公路隧道施工过程。利用隧道监测数据库管理软件、施工动态数值模拟分析软件、施工动态反馈分析软件、隧道洞口边仰坡稳定性分析软件，可实现隧道的动态自动化设计、施工、监测与管理。

合理施工方法。分别对黄土隧道、高海拔地区隧道施工技术展开研究，取得了黄土隧道和高海拔地区隧道的开挖方法、施工工艺，有效地指导了复杂地质条件下隧道的设计、施工和养护。

掌握了溶洞、地下暗河等复杂岩溶条件隧道不良地质处治技术，隧道过煤段的支护方案、公路瓦斯隧道揭煤防突技术，千枚岩地层隧道支护结构及爆破技术，超深大断面竖井岩爆预防技术及预防措施等处治技术，保证了隧道施工安全，增强了隧道在复杂地质条件下的通过性。

合理施作时机与施工控制技术。开展了隧道施工合理的支护体系、支护参数、合理工序工艺等方面的研究，掌握了隧道进洞施工技术及辅助工法、二次衬砌合理施作时机、掌子面的合理施工间距等施工优化控制技术。

3.2.3 隧道设计基础理论方面

公路隧道设计与施工中存在的基础理论问题主要有三个：一、围岩分级；二、设计荷载；三、围岩变形破坏预测。为解决多年来困惑隧道设计和现场施工的主要问题，依托西部课题，开展了“公路隧道围岩分级指标体系与动态分类方法研究”和“公路隧道松驰荷载预测理论与预警系统及设计方法研究”，有力地推动了围岩等级、围岩荷载和围岩失稳标准的研究，提高了公路隧道设计的合理性和施工的安全性。

2001～2008年西部交通科技项目山岭公路隧道设计与施工基础理论方面课题一览表 表5 序号 1 2 项目类别及名称 公路隧道围岩分级指标体系与动态分类方法研究 公路隧道松驰荷载预测理论与预警系统及设计方法研究 实施年限 2004～2007 2006～2009 围岩分级和荷载。建立了围岩分级的指标体系及现场等级定量判定方法，建立了各级围岩条件下隧道围岩渐进性破坏理论准则、围岩稳定性非确定性反分析方法、隧道围岩变形破坏的预警方法，提出了相应的松动围岩压力确定方法，完善与发展了现有隧道规范中松动围岩压力确定的相关规定。

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围岩预警。基于隧道围岩与衬砌应力变形监控量测技术的反分析、公路隧道建设信息化及动态反馈设计技术，尝试采用反馈分析方法建立了隧道围岩现场稳定性分析及衬砌设计方法，以期更加准确地判定隧道围岩压力和衬砌设计，为工程设计分析所采用。

3.2.4 检测评估、维修加固与养护管理技术方面

针对我国公路隧道使用过程中暴露出的技术问题，解决了病害调查、检测技术、评价方法、维修加固和养护管理平台的问题，建立了我国公路隧道检测评价指南，重点突破了隧道长期监测系统、检测评价模型和全寿命数字化建设与养护管理平台。上述技术成果极大地推动了我国公路隧道养护管理的水平。

2001～2008年西部交通科技项目检测评估、维修加固与养护管理方面课题一览表 表6 序号 1 2 3 项目类别及名称 公路隧道健康诊断的应用技术研究 公路隧道建设中数字化技术应用研究 重庆地区高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统研究 实施年限 2003～2006 2006～2009 2008～2011 隧道健康监控。利用公路隧道的结构健康检测与监测体系，掌握隧道围岩压力及支护结构长期受力特性，建立一套高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统，研发具有完全知识产权的隧道结构安全性与健康状态智能评价与预警软件。通过公路隧道病害成因和规律的研究，制定了隧道病害调查工作程序、调查方法。最终提出了公路隧道健康诊断方法，以及病害预防和控制的措施。能够预防与解决隧道维护和维修中的实际问题，开创性地建立了公路隧道病害预防、健康诊断和处治对策的理论体系和技术标准。

隧道运营养护平台。建立了隧道建养数字化平台，实现了数字化技术与信息集成技术应用于公路隧道的勘察、设计、施工、监测与运营管理全过程，实现了隧道基本信息、病害信息、养护信息、维修信息等信息的计算机综合管理，为决策人员和管理人员提供了隧道养护状况信息，从而确保隧道交通的安全、畅通及隧道养护管理的科学化。为隧道工程的建设、维护与防灾提供了信息共享平台，实现了隧道全生命周期的数字化管理，服务于建养一体化。

3.2.5 隧道防灾减灾技术方面

我国西部地区复杂恶劣的自然地理环境，也孕育了大量的自然灾害。西部课题针对山岭公路隧道常见的抗震减震、断层、富水岩溶、瓦斯爆炸等自然灾害，就勘察技术、设计技术、预警技术、施工方法、风险分析、应急救援等方面开展研究。研究成果对于

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提高西部山区公路隧道建设和运营期抵御自然灾害和工程事故起到了关键作用，填补了相关空白。

2001～2008年西部交通科技项目隧道防灾减灾技术方面课题一览表 表7

序号 1 2 3 与应用 4 西部地区公路桥隧工程风险评估研究 2008～2010 项目类别及名称 公路隧道施工重大险情预警与应急救援技术研究 公路隧道衬砌结构耐火技术研究 多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究2008～2010 实施年限 2006～2009 2008～2011 施工险情预警与救援。开展隧道施工重大险情的类型与危害程度（分级）研究，建立隧道施工险情的分类分级技术。在此基础上整合现有公路隧道施工重大险情的应急程序方案，建立长大隧道施工多元信息预警与安全管理决策系统，研究突发重大险情救援保障技术。

衬砌结构耐火技术。从防火、耐火方法角度考虑火灾场景下衬砌结构的设计、施工上的要求和措施，以全面提高隧道衬砌结构体系的耐火能力和安全性。并提出了既有衬砌结构体系在火灾时以及火灾后的损伤机理、力学特性、耐火能力和残余承载能力，以及薄弱环节的补强措施。

3.2.6 总体评价

在已有研究成果的基础上，通过深入分析在研项目的预期成果，按照上述分类的重点研究方向和技术，阐述取得的主要技术成果，凝练重大技术突破和创新。

（1）山区隧道勘察、设计技术研究

隧道地质勘察技术研究方面：建立起公路隧道围岩分级方法的指标体系，超前地质预报流程，掌握了复杂地质条件下公路隧道施工地质超前预报方法，以及现场围岩等级定量判别方法。

特殊地质、环境条件下隧道设计研究方面：开展黄土地区、青藏高原、寒区以及高瓦斯、多断层、富水岩溶地区公路隧道的隧道设计方法与施工工艺研究，提出了合理的衬砌断面型式、排水防冻支护结构型式、施工工艺及质量评定标准。为西部特殊环境下公路隧道的设计、施工和养护提供有效地指导。

隧道结构形式设计研究方面研究涵盖：隧道结构形式（连拱、小间距、分岔、单洞

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四车道、棚洞）适用性及设计参数研究、隧道洞口结构形式研究（洞口的选型及环境经济适应性研究、复杂环境条件下洞口设计施工综合技术）、衬砌结构形式（单层衬砌、喷射防水层、排水、耐火）、隧道路面结构形式等方面，拓展了公路隧道的应用范围。

公路隧道抗震及减震技术研究方面：开展了隧道地震参数研究、震害机理研究、隧道地震动力响应计算方法研究、抗震减震技术研究。最终建立了公路隧道抗（减）震性能化设计方法。填补了我国公路隧道抗震及减震设计规范方面的空白。

隧道环境保护技术研究方面，从“资源节约型、环境友好型”角度出发，建立了山区隧道生态环境影响多因素综合评价指标体系，以及基于环境保护的隧道洞门、棚洞结构形式、隧道排水设计方法，以及废水处置技术，提升了我国公路隧道的环保设计与施工的理念及技术水平。

（2）山区隧道施工技术研究

信息技术在隧道施工中的应用技术研究方面：建立了公路隧道建设三维数字化平台，在此基础上应用监控量测信息及其综合管理分析系统，对围岩和支护结构进行跟踪反馈分析，实现了对复杂地质条件下公路隧道施工的实时监控、动态控制预测和远程管理，动态显示公路隧道施工过程。实现了隧道的动态设计、施工、监测与管理。

复杂地质条件下隧道的合理施工方法研究方面：掌握了复杂条件隧道不良地质预防与处治技术，保证了隧道施工的安全性，增强了隧道在复杂地质条件下的运用范围。

（3）隧道设计基础理论

隧道设计基础理论研究方面：利用公路隧道建设信息化技术，建立动态反馈设计技术，尝试采用反馈分析方法建立隧道围岩现场稳定性分析及衬砌设计方法，推动了围岩分级、围岩荷载和围岩失稳标准的研究，提高了公路隧道设计的合理性和科学性。

（4）山区隧道运营监控及养护管理技术研究

隧道养护管理技术研究：公路隧道病害成因和规律、公路隧道健康诊断的评定基准确定方法、隧道病害养护维修方法。利用公路隧道的结构健康检测与监测体系，掌握隧道围岩压力及支护结构长期受力特性，建立起一套高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统与评价预警方法。建立了一套贯穿公路隧道的勘察、设计、施工、监测与运营管理全过程的数字化建养管理平台。

（5）山区隧道减灾防灾技术研究

隧道施工防灾救援技术研究方面：重点在于建立隧道施工险情的分类分级技术、突发重大险情救援保障技术。整合公路隧道施工应急处理方案，建立隧道预警与安全管理决

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策系统。

隧道运营防灾救援技术研究方面：开展隧道火灾情况下的通风模式，隧道人员疏散、避险方案，消防救援方案研究；建立起一套适合我国国情的公路隧道火灾救援体系，以及交通事件应急响应技术，并将防灾救援体系向隧道群联动控制方面拓展。

3.3 国外技术发展现状与趋势

国外公路隧道的建设起步早。在国外，以瑞士、奥地利、挪威、日本为代表的发达国家，早在20世纪60～70年代就建成了一批特长隧道，最长隧道为挪威的LA FRLAND隧道，达24.5公里。另外，如：瑞士的Gotthard隧道达16.32公里，奥地利的Arberg隧道达13.97公里，法国和意大利之间的Frejus隧道达12.87公里、Mont Blanc隧道达11.6公里，最长水下公路隧道为日本关越隧道9.4公里。这些长大隧道在修建过程中，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。修建过程中，一方面遇到了施工技术方面的问题，如，掘进技术、通风技术及支护衬砌技术等；另一方面则是开挖遭遇的施工地质灾害，如硬岩岩爆、软岩大变形、高压涌突水、高地温及瓦斯突出等。针对这些问题，这些发达国家进行了相关的研究，采用了先进的喷射混凝土工艺，解决了防排水设计与施工工艺，不断改进新的支护手段。另外，针对公路隧道等高风险地下工程进行了业主、设计、监理及承包商的共同利益管理模式尝试，已取得了不少的工程管理经验。

目前国外技术发展趋势主要有以下几点： 1）隧道更大、更长、更深

随着道路等级标准的逐渐提高和隧道设计理论和施工技术的不断改进，公路隧道朝着更大、更长、更深的方向发展。跨度从单洞双向两车道发展到双洞单向四车道；长度从上世纪初的二三公里发展到现在的数十公里；埋深增加到上公里。比较著名的有日本的关越隧道（11.05公里）、意大利的勃朗峰隧道（11.6公里），奥地利的阿尔贝铭隧道（13.97公里）、瑞士的圣哥达隧道（16.82公里），最近通车的挪威奥尔兰隧道更是长达24.5公里。这些长大公路隧道的成功修建，出现了一批新的施工工艺和配套机械。

2）机械化水平日益提高

国外隧道施工机械化水平日益提高，采用以岩石TBM（隧道掘进机）为代表的新的隧道开挖装备。传统的钻爆法各主要工序均采用机械完成，自动化水平很高，效率提升很大。

3）隧道建设的环保、节约和快捷理念

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与传统的隧道建设理念相比较，国外日益强调环境保护、资源节约和安全高效，与之匹配，相关技术得到不断发展。

4）注重耐久性和养护管理

国外新的隧道建设任务少，更多的是隧道的养护管理。 5）新材料、新技术和新工艺不断涌现

在当今科技不断发展的今天，国外隧道界不断开拓新技术的应用，例如：数字摄像（影）测量、自动监测与检测、数字化建养管理平台的建立以及新的手段、新材料的使用等。

3.4国与国外先进水平的差距

通过“十五”至今的一系列西部科研项目的重要研究突破，我国在特长公路隧道设计与建造技术、复杂地质条件下公路隧道建造技术、特殊结构形式公路隧道设计与施工技术、公路隧道检测评价与养护管理等方面的技术水平已接近或达到西方发达国家的先进水平，且部分已处于国际领先水平。但是，我国在公路隧道设计理论、施工和检测技术装备、施工技术水平和管理水平等方面与隧道发达国家还有一定差距，缺乏具有自主知识产权的创新型技术成果，特别是在施工管理技术、质量控制和质量保障、新型材料研究应用等方面差距较大。

现阶段，虽然国内已积累了不少修建山岭公路隧道的经验，特别是以秦岭终南山公路隧道、雪峰山隧道、龙潭隧道等为代表的一大批公路隧道的顺利建设，为修建山岭隧道积累了宝贵的经验，但是我国在隧道修建技术方面与世界先进水平还存在着的一定的差距。为了安全、快速、环保、节约的修建山岭公路隧道，必须在引进、消化、吸收国外先进隧道修建技术的基础上，在借鉴我国已有的成功技术和经验的基础上，不断创新、逐步提高，解决隧道建设中面临的关键技术难题，才能有效地提高我国特长隧道修建的整体水平。

与国外先进水平的差距主要体现在以下几方面： （1）设计与施工成套技术

从国外隧道施工现状及发展趋势看，国内特长隧道的修建技术还不够成熟，在公路隧道人性化设计、通风照明设计、结构计算与设计手段等方面缺乏具有自主知识产权的创新型技术成果，隧道勘察、设计、施工、建设、运营数字化、信息化方面仍然落后于发达国家，存在整体技术装备落后，管理水平低下的问题。超前地质预测预报的理论、设备、方法和判译标准需要不断探索，地下水的封堵及地层加固理论需要深入研究，软弱地层和岩溶隧道爆破技术、支护、施工通风、信息化施工与管理技术、施工过程中的

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防灾救援和运营节能技术需要不断丰富和完善。为此，还需要针对隧道工程建设面临的技术难题进行立项研究和科学攻关，这不仅为山区公路隧道安全、优质、高效、按期建成和运营节能提供理论支撑及技术保证，而且可以进一步完善和发展隧道及地下工程施工技术和理论，对提高我国上述公路隧道施工技术水平有着重要的现实意义，并为类似工程提供借鉴作用。主要体现在以下几方面：

1）特长隧道设计与施工

在国外，以瑞士、奥地利、挪威、日本为代表的发达国家，早在20世纪60～70年代就建成了一批特长隧道，如挪威长达24.5公里的 LA FRLAND隧道，瑞士16.32公里的Gotthard隧道等。在这些长大隧道在修建过程中，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。修建过程中，一方面遇到了施工技术方面的问题，如，掘进技术、通风技术及支护衬砌技术等；另一方面则是开挖遭遇的施工地质灾害，如硬岩岩爆、软岩大变形、高压涌突水、高地温及瓦斯突出等。针对这些问题，这些发达国家进行了相关的研究，采用了先进的喷射混凝土工艺，解决了防排水设计与施工工艺，不断改进新的支护手段，成功采用了多种通风形式及静电吸尘等先进通风设备，并且通过时间检验了稳定可靠的公路隧道营运管理系统。

我国2007年建成通车的秦岭终南山公路隧道全长18.02公里，位居世界规模第一、长度第二，是我国公路隧道建设的标志性工程。目前，尚有众多的特长隧道正在建设之中，如甘肃省大坪里隧道12.29公里）、陕西省包家山隧道（11.2公里）、位于四川省泥巴山隧道（10.04公里）。现阶段，虽然国内已积累了不少修建特长隧道的经验，但是我国在特长隧道设计建造技术方面与世界先进水平还还存在着的一定的差距，如新技术应用率较低，建设费用和维修费用相当高、对付复杂地质条件（岩溶、富水断层带、高水压、高应力挤压破碎围岩、瓦斯等）的技术水平还有待提高。

2）特殊结构类型隧道设计

近年来，随着我国交通基础设施建设规模的逐步扩大，特别是西部大开发战略的实施，公路隧道修建的数量也日益增多，新的隧道结构型式和相应的施工方法也不断涌现，如：连拱隧道、小间距隧道、分岔隧道、螺旋型隧道、棚洞等。西部课题也分别开展了相关研究和工程实践，已取得了诸多研究成果，积累了较多设计与施工方面的实践经验，全国有了一定规模的应用。全国范围内，特别是在中西部地区，由于受地形等条件的限制，隧道结构型式多样，这也充分说明了特殊结构形式隧道有很好的实用性和适应性，可产生较大的社会经济效益。

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但是与传统的分幅修建隧道相比，特殊结构形式隧道具有跨度大、结构复杂等不利因素，工程设计与施工单位缺少相关设计与施工理论和工程实践经验，已有工程实践资料面向社会的信息化工作还不到位。西部课题取得的相关设计与施工理论还未能被广大工程建设人员掌握，迫切需要进一步验证、总结，深化特殊结构隧道研究成果，形成特殊结构隧道建设的相关指南和专著，从而推动相关技术的推广应用和提高。

小间距隧道：在日本及欧美等隧道修建技术比较发达的国家，从70年代就开始了小间距隧道研究。日本于1987年出版了《近接施工的设计与指南》一书，初步给出了隧道结构相互影响的基本条件，影响范围的分类及划分以及影响预测和施工对策。

在我国，小净距隧道尚为新型隧道结构型式，出现的历史不久，需要研究的问题还有很多。

竖井：国外大规模的公路隧道竖井有加拿大萨德伯里的Graig竖井（竖井深1500米，开挖直径6.3米）、瑞士圣哥达山底铁路隧道Sedrun中间竖井（竖井深836米、开挖直径8.6米）等。施工方法有凿岩爆破一次成型法和先导井、后扩挖法（反井法）。

国内竖井建设受限于设备和技术条件，与国外先进水平有一定的差距。如国内的最好反井法施工设备适用的竖井最大深度为400米，而国外设备则可达到600米。

棚洞：棚洞结构在国内外均有成功的建设经验，但从建设效果来看，目前国外的棚洞应用效果明显优于国内。国外公路建设比较重视和谐与自然，其结构与自然景观融为一体，协调共存，既解决了边坡的稳定性问题，又避免了高边坡工程对自然环境的破坏。欧洲等发达国家虽然人口密度小，但其对自然环境的珍惜以及重视结构与环境的和谐意识值得我们学习，其棚洞也达到了较高的建设水平。

国内在棚洞结构的使用上功能比较单一，且取得的效果也不十分理想。为提升我国公路隧道的环保设计与施工的理念及技术水平，响应“资源节约型、环境友好型” 交通建设的需要，在保障边坡工程建设安全的前提下，对棚洞结构的设计和施工方法进行深入研究，提出了棚洞结构的适用范围、设计方法和施工细则。

单层衬砌：在国外，早在上世纪七十年代，挪威就开始采用湿喷混凝土做单层衬砌，形成了目前基于Q系统的单层衬砌支护设计方法——挪威法；目前，采用单层衬砌做隧道永久支护的国家很多，如挪威、德国、芬兰、法国、南非、巴西、日本等。已经形成了一些相应的规范及施工指南，如以钢纤维喷混凝土为特点的“挪威法”、德国公布的“单层衬砌规定”和日本的“钢纤维喷混凝土衬砌的规定”等[14]。国外的实践表明，不仅坚硬的岩质围岩采用单层衬砌不存在任何问题，同时在软弱的、破碎的围岩中也有

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成功应用的先例。

在国内，从上世纪60年代开始，在铁路隧道、水电隧道等地下工程中开展了一些试用，但是对单层衬砌技术的研究很少，技术不成熟，我国现行隧道设计施工规范也缺乏单层衬砌结构的详细条款。

3）特殊自然条件下公路隧道建造技术

我国西部地区公路隧道建设面临复杂恶劣的自然地理条件：多断层、富水岩溶地区、寒冷地区、高地应力、高地震烈度和活动断层带地区等，如：需要解决安全环保进洞、环境保护、超前地质预报、抗防冻、防排水、应急救援等技术难题。

在国外，以瑞士、奥地利、挪威、日本为代表的发达国家，早在20世纪60～70年代修建一批特长隧道过程中就遭遇了大量施工地质灾害，如硬岩岩爆、软岩大变形、高压涌突水、高地温及瓦斯突出等。针对这些问题，这些发达国家进行了相关的研究，采用了先进的喷射混凝土工艺，解决了防排水设计与施工工艺，不断改进新的支护手段，成功采用了多种通风形式及静电吸尘等先进通风设备，并且通过时间检验了稳定可靠的公路隧道营运管理系统。另外，针对公路隧道等高风险地下工程进行了业主、设计、监理及承包商的共同利益管理模式尝试，取得了不少的工程管理经验。

现阶段，虽然国内已积累了不少复杂地质地区隧道修建经验，但是与世界先进水平还存在着的一定的差距，如整体技术装备落后，管理水平较低，对付复杂地质条件（岩溶、富水断层带、高水压、高应力挤压破碎围岩、瓦斯等）的技术水平还有待提高。总之，从国内外隧道施工现状及发展趋势看，多断层、富水岩溶地区特长隧道的修建技术还不成熟，超前地质预测预报的理论、设备、方法和判译标准还需要不断探索，地下水的封堵及地层加固技术需要深入研究，千枚岩地层和岩溶隧道爆破技术、支护、施工通风、信息化施工与管理技术、施工过程中的防灾救援和运营节能技术也需要不断丰富和完善。

冻土隧道：世界各国在隧道冻害防治的理论研究基础上，也提出了不同的设计方法。日本提出了绝热处理防冻法，在欧洲各国，多采用防水防冻棚和隔离墙板防治隧道冻害。该方法主要适用于围岩比较稳定的地质情况，为了确定绝热层厚度，以冷冻指数、隧道的面积、长度和坡度为参数，制成表格，以便于在设计中采用。该方法使用方便，具有工程应用推广价值。苏联则提出了隧道运营时采暖的理论。

在解决隧道冻害这个问题上，中国隧道工作者进行了积极探索。目前，国内关于寒冷地区隧道防冻害的措施主要有以下几种：寒泄水洞、中心深埋水沟、保温水沟、防冻

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隔温层。但是，冻害防治仍有不少问题有待进一步研究与改进。工程实际情况并不尽如人意，仍然大量出现渗漏冻害现象。

活动断裂：近年来几次主要的大地震，例如1992年美国的Landers地震，1994年Northridge地震，1995年日本Kobe地震，1999年土耳其Kocaeli地震，1999年台湾Chi-Chi地震等，对建筑物造成了严重破坏。关于近发震断层地震的研究，目前已逐渐引起了国内外建筑工程界的关注。

Loh C H等（2002）、李新乐、傀永军等（2004）、倪永军等、谢礼立等（2005）实际的近场地震动研究显示：近发震断层地震对结构的效应明显，我国规范取值偏低，需考虑近发震断层脉冲型地震动的影响。

在近发震断层脉冲型地震动模拟方面，国内外学者提出了多种脉冲型函数来模拟速度时程。（Makris，Black ，2003；Mavroeidis ，Papageorgiou，2003 ；Menun ，Fu ，2002 ；Alavi，Krawinkler，2000；徐龙军等（2005）；田玉基等（2007）。与规范设计谱的比较结果表明，我国设计谱的取值偏低，尚需考虑近发震断层脉冲型地震动的影响。

国外工程规范对近场问题也有了一定的考虑。如美国UBC-97规范（International Conference of Building Officials，1997）是第一部从设计理论上考虑近场效应的设计规范。在1995年Kobe地震和1999年集集地震发生后，日本和我国台湾分别修订了本地区抗震设计规范，加强了近场区设防的措施。在我国的地下结构工程抗震分析中还未见考虑近发震断层速度脉冲影响的研究，更多的是按远场地地震反应谱（或地震波）进行动力时程分析。

目前，国内外学者对活动断层区隧道衬砌结构的研究相对较少，在国内几乎没有。但随着西部大开发的不断深入，加之西部地区复杂的地质条件，公路隧道穿越地震断层有时是不可避免的。对于无法避开断裂构造的线状工程，进行抗错断设计很有必要。

国外已有活动断层区隧道建设经验：1）旧金山的伯克利希尔斯隧道，超挖1英尺（约0.3米），并在混凝土衬砌内埋设钢肋加以衬砌。2）1999年土耳其Bolu隧道，采用 “铰接设计”的理念穿越活动断层带。3）2004年，美国克莱尔蒙特新建输水隧道，设计采用扩大隧道断面尺寸和“铰接设计”相结合的设计理念。

国内乌鞘岭特长铁路隧道在活动断层区域，采用了扩大隧道断面尺寸的设计理念。但总的看来，还缺乏抗错断设计方案和工程措施的系统理论和设计方法研究，具有较强的创新性和工程实用性 。

活动断裂的安全距离，现行规范及有关著作中曾提出过一些参考数值（GB50021-94 ；

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董津城，1999；汤淼鑫，1999），但在实际工作中，由于客观情况复杂多变，有时很难确定活动断裂的安全距离。影响活动断裂安全距离的主要有地震、地质和工程因素，但归根结底，安全距离最终取决于地震地表形变及工程设防要求。

因此，有必要针对活动断裂的发震震级、断裂性质、活动方式以及场地位置等多方面的因素，开展活动断裂安全距离的研究，确保工程建设安全。

高地应力：在深埋隧道施工中常遇到高地应力。发生岩爆或者大变形。对于岩爆发生机理与哪些因素相关的问题，国内外专家学者作了大量研究，但由于隧道围岩地质的复杂性，还没有一个公认的结论，有些现象的本质还难以解释。

防排水技术：总体上看，当前国外隧道防排水技术发展有以下趋势：

1）由多道设防向一道设防方向发展。多道设防效果好、费用高，一道设防可以胜任较高防水要求、造价较低、施工方便，如新加坡地铁东北线的防水设计施工就是采用一道设防的。

2）防水材料开发与施工工艺要求相结合。防水材料要便于施工和质量控制，且经济可靠。如国外近几年研发的新型土工合成防水材料——膨润土防水毯，原材料成本低，防水性能好，在相同条件下，膨润土防水效能可达传统的五层防水，且耐久性能优良；自我愈合能力强；安装、施工方便。目前在世界上许多重要工程中使用，并被证明具有很好的防水防渗效果。

3）结构自防水是防排水效果的基础，难题在于衬砌结构施工缝的防水，水一般不会通过混凝土本身渗出，而是通过施工缝或钢筋嵌入处渗出。有资料显示，在衬砌施工缝处采用聚氨醋基喷涂防水膜是最具潜在动向的优势之一，特别是对于永久性喷射混凝土衬砌，虽然这种产品目前仅在矿井的岩石支护上得到成功运用。

4）复合式防排水材料的发展。国外的橡胶止水条多采用氯丁橡胶和水膨胀材料的复合型，发挥两种材料各自的作用，取得良好的经济效益和工程效益。

5）喷射防水层技术。在国外，上世纪80年代开始，日本、瑞士、德国等国家对喷射防水技术开展研究，并开始进行工程应用。

近年来，尽管我国在隧道建设方面取得了可喜的成绩、在隧道防排水技术上取得了长足进步，但绝大部分隧道仍有不同程度的渗漏，有些隧道的渗漏状况相当严重，对安全行车构成极大威胁。目前，渗漏是隧道的最常见病害，隧道防排水及其治理已经成为隧道工程建设的一大难题。实践证明，隧道及地下工程的防排水是一项系统工程，它与工程地质及水文地质勘察、防排水设计、防排水材料选择、施工技术与工艺、管理水平

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等都密切相关。在勘测、设计、选材、施工和管理等任一方面的不足都可能引起隧道渗漏问题。

实际勘测过程中，由于技术或其他方面的原因，目前绝大部分隧道的水文地质勘测资料不够充分、准确，以致一些隧道选址在水文条件不良的位置，造成隧道建成后严重渗漏。

目前我国在隧道防排水设计方面没有引起足够重视或没有做好的工作有：施工期间的围岩注浆堵水，施工缝、沉降缝的处理，连拱隧道的防排水技术，寒区隧道的防渗防冻技术。

目前我国隧道用防排水材料品种繁多，生产厂家众多，材料性能良莠不齐，给隧道防排水工程设计选材造成了很大的困难。

由于隧道施工的复杂性和其他种种原因，目前我国隧道防排水施工存在大量问题有：排水系统衔接、防水层基面处理、防水层接茬、铺设、止水带安装、衬砌混凝土质量和施工缝处理等等。

环保型洞门：当前，发达国家的隧道建设以保护环境、减少开挖、保持原有地形地貌为原则，提倡“无洞门”，尽量减少对隧道周围环境的破坏，切实体现环保理念。隧道洞门则多采用型式简单、便于布设各种附属设施的环框明洞门。随着环保理念的深入，一种被称为“绿色洞口”的前置式洞口在国外得以发展。该洞口可保全洞口山坡及植被免遭破坏，减小洞口仰坡防护工程，保证洞口稳定，是公路隧道在环境保护方面的又一举措。

在高速公路建设初期，我国公路隧道洞门型式大都只考虑保持洞口岩体稳定性的需要和与洞身结构的有机结合，通常只考虑力学因素，而较少考虑环保、景观美学上的要求。大都采用构造简单、施工方便、受力条件明确的柱式、端墙式隧道洞门。这些洞门型式施工时要求洞口有稳定的边仰坡，为了保证隧道洞口段的稳定，同时节省工程投资，往往隧道边、仰坡刷坡较高，从而造成较为严重的生态环境破坏。随着国民经济的发展，对隧道洞口有了环境、景观设计要求，国内隧道洞口型式出现了削竹式、喇叭式等多种型式，同时对原端墙式洞门进行了发展，出现了多种造型。

随着可供选择的隧道洞门型式的增多，选型难度逐渐加大，选型不当带来的环境风险与经济浪费也不断增加。但当前我国的公路隧道洞门型式选择仍主要考虑经济、工程因素，在环保理念上与国外存在明显的差距。目前，国内尚未从环境保护角度针对隧道洞门选型进行研究，尚未有一个可以指导建设者科学、合理选择隧道洞门型式的环境经

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济技术评估模型。

4）公路隧道地质勘察与预报技术

深埋特长隧道，穿越地质构造复杂区域，有深埋特长隧道特有的高地应力、硬岩岩爆、高压涌水等关键地质问题。正确的判断和预测隧道修建中的各个关键地质问题，是关系到隧道修建成败的关键因素，因此勘察工作是深埋特长隧道建设中极为重要的一个环节。国外隧道地质勘探非常重视地质勘探手段研发工作，并已形成成套技术。虽然“十五“以来我国在公路工程地质勘探技术方面取得了跨越式发展，但在深埋特长隧道隧道地质勘探技术方面，与发达国家先进技术水平还存在很大差距。

隧道超前地质预报是隧道建设地质工作最主要的任务。当今世界各国，在七十年代就已开始作隧道地质预报工作。我国自八十年代在大瑶山隧道、南岭隧道、军都山隧道和其他一些隧道的施工中，才开始其研究和试验工作。公路隧道超前地质预报起步较晚，大量的公路隧道都开展了超前地质预报的研究和实践，取得了显著的效果。但是与世界发达国家的先进技术相比，我国在深埋长大公路隧道的前期地质综合勘探技术和超前地质预报技术方面，还存在很大差距，尚未开发我国具有自主知识产权的仪器设备与综合超前预报处理软件。

（2）隧道设计与施工基础理论方面

在基础理论方面，国内还缺乏真正意义上的创新与突破，成果的研究深度和原创性还需要进一步加强。

围岩分级理论：从国外围岩分级的演变来看，主要有以下发展趋势：围岩分级主要以隧道稳定性分级为主，这一趋势越来越明显。从对岩石的分级逐渐演变到对岩体的分级。从按单参数分级转变到按多参数分级，并逐渐向多参数组成的综合指标法演变。从经验性很强的分级逐步过渡到半经验、半定量分级，现逐渐过渡到定量化分级，并将围岩分级与岩体力学的发展相联系，随着岩体力学的发展，这一趋势更为明显。在多参数综合分级法中，基本采用和差法或积商法。围岩分级方法是随着地质勘查方法的进步而快速发展的。围岩分级方法与隧道结构设计标准化、施工方法规范化的联系越来越密切。土质围岩分级方法逐步与岩质围岩分级方法分离，将会形成专门土质围岩分级方法。

从国内围岩分级的演变来看，主要有以下发展趋势：从1975年以后，我国隧道围岩分级方法已经与国际上通用的分级方法靠拢，并在已颁布的国标和部标中体现了这一成果。1975年以后，我国隧道围岩分级方法的发展基本与国际同步，主要以隧道稳定性进行分级。我国隧道围岩分级中更加重视施工阶段围岩级别的修正，即根据施工阶段获得

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的围岩分级信息对设计阶段的预分级进行修正。与国际上有重要影响的围岩分级方法相比，分级级数偏少。除铁路隧道围岩分级方法与隧道结构设计标准化、施工方法规范化的联系较紧密外，其他国标和部标中，围岩分级方法与隧道结构设计标准化、施工方法规范化的联系并不紧密。公路隧道围岩分级还需要开展：1）围岩亚级分级方法； 2）与之匹配的隧道结构设计标准化。

围岩荷载理论：隧道的开挖打破了岩体内原有的应力平衡，随着隧道掘进面向前推进，隧道围岩的破坏因隧道开挖卸荷而产生的围岩应力重分布及岩体的应变软化而渐进出现。国外开展的围岩荷载理论研究起步很早、理论成果很多，建立了经验公式法、理论计算法、现场量测法、模型实验法和反分析预测法等等，比较著名的有：普氏理论、太沙基理论、卡柯（Caquot）公式、芬纳（Fenner）公式、修正的芬纳（Fenner）公式、卡斯特纳（Castner）公式等等。

我国学者也开展了相关研究，但是当前我国隧道围岩理论研究明显滞后于工程建设发展的需要，对隧道围岩在开挖应力状态下的渐进性破坏规律和围岩压力演化趋势研究的不完善性，导致现有理论体系不能全面反映隧道在开挖过程中围岩级别的劣化过程、围岩稳定性演化趋势以及围岩压力变化规律。如何深入认识围岩破坏机理，指导工程开挖安全、支护优化的顺利实现，已受到理论界和工程界日益广泛的重视。

（3）检测评估、维修加固与养护管理技术方面

我国西部交通科技项目同时资助了隧道病害检测评估、维修加固与养护管理技术的研究，包括公路隧道健康诊断的应用技术研究、公路隧道建设中数字化技术应用研究、重庆地区高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统研究这三个课题。相关课题对隧道运营检查、隧道病害检测、评估、结构安全评定等领域进行了一些研究，取得了一批研究成果，并在工程实践中加以推广应用。但与发达国家相比，我国公路在病害检测、评估方法、隧道检测分析与承载能力评定方法、仪器设备研发、标准规范制订等方面尚存在一定差距。

在隧道养护管理技术方面，国外发达国家公路隧道大多修建的较早，因此对隧道后期养护管理的问题也较早得到其公路建设和管理部门的高度重视，许多国家的各级建设管理部门根据本地区或部门的特点，在开展大量应用研究的基础上，投入财力物力建立了较为系统的隧道养护管理公司、系统和相关规范指南。形成制度，建立了相应严格的章程。由于我国目前还处在大建设时期，公路隧道的养护管理问题还没有得到应有的重视，开展的相关研究较少。建议加强隧道养护管理制度和细则、隧道预防性养护技术、

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隧道预防性养护管理系统平台、隧道预防性养护机械设备开发等方向加强研究。此外，我国公路隧道运营时间较短，运营管理和养护管理体制和制度也不够成熟，目前隧道养护、管理制度也值得规范，建议同时加强相关软科学项目的研究。

隧道病害检测方面，国际上快速无损检测技术已成为隧道检测的发展方向。当前常规的隧道衬砌及围岩病害无损检测技术存在误差大、效率低的特点，为提高公路隧道病害检测的准确性和效率，国外发展了一批最新的无损快速检测技术，例如：激光照相（摄像）、红外摄像、声发射、3D-CT等新技术。我国目前还主要采用目视观察、常规测量仪器和效率较低的地质雷达等，建议加强对数字照相、声发射、3D-CT等快速检测仪器设备的设计、开发工作，以提高公路隧道定期及专项病害检测的精度和可靠性。

在隧道长期监测方面，国外发达国家公路隧道大多修建的较早，因此对隧道安全、健康长期监测的问题也较早得到其公路建设和管理部门的高度重视，在许多国家，各级建设管理部门根据本地区或部门的特点，在开展大量应用研究的基础上，投入财力物力对重大隧道工程设立了长期结构健康监测系统，已形成制度，建立了相应严格的章程。我国在公路隧道中建立长期监测系统的应用研究才刚刚起步，建议加强相关研究工作。

隧道病害评估方面，台湾学者已将建筑结构安全性和可靠性评估方法应用于铁路隧道健全度的判定，并建立了铁路隧道病害诊断专家系统。日本也已开发出隧道检查和诊断专家系统（TIMES-1）。西部课题开展的对隧道健康状况检测评估和长期监测的研究成果还在应用检验阶段，没有形成一套成熟的成套检测评估技术，建议加强病害评估成套技术的研究和研究成果的推广和应用。

隧道病害处治加固、改扩建技术方面，目前国内外已经有不少隧道进行了病害处治加固、改扩建工作，积累经验的同时也接受了不少教训。目前隧道工程的处治加固、改扩建工程的施工原则、工艺工法、机械设备等相关内容都需要开展深入的研究。

总之，我国虽然已经在公路隧道检测评定与养护维修加固技术领域开展了一些研究，取得了一批研究成果，并在工程实践中加以推广应用，但与发达国家相比，我国在基础理论研究、隧道检测分析与承载能力评定软件、仪器设备研发、标准规范制订等方面尚存在较大差距。

信息化数字化技术：由于隧道及地下空间地质环境的隐蔽性与复杂多变性、施工过程中灾害事故的突发性以及对环境影响的控制难度很大。隧道及地下工程的建设，特别是重大工程建设，其数字化问题显得更为重要和迫切。

近年来，国外在隧道及地下工程数字化领域开展了一系列的研究工作，许多研究被

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列为政府资助计划项目。弗吉尼亚理工大学自2003 年开展了AMADEUS（adaptive real-time geologic mapping，analysis and design of underground space）研究计划，其最终目标是：利用信息技术，为岩体地下工程的地质描述、分析、设计与施工建立自适应实时更新系统。

欧盟开展了一项研究计划，即TUNCONSTRUCT(technology innovation in underground construction)，由来自11 个国家的成员组成。该项目的一个重要组成部分就是开发集规划、勘察、设计、施工和运营维护于一体的地下工程信息系统，该系统对地下工程（特别是隧道工程）的全生命周期数据进行管理，并将数据提供给工程建设和管理的各个参与方。

英国剑桥大学和帝国理工大学2005 年联合开展研究，为各种城市基础设施（主要针对隧道与供水系统等）开发出无线传感网络，以实现对这些基础设施的长期监测。此外，韩国学者M. Sagong 等采用PDA（personal digital assistant）和无线网络传输技术建立隧道掌子面的数字化描述系统。C. Yoo 等基于地理信息系统软件ArcGIS 开发了一个隧道风险管理系统，用于在隧道施工过程中对周围环境的影响进行风险评估，并予以指导设计。

国内科技人员在隧道及地下工程数字化领域也开展了一些研究。朱合华最早提出了数字地层的概念。吴立新等提出了建立数字矿山的构想。周翠英等结合重大工程，提出建立地下空间信息系统。李晓军等给出了一个地下工程数字化的定义。西部课题也开展了“公路隧道建设中数字化技术应用研究”，为解决公路隧道建设中数字化技术应用研究，实现基于全寿命周期的公路隧道数字化技术做出了贡献。

总的来说，自从数字地球的概念诞生以来，隧道地下工程数字化技术的研究与应用大致经历了三个阶段。第一阶段以提出概念为主，如数字地层、数字矿山、三维地层信息管理系统等概念，相关的研究刚刚开始起步。第二阶段是研究的深入阶段，这一阶段，研究人员大多从各自的专业应用角度出发来对数字化进行理解和解释，并在此基础上进行研究，因而研究成果虽然较多却系统性不强，难以在实际工程中得到采用，缺乏一个完整的数字化理论框架体系指导。第三阶段是地下工程数字化理论和框架体系逐渐发展和工程界的日益重视阶段，这一阶段由于工程界对数字化概念的逐渐接受和实际应用需求，推动了相关理论和框架体系的不断深入和发展。目前国内还主要处于第一、二阶段。

（4）隧道防灾减灾技术方面

国外对隧道的防灾减灾非常重视。国内在隧道建设过程中也遭遇了一系列的灾害，

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如：岩溶突水涌泥、围岩坍塌、瓦斯爆炸、地震破坏等灾难，造成了极大的损失。西部课题也立题加强了对隧道施工过程和运营过程中围岩和结构失稳的防灾减灾研究。

总体上，我国在隧道预防地质灾害和抗震方面开展了一些研究，取得了一批重要成果。但是，在安全施工技术水平和装备、管理水平等方面仍与隧道发达国家存在较大差距。另外，当前发达国家的防灾减灾工作重点已不仅仅局限于单一灾害的研究，而是将地质灾害、地震、冰雪、地下水等多种灾害综合考虑，开展了多灾害综合防御技术的研究。

施工安全：发达国家针对隧道施工安全的技术研究较为全面，也取得了重要成果。新技术的研发和推广大幅度降低了公路隧道施工的生产安全事故。新技术在安全方面的贡献主要体现在几个方面：一是信息化技术的广泛采用，增强了隧道挖掘的计划性和对事故隐患的预见性，计算机模拟、虚拟现实等新技术，可以大幅度减少隧道挖掘中的意外险情，也可以帮助制订救险预案；二是机械化和自动化采掘，提高了工作效率，减少了进入隧道的工人数量，也就减少了易于遇险的人群；三是推广安全性较高的长墙法，取代传统形式的坑道挖掘；四是推广新型通风设备、坑道加固材料、电气设备，从而提高安全指标。

发达国家政府一般通过技术认证的方式来批准隧道施工使用设备，对隧道施工设备进行质量检查和认证。有些发达国家采用行政手段禁止对没有常设性煤层消毒装置的公路瓦斯隧道进行煤炭开采活动。还有些发达国家政府，鉴于瓦斯是珍贵的生态清洁型能源，采取各项措施鼓励煤矿企业将瓦斯分离出来并加以回收利用。

以美国加利福尼亚州为例，隧道施工安全工作有严格的制度管理、雄厚的技术支撑以及训练有素的人员支持。管理制度包括隧道险情分级制度、险情告知制度、隧道特种工作人员资质管理制度和应急预案设置制度等。技术支撑包括先进的瓦斯监测技术、地质预报技术和安全屋设置技术等。应急救援人员都经过良好的训练，熟悉险情发生地点的地质、机具、路线等具体情况，还经常有针对性地进行演练。

发达国家在公路隧道施工方面拥有完善的管理制度和技术人员支持，我国在相关方面还处于起步阶段，技术和管理还不够成熟。

瓦斯爆炸：我国修建的公路瓦斯隧道相对数量较少，有关公路瓦斯隧道设计与施工的有关规定分别分散在设计、施工、安全等规范规程中，其内容、深度不够，相关技术资料缺乏系统性、对瓦斯隧道设计与施工的指导作用不够。由于对公路瓦斯隧道施工安全认识不足，施工装备不防爆，监测与通风工作不到位增加了瓦斯隧道工程的建设风险。

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未对公路瓦斯隧道进行分级设计和施工管理，缺少瓦斯隧道运营通风瓦斯控制标准的规定。

抗震设计：地下结构抗震理论是随着地面建筑抗震理论的发展而发展的。世界上地震频发的国家——日本和美国在这方面进行了大量研究，从地震观测资料着手，通过现场观测、模型试验，建立了数学模型，并结合波的多重反射理论，提出了反应位移法、应变传递法、地基抗力法等实用计算法。

我国学者在地下结构抗震方面也做了部分工作，在南昆铁路建设中，由铁二院等单位对南昆线乐善村二号隧道进行的“地震区隧道洞口及浅埋大跨新结构设计的试验研究”，首次在我国突破了以往陈旧的惯性力法设计模式，提出了考虑结构自振特性及围岩阻尼作用，以及可考虑地形及埋深的动力法抗震设计方法。

尽管国内外学者进行了大量研究，也提出了不少计算方法，但由于地下结构的复杂性，要么与实际情况不符，要么因计算参数难于获得而无法进行实际应用。也导致几十年来抗震技术一直进步不大，现行的抗震规范，很明显已不能满足设计需要，急待修改。

隧道结构防火：在隧道结构防火方面，国际隧协、国际道路协会都发布了导则，对公路隧道衬砌结构防火中火灾场景的确定、烟流控制、隧道分类、衬砌材料高温性能、防火保护措施等提供了相应的建议和要求。国内对隧道火灾的研究起步较晚，研究项目较少，而且也不成系统。公路隧道方面仅有的火灾研究项目有：西南交通大学针对目前秦岭终南山特长公路隧道开展的系统的防灾救援技术研究；戴国平等对二郎山公路隧道火灾后的通风对策及应对措施进行的初步探讨；林志等对公路隧道衬砌结构耐火技术研究。

风险控制：在施工安全领域，日本一直对安全评价十分重视。从1981年起，日本劳动省就发布了《隧道工程安全评价指南》，推动了日本隧道工程的安全评估工作。2002年，国际隧道协会公布了隧道掘进风险管理指南，为隧道和地下工程业主及设计人员提供隧道工程三阶段（初步设计、招投标、施工）的危险源辨识和风险管理指导。

从国内外对隧道工程的风险评估与控制技术的应用情况来看，国外的发展已基本涵盖工程的各个阶段，而国内多还集中在对工程的可行性研究阶段，设计、施工和运营阶段的风险评估实践较少，风险管理的落实也还很少。目前国内还远未形成隧道工程在风险评估方面的系统化平台，通过隧道工程数字化技术可以将项目规划、勘察、设计、超前地质预报、施工、监控量测、质量检测、风险评估等方面的各种信息进行整合，实现信息交流通畅、反馈及时，从而建立基于数字化的隧道工程风险评估与控制技术平台，

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值得在以后立项进行理论与实践研究推动隧道工程全过程的风险评估和管理

四、“十二五”公路隧道科技重点突破的方向与技术

4.1 技术发展需求

（1）加强公路深埋特长隧道综合地质勘察技术研发

为解决深埋特长隧道的高地应力、硬岩岩爆、高压涌水等关键地质问题，正确地判断和预测是关键。我国虽在深埋特长隧道、海底隧道建设方面取得了突破，但属于一种简单的跟进式发展模式，缺乏自主创新品牌。

在深埋特长隧道地质勘察技术研发方面，要重点开展地球物理勘探技术的研究，尤其是声波法、地质雷达探测法、地震波探测法的综合勘探技术，开发具有我国自主知识产权的仪器设备与地质信息预报处理软件。要重点支持有重大工程依托的科研项目，使我国向公路建设科技强国迈进。

（2）极端恶劣条件下公路隧道建设关键技术需求

目前，随着西部公路建设大发展，越来越多的公路隧道工程面临极端恶劣的地质条件和自然环境，例如：活动断层、高地应力、高烈度地震、高寒、自然生态脆弱等等，如何在上述地区建设公路隧道，需要在已有的公路隧道建造技术和装备的基础上，开展科技创新，提供技术支撑。

（3）开展隧道施工精细化技术方法的研究

以下四方面是我国与发达国家有明显差距的地方，需要在以后的研究中进一步加强。一是信息化技术的采用，将增强隧道挖掘的计划性和对事故隐患的预见性，而计算机模拟、虚拟现实等新技术，可以大幅度减少隧道挖掘中的意外险情，也可以帮助制订救险预案；二是机械化和自动化采掘，提高了工作效率，减少了进入隧道工人数量，也就减少了易于遇险的人群；三是推广新型通风设备、坑道加固材料、电气设备，提高安全指标；四是隧道施工严格的制度管理、雄厚的技术支撑以及训练有素的人员支持。

（4）公路隧道高效养护管理技术需求

随着经济的快速发展，我国公路隧道的建设取也取得了举世瞩目的成绩，截至2007年年底，全国已建成公路隧道4673处255.55万延米，其中特长隧道共36.10万延米，长隧道共100.11万延米，中隧道共53.68万延米，短隧道共65.66万延米。这些隧道已经不同程度的发生了病害，病害发生的规模越来越大，极大的威胁到结构安全和运营安

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全和效率。如何实现对隧道高效快速的养护管理是下阶段要重点关注的技术需求。

（5）隧道运营的安全、快捷、环保和节能技术需求

“安全、快捷、环保、节能”是公路建设的新理念，如何在公路建设和运营阶段采用新技术、新材料、新能源是实现新理念必需的长久的技术需求，是未来需要不断关注的技术领域。

4.2 重点研究方向及主要目标

“十二五”现代交通技术领域技术发展的总体目标是：在“安全、环保和节约”的新理念指导下，紧密结合当前交通基础设施大建设和运营的实际，在已有技术和装备的基础上，针对所面临的核心技术难题，突破一批重大关键技术，强化科技成果的转化和应用，全面提升交通技术领域的科技含量，为交通全面协调可持续发展提供有力保障。

具体研究目标和方向是：“十二五”期间，在工程地质、勘察设计、施工技术方面解决一批关键技术难题，保障基础设施建设顺利实施；建设技术和养护技术全面提高，整体达到国际先进水平，在以下重点研究方向上进行重点突破：

（1）大型跨江（海）隧道建设工程建设；

（2）恶劣地质构造和自然环境条件下的隧道建设和运营管理； （3）复杂异形地下结构设计施工技术；

（4）大型城市地下道路网系统建设和运营管理体系； （5）隧道建设中的环境与资源保护；

（6）公路隧道病害的快速高效检测、评估和加固技术研究及设备开发； （7）公路隧道运营养护管理技术研究； （8）公路隧道改扩建成套技术研究；

（9）新技术、新材料、新工艺在隧道工程建设中的应用。 4.3 重点研究项目建议

(1）隧道轴向长距离水平地质勘察设备和技术

目前公路隧道的地质勘察采用的是地面垂直钻孔提取岩芯，有限的钻孔数量极大的降低了地勘的准确性；超前地质预报手段缺乏直观性，准确性较低。地质信息的缺失给设计和施工带来很大的盲目性，为了解决这一问题，亟待发展一种高效的可在隧道掌子面长距离水平勘察工程和水文地质环境的设备及配套技术。

(2）高地应力、高地震烈度区穿越活动大断裂带隧道建造关键技术

我国西部地区新构造运动强烈，普遍存在地应力高，地震频发，断层运动，2008年

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“5·12”汶川大地震震害调查结果表明，发震断裂运动对隧道结构的破坏是非常巨大的。因此，加强近发震断裂带隧道抗震和抗错断技术的研究是非常必要的。

(3）高寒地区隧道的防排水技术及抗防冻技术研究

位于高海拔和寒冷地区的隧道存在严重的地下水渗漏和冻害问题，这已经造成了已建成类似隧道的严重破坏，目前的材料、技术和工艺还不能很好地解决这一问题，已严重威胁到隧道结构和运营安全。因此，采用新技术、工艺和材料是解决这一问题，促进类似地区隧道发展所必须的途径。

(4）隧道运营节能技术和设备研究

目前，按照常规设计的公路隧道运营费用十分巨大，各地均已不堪重负，其中主要是各种机电设施耗电量巨大，如何有效的降低隧道运营能耗问题，已是摆在隧道管理者面前最为迫切的技术问题。如何利用新能源（如太阳能）、新技术（如LED、光纤照明、智能控制系统）和新设备来降低隧道通风、照明、供配电的能耗，同时还不能降低隧道运营的安全性，是当前十分紧迫的问题。

(5）公路隧道地下水限量排放标准研究

在过去以排为主、防排结合的建设理念指导下，隧道在建设过程中和建成后，对隧道穿越的山体地下水不加限制地排放，曾引发了众多的工程环境问题。因此研究隧道地下水排放对环境的影响程度，地下水堵水措施和经济性，建立明确的地下水分级限制排放标准，建立完善的地下水排放量计算与检验方法，对促进隧道建设，切实落实环境保护、资源节约的建设理念，具有十分重要的作用。

(6）病害隧道的快速检测、评估及修复成套技术和设备研究

当前，隧道病害发生的频率和规模都呈上升趋势。而现有的无损检测技术在检测隧道这一隐蔽工程病害的时候，其效率和有效性还是不尽如人意的。发展快速高效的无损检测技术及其配套的评估和快速修复技术、设备是交通养护领域需要持续加强研究的问题。

目前国内外已经开展了为数不少的隧道病害处治工程，隧道病害处治工程与新建隧道工程不同，其处治原则、施工工艺、施工工法、新材料、技术设备都依赖以往隧道建设期间积累的类似经验，病害处治效果和效率都亟需进一步提高。病害处治技术的研究对于提高治理隧道病害处治效果，延长隧道运营使用寿命和安全性能都具有重要研究意义。另外，如何快速病害处治、不影响交通，也是有意义的研究内容。

(7）城市地下快速道路网建设关键技术研究

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随着我国经济的高速发展，各主要大城市现有交通体系已不能适应城市发展的需要，交通向地下发展是必然的趋势，目前发展较多的是地下轨道交通。但是城市交通要想快速、舒适、高效、环保，开发地下快速道路网络，是一种必然的选择。与建设技术成熟的地面道路网相比较，地下道路网建设技术领域还处于起步阶段，没有形成一套较为完整的技术体系，可以说是一片空白。而建设地下道路网，将面临一系列前所未有的技术难题，地下道路封闭、视线差、大跨度复杂立交建设、通风照明、交通控制、防灾救援等等问题，还没有成熟的经验和技术，这在国际上也是前沿课题，尚未解决。因此，对开展城市地下快速道路网建设的关键技术问题研究是非常必要，也是非常紧迫的。

(8）复杂异形地下结构设计施工技术

在周边环境保护要求严格的城市地区修建地下交通设施，特别是大型交通枢纽，越来越多的采用复杂异形结构，例如：双层隧道、分岔隧道和重叠隧道等等。采用新的设计理念和施工技术设备，更加安全、节约和快速的建设是值得创新的技术领域。

(9）地下空间交通环境保障技术和设备研究

目前，各大城市都在加强地下空间的开发和利用，如何保障地下交通设施和地面、地下空间之间快捷、安全的交通转换，确保通风、照明、消防、监控、供配电、信号、诱导等系统的正常运行，需要特别加强对这一系统内各环节的保障，研发相应的技术和设备显得尤为重要。

(10）公路隧道运营养护管理技术研究

我国目前是隧道工程数量最多的国家，但是我国隧道养护管理技术（制度）水平远不能适应运营养护要求，与我国隧道大国的地位不相匹配，多数隧道已经不同程度的发生了病害，病害发生的规模越来越大，极大的威胁到结构安全和运营安全和效率。如何实现对隧道高效快速的养护管理是下阶段要重点关注的技术需求，并应从隧道养护管理体制、技术细则等方向加强研究。

(11）公路隧道运营状态评定（状态评估）方法研究

国内外多数公路隧道存在不同程度和数量的病害，同时地质灾害、气候灾害不断的出现，如何正确分析病害的形成原因和发展、准确评价灾害隧道病害影响程度是隧道运营管理单位面对的问题。目前虽然已经进行了部分研究，但是评价方法的可靠性和实用性都不强。利用新的试验方法和新的计算方法建立隧道评价分析理论体系，分析病害发展机理，提出简便易行的评价标准对于确定隧道病害影响程度有重要意义，对于隧道病害处治也有重要的指导作用。

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(12）隧道改扩建成套技术研究

随着我国经济建设的迅速发展，我国交通隧道的建设也迅猛增长，对公路隧道日交通量的要求也越来越高。在一些经济发达地区，双向四车道乃至双向六车道公路隧道已不能适应交通量日益增长的需求，在原有公路隧道基础上改建或新建成为双向八车道公路隧道的建设显得尤为迫切。隧道改扩建工程成套技术建设技术领域还处于起步阶段，尚未形成一套较为完整的技术体系，也没有成熟的方法和经验，设计理念和施工技术设备都需要进行深入研究，研究成果也具有重要意义和应用价值。

（13）特殊环境下水下隧道建造技术

随着近年来大量水下隧道的修建，为我国水下隧道建设技术的提高提供了良好的契机，国家、行业和地方等各个层面都非常重视，投入了大量资金，依托这些水下隧道工程，开展了大量的重点科学技术攻关，引进、消化国外的先进技术和科研成果极大地推动了我国水下隧道技术的发展，确保了工程的顺利建设。到目前为止，我国基本掌握了三种常见的水下隧道建造技术：钻爆法、盾构法和沉管法。但总体上，我国水下公路隧道的建设起步晚，还没有形成成熟的技术体系，在海洋和大江上修建大型公路隧道工程，技术难度大，特别是特殊环境条件的限制更形成了水下隧道建造的瓶颈。

截至目前，我国大陆已建成的水底沉管隧道达到4座（珠江、甬江、常洪、外环），在建5座（海河、沈家门、仑头生物岛、洲头咀、佛山东平）。此外香港已建成5座海底沉管隧道。我国台湾也修建了高雄港跨港沉管隧道。与国外相比，我国大陆沉管隧道起步较晚，理论研究比较滞后，设计与施工可借鉴的经验较少，对拟建长大深埋和大回淤特点的沉管隧道更是如此，可借鉴的国内外经验不足，急需进行系统深入研究。在长大深埋沉管隧道设计与施工关键技术及技术标准方面，要解决长大深埋宽体海底沉管隧道沉降控制、抗震、接头止水产品、寄放浮运沉放及技术标准等核心技术。要提出海中沉管隧道混合基础的沉降分析与刚度过渡技术，形成长大深埋沉管隧道基于性能的抗震设计与减振控制技术。研发具有自主产权、适合深水条件的长寿命接头止水带产品。建立管节寄放、浮运和沉放施工受力、运动和稳定性预报系统，提出满足不同沉放阶段精度要求的定位测量方法，形成管节寄放、浮运和沉放的成套施工技术。研发海上深水条件下沉管隧道碎石基础整平的高精度施工设备与测控系统。建立系统的沉管隧道设计施工方法。

因此，针对深海、高水位、浅覆土、超长距离、环境敏感等特殊水文与工程地质环境下的水下公路隧道修筑开展前瞻性的理论和试验研究，是十分迫切和必要的。

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(12）隧道改扩建成套技术研究

随着我国经济建设的迅速发展，我国交通隧道的建设也迅猛增长，对公路隧道日交通量的要求也越来越高。在一些经济发达地区，双向四车道乃至双向六车道公路隧道已不能适应交通量日益增长的需求，在原有公路隧道基础上改建或新建成为双向八车道公路隧道的建设显得尤为迫切。隧道改扩建工程成套技术建设技术领域还处于起步阶段，尚未形成一套较为完整的技术体系，也没有成熟的方法和经验，设计理念和施工技术设备都需要进行深入研究，研究成果也具有重要意义和应用价值。

（13）特殊环境下水下隧道建造技术

随着近年来大量水下隧道的修建，为我国水下隧道建设技术的提高提供了良好的契机，国家、行业和地方等各个层面都非常重视，投入了大量资金，依托这些水下隧道工程，开展了大量的重点科学技术攻关，引进、消化国外的先进技术和科研成果极大地推动了我国水下隧道技术的发展，确保了工程的顺利建设。到目前为止，我国基本掌握了三种常见的水下隧道建造技术：钻爆法、盾构法和沉管法。但总体上，我国水下公路隧道的建设起步晚，还没有形成成熟的技术体系，在海洋和大江上修建大型公路隧道工程，技术难度大，特别是特殊环境条件的限制更形成了水下隧道建造的瓶颈。

截至目前，我国大陆已建成的水底沉管隧道达到4座（珠江、甬江、常洪、外环），在建5座（海河、沈家门、仑头生物岛、洲头咀、佛山东平）。此外香港已建成5座海底沉管隧道。我国台湾也修建了高雄港跨港沉管隧道。与国外相比，我国大陆沉管隧道起步较晚，理论研究比较滞后，设计与施工可借鉴的经验较少，对拟建长大深埋和大回淤特点的沉管隧道更是如此，可借鉴的国内外经验不足，急需进行系统深入研究。在长大深埋沉管隧道设计与施工关键技术及技术标准方面，要解决长大深埋宽体海底沉管隧道沉降控制、抗震、接头止水产品、寄放浮运沉放及技术标准等核心技术。要提出海中沉管隧道混合基础的沉降分析与刚度过渡技术，形成长大深埋沉管隧道基于性能的抗震设计与减振控制技术。研发具有自主产权、适合深水条件的长寿命接头止水带产品。建立管节寄放、浮运和沉放施工受力、运动和稳定性预报系统，提出满足不同沉放阶段精度要求的定位测量方法，形成管节寄放、浮运和沉放的成套施工技术。研发海上深水条件下沉管隧道碎石基础整平的高精度施工设备与测控系统。建立系统的沉管隧道设计施工方法。

因此，针对深海、高水位、浅覆土、超长距离、环境敏感等特殊水文与工程地质环境下的水下公路隧道修筑开展前瞻性的理论和试验研究，是十分迫切和必要的。

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