我国隧道工程的发展-隧道工程

1．我国隧道工程的历史

在我国，用于矿物开采、水工建造、交通运输、人居和仓储的隧道、井巷、地下洞室历史久远。我国最早有文字记载的地下人工建筑物，出现在东周初期（约公元前700年），《左传》中有“阙地及泉，隧而相见”的记载。东汉明帝永平九年（公元66年）的石门隧道，位于今陕西省汉中市褒谷口内，是我国最早采用“火烧水浇”开凿的穿山通车隧道。修建于隋朝洛阳的含嘉仓，历经隋、唐、宋三个王朝，沿用500年。安徽亳县城内的古地下道，建于宋末元初（约13世纪），是我国最早的城市地下通道。辽宁绥中长城隧道，是明洪武十四年（1381年）开凿的一条从长城内侧校军场秘密直抵关外的山中暗道，长1027 m，内设29个大小岩洞，可藏兵2000余人。这些隧道建造技术原始，规模也很有限，现仅有少量遗迹存在。

20世纪中叶以前，中国的隧道主要集中在铁路上。有关资料显示，从1874年修建第一条上海至吴淞的窄轨铁路起，至1911年清王朝灭亡的37年间，共修建铁路隧道238座，总长大约42 km，其中1km以上的隧道只有4座；自1911年10月到1949年10月新中国成立之前的38年间，共修建铁路隧道427座，总长大约114km，大部分分布在东北地区的铁路线上，其中长度超过1km的隧道有18座。1890年修建的台湾基隆至新竹铁路狮球岭隧道是我国的第一座铁路隧道，此后在京汉、中东等铁路上修建了一些隧道。1908年，京张铁路关沟段建成了4座隧道，这是我国通过自己的技术力量修建的第一批隧道，其中最著名的是由我国著名工程师詹天佑主持建造的长1091 m的八达岭隧道。1937—1942年修建了近代最长隧道杜草隧道，长3.85 km，采用上下导坑法施工，使用混凝土衬砌。公路隧道在新中国成立之前仅有几十座，最长不超过200 m，且大部分为无衬砌的单车道隧道。这一时期隧道主要采用人力建造， 机具非常简单，施工速度慢，既没有固定的专业技术队伍，也没有完整的设计、施工规范，建成的隧道，长度超过3 km的只有3座。

2．新中国隧道工程的发展

（1）我国铁路隧道发展历程。

新中国成立后，自20世纪50年代起，开始大规模铁路建设，需要修建大量的隧道工程。新中国十分重视隧道建设专业队伍建设，并逐步制定了铁路隧道勘测设计、施工规范，编制了一些隧道建筑标准设计图。施工由以前的人力为主转变为采用中小型机械施工，施工方法以导坑开挖为主，施工水平整体提升，规模质量逐步提高，如20世纪50年代建成的宝成线上的秦岭隧道（长2 363 m），在施工中首次使用了风动凿岩机和轨行式矿车，成为我国隧道修建中从人力开挖过渡到机械开挖的标志。20世纪60年代建成川黔线上的凉风垭隧道，长度达4270 m，是当时隧道建设水平的代表。20世纪70年代，由于铁路路网迅速扩展，我国完成了较多的隧道工程，在规模、速度和数量上，又大大超过五六十年代，是中国铁路隧道建设史上建成隧道较多的时期。同时，随着平面控制测量技术的发展，以及航测遥感和工程物探技术的应用，隧道勘测设计技术逐步成熟，施工开始采用全断面开挖，研究试用光面爆破，对整治岩溶、岩爆、坍塌、涌水和瓦斯等也逐步积累了经验，使隧道修建技术得到了迅速提高，山区铁路长隧道显著增多，如70年代建成的京原线上的驿马岭隧道，长7 032 m。

20世纪80年代以来，铁路隧道、公路隧道、输水隧道、城市地铁等各种隧道大量建设，隧道修建技术从传统的矿山法转向采用以新奥法原则为指导的一系列新技术、新设备。隧道施工进入大型机械配套的时期，开始整体追赶世界先进水平。以衡广复线上的大瑶山隧道为代表，我国攻克了双线特长隧道设计和施工中的难题，解决了双线长隧道施工大型机械配套问题，应用新奥法原则指导大断面和全断面隧道施工取得了成功，长度达到了14 295 m，最大埋深约910 m，是我国第一座长度超过10 km的特长隧道。单线铁路施工技术也不断刷新纪录，米花岭隧道取得了双口月成洞769 m的成绩，单口月成洞则最高达515.9 m。

同一时期，北京地铁复兴门折返线引入军都山隧道在洪积、冲积地层浅埋矿山法施工的经验，逐渐开始了在城市地铁中采用浅埋矿山法修建区间隧道及各种跨度车站的新时代。由于解决了在城市环境条件下不拆迁、不扰民的问题，大大加快了施工进度，因此这一方法在1987年被定名为“浅埋暗挖法”。在明挖法、盾构法不适应的条件下，浅埋暗挖法显示出了巨大的优越性。根据多年的工程实践，目前浅埋暗挖法已有自己全套的设计、施工理论，被国内外所采用。

到90年代，铁路干线隧道工程更多，工程地质条件极其复杂，施工方法逐渐呈现多样性，开挖方法由单线隧道的台阶法演变为采用单侧壁导坑、双侧壁导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法等修建三线、四线等大跨度的铁路隧道及车站。1993年，我国成功采用沉管法修建了穿越珠江的公铁两用隧道，标志着中国内地沉管法建造技术的成熟。另有许多著名的隧道，如南昆线米花岭隧道和家竹箐隧道、西康线秦岭Ⅰ线隧道、京九线五指山隧道以及朔黄铁路长梁山隧道等均在这一时期建成。全长18 km的西康线秦岭隧道Ⅰ线隧道，采用技术先进的敞开式全断面TBM（tunnel boring machine，隧道掘进机）建成，标志着我国铁路隧道机械化施工跨入了世界隧道建造的先进行列，整体上代表了我国当时铁路隧道工程的新水平。从此，铁路隧道由穿山越岭发展到穿越江河湖海和城镇都市。截至20世纪末，我国运营铁路隧道总数达5 000座，总延长3 000 km。

进入21世纪，中国铁路进入新一轮的发展高峰，许多隧道工程向过去的隧道修建禁区发展，出现了大量岩溶区高水压隧道、穿越煤层的高瓦斯地区隧道、高海拔多年冻土隧道、长距离跨海隧道、长度超过30 km的铁路隧道，高速铁路隧道从2008年合宁铁路（南京南至合肥南）第一条有隧道的高速铁路开始也大幅增加，隧道的建设标准也越来越高。特别是近15年来，中国铁路隧道发展极为迅速，共建成铁路隧道9 270座，总长约15 321 km（占中国铁路隧道总长度的78%）。这一阶段重要的隧道包括乌鞘岭隧道、太行山隧道、狮子洋隧道（长10.800 km，单线双洞，是国内第一座水下及高速铁路盾构隧道，也是世界上速度目标值最高的水下隧道，2010年建成）、新关角隧道（目前国内建成最长的铁路隧道，2014年建成）、高黎贡山隧道（目前国内在建最长的铁路隧道，计划2022年建成）。(www.xing528.com)

据统计，从1980年至2020年的40年间，中国共建成隧道12 412座，总长约17 621 km（占中国铁路隧道总长度的90%）。截至2020年底，我国投入运营的铁路隧道共有16 798座，总长约19 630 km。投入运营的特长铁路隧道共209座，总长2 811 km。其中，长度在20 km以上的特长铁路隧道11座，总长262 km。2020年，新增开通运营线路特长铁路隧道39座，总长498 km。在建特长铁路隧道116座，总长1 675 km，其中长度在20 km以上的特长铁路隧道10座，长276 km。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。

（2）我国公路隧道发展历程。

我国公路隧道建设起步较晚，20世纪80年代后期才开始大规模兴建高速公路和高速公路隧道，90年代开通的成渝高速公路中的中梁山隧道，把我国公路隧道单洞长度提高到了3 000 m以上，并在处理通风、坍方、瓦斯、地下水和营运管理与交通监控技术等方面取得了突破性进展。

进入21世纪，我国公路网交通逐渐向崇山峻岭穿越，向离岸深水延伸，呈加速发展态势。现代中国公路建设中，除钻爆法外，已广泛采用明挖法、盾构法和沉管法等挖掘隧道的方式穿越山岭、河流和海底，以缩短线路里程，提高道路技术标准，如厦门翔安海底隧道采用钻爆法，上海长江隧道和武汉长江隧道采用盾构法，上海外环越江隧道和港珠澳大桥隧道采用沉管法。随着交通和城市建设的发展，我国出现了不少大跨度隧道，还建成了大量连拱隧道、小净距隧道及隧道大型地下立交工程等复杂结构的隧道。我国建成的深圳雅宝隧道、重庆白鹤嘴隧道和广州龙头山隧道等都是双洞八车道隧道。

近年来，我国公路特长、长隧道发展迅速。2010年底，全国公路隧道为7 384座，总长512.26万米，其中特长隧道265座、长113.80万米，长隧道1 218座、202.08万米。到2019年，我国公路隧道数量为19 067座，总长度达到1 896.66万米，其中公路特长隧道数量增长至1 175座，长度达到521.75万米，长隧道数量达到4 784座、826.31万米。在世界上已建成的10 km以上的约30座公路隧道中，我国占了一半，另外我国在建的10km以上的公路隧道还有30座，建设规模世界第一。

截至2020年，中国已建成通车的最长的公路隧道是位于陕西省的秦岭终南山隧道，全长18 020 m，双洞四车道，于2007年1月20日正式通车。同时，该隧道也是世界第三长公路隧道、世界上最长的双洞山岭公路隧道以及亚洲最长的山岭公路隧道。中国正在建设中的最长的公路隧道是位于新疆维吾尔自治区的天山胜利隧道，全长22 035 m，双洞四车道，计划2025年建成通车。我国已成为世界上隧道工程数量最多、规模最大、发展速度最快的国家。

（3）我国隧道工程技术现状。

伴随重大工程的修建，我国隧道及地下工程修建技术取得了长足发展。在勘察技术方面，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，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。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。港珠澳大桥建成通车，标志着我国沉管隧道修建技术达到国际领先水平。现代信息技术的积累与突破性发展，为隧道行业构建大数据平台奠定了技术基础，我国开发完成多个基于多维海量信息构建的隧道大数据平台，利用平台深挖掘与自学习能力，提高工程决策水平，促进隧道智能化建设的发展。世界级难度水电巨型工程的成功建设，取得了一系列研究成果，我国水电领域的隧道和地下工程技术已居于世界领先水平。随着更大量的铁路与公路隧道、城市地铁的建设，毫无疑问，我国正在由世界隧道大国步入世界隧道建造技术强国的行列。隧道设计与计算理论的发展可扫描二维码了解。