公路隧道學(xué)科發(fā)展研究報告

年6月23日公路隧道學(xué)科發(fā)展研究報告資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。公路隧道學(xué)科發(fā)展研究報告()中國公路學(xué)會隧道工程分會4月目錄一、引言………………1二、中國公路隧道發(fā)展歷史沿革及特征………3三、國內(nèi)外公路隧道建設(shè)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r………43.1中國公路隧道科技發(fā)展情況……………………43.2”十五”以來西部項目科研成果與突破………53.2.1勘察設(shè)計技術(shù)方面…………63.2.2隧道施工技術(shù)方面…………113.2.3隧道設(shè)計基礎(chǔ)理論方面……………………123.2.4檢測評估、維修加固與養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)方面………………133.2.5隧道防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)方面…………………133.2.6總體評價……………………143.3國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢……………………163.4與國外先進(jìn)水平的差距………17四、”十二五”公路隧道科技重點突破的方向與技術(shù)………304.1技術(shù)發(fā)展需求…………………304.2重點研究方向及主要目標(biāo)……………………314.3重點研究項目建議……………31公路隧道學(xué)科發(fā)展研究報告()一、引言中國是多山國家,75％左右的國土都是山地,且江河縱橫,海域?qū)掗煛＝鼇?公路隧道平均每年新建350公里(見圖1),28座水下公路隧道已建成通車,隧道在交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中起到越來越重要的作用,同時在城市建設(shè)中,以節(jié)約土地和保護(hù)環(huán)境為宗旨,城市道路隧道也方興未艾?？傮w上,公路隧道已由重丘走向深山、由陸域走向水下、由山區(qū)走向城市。面對地震、火災(zāi)和暴雨等災(zāi)害日益頻發(fā),面對高地應(yīng)力、活動斷裂、高寒、高海拔和富水等復(fù)雜地質(zhì)條件,面對保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源等日益增強(qiáng)的建設(shè)理念,面對中國跨江海、穿高原等重要戰(zhàn)略通道建設(shè)的實際需要,公路隧道建設(shè)尚存在突出技術(shù)瓶頸亟待解決。圖1近來中國公路隧道修建公里隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,中國公路的建設(shè)規(guī)模在日益擴(kuò)大,特別是公路隧道的建設(shè)已進(jìn)入一個快速發(fā)展的時期。據(jù)統(tǒng)計,截至底,全國公路隧道為7384處、512.26萬米,其中,特長隧道265處、113.80萬米,長隧道1218處、202.08萬米。其中,建成通車的秦嶺終南山公路隧道全長18.02公里,位居世界規(guī)模第一、長度第二,是中國公路隧道建設(shè)的標(biāo)志性工程。當(dāng)前,尚有眾多的特長隧道正在建設(shè)之中(見表1)。中國中西部特長公路隧道表1No.隧道名長度(m)位置車道通風(fēng)方式1秦嶺終南山隧道18020陝西2×23豎井分段縱向式2大坪里隧道12290甘肅2×22豎井分段縱向式3包家山隧道11500陝西2×23斜井分段縱向式4寶塔山隧道10391山西2×2豎斜井送排式縱向通風(fēng)5泥巴山隧道9985四川2×2斜井+豎井分段縱向式6麻崖子隧道9000甘肅2×2斜豎井送排+射流風(fēng)機(jī)縱向7龍?zhí)端淼?700湖北2×2立坑送排+射流風(fēng)機(jī)縱向式8米溪梁隧道7923陜西2×2左(右)洞單井送排式通風(fēng)9括蒼山隧道7930浙江2×2縱向式+半橫流式(排煙)10方斗山隧道7581重慶2×22座斜井送排式縱向通風(fēng)例如位于甘肅省寶天高速公路上的大坪里隧道全長12.29公里、位于陜西省西康高速公路上的包家山隧道全長11.5公里、位于四川省雅西高速公路上的的泥巴山隧道全長10公里、位于湖北省滬蓉西高速公路上的龍?zhí)端淼廊L8.7公里、位于陜西省安康至陜川界高速公路上的米溪梁隧道全長7.92公里,等等。根據(jù)國家"十一五”發(fā)展規(guī)劃,還將有更多的特長公路隧道建成通車。圖2~公路工程增長情況因此,山嶺公路隧道的建設(shè)日益增多。中國交通運(yùn)輸部發(fā)布的《公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》(表1-1)中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)未包含水下公路隧道和城市道路隧道以及香港、澳門和臺灣地區(qū)的山嶺公路隧道。圖2反映出～山嶺公路隧道年均增長率高達(dá)50.97%,分別是”路”和”橋”的3.61倍和2.94倍,表明公路隧道在山區(qū)公路建設(shè)中的重要地位日益凸顯。表1-1隧道與公路的增長關(guān)系年份高速公路二級及以上公路隧道總里程/萬公里年增長/萬公里總里程/萬公里年增長/萬公里總里程/萬延米年增長/萬延米占高速公路增長里程的百分比/%占二級及以上公路增長里程的百分比/%1.9422.770.52.510.5724.972.2783.5132.280.572.970.4627.162.19100.116.63.610.763.430.4629.952.79124.5624.465.320.884.100.6732.582.63152.728.144.201.074.530.4335.332.75184.1831.487.321.145.390.8638.042.71255.5571.378.302.636.030.6439.971.93318.6463.099.863.276.510.4842.522.55394.2075.5615.742.967.410.944.732.21512.26118.0613.125.34二、中國公路隧道發(fā)展歷史沿革及特征據(jù)交通部統(tǒng)計,20世紀(jì)50年代,中國僅有30多座公路隧道,總長約2.5公里。60至70年代,中國干線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,修建了兩座200米以上的隧道,已是非常大的工程。據(jù)統(tǒng)計,截至1979年,中國公路隧道通車?yán)锍虄H為52公里,數(shù)量為374座。1993年發(fā)展到682座,總長136公里。隧道平均長度為199米,均是二級以下的短隧道為主。進(jìn)入21世紀(jì)的來,中國公路網(wǎng)交通逐漸穿越崇山峻嶺,向離岸深水延伸,截?fù)?jù)統(tǒng)計,中國鐵路隧道數(shù)量和長度也已突破7000座和4000公里,均為世界第一。與鐵路、水利和礦山隧道相比,公路隧道在中國的起步最晚,發(fā)展速度最快,真正意義上的現(xiàn)代公路隧道只有二十幾年的發(fā)展歷史。公路隧道之因此能夠取得如此快速和巨大的成就,這與中國在鐵路、水利和礦山隧道長期的技術(shù)發(fā)展積累是密不可分的。正是中國在二十世紀(jì)后五十年大量的鐵路、水利和礦山隧道的建設(shè)經(jīng)驗,為今后修建高速公路隧道奠定了堅實的基礎(chǔ)。與鐵路、水利和礦山隧道相比,公路隧道有其獨特的特點:1)公路隧道是大跨扁平結(jié)構(gòu),其跨度遠(yuǎn)大于鐵路和礦山隧道;2)公路隧道穿越的地質(zhì)條件異常復(fù)雜,圍巖穩(wěn)定性差,這是同樣跨度大的水利隧道所不能想象的;3)公路隧道為滿足線形、逃生等需要,采用的結(jié)構(gòu)形式比鐵路隧道復(fù)雜,如:連拱、小凈距、分岔、螺旋隧道等;4)公路隧道為保證行車舒適性、安全性,必須配備復(fù)雜的運(yùn)營機(jī)電系統(tǒng),含:通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控、供配電、救援等系統(tǒng),這是其它類型隧道所沒有的。這些特點表明公路隧道的技術(shù)難度更大,也促使公路隧道界必須在設(shè)計、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)方面開展大量的開拓創(chuàng)新研究工作,解決自己特有的技術(shù)和管理問題。總之,公路隧道是在汲取鐵路、水利和礦山隧道建造經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,不斷開拓創(chuàng)新,高起點、高水平的發(fā)展形成獨特的公路隧道技術(shù)體系。當(dāng)前,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和運(yùn)營的需要,公路隧道趨勢是越修越長、越修越寬,技術(shù)越來越難、越復(fù)雜。公路隧道的修建涉及到了結(jié)構(gòu)、防排水、巖土、地質(zhì)、地下水、空氣動力、光學(xué)、消防、交通工程、自動控制、環(huán)境保護(hù)、工程機(jī)構(gòu)等十幾個學(xué)科領(lǐng)域,是綜合復(fù)合技術(shù),需要多學(xué)科進(jìn)行聯(lián)合研究、進(jìn)行攻關(guān)。三、國內(nèi)外公路隧道建設(shè)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r3.1中國公路隧道科技發(fā)展情況為適應(yīng)中國公路隧道建設(shè)快速發(fā)展的需求,突破和解決重點工程建設(shè)和養(yǎng)護(hù)管理方面面臨的重大需求問題,交通運(yùn)輸部自”十五”開始,加大了對公路隧道科研的支持力度,從設(shè)計、施工、檢測評價、維修加固與養(yǎng)護(hù)管理等各個環(huán)節(jié),按需求的緊迫性有計劃地設(shè)立了一系列科研項目。截至,”十五”和”十一五”期間交通運(yùn)輸部在隧道工程方向設(shè)立西部項目32項(見表2),投入研究經(jīng)費約6593萬元。涉及隧道設(shè)計技術(shù)(24項)、施工技術(shù)(14項)、基礎(chǔ)理論研究(2項)、檢測評估、維修加固與養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)(3項)、防災(zāi)減災(zāi)(4項)。組織調(diào)動全國科研、設(shè)計、施工等單位參與研究攻關(guān),針對隧道建設(shè)和養(yǎng)護(hù)中的難點、焦點和熱點問題,形成了一批創(chuàng)新型技術(shù)、工法和裝備,部分成果達(dá)到國際領(lǐng)先或先進(jìn)水平,填補(bǔ)了國內(nèi)諸多空白,對公路隧道的又好又快發(fā)展起到了保駕護(hù)航的關(guān)鍵作用。山區(qū)高速公路隧道修筑技術(shù)課題一覽表表2序號項目名稱承擔(dān)單位負(fù)責(zé)人1黃土地區(qū)隧道的修筑技術(shù)研究甘肅省交通廳工程處康軍2秦嶺終南山特長公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究陜西省公路局袁雪戡3連拱隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究云南省公路規(guī)劃勘察設(shè)計院李志厚4隧道路面結(jié)構(gòu)與材料的研究貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院佘遠(yuǎn)程5雪峰山公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院彭建國6雙洞小凈距隧道設(shè)計、施工關(guān)鍵技術(shù)研究四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院李玉文7公路隧道健康診斷的應(yīng)用技術(shù)研究中交第一公路勘察設(shè)計研究院王華牢8分岔式隧道設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)研究湖北滬蓉西高速公路建設(shè)指揮部曹傳林9滬蓉國道主干線龍?zhí)短亻L隧道特殊地質(zhì)條件下的關(guān)鍵技術(shù)湖北滬蓉西高速公路建設(shè)指揮部白山云10高海拔地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)研究四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院鄭金龍11公路隧道圍巖分級指標(biāo)體系與動態(tài)分類方法研究西南交通大學(xué)王明年12公路隧道噴射防水層技術(shù)研究重慶交通科研設(shè)計院劉偉13公路隧道松馳荷載預(yù)測理論與預(yù)警系統(tǒng)及設(shè)計方法研究重慶交通科研設(shè)計院蔣樹屏14公路隧道建設(shè)中數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用研究交通部公路科學(xué)研究院王曉晶15單拱四車道公路隧道設(shè)計優(yōu)化與施工技術(shù)研究湖南省交通科學(xué)研究院張亮16大相嶺泥巴山深埋特長隧道關(guān)鍵技術(shù)研究四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院陳樂生17公路隧道施工重大險情預(yù)警與應(yīng)急救援技術(shù)研究交通部公路科學(xué)研究院張高強(qiáng)18山區(qū)隧道建設(shè)環(huán)境保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究重慶交通科研設(shè)計院張?zhí)m軍19沿河傍山路段棚洞結(jié)構(gòu)適應(yīng)性及設(shè)計施工技術(shù)研究重慶交通科研設(shè)計院黃倫海20西部地區(qū)公路瓦斯隧道設(shè)計與施工技術(shù)研究四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院王聯(lián)21烏鞘嶺特長公路隧道群建設(shè)與運(yùn)營安全控制技術(shù)研究甘肅路橋公路投資有限公司牛思勝22重慶地區(qū)高速公路隧道結(jié)構(gòu)安全與健康狀態(tài)標(biāo)識系統(tǒng)研究重慶高速公路發(fā)展有限公司杜國平23寒冷地區(qū)公路隧道凍害雪害防治技術(shù)研究長安大學(xué)呂康成24西部復(fù)雜環(huán)境條件下隧道洞口段設(shè)計施工綜合技術(shù)研究長安大學(xué)陳建勛25連拱隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的推廣應(yīng)用研究云南省公路勘察設(shè)計院李志厚26黃土地區(qū)公路隧道修筑技術(shù)推廣應(yīng)用研究甘肅省交通廳工程處康軍27公路隧道超深大斷面豎井工程施工技術(shù)研究中交隧道工程局有限公司李亞武28公路隧道抗震及減震技術(shù)研究四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院林國進(jìn)29公路隧道單層襯砌結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計院鐘明全30公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐火技術(shù)研究重慶交通科研設(shè)計院林志31高速公路螺旋型曲線隧道營運(yùn)安全控制技術(shù)研究四川雅西高速公路有限責(zé)任公司何剛32多斷層、富水巖溶地區(qū)特長公路隧道修建關(guān)鍵技術(shù)及防災(zāi)救援方案研究與應(yīng)用陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司楊育生3.2”十五”以來西部項目科研成果與突破為解決中國中、西部困難復(fù)雜地區(qū)公路隧道勘察設(shè)計技術(shù)與方法面臨的挑戰(zhàn),交通運(yùn)輸部針對公路隧道、特別是西部地區(qū)公路隧道建設(shè)和養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)問題,把握行業(yè)熱點問題和國際前沿技術(shù),在基礎(chǔ)理論研究、應(yīng)用技術(shù)研發(fā)、成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化與推廣等方面設(shè)立了多個重點科研攻關(guān)項目,同時在支持國家重點工程建設(shè)項目中有針對性地布局了大量的專題性研究?！笔濉币詠?西部課題在山區(qū)高速公路隧道修筑技術(shù)領(lǐng)域開展的主要工作有:1)復(fù)雜水文地質(zhì)和工程地質(zhì)環(huán)境下(斷層、巖溶、富水、瓦斯等)的隧道建造技術(shù);2)特長隧道(群)通風(fēng)、防災(zāi)和監(jiān)控技術(shù);3)非常規(guī)隧道(大跨度、小凈距、連拱、分岔、螺旋隧道、棚洞、大斷面豎井等)設(shè)計、施工和運(yùn)營技術(shù);4)高寒地區(qū)公路隧道建造技術(shù);5)隧道施工過程中的超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù);6)公路隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控和診斷技術(shù);7)黃土地區(qū)隧道修筑技術(shù);8)隧道建設(shè)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用;9)隧道新型設(shè)計理論和方法(抗震設(shè)計、單層襯砌、圍巖荷載和分級等);10)新材料、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用研究(噴射防水層、太陽能照明等)?？傮w而言,一大批重大科研項目和重大工程的完成表明,制約中國特長公路隧道建設(shè)與運(yùn)營的技術(shù)瓶頸已經(jīng)取得了突破,公路隧道的設(shè)計水平已接近國際先進(jìn)水平,部分達(dá)到國際先進(jìn)水平,施工技術(shù)有了重大進(jìn)步,解決了:1)隧道選型;2)隧道安全快速施工;3)特長隧道通風(fēng)、照明、運(yùn)營安全控制。取得了一系列的技術(shù)成果與突破,并提煉為共性技術(shù),為國家重點工程項目建設(shè)、行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂、隧道行業(yè)的整體技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮了重要的、積極的作用。以交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項目為例簡要介紹如下:3.2.1勘察設(shè)計技術(shù)方面中國西部地區(qū)多為山區(qū),自然地理條件惡劣,高速公路隧道修建面臨眾多難點問題,依托山區(qū)高速公路隧道建設(shè)的實際需求,科技工作者們重點就特殊結(jié)構(gòu)形式和西部特殊自然環(huán)境下公路隧道設(shè)計、特大公路隧道工程配套技術(shù)等方面立題開展了研究?！鞑拷煌萍柬椖可綆X公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)方面課題一覽表表3序號項目類別及名稱實施年限特殊結(jié)構(gòu)形式公路隧道的設(shè)計技術(shù)1連拱隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究～2隧道路面結(jié)構(gòu)與材料的研究3雙洞小凈距隧道設(shè)計、施工關(guān)鍵技術(shù)研究～4分岔式隧道設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)研究～5公路隧道噴射防水層技術(shù)研究～6單拱四車道公路隧道設(shè)計優(yōu)化與施工技術(shù)研究～7沿河傍山路段棚洞結(jié)構(gòu)適應(yīng)性及設(shè)計施工技術(shù)研究～8連拱隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的推廣應(yīng)用研究～9公路隧道超深大斷面豎井工程施工技術(shù)研究～10公路隧道單層襯砌結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究～復(fù)雜惡劣自然環(huán)境下公路隧道的設(shè)計技術(shù)11黃土地區(qū)隧道的修筑技術(shù)研究～12高海拔地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)研究～13滬蓉國道主干線龍?zhí)短亻L隧道特殊地質(zhì)條件下的關(guān)鍵技術(shù)～14西藏扎木至墨脫公路建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究(課題一西藏扎墨公路嘎隆拉隧道設(shè)計與建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究)～15寒冷地區(qū)公路隧道凍害雪害防治技術(shù)研究～16西部復(fù)雜環(huán)境條件下隧道洞口段設(shè)計施工綜合技術(shù)研究～17黃土地區(qū)公路隧道修筑技術(shù)推廣應(yīng)用研究～18山區(qū)隧道建設(shè)環(huán)境保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究～19西部地區(qū)公路瓦斯隧道設(shè)計與施工技術(shù)研究～20公路隧道抗震及減震技術(shù)研究～21多斷層、富水巖溶地區(qū)特長公路隧道修建關(guān)鍵技術(shù)及防災(zāi)救援方案研究與應(yīng)用～特大公路隧道工程配套技術(shù)22秦嶺終南山特長公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究～23雪峰山公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究～24烏鞘嶺特長公路隧道群建設(shè)與運(yùn)營安全控制技術(shù)研究～(1)特殊結(jié)構(gòu)形式公路隧道的設(shè)計技術(shù)與常規(guī)的公路隧道結(jié)構(gòu)形式相比,中國過去在特殊結(jié)構(gòu)隧道上的設(shè)計和施工經(jīng)驗幾乎是空白,為適應(yīng)西部地區(qū)特殊地形條件,滿足高速公路路線方面的要求,科技工作者們重點針對連拱隧道、小凈距隧道、分岔隧道、特大跨扁平隧道、棚洞型隧道、超深豎井、單層襯砌隧道、噴射防水層技術(shù)等新型隧道結(jié)構(gòu)形式,在其設(shè)計理論和施工方法等方面開展研究,解決上述非常規(guī)結(jié)構(gòu)隧道在設(shè)計荷載、結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)襯砌參數(shù)、施工工法、施工監(jiān)控等方面的問題。這些課題的設(shè)置和研究工作的開展,確實保證了類似工程建設(shè)的成功,提高了中國建設(shè)人員在惡劣地形條件下修建高等級公路隧道的能力,形成了一批指南,部分研究成果進(jìn)入了規(guī)范,對于填補(bǔ)中國特殊結(jié)構(gòu)形式公路隧道建設(shè)技術(shù)的空白起到了至關(guān)重要的作用,提升了中國特殊隧道的建設(shè)水平。1)不同隧道斷面結(jié)構(gòu)形式連拱隧道。系統(tǒng)研究了連拱隧道的適應(yīng)性,針對不同圍巖類別和環(huán)境下隧道圍巖壓力分布,提出了連拱隧道合理的斷面型式、接線方式。并基于雙塌落拱假定首次建立了完整的連拱隧道荷載模式與確定方法;給出了荷載結(jié)構(gòu)法下初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例和地層結(jié)構(gòu)法的各施工步荷載釋放系數(shù),形成了系統(tǒng)的連拱隧道設(shè)計計算方法;研制出連拱隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理軟件、連拱隧道施工動態(tài)數(shù)值模擬分析軟件、連拱隧道施工動態(tài)反饋分析軟件、連拱隧道計算機(jī)輔助設(shè)計與計算軟件、隧道洞口邊仰坡穩(wěn)定性分析軟件,可實現(xiàn)連拱隧道的動態(tài)自動化設(shè)計、施工、監(jiān)測與管理;雙洞小凈距隧道。首次將小凈距隧道劃分為A、B、C三類,并給出分類方法和標(biāo)準(zhǔn);提出了小凈距隧道中巖墻垂直應(yīng)力的理論估算公式、針對中巖墻加固技術(shù)及施工工藝;提出了不同類型小凈距隧道合理的支護(hù)體系、支護(hù)參數(shù)、施工工序、小凈距隧道施工爆破振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)和先行洞與后行洞掌子面的合理施工間距;明確了小凈距隧道施工的重點監(jiān)控范圍;并最終編制了小凈距隧道設(shè)計與施工指南和圖集。分岔隧道。提出分岔隧道設(shè)計的理論依據(jù)和原則。建立了不同圍巖條件下的分岔隧道圍巖支護(hù)參數(shù)的確定方法和巖柱寬度的留設(shè)方法;提出了不同圍巖類別分岔隧道的合理施工工法,并提出圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性評價方法與標(biāo)準(zhǔn);提出了減少施工過程中工程爆破對隧道巖柱的破壞方法。單拱四車道。課題提出了大斷面隧道襯砌的拱部極限承載力的確定方法、隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)方法和開挖斷面參數(shù)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。棚洞。對段棚洞結(jié)構(gòu)型式及其在山區(qū)公路建設(shè)中的適應(yīng)性展開研究,并最終提出棚洞結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和施工成套技術(shù)。2)洞口、襯砌、路面結(jié)構(gòu)形式研究方面:隧道洞口。西部復(fù)雜環(huán)境條件下隧道洞口段設(shè)計施工綜合技術(shù)研究、山區(qū)隧道建設(shè)環(huán)境保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究等課題,提出了各種隧道洞口形式及其適用條件,以及洞口段支護(hù)襯砌設(shè)計及優(yōu)化方案,而且提出基于環(huán)境保護(hù)的隧道洞門選型技術(shù)指南。單層襯砌和噴射防水層。從材料、工藝、質(zhì)量控制指標(biāo)與檢驗方法等方面著手,對襯砌結(jié)構(gòu)形式開展了系列研究,形成了符合中國國情的公路隧道噴射防水體系、單層襯砌結(jié)構(gòu)的適用范圍、設(shè)計原則,質(zhì)量檢測和驗收標(biāo)準(zhǔn)。隧道路面。首次制定了隧道路面結(jié)構(gòu)與排水設(shè)計方法,提出了多孔混凝土、OGFC等隧道路面材料的設(shè)計方法與標(biāo)準(zhǔn),編制了公路隧道路面施工技術(shù)指南,對隧道路面的設(shè)計與施工具有重要的指導(dǎo)意義。(2)復(fù)雜惡劣自然環(huán)境下公路隧道的設(shè)計技術(shù)在特殊地質(zhì)條件下的隧道建設(shè)方面,結(jié)合公路隧道建設(shè)的發(fā)展需求,重點針對中國西部地區(qū)復(fù)雜惡劣的自然地理條件:黃土、多斷層、富水巖溶地區(qū)、寒冷氣候、高地應(yīng)力、高地震烈度和活動斷層帶等地區(qū)的公路隧道,解決安全環(huán)保進(jìn)洞、超前地質(zhì)預(yù)報、抗防凍、防排水、環(huán)境保護(hù)、應(yīng)急救援等技術(shù)難題,提出了相關(guān)地質(zhì)條件下公路隧道的斷面型式、襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)、抗震及減震技術(shù)、通風(fēng)、防凍、防排水技術(shù)及合理的施工方法等,突破和解決了中國在類似復(fù)雜環(huán)境下的隧道建造技術(shù),確保了復(fù)雜條件下公路隧道安全、快速、節(jié)約的建成。研究成果處于國際先進(jìn)或領(lǐng)先水平,達(dá)到了對依托工程優(yōu)化設(shè)計、保障安全、減災(zāi)防災(zāi)、節(jié)約建設(shè)資金的目的,同時提高了相關(guān)方面的理論及技術(shù)水平。黃土隧道。提出了隧道深淺埋界定的新方法,推導(dǎo)了淺埋土質(zhì)隧道圍巖壓力計算公式;提出了適合于黃土公路隧道的襯砌斷面型式及防排水結(jié)構(gòu)型式;在此基礎(chǔ)上提出了適合黃土公路隧道的開挖方法、施工工藝及質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)。為公路黃土隧道的設(shè)計和施工提供了依據(jù),有效地指導(dǎo)了黃土公路隧道的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)。高寒隧道。針對寒區(qū)隧道圍巖的溫度變化特點,從防水、保溫和供熱等途徑,開發(fā)新材料、新技術(shù),探討隧道防凍設(shè)計和病害處理的新理念。經(jīng)過開展隧道溫度場、滲流場分布及其變化規(guī)律研究,提出高海拔、寒區(qū)地區(qū)公路隧道凍害分級方法及評定標(biāo)準(zhǔn)、凍害設(shè)防等級。經(jīng)過防凍襯砌及支護(hù)結(jié)構(gòu)、隧道防排水、保溫材料等方面的研究,建立了一套基于防排水和保溫技術(shù)相結(jié)合的隧道防凍支護(hù)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計方法,并提出了與隧道凍害雪害等級相應(yīng)的防治技術(shù)措施和施工工藝。隧道抗、減震。研究了高烈度地震區(qū)公路隧道工程結(jié)構(gòu)的動力作用機(jī)制及地震動力效應(yīng),建立了公路隧道抗震設(shè)計中地震輸入?yún)?shù)確定方法、地震動力響應(yīng)計算方法,并建立一套適用的公路隧道抗震、減震和隔震結(jié)構(gòu)模式和抗(減)震性能化設(shè)計方法。填補(bǔ)了中國公路隧道抗震及減震設(shè)計規(guī)范方面的空白。地質(zhì)勘察。掌握了深埋特長公路隧道綜合勘察技術(shù),以及公路瓦斯隧道勘察技術(shù),并首次提出公路瓦斯隧道分級標(biāo)準(zhǔn)。超前地質(zhì)預(yù)報。研究了隧道前方斷層破碎帶、風(fēng)化破碎帶位置與范圍、巖溶地質(zhì)、圍巖涌泥、突水、巖爆、圍巖垮落和失穩(wěn)、隧道高地應(yīng)力范圍、隧道地下水等信息的預(yù)報與判讀標(biāo)準(zhǔn)。建立起超前地質(zhì)預(yù)報流程,掌握了復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道施工的地質(zhì)超前預(yù)報方法。(3)特長公路隧道工程配套技術(shù)中國西部地區(qū)公路隧道朝著更長、更深的趨勢發(fā)展,重點工程有秦嶺終南山特長公路隧道、雪峰山特長公路隧道、龍?zhí)短亻L公路隧道、烏鞘嶺特長公路隧道群等世界知名的公路隧道。為了解決中國公路特長隧道建設(shè)需求增大和相關(guān)技術(shù)比較落后的矛盾,依托上述國內(nèi)典型的特長公路隧道,對特長隧道建設(shè)中突出的技術(shù)難題立項進(jìn)行研究。從長大隧道地質(zhì)勘察、設(shè)計方法、施工技術(shù)、施工安全、環(huán)境保護(hù)等方面開展了系統(tǒng)研究,其中的關(guān)鍵技術(shù)有地質(zhì)勘察技術(shù)、硬巖巖爆預(yù)測及控制技術(shù)、通風(fēng)技術(shù)(包括施工和運(yùn)營通風(fēng))、防災(zāi)救援技術(shù)、監(jiān)控管理技術(shù)等,形成了較為系統(tǒng)的特長公路隧道建造技術(shù),不但保障了上述依托隧道的成功建成,而且提升了中國特長公路隧道的整體建造水平,使中國山嶺公路隧道建造水平進(jìn)入世界前列。秦嶺終南山公路隧道是一座世界級的超長隧道,也是中國乃至亞洲最長的公路隧道,修建技術(shù)難度大,建設(shè)周期長。因此,交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項目管理中心立項批準(zhǔn)開展了秦嶺終南山特長公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究,主要針對特長隧道運(yùn)營通風(fēng)、防災(zāi)救援、監(jiān)控、環(huán)保、信息、管理與養(yǎng)護(hù)等六個方面的問題進(jìn)行了深入研究,取得了一系列的研究成果。其中,秦嶺終南山特長公路隧道通風(fēng)技術(shù)研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平,對國內(nèi)外在建及將要建設(shè)的長大公路隧道有指導(dǎo)、借鑒和引領(lǐng)作用。雪峰山隧道。提高了隧道建設(shè)的地質(zhì)預(yù)報可靠性,優(yōu)化了施工量測手段,解決了雪峰山隧道的通風(fēng)問題、防災(zāi)問題及運(yùn)營監(jiān)控、管理模式問題,達(dá)到提高雪峰山隧道工程質(zhì)量,降低工程造價的目的。烏鞘嶺特長公路隧道群。針對烏鞘嶺地區(qū)具體地質(zhì)、氣候等特點,結(jié)合隧道的具體情況,以烏鞘嶺隧道群為依托,開展了烏鞘嶺特長公路隧道群建設(shè),施行了運(yùn)營安全控制技術(shù),經(jīng)過超前預(yù)報、原位測試、數(shù)值仿真、室內(nèi)試驗與理論分析等手段提出了烏鞘嶺特長公路隧道群安全合理的施工技術(shù);給出了烏鞘嶺特長公路隧道群圍巖壓力分布規(guī)律;揭示了烏鞘嶺特長公路隧道群地下水運(yùn)移規(guī)律;得出了洞室變形規(guī)律;建立了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全性評價體系;確定了最終通風(fēng)方案和防火救災(zāi)對策;開發(fā)了特長公路隧道群運(yùn)營管理系統(tǒng);建成了環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。龍?zhí)豆匪淼赖刭|(zhì)條件復(fù)雜,整座隧道貫穿集溶洞、暗河、高地應(yīng)力、突水突泥等地質(zhì)災(zāi)害于一體的特殊地質(zhì)地段,因而被業(yè)內(nèi)專家稱為”隧道地質(zhì)博物館”,交通運(yùn)輸部于將龍?zhí)端淼捞厥獾刭|(zhì)特長隧道施工關(guān)鍵技術(shù)列為國家西部交通建設(shè)三大重點科研課題之一,在特殊地質(zhì)環(huán)境與重大地質(zhì)問題、巖溶涌(突)水量預(yù)測、超前巖溶地質(zhì)探測、監(jiān)控量測技術(shù)和信息化隧道建造技術(shù)、圍巖穩(wěn)定性分析、隧道圍巖穩(wěn)定性、防排水措施、不良地質(zhì)處治技術(shù)、通風(fēng)、防災(zāi)救災(zāi)方面進(jìn)行科學(xué)研究。過去8年中,針對公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)方面的需求和技術(shù)瓶頸,西部項目共設(shè)置了24項課題(見表3)。重點突破了超特長隧道設(shè)計和施工技術(shù);特殊結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜惡劣自然環(huán)境下公路隧道的設(shè)計與施工技術(shù),研究成果處于國際先進(jìn)或領(lǐng)先水平,極大地提升了中國山嶺公路隧道在國際上的競爭力,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。3.2.2隧道施工技術(shù)方面隧道施工技術(shù)的研究,開展了以下幾個方面的工作:信息技術(shù)在隧道施工中應(yīng)用、復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道的合理施工方法研究、隧道合理施作時機(jī)與施工控制技術(shù)研究?！鞑拷煌萍柬椖可綆X公路隧道施工技術(shù)方面課題一覽表表4序號項目類別及名稱實施年限施工信息化技術(shù)1秦嶺終南山特長公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究～2雪峰山公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究～3分岔式隧道設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)研究～4公路隧道建設(shè)中數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用研究～復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道的合理施工方法5黃土地區(qū)隧道的修筑技術(shù)研究～6滬蓉國道主干線龍?zhí)短亻L隧道特殊地質(zhì)條件下的關(guān)鍵技術(shù)～7西部地區(qū)公路瓦斯隧道設(shè)計與施工技術(shù)研究～8公路隧道超深大斷面豎井工程施工技術(shù)研究～9多斷層、富水巖溶地區(qū)特長公路隧道修建關(guān)鍵技術(shù)及防災(zāi)救援方案研究與應(yīng)用～隧道合理施作時機(jī)與施工控制技術(shù)10黃土地區(qū)隧道的修筑技術(shù)研究～11雪峰山公路隧道關(guān)鍵技術(shù)研究～12雙洞小凈距隧道設(shè)計、施工關(guān)鍵技術(shù)研究～13單拱四車道公路隧道設(shè)計優(yōu)化與施工技術(shù)研究～14西部復(fù)雜環(huán)境條件下隧道洞口段設(shè)計施工綜合技術(shù)研究～信息化施工技術(shù)。建立公路隧道建設(shè)三維數(shù)字化平臺,在此基礎(chǔ)上應(yīng)用監(jiān)控量測信息及其綜合管理分析系統(tǒng),對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤反饋分析,實現(xiàn)對復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道施工的實時監(jiān)控、動態(tài)控制預(yù)測和遠(yuǎn)程管理,動態(tài)顯示公路隧道施工過程。利用隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理軟件、施工動態(tài)數(shù)值模擬分析軟件、施工動態(tài)反饋分析軟件、隧道洞口邊仰坡穩(wěn)定性分析軟件,可實現(xiàn)隧道的動態(tài)自動化設(shè)計、施工、監(jiān)測與管理。合理施工方法。分別對黃土隧道、高海拔地區(qū)隧道施工技術(shù)展開研究,取得了黃土隧道和高海拔地區(qū)隧道的開挖方法、施工工藝,有效地指導(dǎo)了復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)。掌握了溶洞、地下暗河等復(fù)雜巖溶條件隧道不良地質(zhì)處治技術(shù),隧道過煤段的支護(hù)方案、公路瓦斯隧道揭煤防突技術(shù),千枚巖地層隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及爆破技術(shù),超深大斷面豎井巖爆預(yù)防技術(shù)及預(yù)防措施等處治技術(shù),保證了隧道施工安全,增強(qiáng)了隧道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的經(jīng)過性。合理施作時機(jī)與施工控制技術(shù)。開展了隧道施工合理的支護(hù)體系、支護(hù)參數(shù)、合理工序工藝等方面的研究,掌握了隧道進(jìn)洞施工技術(shù)及輔助工法、二次襯砌合理施作時機(jī)、掌子面的合理施工間距等施工優(yōu)化控制技術(shù)。3.2.3隧道設(shè)計基礎(chǔ)理論方面公路隧道設(shè)計與施工中存在的基礎(chǔ)理論問題主要有三個:一、圍巖分級;二、設(shè)計荷載;三、圍巖變形破壞預(yù)測。為解決多年來困惑隧道設(shè)計和現(xiàn)場施工的主要問題,依托西部課題,開展了”公路隧道圍巖分級指標(biāo)體系與動態(tài)分類方法研究”和”公路隧道松馳荷載預(yù)測理論與預(yù)警系統(tǒng)及設(shè)計方法研究”,有力地推動了圍巖等級、圍巖荷載和圍巖失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)的研究,提高了公路隧道設(shè)計的合理性和施工的安全性?！鞑拷煌萍柬椖可綆X公路隧道設(shè)計與施工基礎(chǔ)理論方面課題一覽表表5序號項目類別及名稱實施年限1公路隧道圍巖分級指標(biāo)體系與動態(tài)分類方法研究～2公路隧道松馳荷載預(yù)測理論與預(yù)警系統(tǒng)及設(shè)計方法研究～圍巖分級和荷載。建立了圍巖分級的指標(biāo)體系及現(xiàn)場等級定量判定方法,建立了各級圍巖條件下隧道圍巖漸進(jìn)性破壞理論準(zhǔn)則、圍巖穩(wěn)定性非確定性反分析方法、隧道圍巖變形破壞的預(yù)警方法,提出了相應(yīng)的松動圍巖壓力確定方法,完善與發(fā)展了現(xiàn)有隧道規(guī)范中松動圍巖壓力確定的相關(guān)規(guī)定。圍巖預(yù)警?；谒淼绹鷰r與襯砌應(yīng)力變形監(jiān)控量測技術(shù)的反分析、公路隧道建設(shè)信息化及動態(tài)反饋設(shè)計技術(shù),嘗試采用反饋分析方法建立了隧道圍巖現(xiàn)場穩(wěn)定性分析及襯砌設(shè)計方法,以期更加準(zhǔn)確地判定隧道圍巖壓力和襯砌設(shè)計,為工程設(shè)計分析所采用。3.2.4檢測評估、維修加固與養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)方面針對中國公路隧道使用過程中暴露出的技術(shù)問題,解決了病害調(diào)查、檢測技術(shù)、評價方法、維修加固和養(yǎng)護(hù)管理平臺的問題,建立了中國公路隧道檢測評價指南,重點突破了隧道長期監(jiān)測系統(tǒng)、檢測評價模型和全壽命數(shù)字化建設(shè)與養(yǎng)護(hù)管理平臺。上述技術(shù)成果極大地推動了中國公路隧道養(yǎng)護(hù)管理的水平?！鞑拷煌萍柬椖繖z測評估、維修加固與養(yǎng)護(hù)管理方面課題一覽表表6序號項目類別及名稱實施年限1公路隧道健康診斷的應(yīng)用技術(shù)研究～2公路隧道建設(shè)中數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用研究～3重慶地區(qū)高速公路隧道結(jié)構(gòu)安全與健康狀態(tài)標(biāo)識系統(tǒng)研究～隧道健康監(jiān)控。利用公路隧道的結(jié)構(gòu)健康檢測與監(jiān)測體系,掌握隧道圍巖壓力及支護(hù)結(jié)構(gòu)長期受力特性,建立一套高速公路隧道結(jié)構(gòu)安全與健康狀態(tài)標(biāo)識系統(tǒng),研發(fā)具有完全知識產(chǎn)權(quán)的隧道結(jié)構(gòu)安全性與健康狀態(tài)智能評價與預(yù)警軟件。經(jīng)過公路隧道病害成因和規(guī)律的研究,制定了隧道病害調(diào)查工作程序、調(diào)查方法。最終提出了公路隧道健康診斷方法,以及病害預(yù)防和控制的措施。能夠預(yù)防與解決隧道維護(hù)和維修中的實際問題,開創(chuàng)性地建立了公路隧道病害預(yù)防、健康診斷和處治對策的理論體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隧道運(yùn)營養(yǎng)護(hù)平臺。建立了隧道建養(yǎng)數(shù)字化平臺,實現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)與信息集成技術(shù)應(yīng)用于公路隧道的勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)測與運(yùn)營管理全過程,實現(xiàn)了隧道基本信息、病害信息、養(yǎng)護(hù)信息、維修信息等信息的計算機(jī)綜合管理,為決策人員和管理人員提供了隧道養(yǎng)護(hù)狀況信息,從而確保隧道交通的安全、暢通及隧道養(yǎng)護(hù)管理的科學(xué)化。為隧道工程的建設(shè)、維護(hù)與防災(zāi)提供了信息共享平臺,實現(xiàn)了隧道全生命周期的數(shù)字化管理,服務(wù)于建養(yǎng)一體化。3.2.5隧道防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)方面中國西部地區(qū)復(fù)雜惡劣的自然地理環(huán)境,也孕育了大量的自然災(zāi)害。西部課題針對山嶺公路隧道常見的抗震減震、斷層、富水巖溶、瓦斯爆炸等自然災(zāi)害,就勘察技術(shù)、設(shè)計技術(shù)、預(yù)警技術(shù)、施工方法、風(fēng)險分析、應(yīng)急救援等方面開展研究。研究成果對于提高西部山區(qū)公路隧道建設(shè)和運(yùn)營期抵御自然災(zāi)害和工程事故起到了關(guān)鍵作用,填補(bǔ)了相關(guān)空白。～西部交通科技項目隧道防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)方面課題一覽表表7序號項目類別及名稱實施年限1公路隧道施工重大險情預(yù)警與應(yīng)急救援技術(shù)研究～2公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)耐火技術(shù)研究～3多斷層、富水巖溶地區(qū)特長公路隧道修建關(guān)鍵技術(shù)及防災(zāi)救援方案研究與應(yīng)用～4西部地區(qū)公路橋隧工程風(fēng)險評估研究～施工險情預(yù)警與救援。開展隧道施工重大險情的類型與危害程度(分級)研究,建立隧道施工險情的分類分級技術(shù)。在此基礎(chǔ)上整合現(xiàn)有公路隧道施工重大險情的應(yīng)急程序方案,建立長大隧道施工多元信息預(yù)警與安全管理決策系統(tǒng),研究突發(fā)重大險情救援保障技術(shù)。襯砌結(jié)構(gòu)耐火技術(shù)。從防火、耐火方法角度考慮火災(zāi)場景下襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工上的要求和措施,以全面提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)體系的耐火能力和安全性。并提出了既有襯砌結(jié)構(gòu)體系在火災(zāi)時以及火災(zāi)后的損傷機(jī)理、力學(xué)特性、耐火能力和殘余承載能力,以及薄弱環(huán)節(jié)的補(bǔ)強(qiáng)措施。3.2.6總體評價在已有研究成果的基礎(chǔ)上,經(jīng)過深入分析在研項目的預(yù)期成果,按照上述分類的重點研究方向和技術(shù),闡述取得的主要技術(shù)成果,凝練重大技術(shù)突破和創(chuàng)新。(1)山區(qū)隧道勘察、設(shè)計技術(shù)研究隧道地質(zhì)勘察技術(shù)研究方面:建立起公路隧道圍巖分級方法的指標(biāo)體系,超前地質(zhì)預(yù)報流程,掌握了復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報方法,以及現(xiàn)場圍巖等級定量判別方法。特殊地質(zhì)、環(huán)境條件下隧道設(shè)計研究方面:開展黃土地區(qū)、青藏高原、寒區(qū)以及高瓦斯、多斷層、富水巖溶地區(qū)公路隧道的隧道設(shè)計方法與施工工藝研究,提出了合理的襯砌斷面型式、排水防凍支護(hù)結(jié)構(gòu)型式、施工工藝及質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)。為西部特殊環(huán)境下公路隧道的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)提供有效地指導(dǎo)。隧道結(jié)構(gòu)形式設(shè)計研究方面研究涵蓋:隧道結(jié)構(gòu)形式(連拱、小間距、分岔、單洞四車道、棚洞)適用性及設(shè)計參數(shù)研究、隧道洞口結(jié)構(gòu)形式研究(洞口的選型及環(huán)境經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性研究、復(fù)雜環(huán)境條件下洞口設(shè)計施工綜合技術(shù))、襯砌結(jié)構(gòu)形式(單層襯砌、噴射防水層、排水、耐火)、隧道路面結(jié)構(gòu)形式等方面,拓展了公路隧道的應(yīng)用范圍。公路隧道抗震及減震技術(shù)研究方面:開展了隧道地震參數(shù)研究、震害機(jī)理研究、隧道地震動力響應(yīng)計算方法研究、抗震減震技術(shù)研究。最終建立了公路隧道抗(減)震性能化設(shè)計方法。填補(bǔ)了中國公路隧道抗震及減震設(shè)計規(guī)范方面的空白。隧道環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究方面,從”資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”角度出發(fā),建立了山區(qū)隧道生態(tài)環(huán)境影響多因素綜合評價指標(biāo)體系,以及基于環(huán)境保護(hù)的隧道洞門、棚洞結(jié)構(gòu)形式、隧道排水設(shè)計方法,以及廢水處理技術(shù),提升了中國公路隧道的環(huán)保設(shè)計與施工的理念及技術(shù)水平。(2)山區(qū)隧道施工技術(shù)研究信息技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用技術(shù)研究方面:建立了公路隧道建設(shè)三維數(shù)字化平臺,在此基礎(chǔ)上應(yīng)用監(jiān)控量測信息及其綜合管理分析系統(tǒng),對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤反饋分析,實現(xiàn)了對復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道施工的實時監(jiān)控、動態(tài)控制預(yù)測和遠(yuǎn)程管理,動態(tài)顯示公路隧道施工過程。實現(xiàn)了隧道的動態(tài)設(shè)計、施工、監(jiān)測與管理。復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道的合理施工方法研究方面:掌握了復(fù)雜條件隧道不良地質(zhì)預(yù)防與處治技術(shù),保證了隧道施工的安全性,增強(qiáng)了隧道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的運(yùn)用范圍。(3)隧道設(shè)計基礎(chǔ)理論隧道設(shè)計基礎(chǔ)理論研究方面:利用公路隧道建設(shè)信息化技術(shù),建立動態(tài)反饋設(shè)計技術(shù),嘗試采用反饋分析方法建立隧道圍巖現(xiàn)場穩(wěn)定性分析及襯砌設(shè)計方法,推動了圍巖分級、圍巖荷載和圍巖失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)的研究,提高了公路隧道設(shè)計的合理性和科學(xué)性。(4)山區(qū)隧道運(yùn)營監(jiān)控及養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)研究隧道養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)研究:公路隧道病害成因和規(guī)律、公路隧道健康診斷的評定基準(zhǔn)確定方法、隧道病害養(yǎng)護(hù)維修方法。利用公路隧道的結(jié)構(gòu)健康檢測與監(jiān)測體系,掌握隧道圍巖壓力及支護(hù)結(jié)構(gòu)長期受力特性,建立起一套高速公路隧道結(jié)構(gòu)安全與健康狀態(tài)標(biāo)識系統(tǒng)與評價預(yù)警方法。建立了一套貫穿公路隧道的勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)測與運(yùn)營管理全過程的數(shù)字化建養(yǎng)管理平臺。(5)山區(qū)隧道減災(zāi)防災(zāi)技術(shù)研究隧道施工防災(zāi)救援技術(shù)研究方面:重點在于建立隧道施工險情的分類分級技術(shù)、突發(fā)重大險情救援保障技術(shù)。整合公路隧道施工應(yīng)急處理方案,建立隧道預(yù)警與安全管理決策系統(tǒng)。隧道運(yùn)營防災(zāi)救援技術(shù)研究方面:開展隧道火災(zāi)情況下的通風(fēng)模式,隧道人員疏散、避險方案,消防救援方案研究;建立起一套適合中國國情的公路隧道火災(zāi)救援體系,以及交通事件應(yīng)急響應(yīng)技術(shù),并將防災(zāi)救援體系向隧道群聯(lián)動控制方面拓展。3.3國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢國外公路隧道的建設(shè)起步早。在國外,以瑞士、奧地利、挪威、日本為代表的發(fā)達(dá)國家,早在20世紀(jì)60～70年代就建成了一批特長隧道,最長隧道為挪威的LAFRLAND隧道,達(dá)24.5公里。另外,如:瑞士的Gotthard隧道達(dá)16.32公里,奧地利的Arberg隧道達(dá)13.97公里,法國和意大利之間的Frejus隧道達(dá)12.87公里、MontBlanc隧道達(dá)11.6公里,最長水下公路隧道為日本關(guān)越隧道9.4公里。這些長大隧道在修建過程中,較為廣泛地采用了新奧法,實現(xiàn)了真正的信息化設(shè)計與施工。修建過程中,一方面遇到了施工技術(shù)方面的問題,如,掘進(jìn)技術(shù)、通風(fēng)技術(shù)及支護(hù)襯砌技術(shù)等;另一方面則是開挖遭遇的施工地質(zhì)災(zāi)害,如硬巖巖爆、軟巖大變形、高壓涌突水、高地溫及瓦斯突出等。針對這些問題,這些發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了相關(guān)的研究,采用了先進(jìn)的噴射混凝土工藝,解決了防排水設(shè)計與施工工藝,不斷改進(jìn)新的支護(hù)手段。另外,針對公路隧道等高風(fēng)險地下工程進(jìn)行了業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理及承包商的共同利益管理模式嘗試,已取得了不少的工程管理經(jīng)驗。當(dāng)前國外技術(shù)發(fā)展趨勢主要有以下幾點:1)隧道更大、更長、更深隨著道路等級標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提高和隧道設(shè)計理論和施工技術(shù)的不斷改進(jìn),公路隧道朝著更大、更長、更深的方向發(fā)展?？缍葟膯味措p向兩車道發(fā)展到雙洞單向四車道;長度從上世紀(jì)初的二三公里發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)十公里;埋深增加到上公里。比較著名的有日本的關(guān)越隧道(11.05公里)、意大利的勃朗峰隧道(11.6公里),奧地利的阿爾貝銘隧道(13.97公里)、瑞士的圣哥達(dá)隧道(16.82公里),最近通車的挪威奧爾蘭隧道更是長達(dá)24.5公里。這些長大公路隧道的成功修建,出現(xiàn)了一批新的施工工藝和配套機(jī)械。2)機(jī)械化水平日益提高國外隧道施工機(jī)械化水平日益提高,采用以巖石TBM(隧道掘進(jìn)機(jī))為代表的新的隧道開挖裝備。傳統(tǒng)的鉆爆法各主要工序均采用機(jī)械完成,自動化水平很高,效率提升很大。3)隧道建設(shè)的環(huán)保、節(jié)約和快捷理念與傳統(tǒng)的隧道建設(shè)理念相比較,國外日益強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約和安全高效,與之匹配,相關(guān)技術(shù)得到不斷發(fā)展。4)注重耐久性和養(yǎng)護(hù)管理國外新的隧道建設(shè)任務(wù)少,更多的是隧道的養(yǎng)護(hù)管理。5)新材料、新技術(shù)和新工藝不斷涌現(xiàn)在當(dāng)今科技不斷發(fā)展的今天,國外隧道界不斷開拓新技術(shù)的應(yīng)用,例如:數(shù)字?jǐn)z像(影)測量、自動監(jiān)測與檢測、數(shù)字化建養(yǎng)管理平臺的建立以及新的手段、新材料的使用等。3.4國與國外先進(jìn)水平的差距經(jīng)過”十五”至今的一系列西部科研項目的重要研究突破,中國在特長公路隧道設(shè)計與建造技術(shù)、復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道建造技術(shù)、特殊結(jié)構(gòu)形式公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)、公路隧道檢測評價與養(yǎng)護(hù)管理等方面的技術(shù)水平已接近或達(dá)到西方發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平,且部分已處于國際領(lǐng)先水平?？墒?中國在公路隧道設(shè)計理論、施工和檢測技術(shù)裝備、施工技術(shù)水平和管理水平等方面與隧道發(fā)達(dá)國家還有一定差距,缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型技術(shù)成果,特別是在施工管理技術(shù)、質(zhì)量控制和質(zhì)量保障、新型材料研究應(yīng)用等方面差距較大?，F(xiàn)階段,雖然國內(nèi)已積累了不少修建山嶺公路隧道的經(jīng)驗,特別是以秦嶺終南山公路隧道、雪峰山隧道、龍?zhí)端淼赖葹榇淼囊淮笈匪淼赖捻樌ㄔO(shè),為修建山嶺隧道積累了寶貴的經(jīng)驗,可是中國在隧道修建技術(shù)方面與世界先進(jìn)水平還存在著的一定的差距。為了安全、快速、環(huán)保、節(jié)約的修建山嶺公路隧道,必須在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)隧道修建技術(shù)的基礎(chǔ)上,在借鑒中國已有的成功技術(shù)和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,不斷創(chuàng)新、逐步提高,解決隧道建設(shè)中面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題,才能有效地提高中國特長隧道修建的整體水平。與國外先進(jìn)水平的差距主要體現(xiàn)在以下幾方面:(1)設(shè)計與施工成套技術(shù)從國外隧道施工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢看,國內(nèi)特長隧道的修建技術(shù)還不夠成熟,在公路隧道人性化設(shè)計、通風(fēng)照明設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計手段等方面缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型技術(shù)成果,隧道勘察、設(shè)計、施工、建設(shè)、運(yùn)營數(shù)字化、信息化方面依然落后于發(fā)達(dá)國家,存在整體技術(shù)裝備落后,管理水平低下的問題。超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的理論、設(shè)備、方法和判譯標(biāo)準(zhǔn)需要不斷探索,地下水的封堵及地層加固理論需要深入研究,軟弱地層和巖溶隧道爆破技術(shù)、支護(hù)、施工通風(fēng)、信息化施工與管理技術(shù)、施工過程中的防災(zāi)救援和運(yùn)營節(jié)能技術(shù)需要不斷豐富和完善。為此,還需要針對隧道工程建設(shè)面臨的技術(shù)難題進(jìn)行立項研究和科學(xué)攻關(guān),這不但為山區(qū)公路隧道安全、優(yōu)質(zhì)、高效、按期建成和運(yùn)營節(jié)能提供理論支撐及技術(shù)保證,而且能夠進(jìn)一步完善和發(fā)展隧道及地下工程施工技術(shù)和理論,對提高中國上述公路隧道施工技術(shù)水平有著重要的現(xiàn)實意義,并為類似工程提供借鑒作用。主要體現(xiàn)在以下幾方面:1)特長隧道設(shè)計與施工在國外,以瑞士、奧地利、挪威、日本為代表的發(fā)達(dá)國家,早在20世紀(jì)60～70年代就建成了一批特長隧道,如挪威長達(dá)24.5公里的LAFRLAND隧道,瑞士16.32公里的Gotthard隧道等。在這些長大隧道在修建過程中,較為廣泛地采用了新奧法,實現(xiàn)了真正的信息化設(shè)計與施工。修建過程中,一方面遇到了施工技術(shù)方面的問題,如,掘進(jìn)技術(shù)、通風(fēng)技術(shù)及支護(hù)襯砌技術(shù)等;另一方面則是開挖遭遇的施工地質(zhì)災(zāi)害,如硬巖巖爆、軟巖大變形、高壓涌突水、高地溫及瓦斯突出等。針對這些問題,這些發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了相關(guān)的研究,采用了先進(jìn)的噴射混凝土工藝,解決了防排水設(shè)計與施工工藝,不斷改進(jìn)新的支護(hù)手段,成功采用了多種通風(fēng)形式及靜電吸塵等先進(jìn)通風(fēng)設(shè)備,而且經(jīng)過時間檢驗了穩(wěn)定可靠的公路隧道營運(yùn)管理系統(tǒng)。中國建成通車的秦嶺終南山公路隧道全長18.02公里,位居世界規(guī)模第一、長度第二,是中國公路隧道建設(shè)的標(biāo)志性工程。當(dāng)前,尚有眾多的特長隧道正在建設(shè)之中,如甘肅省大坪里隧道12.29公里)、陜西省包家山隧道(11.2公里)、位于四川省泥巴山隧道(10.04公里)。現(xiàn)階段,雖然國內(nèi)已積累了不少修建特長隧道的經(jīng)驗,可是中國在特長隧道設(shè)計建造技術(shù)方面與世界先進(jìn)水平還還存在著的一定的差距,如新技術(shù)應(yīng)用率較低,建設(shè)費用和維修費用相當(dāng)高、對付復(fù)雜地質(zhì)條件(巖溶、富水?dāng)鄬訋?、高水壓、高?yīng)力擠壓破碎圍巖、瓦斯等)的技術(shù)水平還有待提高。2)特殊結(jié)構(gòu)類型隧道設(shè)計近年來,隨著中國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的逐步擴(kuò)大,特別是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,公路隧道修建的數(shù)量也日益增多,新的隧道結(jié)構(gòu)型式和相應(yīng)的施工方法也不斷涌現(xiàn),如:連拱隧道、小間距隧道、分岔隧道、螺旋型隧道、棚洞等。西部課題也分別開展了相關(guān)研究和工程實踐,已取得了諸多研究成果,積累了較多設(shè)計與施工方面的實踐經(jīng)驗,全國有了一定規(guī)模的應(yīng)用。全國范圍內(nèi),特別是在中西部地區(qū),由于受地形等條件的限制,隧道結(jié)構(gòu)型式多樣,這也充分說明了特殊結(jié)構(gòu)形式隧道有很好的實用性和適應(yīng)性,可產(chǎn)生較大的社會經(jīng)濟(jì)效益?？墒桥c傳統(tǒng)的分幅修建隧道相比,特殊結(jié)構(gòu)形式隧道具有跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不利因素,工程設(shè)計與施工單位缺少相關(guān)設(shè)計與施工理論和工程實踐經(jīng)驗,已有工程實踐資料面向社會的信息化工作還不到位。西部課題取得的相關(guān)設(shè)計與施工理論還未能被廣大工程建設(shè)人員掌握,迫切需要進(jìn)一步驗證、總結(jié),深化特殊結(jié)構(gòu)隧道研究成果,形成特殊結(jié)構(gòu)隧道建設(shè)的相關(guān)指南和專著,從而推動相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用和提高。小間距隧道:在日本及歐美等隧道修建技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國家,從70年代就開始了小間距隧道研究。日本于1987年出版了《近接施工的設(shè)計與指南》一書,初步給出了隧道結(jié)構(gòu)相互影響的基本條件,影響范圍的分類及劃分以及影響預(yù)測和施工對策。在中國,小凈距隧道尚為新型隧道結(jié)構(gòu)型式,出現(xiàn)的歷史不久,需要研究的問題還有很多。豎井:國外大規(guī)模的公路隧道豎井有加拿大薩德伯里的Graig豎井(豎井深1500米,開挖直徑6.3米)、瑞士圣哥達(dá)山底鐵路隧道Sedrun中間豎井(豎井深836米、開挖直徑8.6米)等。施工方法有鑿巖爆破一次成型法和先導(dǎo)井、后擴(kuò)挖法(反井法)。國內(nèi)豎井建設(shè)受限于設(shè)備和技術(shù)條件,與國外先進(jìn)水平有一定的差距。如國內(nèi)的最好反井法施工設(shè)備適用的豎井最大深度為400米,而國外設(shè)備則可達(dá)到600米。棚洞:棚洞結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外均有成功的建設(shè)經(jīng)驗,但從建設(shè)效果來看,當(dāng)前國外的棚洞應(yīng)用效果明顯優(yōu)于國內(nèi)。國外公路建設(shè)比較重視和諧與自然,其結(jié)構(gòu)與自然景觀融為一體,協(xié)調(diào)共存,既解決了邊坡的穩(wěn)定性問題,又避免了高邊坡工程對自然環(huán)境的破壞。歐洲等發(fā)達(dá)國家雖然人口密度小,但其對自然環(huán)境的珍惜以及重視結(jié)構(gòu)與環(huán)境的和諧意識值得我們學(xué)習(xí),其棚洞也達(dá)到了較高的建設(shè)水平。國內(nèi)在棚洞結(jié)構(gòu)的使用上功能比較單一,且取得的效果也不十分理想。為提升中國公路隧道的環(huán)保設(shè)計與施工的理念及技術(shù)水平,響應(yīng)”資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”交通建設(shè)的需要,在保障邊坡工程建設(shè)安全的前提下,對棚洞結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工方法進(jìn)行深入研究,提出了棚洞結(jié)構(gòu)的適用范圍、設(shè)計方法和施工細(xì)則。單層襯砌:在國外,早在上世紀(jì)七十年代,挪威就開始采用濕噴混凝土做單層襯砌,形成了當(dāng)前基于Q系統(tǒng)的單層襯砌支護(hù)設(shè)計方法——挪威法;當(dāng)前,采用單層襯砌做隧道永久支護(hù)的國家很多,如挪威、德國、芬蘭、法國、南非、巴西、日本等。已經(jīng)形成了一些相應(yīng)的規(guī)范及施工指南,如以鋼纖維噴混凝土為特點的”挪威法”、德國公布的”單層襯砌規(guī)定”和日本的”鋼纖維噴混凝土襯砌的規(guī)定”等[14]。國外的實踐表明,不但堅硬的巖質(zhì)圍巖采用單層襯砌不存在任何問題,同時在軟弱的、破碎的圍巖中也有成功應(yīng)用的先例。在國內(nèi),從上世紀(jì)60年代開始,在鐵路隧道、水電隧道等地下工程中開展了一些試用,可是對單層襯砌技術(shù)的研究很少,技術(shù)不成熟,中國現(xiàn)行隧道設(shè)計施工規(guī)范也缺乏單層襯砌結(jié)構(gòu)的詳細(xì)條款。3)特殊自然條件下公路隧道建造技術(shù)中國西部地區(qū)公路隧道建設(shè)面臨復(fù)雜惡劣的自然地理條件:多斷層、富水巖溶地區(qū)、寒冷地區(qū)、高地應(yīng)力、高地震烈度和活動斷層帶地區(qū)等,如:需要解決安全環(huán)保進(jìn)洞、環(huán)境保護(hù)、超前地質(zhì)預(yù)報、抗防凍、防排水、應(yīng)急救援等技術(shù)難題。在國外,以瑞士、奧地利、挪威、日本為代表的發(fā)達(dá)國家,早在20世紀(jì)60～70年代修建一批特長隧道過程中就遭遇了大量施工地質(zhì)災(zāi)害,如硬巖巖爆、軟巖大變形、高壓涌突水、高地溫及瓦斯突出等。針對這些問題,這些發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了相關(guān)的研究,采用了先進(jìn)的噴射混凝土工藝,解決了防排水設(shè)計與施工工藝,不斷改進(jìn)新的支護(hù)手段,成功采用了多種通風(fēng)形式及靜電吸塵等先進(jìn)通風(fēng)設(shè)備,而且經(jīng)過時間檢驗了穩(wěn)定可靠的公路隧道營運(yùn)管理系統(tǒng)。另外,針對公路隧道等高風(fēng)險地下工程進(jìn)行了業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理及承包商的共同利益管理模式嘗試,取得了不少的工程管理經(jīng)驗?，F(xiàn)階段,雖然國內(nèi)已積累了不少復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)隧道修建經(jīng)驗,可是與世界先進(jìn)水平還存在著的一定的差距,如整體技術(shù)裝備落后,管理水平較低,對付復(fù)雜地質(zhì)條件(巖溶、富水?dāng)鄬訋А⒏咚畨?、高?yīng)力擠壓破碎圍巖、瓦斯等)的技術(shù)水平還有待提高?？傊?從國內(nèi)外隧道施工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢看,多斷層、富水巖溶地區(qū)特長隧道的修建技術(shù)還不成熟,超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的理論、設(shè)備、方法和判譯標(biāo)準(zhǔn)還需要不斷探索,地下水的封堵及地層加固技術(shù)需要深入研究,千枚巖地層和巖溶隧道爆破技術(shù)、支護(hù)、施工通風(fēng)、信息化施工與管理技術(shù)、施工過程中的防災(zāi)救援和運(yùn)營節(jié)能技術(shù)也需要不斷豐富和完善。凍土隧道:世界各國在隧道凍害防治的理論研究基礎(chǔ)上,也提出了不同的設(shè)計方法。日本提出了絕熱處理防凍法,在歐洲各國,多采用防水防凍棚和隔離墻板防治隧道凍害。該方法主要適用于圍巖比較穩(wěn)定的地質(zhì)情況,為了確定絕熱層厚度,以冷凍指數(shù)、隧道的面積、長度和坡度為參數(shù),制成表格,以便于在設(shè)計中采用。該方法使用方便,具有工程應(yīng)用推廣價值。蘇聯(lián)則提出了隧道運(yùn)營時采暖的理論。在解決隧道凍害這個問題上,中國隧道工作者進(jìn)行了積極探索。當(dāng)前,國內(nèi)關(guān)于寒冷地區(qū)隧道防凍害的措施主要有以下幾種:寒泄水洞、中心深埋水溝、保溫水溝、防凍隔溫層?？墒?凍害防治仍有不少問題有待進(jìn)一步研究與改進(jìn)。工程實際情況并不盡如人意,依然大量出現(xiàn)滲漏凍害現(xiàn)象。活動斷裂:近年來幾次主要的大地震,例如1992年美國的Landers地震,1994年Northridge地震,1995年日本Kobe地震,1999年土耳其Kocaeli地震,1999年臺灣Chi-Chi地震等,對建筑物造成了嚴(yán)重破壞。關(guān)于近發(fā)震斷層地震的研究,當(dāng)前已逐漸引起了國內(nèi)外建筑工程界的關(guān)注。LohCH等()、李新樂、傀永軍等()、倪永軍等、謝禮立等()實際的近場地震動研究顯示:近發(fā)震斷層地震對結(jié)構(gòu)的效應(yīng)明顯,中國規(guī)范取值偏低,需考慮近發(fā)震斷層脈沖型地震動的影響。在近發(fā)震斷層脈沖型地震動模擬方面,國內(nèi)外學(xué)者提出了多種脈沖型函數(shù)來模擬速度時程。(Makris,Black,;Mavroeidis,Papageorgiou,;Menun,Fu,;Alavi,Krawinkler,;徐龍軍等();田玉基等()。與規(guī)范設(shè)計譜的比較結(jié)果表明,中國設(shè)計譜的取值偏低,尚需考慮近發(fā)震斷層脈沖型地震動的影響。國外工程規(guī)范對近場問題也有了一定的考慮。如美國UBC-97規(guī)范(InternationalConferenceofBuildingOfficials,1997)是第一部從設(shè)計理論上考慮近場效應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。在1995年Kobe地震和1999年集集地震發(fā)生后,日本和中國臺灣分別修訂了本地區(qū)抗震設(shè)計規(guī)范,加強(qiáng)了近場區(qū)設(shè)防的措施。在中國的地下結(jié)構(gòu)工程抗震分析中還未見考慮近發(fā)震斷層速度脈沖影響的研究,更多的是按遠(yuǎn)場地地震反應(yīng)譜(或地震波)進(jìn)行動力時程分析。當(dāng)前,國內(nèi)外學(xué)者對活動斷層區(qū)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的研究相對較少,在國內(nèi)幾乎沒有。但隨著西部大開發(fā)的不斷深入,加之西部地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件,公路隧道穿越地震斷層有時是不可避免的。對于無法避開斷裂構(gòu)造的線狀工程,進(jìn)行抗錯斷設(shè)計很有必要。國外已有活動斷層區(qū)隧道建設(shè)經(jīng)驗:1)舊金山的伯克利希爾斯隧道,超挖1英尺(約0.3米),并在混凝土襯砌內(nèi)埋設(shè)鋼肋加以襯砌。2)1999年土耳其Bolu隧道,采用”鉸接設(shè)計”的理念穿越活動斷層帶。3),美國克萊爾蒙特新建輸水隧道,設(shè)計采用擴(kuò)大隧道斷面尺寸和”鉸接設(shè)計”相結(jié)合的設(shè)計理念。國內(nèi)烏鞘嶺特長鐵路隧道在活動斷層區(qū)域,采用了擴(kuò)大隧道斷面尺寸的設(shè)計理念。但總的看來,還缺乏抗錯斷設(shè)計方案和工程措施的系統(tǒng)理論和設(shè)計方法研究,具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性和工程實用性?；顒訑嗔训陌踩嚯x,現(xiàn)行規(guī)范及有關(guān)著作中曾提出過一些參考數(shù)值(GB50021-94;董津城,1999;湯淼鑫,1999),但在實際工作中,由于客觀情況復(fù)雜多變,有時很難確定活動斷裂的安全距離。影響活動斷裂安全距離的主要有地震、地質(zhì)和工程因素,但歸根結(jié)底,安全距離最終取決于地震地表形變及工程設(shè)防要求。因此,有必要針對活動斷裂的發(fā)震震級、斷裂性質(zhì)、活動方式以及場地位置等多方面的因素,開展活動斷裂安全距離的研究,確保工程建設(shè)安全。高地應(yīng)力:在深埋隧道施工中常遇到高地應(yīng)力。發(fā)生巖爆或者大變形。對于巖爆發(fā)生機(jī)理與哪些因素相關(guān)的問題,國內(nèi)外專家學(xué)者作了大量研究,但由于隧道圍巖地質(zhì)的復(fù)雜性,還沒有一個公認(rèn)的結(jié)論,有些現(xiàn)象的本質(zhì)還難以解釋。防排水技術(shù):總體上看,當(dāng)前國外隧道防排水技術(shù)發(fā)展有以下趨勢:1)由多道設(shè)防向一道設(shè)防方向發(fā)展。多道設(shè)防效果好、費用高,一道設(shè)防能夠勝任較高防水要求、造價較低、施工方便,如新加坡地鐵東北線的防水設(shè)計施工就是采用一道設(shè)防的。2)防水材料開發(fā)與施工工藝要求相結(jié)合。防水材料要便于施工和質(zhì)量控制,且經(jīng)濟(jì)可靠。如國外近幾年研發(fā)的新型土工合成防水材料——膨潤土防水毯,原材料成本低,防水性能好,在相同條件下,膨潤土防水效能可達(dá)傳統(tǒng)的五層防水,且耐久性能優(yōu)良;自我愈合能力強(qiáng);安裝、施工方便。當(dāng)前在世界上許多重要工程中使用,并被證明具有很好的防水防滲效果。3)結(jié)構(gòu)自防水是防排水效果的基礎(chǔ),難題在于襯砌結(jié)構(gòu)施工縫的防水,水一般不會經(jīng)過混凝土本身滲出,而是經(jīng)過施工縫或鋼筋嵌入處滲出。有資料顯示,在襯砌施工縫處采用聚氨醋基噴涂防水膜是最具潛在動向的優(yōu)勢之一,特別是對于永久性噴射混凝土襯砌,雖然這種產(chǎn)品當(dāng)前僅在礦井的巖石支護(hù)上得到成功運(yùn)用。4)復(fù)合式防排水材料的發(fā)展。國外的橡膠止水條多采用氯丁橡膠和水膨脹材料的復(fù)合型,發(fā)揮兩種材料各自的作用,取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和工程效益。5)噴射防水層技術(shù)。在國外,上世紀(jì)80年代開始,日本、瑞士、德國等國家對噴射防水技術(shù)開展研究,并開始進(jìn)行工程應(yīng)用。近年來,盡管中國在隧道建設(shè)方面取得了可喜的成績、在隧道防排水技術(shù)上取得了長足進(jìn)步,但絕大部分隧道仍有不同程度的滲漏,有些隧道的滲漏狀況相當(dāng)嚴(yán)重,對安全行車構(gòu)成極大威脅。當(dāng)前,滲漏是隧道的最常見病害,隧道防排水及其治理已經(jīng)成為隧道工程建設(shè)的一大難題。實踐證明,隧道及地下工程的防排水是一項系統(tǒng)工程,它與工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察、防排水設(shè)計、防排水材料選擇、施工技術(shù)與工藝、管理水平等都密切相關(guān)。在勘測、設(shè)計、選材、施工和管理等任一方面的不足都可能引起隧道滲漏問題。實際勘測過程中,由于技術(shù)或其它方面的原因,當(dāng)前絕大部分隧道的水文地質(zhì)勘測資料不夠充分、準(zhǔn)確,以致一些隧道選址在水文條件不良的位置,造成隧道建成后嚴(yán)重滲漏。當(dāng)前中國在隧道防排水設(shè)計方面沒有引起足夠重視或沒有做好的工作有:施工期間的圍巖注漿堵水,施工縫、沉降縫的處理,連拱隧道的防排水技術(shù),寒區(qū)隧道的防滲防凍技術(shù)。當(dāng)前中國隧道用防排水材料品種繁多,生產(chǎn)廠家眾多,材料性能良莠不齊,給隧道防排水工程設(shè)計選材造成了很大的困難。由于隧道施工的復(fù)雜性和其它種種原因,當(dāng)前中國隧道防排水施工存在大量問題有:排水系統(tǒng)銜接、防水層基面處理、防水層接茬、鋪設(shè)、止水帶安裝、襯砌混凝土質(zhì)量和施工縫處理等等。環(huán)保型洞門:當(dāng)前,發(fā)達(dá)國家的隧道建設(shè)以保護(hù)環(huán)境、減少開挖、保持原有地形地貌為原則,提倡”無洞門”,盡量減少對隧道周圍環(huán)境的破壞,切實體現(xiàn)環(huán)保理念。隧道洞門則多采用型式簡單、便于布設(shè)各種附屬設(shè)施的環(huán)框明洞門。隨著環(huán)保理念的深入,一種被稱為”綠色洞口”的前置式洞口在國外得以發(fā)展。該洞口可保全洞口山坡及植被免遭破壞,減小洞口仰坡防護(hù)工程,保證洞口穩(wěn)定,是公路隧道在環(huán)境保護(hù)方面的又一舉措。在高速公路建設(shè)初期,中國公路隧道洞門型式大都只考慮保持洞口巖體穩(wěn)定性的需要和與洞身結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合,一般只考慮力學(xué)因素,而較少考慮環(huán)保、景觀美學(xué)上的要求。大都采用構(gòu)造簡單、施工方便、受力條件明確的柱式、端墻式隧道洞門。這些洞門型式施工時要求洞口有穩(wěn)定的邊仰坡,為了保證隧道洞口段的穩(wěn)定,同時節(jié)省工程投資,往往隧道邊、仰坡刷坡較高,從而造成較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對隧道洞口有了環(huán)境、景觀設(shè)計要求,國內(nèi)隧道洞口型式出現(xiàn)了削竹式、喇叭式等多種型式,同時對原端墻式洞門進(jìn)行了發(fā)展,出現(xiàn)了多種造型。隨著可供選擇的隧道洞門型式的增多,選型難度逐漸加大,選型不當(dāng)帶來的環(huán)境風(fēng)險與經(jīng)濟(jì)浪費也不斷增加。但當(dāng)前中國的公路隧道洞門型式選擇仍主要考慮經(jīng)濟(jì)、工程因素,在環(huán)保理念上與國外存在明顯的差距。當(dāng)前,國內(nèi)尚未從環(huán)境保護(hù)角度針對隧道洞門選型進(jìn)行研究,尚未有一個能夠指導(dǎo)建設(shè)者科學(xué)、合理選擇隧道洞門型式的環(huán)境經(jīng)濟(jì)技術(shù)評估模型。4)公路隧道地質(zhì)勘察與預(yù)報技術(shù)深埋特長隧道,穿越地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域,有深埋特長隧道特有的高地應(yīng)力、硬巖巖爆、高壓涌水等關(guān)鍵地質(zhì)問題。正確的判斷和預(yù)測隧道修建中的各個關(guān)鍵地質(zhì)問題,是關(guān)系到隧道修建成敗的關(guān)鍵因素,因此勘察工作是深埋特長隧道建設(shè)中極為重要的一個環(huán)節(jié)。國外隧道地質(zhì)勘探非常重視地質(zhì)勘探手段研發(fā)工作,并已形成成套技術(shù)。雖然”十五”以來中國在公路工程地質(zhì)勘探技術(shù)方面取得了跨越式發(fā)展,但在深埋特長隧道隧道地質(zhì)勘探技術(shù)方面,與發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)水平還存在很大差距。隧道超前地質(zhì)預(yù)報是隧道建設(shè)地質(zhì)工作最主要的任務(wù)。當(dāng)今世界各國,在七十年代就已開始作隧道地質(zhì)預(yù)報工作。中國自八十年代在大瑤山隧道、南嶺隧道、軍都山隧道和其它一些隧道的施工中,才開始其研究和試驗工作。公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報起步較晚,大量的公路隧道都開展了超前地質(zhì)預(yù)報的研究和實踐,取得了顯著的效果?？墒桥c世界發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)相比,中國在深埋長大公路隧道的前期地質(zhì)綜合勘探技術(shù)和超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)方面,還存在很大差距,尚未開發(fā)中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的儀器設(shè)備與綜合超前預(yù)報處理軟件。(2)隧道設(shè)計與施工基礎(chǔ)理論方面在基礎(chǔ)理論方面,國內(nèi)還缺乏真正意義上的創(chuàng)新與突破,成果的研究深度和原創(chuàng)性還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。圍巖分級理論:從國外圍巖分級的演變來看,主要有以下發(fā)展趨勢:圍巖分級主要以隧道穩(wěn)定性分級為主,這一趨勢越來越明顯。從對巖石的分級逐漸演變到對巖體的分級。從按單參數(shù)分級轉(zhuǎn)變到按多參數(shù)分級,并逐漸向多參數(shù)組成的綜合指標(biāo)法演變。從經(jīng)驗性很強(qiáng)的分級逐步過渡到半經(jīng)驗、半定量分級,現(xiàn)逐漸過渡到定量化分級,并將圍巖分級與巖體力學(xué)的發(fā)展相聯(lián)系,隨著巖體力學(xué)的發(fā)展,這一趨勢更為明顯。在多參數(shù)綜合分級法中,基本采用和差法或積商法。圍巖分級方法是隨著地質(zhì)勘查方法的進(jìn)步而快速發(fā)展的。圍巖分級方法與隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、施工方法規(guī)范化的聯(lián)系越來越密切。土質(zhì)圍巖分級方法逐步與巖質(zhì)圍巖分級方法分離,將會形成專門土質(zhì)圍巖分級方法。從國內(nèi)圍巖分級的演變來看,主要有以下發(fā)展趨勢:從1975年以后,中國隧道圍巖分級方法已經(jīng)與國際上通用的分級方法靠攏,并在已頒布的國標(biāo)和部標(biāo)中體現(xiàn)了這一成果。1975年以后,中國隧道圍巖分級方法的發(fā)展基本與國際同步,主要以隧道穩(wěn)定性進(jìn)行分級。中國隧道圍巖分級中更加重視施工階段圍巖級別的修正,即根據(jù)施工階段獲得的圍巖分級信息對設(shè)計階段的預(yù)分級進(jìn)行修正。與國際上有重要影響的圍巖分級方法相比,分級級數(shù)偏少。除鐵路隧道圍巖分級方法與隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、施工方法規(guī)范化的聯(lián)系較緊密外,其它國標(biāo)和部標(biāo)中,圍巖分級方法與隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、施工方法規(guī)范化的聯(lián)系并不緊密。公路隧道圍巖分級還需要開展:1)圍巖亞級分級方法;2)與之匹配的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。圍巖荷載理論:隧道的開挖打破了巖體內(nèi)原有的應(yīng)力平衡,隨著隧道掘進(jìn)面向前推進(jìn),隧道圍巖的破壞因隧道開挖卸荷而產(chǎn)生的圍巖應(yīng)力重分布及巖體的應(yīng)變軟化而漸進(jìn)出現(xiàn)。國外開展的圍巖荷載理論研究起步很早、理論成果很多,建立了經(jīng)驗公式法、理論計算法、現(xiàn)場量測法、模型實驗法和反分析預(yù)測法等等,比較著名的有:普氏理論、太沙基理論、卡柯(Caquot)公式、芬納(Fenner)公式、修正的芬納(Fenner)公式、卡斯特納(Castner)公式等等。中國學(xué)者也開展了相關(guān)研究,可是當(dāng)前中國隧道圍巖理論研究明顯滯后于工程建設(shè)發(fā)展的需要,對隧道圍巖在開挖應(yīng)力狀態(tài)下的漸進(jìn)性破壞規(guī)律和圍巖壓力演化趨勢研究的不完善性,導(dǎo)致現(xiàn)有理論體系不能全面反映隧道在開挖過程中圍巖級別的劣化過程、圍巖穩(wěn)定性演化趨勢以及圍巖壓力變化規(guī)律。如何深入認(rèn)識圍巖破壞機(jī)理,指導(dǎo)工程開挖安全、支護(hù)優(yōu)化的順利實現(xiàn),已受到理論界和工程界日益廣泛的重視。(3)檢測評估、維修加固與養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)方面中國西部交通科技項目同時資助了隧道病害檢測評估、維修加固與養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)的研究,包括公路隧道健康診斷的應(yīng)用技術(shù)研究、公路隧道建設(shè)中數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用研究、重慶地區(qū)高速公路隧道結(jié)構(gòu)安全與健康狀態(tài)標(biāo)識系統(tǒng)研究這三個課題。相關(guān)課題對隧道運(yùn)營檢查、隧道病害檢測、評估、結(jié)構(gòu)安全評定等領(lǐng)域進(jìn)行了一些研究,取得了一批研究成果,并在工程實踐中加以推廣應(yīng)用。但與發(fā)達(dá)國家相比,中國公路在病害檢測、評估方法、隧道檢測分析與承載能力評定方法、儀器設(shè)備研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂等方面尚存在一定差距。在隧道養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)方面,國外發(fā)達(dá)國家公路隧道大多修建的較早,因此對隧道后期養(yǎng)護(hù)管理的問題也較早得到其公路建設(shè)和管理部門的高度重視,許多國家的各級建設(shè)管理部門根據(jù)本地區(qū)或部門的特點,在開展大量應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上,投入財力物力建立了較為系統(tǒng)的隧道養(yǎng)護(hù)管理公司、系統(tǒng)和相關(guān)規(guī)范指南。形成制度,建立了相應(yīng)嚴(yán)格的章程。由于中國當(dāng)前還處在大建設(shè)時期,公路隧道的養(yǎng)護(hù)管理問題還沒有得到應(yīng)有的重視,開展的相關(guān)研究較少。建議加強(qiáng)隧道養(yǎng)護(hù)管理制度和細(xì)則、隧道預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)、隧道預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)平臺、隧道預(yù)防性養(yǎng)護(hù)機(jī)械設(shè)備開發(fā)等方向加強(qiáng)研究。另外,中國公路隧道運(yùn)營時間較短,運(yùn)營管理和養(yǎng)護(hù)管理體制和制度也不夠成熟,當(dāng)前隧道養(yǎng)護(hù)、管理制度也值得規(guī)范,建議同時加強(qiáng)相關(guān)軟科學(xué)項目的研究。隧道病害檢測方面,國際上快速無損檢測技術(shù)已成為隧道檢測的發(fā)展方向。當(dāng)前常規(guī)的隧道襯砌及圍巖病害無損檢測技術(shù)存在誤差大、效率低的特點,為提高公路隧道病害檢測的準(zhǔn)確性和效率,國外發(fā)展了一批最新的無損快速檢測技術(shù),例如:激光照相(攝像)、紅外攝像、聲發(fā)射、3D-CT等新技術(shù)。中國當(dāng)前還主要采用目視觀察、常規(guī)測量儀器和效率較低的地質(zhì)雷達(dá)等,建議加強(qiáng)對數(shù)字照相、聲發(fā)射、3D-CT等快速檢測儀器設(shè)備的設(shè)計、開發(fā)工作,以提高公路隧道定期及專項病害檢測的精度和可靠性。在隧道長期監(jiān)測方面,國外發(fā)達(dá)國家公路隧道大多修建的較早,因此對隧道安全、健康長期監(jiān)測的問題也較早得到其公路建設(shè)和管理部門的高度重視,在許多國家,各級建設(shè)管理部門根據(jù)本地區(qū)或部門的特點,在開展大量應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上,投入財力物力對重大隧道工程設(shè)立了長期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng),已形成制度,建立了相應(yīng)嚴(yán)格的章程。中國在公路隧道中建立長期監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究才剛剛起步,建議加強(qiáng)相關(guān)研究工作。隧道病害評估方面,臺灣學(xué)者已將建筑結(jié)構(gòu)安全性和可靠性評估方法應(yīng)用于鐵路隧道健全度的判定,并建立了鐵路隧道病害診斷專家系統(tǒng)。日本也已開發(fā)出隧道檢查和診斷專家系統(tǒng)(TIMES-1)。西部課題開展的對隧道健康狀況檢測評估和長期監(jiān)測的研究成果還在應(yīng)用檢驗階段,沒有形成一套成熟的成套檢測評估技術(shù),建議加強(qiáng)病害評估成套技術(shù)的研究和研究成果的推廣和應(yīng)用。隧道病害處治加固、改擴(kuò)建技術(shù)方面,當(dāng)前國內(nèi)外已經(jīng)有不少隧道進(jìn)行了病害處治加固、改擴(kuò)建工作,積累經(jīng)驗的同時也接受了不少教訓(xùn)。當(dāng)前隧道工程的處治加固、改擴(kuò)建工程的施工原則、工藝工法、機(jī)械設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容都需要開展深入的研究。總之,中國雖然已經(jīng)在公路隧道檢測評定與養(yǎng)護(hù)維修加固技術(shù)領(lǐng)域開展了一些研究,取得了一批研究成果,并在工程實踐中加以推廣應(yīng)用,但與發(fā)達(dá)國家相比,中國在基礎(chǔ)理論研究、隧道檢測分析與承載能力評定軟件、儀器設(shè)備研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂等方面尚存在較大差距。信息化數(shù)字化技術(shù):由于隧道及地下空間地質(zhì)環(huán)境的隱蔽性與復(fù)雜多變性、施工過程中災(zāi)害事故的突發(fā)性以及對環(huán)境影響的控制難度很大。隧道及地下工程的建設(shè),特別是重大工程建設(shè),其數(shù)字化問題顯得更為重要和迫切。近年來,國外在隧道及地下工程數(shù)字化領(lǐng)域開展了一系列的研究工作,許多研究被列為政府資助計劃項目。弗吉尼亞理工大學(xué)自年開展了AMADEUS(adaptivereal-timegeologicmapping,analysisanddesignofundergroundspace)研究計劃,其最終目標(biāo)是:利用信息技術(shù),為巖體地下工程的地質(zhì)描述、分析、設(shè)計與施工建立自適應(yīng)實時更新系統(tǒng)。歐盟開展了一項研究計劃,即TUNCONSTRUCT(technologyinnovationinundergroundconstruction),由來自11個國家的成員組成。該項目的一個重要組成部分就是開發(fā)集規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工和運(yùn)營維護(hù)于一體的地下工程信息系統(tǒng),該系統(tǒng)對地下工程(特別是隧道工程)的全生命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,并將數(shù)據(jù)提供給工程建設(shè)和管理的各個參與方。英國劍橋大學(xué)和帝國理工大學(xué)年聯(lián)合開展研究,為各種城市基礎(chǔ)設(shè)施(主要針對隧道與供水系統(tǒng)等)開發(fā)出無線傳感網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)對這些基礎(chǔ)設(shè)施的長期監(jiān)測。另外,韓國學(xué)者M(jìn).Sagong等采用PDA(personal