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在中国公路隧道的研究进展与发展趋势

收到：28十月2013 /修订：13十一月2013 /接受：2013十一月20 /出版：20十二月2013

作者（S）2013年。这篇文章发她（2005）对高速公路隧道安全评价及维修加固策略的研究。博士论文，西南交通大学（中国）

摘要

我国公路隧道系统近年来已超过欧洲、美国等发达国家的里程、规模、复杂性和技术成果。亩已进行了科学研究，大大促进了我国公路隧道建设能力的快速发展。本文介绍了历史发展我国公路隧道施工，根据具体基于建设和运行特点。它提供了取得的主要成就和挑战的系统分析，对施工工艺、操作、监控、维修、保养。公路隧道的未来趋势在我国，对进一步研究提出了建议，并确定了发展前景，为中国式公路隧道施工方法奠定了基础技术架构。

关键词

公路 隧道掘进法 盾构 隧道施工 监控

1.序言

三分之二的中国境内的山区，因此，公路的比例是隧道正在稳步增加。公路隧道的距离每年增长350公里，与第总现在超过5100公里长隧道的数量已超过1200，超长隧道的数量已达260。云南沅江磨高速公路隧道长度约20 9的总线路里程，并在贵州崇州遵义高速公路、隧道比例约。四川省广赣高速公路隧道长度的比例，广元边境的四川和甘肃的数据，这些统计数字表明在本世纪的前十年，隧道的需求增加，公路建设在许多技术领域的地位升高。现在广泛采用的隧道规划在公路建设中，作为设计师和建筑商越来越认识到它的重要性。在修建高等级公路的山区，隧道规划特别是避免自然的关键，保护环境，改善公路线形，减少行驶里程，提高运营效率。有大量的长、大直径山岭隧道现在运作，价值的研究结果得到，开启新篇章在地下工程的工程施工。此外，前10年的第二十一个世纪的中国公路运输网络逐渐向近海深水区和城市延伸。大量公路隧道穿越河流、湖泊和大海，如武汉和南京长江隧道，和厦门翔安海底隧道建成通车。这些项目大大增加了隧道建设的专业知识，包括盾构隧道和埋管方法。长而复杂的公路隧道项目增加了中国的地下工程的知识和先进的操作、通风、监测技术和监测。建筑理论，技术和运营管理技能中国公路隧道已趋于成熟，研究成果已达到全球最高等级。

随着公路隧道继续延伸到山区，水下，城市地区，障碍将更加复杂。这些措施包括地震、火灾、暴雨灾害、复杂地质灾害的影响逻辑条件如高地应力、活动断裂、寒冷、高海拔、水资源丰富的地区，以及生态保护和节约能源的问题。所有这些因素都会对新技术与中国的战略挑战。

2.挖掘方法

2.1基础理论

挖掘方法，根据钻井和爆破施工技术，是主要的施工方法，达到公路屯-中国。施工技术和岩石力学的发展，新奥一个暗挖法（新奥法）被提出并逐渐被隧道工程师接受。新奥法的介绍开始用“如锚杆主动支持技术的推广喷射混凝土。基于新奥法的原理原则，中国已经成功地建立了各种类型的高路隧道软弱围岩等困难条件。应用扩展到浅市政复杂地质条件下公路工程，与传统的明挖法是中国式的浅层地下开挖方法取代低覆盖。

随着与中国公路隧道施工实践的理论认识的增加，新奥法的逐渐从一个变施工方法或支持理解的内容将技术移植到“概念”和“原则”。这对我国公路隧道和地下工程的设计和施工有重要的现实影响。上海合作组织的应用大大扩展，和技术的发展，对新奥法的强度相关场。基于全断面开挖方法的公路隧道开挖方法的多样性板凳切方法成为多挖掘模式。这提高了围岩沉降率控制的稳定性。一个类似的中心膜片的结果中心膜片方法，交叉膜片法的方法，跨膈法和双侧壁导坑法（图一）。

新奥法，但不适合所有的环境，因为它是基于岩石锚喷支护及岩石力学[。挪威隧道法，隧道公司的进一步发展理论，是新奥法的有益补充。对挪威隧道法的核心思想是基于Q系统围岩分类。高性能材料被用作永久性的支撑物第二次衬砌仅设置为所需的泄漏，霜冻和其他危险条件。许多中国工程师在隧道施工技术研究应用控制的原则和非结核分枝杆菌支持材料具有较高的强度和韧性，以解决在中国条件下的挪威隧道法的工程应用问题。在第二十一世纪，规模隧道建设提出的设计方法和建设基于新奥法和挪威隧道法的概念已不能适应中国复杂的要求。意大利新隧道法，中国测试技术研究院出现了。它是基于压力拱理论和新奥法，已广泛应用于公路、铁路设计在意大利。它已在其他欧洲国家被推进，已有熟悉的隧道工程师，但在中国非常短时间。确定如何将其应用于我国公路隧道施工中的复杂问题，是当前面临的挑战。

2.2设计理论与方法

基本理论的增长支持公路隧道设计理论与方法和最初的经典设计方法、负荷结构理论（颗粒压力理论），基于围岩与结构相互作用的连续体理论是前人研究的产物和延伸。设计方法与工程类比演变而来的，在细化、负荷结构、形成结构的方法信息动态设计方法。有限元和有限差分数值方法在公路隧道工程中的应用，特别是在公路隧道工程中的应用系统设计时，必须考虑围岩和整体模型的支持。然而，由于地下工程的复杂性，各种设计理论与方法的典型-我有非常具体的应用和局限性，很难完全适应他们独特而复杂的地下环境。因此，隧道工程师面临的主要问题之一如何将现有的建筑施工与设计理论结合起来，应用于公路隧道的具体特点，建立一套隧道施工的理论体系和设计方案方法对中国的条件。

2.3长、大直径、深埋和高海拔隧道

根据设计理论和施工技术的发展，近年来公路隧道长度、海拔高度、埋深等方面都达到了新的水平。秦岭中完成鹧鸪山，和二郎山隧道是我国公路隧道系统的里程碑，是挑战，需要长时间、大直径、深埋的解决方案的例子，和高海拔隧道。

长、大直径深埋公路隧道施工，并常常伴有如岩爆、大变形等地质灾害，以及其他问题。研究的硒和相关问题提供了许多见解。例如，对岩爆的形成机理，研究预测技术，和预防措施在二郎山了钕苍岭特长公路项目。研究分析了初始支护时间岩爆条件下，成功地进行了二次反分析的初始应力场基于岩石破裂破坏标志的后续岩石破裂预测在田野里。该研究为公路隧道岩爆预测[15-17]的进一步研究提供了新的思路和方法。此外，在中国西部经济的发展提出了一个我日益严重的公路隧道千枚岩等软岩大变形问题，直到现在还没有有效的研究提供了技术支持。在以往的研究中，强支持用于控制变形[ 18 ]，和支护参数通常超过“规范推荐值为公路隧道设计。”然而，强有力的支持，有时是不够的TO控制大变形的应力，锚弹，钢拱不失真，和初始衬砌开裂发生。传统的支护方法和技术面临巨大的挑战的挑战日益复杂的项目，并支持移植系统基于新材料和新技术的需要。此外，在高海拔地区的隧道施工需要考虑防冻液因素。由西南交通大学应用液固热耦合分析公路隧道在高抗冰冻设计技术何川教授的团队—高度区域。他们研究了鹧鸪山隧道，在防霜的材料放在二次衬砌表面绝缘（图2）。这项研究改变防冻设计公路隧道在寒冷、高海拔地区，成功地应用于子序列。隧道的进一步提高公路隧道建设的高度限制了NE抗霜技术的挑战。

2.4隧道结构及断面型式

公路隧道技术的一个重要发展是支撑结构和断面形态的范围。复合式衬砌是基于新奥法，演变成了一个单层衬砌结构，拼装盾构隧道衬砌现在绝大多数系统在公路隧道。为适应近年来线形改性的要求，防腐、防撞，工程师们已经开始把重点放在双层衬砌。分离式隧道多年来一直是主要的类型，但条件，如地形，道路线形，和其他特殊条件下，拱隧道和必要的小净距隧道（图3）。金华的溧水温州公路隧道的建设在建设跨越式发展生产技术和设计理论，特别是关于防排水技术，和中墙式设计。这条隧道基本上奠定了基础连拱隧道的应用。随着大量小净距隧道为北京至福州高速公路，并与紫坪铺隧道通车，小的，清晰的距离一旦隧道中围岩加固、施工方法、负荷理论方面取得了很大的进步，等等。公路建设的快速增长步伐交通量，再加上结构类型导致大型和超大型断面隧道外观的多样化，其中有一个较低的扁平比和机械性能较差。T这包括为上海至宁波高速公路中盟山隧道（宽度：13.86，高度：6.8），和韩家岭隧道的沈阳至大连高速公路（宽度：21.24，高度：1552，30，29）。对施工方法、支护系统的研究，与围岩荷载进行。同时，新的结构类型，如交叉分岔隧道和螺旋形隧道已经出现，呈现出又一套技术难题。

2.5地下水

在公路隧道建设过程中需要解决的问题是地下水的结构。这是一个很长的大直径隧道问题，对其环境影响的关注最近几年。许多中国工程师认识到隧道工程的危害性以及地下水的破坏所造成的周边环境。这导致了一个改变地下水的TR治疗理念从“集中排放”，“重点遏制和限量排放”。隧道和地下水之间的相互作用链显示图3我国公路隧道典型断面类型与施普林格出版社如图4，包括水环境对隧道的影响，以及隧道对水的影响。当项目集中在排放时，衬砌是受低水压的，但有一个环境污染严重。当隧道项目的重点是包含环境和有限的流量，衬砌承受高水压力，但有限的环境影响.显然之间实现平衡排放，环境保护是一个复杂的问题，和隧道施工安全。

最近完成的特长山岭公路隧道，如秦岭终南山、大平利，和泥巴山隧道，隧道结构类型和新发展第二部分对隧道工程施工的要求进行了大量的研究，对公路隧道的设计和施工有着明显的改进。

3.盾构法

随着现代盾构设备技术的进步，逐渐成为一个主要的盾构法施工方案应对复杂和困难的条件下，如软弱地层和河流和海洋。它已广泛应用于公路隧道建设全世界，如著名的东京湾水隧道在日本和在易北河隧道第四管德国。近年来，长江中下游和长江三角洲地区建设了一系列大型水下高速盾构隧道（图5）。这些包括武汉长江，上海延安东路，

上海崇明长江，南京长江，杭州前河，和杭州庆春路隧道。这些隧道典型的大段（0-15在直径），在埋深较浅，水下的压力非常高，很难设计和构建。他们推的规模和水平的骗子到一个新水平的公路盾构隧道施工技术。

早期的分析方法简化了隧道结构的两个维度，并模拟三维度在盾构隧道结构[ 38，方面的专业问题，如图6所示。随着隧道断面尺寸的增加，衬砌结构的增加，采用三维

壳和固体的精细分析方法已普遍运用。这些方法逐步形成综合我的分析方法，采用梁-弹簧模型计算结构整体内力，与壳体接触弹簧模型的精确分析的空间应力分布块结构的执行。同时，根据公路盾构隧道的结构特点，对现有的经典结构的分析方法和模型进行了改进，以装配式衬砌是衬砌结构类型为国内外盾构隧道施工。受地震阻力，线轮廓修改和腐蚀的要求电阻，双层衬砌已通过。它适用于日本在高速铁路隧道，城市干道隧道，地铁隧道，和水传输隧道。双铺二林-将很快在中国由于水下公路隧道直径、埋深不断增加：因此，确定何时选择斗竹叶提取层和在组装的林和内衬之间的力量必须仔细研究。单排双层提出处理与河床之间的衬砌结构的一种新的冲刷问题在长江地区公路盾构隧道穿越河流构成的，具有很高的水压力和渗透性地层。如果这个新的衬砌结构可以减少河床冲刷，然后进一步研究和性能测量将需要验证其长短期的稳定性和适应性。

许多河流穿越盾构隧道已建成，导致大量的结构防水措施，包括多通道技术（组成的段式自动防水，涂层的外段防水），接缝防水，研磨孔和螺栓孔的防水、回填灌浆，和盾尾浆—防水。公路盾构隧道施工技术有了很大的提高，例如，南京长江与崇明上海长江隧道竣工。在各种复杂条件下，如软土地层、富水砂性土等，都取得了突破性的进展摇晃地层、硬地层不均匀。技术挑战包括面稳定与大直径泥水平衡盾构，流固耦合的盾构隧道在，结构浮力控制措施组，累计长距离隧道、大直径泥水盾构机刀具相变化的技术，以及盾构的起始和结束条件控制。

隧道掘进法介绍，在上世纪中叶，现在是一个成熟的和重要的隧道施工技术。基于其施工速度快，优良的隧道形状，高机械化，和小位移围岩扰动，它被用于这样的项目为英法海峡隧道在瑞士，公路隧道。在中国，隧道掘进法主要应用在调水、铁路隧道，如锦屏水电站引水隧洞和大伙房水库，秦岭铁路1线隧道。然而，有公路隧道的一些全球先例，需要进一步努力，以了解和改善公路隧道建设。

4 浸渍管法

沉管隧道是运输载体的隧道挖掘沟槽的海，水下河，湾，或通道处的隧道将建。部分是浮动的网站和在停滞，其次是相关建设结合各部分成一个整体，并提供道路交通。

怀亚特查尔斯进行了第一次测试，在伦敦的隧道施工，测试未能解决防水问题。一种废水管线建设的建设原则在波士顿的1894个是类似于今天使用，虽然它的直径只有2.70米。美国人随后修建了许多沉浸管隧道，但荷兰人设计了一种新的方法，根据美国的技术。该方法被引入到其他国家，今天，沉浸浴缸隧道专业演变。

在我国，对钢管隧道的研究起步较晚，但进展较快。上世纪60年代初，在上海进行了一个水下隧道的研究建于1976 。研究了广州沉管隧道在1974；公路隧道穿越维多利亚港建于1972香港，与高雄浸没台湾市1984建管隧道。广州珠江隧道1993年建成，是我国第一条城市道路和铁路的首个水下隧道，在中国的应用，是一条道路和铁路的隧道设置大的浸渍管隧道的先例。第二沉管隧道建在宁波邕江1995，一个项目，克服了软土地基和使用的缺点预制方法的分段连接。宁波长虹隧道，建于2002，采用桩基础的特殊的水文地质条件，提供了深入了解后天然软土隧道施工。成功的骗子--上海外环隧道建设了沉管隧道的施工技术提高到一个新水平。浸入式米香港隧道是珠海-澳门大桥项目，全长6.753公里，是世界上最长的隧道式隧道。这条隧道采用了长长度的分段管，埋在下面深水，用软土地基不均匀。

每一个国家的设计和施工技术都有其自身的特点，思想也不同。节理剖面的产生，隧道节理，基本层的配置，地震结构的关键技术，对沉管隧道设计和施工的施工技术问题。随着钢管隧道设计的发展在一个大范围内，平均长度为60米，从米到200米。每个管段的长度较长，每节的车道数是高，从原来的两车道增加到六车道，典

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