高速鐵路隧道技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀存在問題及其展望

讀書報(bào)告高速鐵路隧道技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀存在問題及其展望目錄一、我國遂道及地下工程的發(fā)展現(xiàn)狀11.1交通隧道11.2水利水電隧洞21.3地下工程2二、我國隧道及地下工程的主要開挖方法及新技術(shù)2三、當(dāng)前國內(nèi)鐵路隧道施工主要存在技術(shù)問題33.1 爆破精細(xì)控制技術(shù)33.2 改進(jìn)開挖技術(shù)33.3 機(jī)制砂噴混凝土濕噴工藝43.4 仰拱與掌子面進(jìn)度的協(xié)調(diào)性43.5 隧道溝槽施工工藝43.6 通風(fēng)及空氣凈化技術(shù)5四、貴廣鐵路建設(shè)實(shí)例6五、我國隧道及地下工程的發(fā)展前景75.1隧道發(fā)展前景7六、高速鐵路隧道的研究幾個(gè)熱點(diǎn)問題86.1 高速鐵路隧道的空氣動力學(xué)效應(yīng)86.2 高速鐵路隧道的瞬變壓力96.3 高速鐵路隧道的微壓波9高速鐵路隧道技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，存在問題及其展望自1978年我國改革開放以來，我國在交通、水利水電、市政等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，特別是近十年來，更取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，同時(shí)在設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平上也有了很大提高。但是由于我國東西高差大、地勢復(fù)雜，隧道工程是鐵路工程中不可缺少的重要項(xiàng)目，例如最近剛開通的蘭新高鐵，隧道比例達(dá)到60%以上。我國大力發(fā)展高速鐵路，列車運(yùn)行速度的提高勢必造成列車振動荷載進(jìn)一步加大，從而對隧道結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性提了更高的要求。伴隨著鐵路的出現(xiàn)和發(fā)展，鐵路隧道也逐漸發(fā)展起來，但受制于技術(shù)條件的限制，在很長的時(shí)間內(nèi)，鐵路隧道的規(guī)模都很有限，直到20 世紀(jì)，隨著人類科技水平和技術(shù)裝備的進(jìn)步，才開始出現(xiàn)了一些大型隧道，世界鐵路隧道的世界記錄也不斷被更新。我國高速鐵路已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的建設(shè)階段，全國各鐵路干線列車提速正在進(jìn)行之中。1、 我國遂道及地下工程的發(fā)展現(xiàn)狀1.1交通隧道交通隧道主要包括鐵路隧道、公路隧道及城市地鐵工程，鐵路隧道目前在數(shù)量、長度、設(shè)計(jì)及施工技術(shù)上在我國處于領(lǐng)先地位，截至1997年，在我國的鐵路線上已建成并正式交付運(yùn)營的隧道大約5200座，總長度2457.89km，平均占鐵路網(wǎng)總長度的4.7。目前我國已建成鐵路中隧道占線路長度在30%以上的就有襄渝線34.3%，成昆線31.6%，在建鐵路中隧道占線路長度比例最大的達(dá)到50.42%(西康線)。目前已建成的最長隧道是西康線的秦嶺單線隧道，長18.4km，其它較長的還有衡廣鐵路復(fù)線上的大瑤山雙線隧道，長14.295km，于1987年建成。南昆線上的米花嶺隧道，長9.383km。地鐵工程目前僅有京、津、滬、穗四市約80km正在運(yùn)營，而在建工程則很多，目前除上述四城市仍在繼續(xù)擴(kuò)建地鐵外，南京、重慶、青島、沈陽、深圳、成都等約20個(gè)大中城市進(jìn)行了地鐵和輕軌交通系統(tǒng)規(guī)劃，部分項(xiàng)目正在全面施工。我國公路隧道在80年代前，因公路等級較低，同時(shí)限于設(shè)計(jì)、施工及短期投資大等多種原因，很少設(shè)計(jì)長大隧道，且數(shù)量(總長度)上也不多，但改革開放以后，為了實(shí)現(xiàn)截彎、降坡、提速、提高運(yùn)營安全及實(shí)現(xiàn)長期運(yùn)營收益提高等，相繼修建了一批長大公路隧道，如遼寧的八盤嶺雙線公路隧道(長1600m)，吉林的小盤嶺公路、，速公路建設(shè)的大規(guī)模展開和設(shè)計(jì)、施工總體水平的提高，公路隧道工程在總量、單體長度上有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隧道單體長度記錄不斷被刷新。目前已提高到4km長度以上的水平，如川藏公路上的二郎山隧道全長4160m，目前我國海拔最高，2000年4月18日峻工通車的重慶鐵山坪路隧道雙線全長5424m，是目前我國最長的大跨度公路隧道，北京至八達(dá)嶺高速公路上的潭峪溝公路隧道主隧道全長3455m，單向三車道，是目前國內(nèi)最寬的公路隧道。1.2水利水電隧洞主要包括水工隧洞和地下廠房兩大部分，水工隧洞主要包括引水隧道，導(dǎo)流隧洞，泄洪隧洞等，地下廠房指不過水的地下洞室，包括電站主副廠房洞室、開關(guān)站、閘門豎井等，我國自70年代中期以后，先后建成了一大批著名的水電工程，如二灘水電站、黃河小浪底、葛洲壩等，還有目前正在建設(shè)的世界最大的水電工程長江三峽工程，這標(biāo)志著在水利水電系統(tǒng)地下工程和隧道建設(shè)已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。目前水電地下工程建設(shè)中的一個(gè)明顯特點(diǎn)是工程規(guī)模不斷大型化，具體體現(xiàn)為:引水隧洞埋深增大，導(dǎo)流、泄洪洞斷面增大、跨度增大、邊墻增高的地下洞室群體規(guī)模增大，隧洞承壓水頭增大，如正建的錦屏二級引水隧洞埋深達(dá)2600m(與目前世界上已建最大埋深的法國謝欄引水隧洞埋深2620m相近)，已建成的二灘電站導(dǎo)流洞，斷面達(dá)403m2，已建成的天湖抽水蓄能電站的水頭則高達(dá)1074m，在長度方面，1991年建成的太平驛引水隧洞就達(dá)10km。1.3地下工程 地下工程包括市政管線工程，地下倉儲工程，我國隧道及地下工程發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望隨著現(xiàn)代化城市高密度化、生活水準(zhǔn)的高標(biāo)準(zhǔn)化、各種供給設(shè)施(如電信、電氣、煤氣、上下水等)的需求量將會急劇增加，需要改造和增設(shè)的供管線愈來愈多，解決這一問題的最好對策乃是進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與管理的城市地下共同溝(城市地下公用事業(yè)綜合隧道)，1994年上海浦東建成了我國第一條規(guī)模較大的張揚(yáng)路共同溝。城市地下空間開發(fā)利用，目前較廣泛的有高層建筑物地下室，平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程，如上海人民廣場地下商場，哈爾濱、長春地下商業(yè)街等。利用地下工程恒溫恒濕，受地面干擾小，防災(zāi)抗災(zāi)能力強(qiáng)等的特點(diǎn)，我國修建了許多地下儲庫，如地下糧庫、油庫、金庫等。隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，地下工程的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用深度將不斷拓展。二、我國隧道及地下工程的主要開挖方法及新技術(shù)世界發(fā)達(dá)國家已有的隧道和地下工程施工技術(shù)，大部分已在我國開發(fā)利用，并在工程實(shí)踐中結(jié)合中國的國情得到不斷的改進(jìn)和發(fā)展。由于隧道及地下工程類型、規(guī)模、地層、施工裝備、技術(shù)水平等的不同，相應(yīng)產(chǎn)生不同的開挖方法，按大類主要可分以下幾種:以1981年11月開工，1987年12月竣工的大瑤山雙線鐵路隧道的施工為代表和開始，成功地推廣了錨噴支護(hù)新奧法大斷面開挖施工技術(shù)，90年代采用新奧法又一次成功修建了號稱“天下第一險(xiǎn)洞”(高地應(yīng)力、高地?zé)?、多瓦斯、多斷層、多地層塌?的南昆鐵路家竹箐隧道，這標(biāo)志著我國鉆爆法隧道施工技術(shù)達(dá)到和接近了世界先進(jìn)水平。其中形成的施工前、中、后的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)模式、圍巖變形量測、預(yù)報(bào)、指導(dǎo)施工模式及圍巖加固模式，為我國全面推廣新奧法隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，我國目前已建成的最長的單線鐵路隧道西康鐵路秦嶺隧道施工中采用了(1997年12月18日)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)，使我國的交通隧道修建技術(shù)又上升到一個(gè)新臺階，而在上海、廣州、北京地鐵隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)得到了大面積使用，取得和積累了很多成功經(jīng)驗(yàn)，用此法目前已建成了約100km長的各種用途的隧道。3、 當(dāng)前國內(nèi)鐵路隧道施工主要存在技術(shù)問題3.1 爆破精細(xì)控制技術(shù) 隧道開挖技術(shù)是隧道施工的核心技術(shù)之一，也是隧道工程界最為活躍的研究熱點(diǎn)，機(jī)械開挖技術(shù)和控制爆破技術(shù)是主要研究方向。為了充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備技術(shù)進(jìn)步的優(yōu)勢、提高開挖作業(yè)的效率和安全性、降低人力勞動作業(yè)量，隧道開挖呈現(xiàn)出由分步（臺階法）開挖向全斷面開挖發(fā)展的趨勢。其中，尤以精細(xì)爆破技術(shù)和軟弱圍巖預(yù)加固全斷面開挖技術(shù)為代表，就石質(zhì)圍巖隧道的開挖而言，當(dāng)前有兩個(gè)問題較為突出，一是控制爆破能力不足、破碎圍巖條件下的光面爆破效果差；二是普遍采用的臺階法開挖工藝不能滿足隧道施工工序安全步距的相關(guān)規(guī)定。光面爆破效果差，不僅影響隧道開挖安全，還造成普遍存在的超挖現(xiàn)象?，F(xiàn)場的初步統(tǒng)計(jì)表明，因超挖造成的支護(hù)混凝土和二次襯砌混凝土超設(shè)計(jì)使用量平均達(dá)30%以上，還引起出碴量的無謂增加，給項(xiàng)目成本控制帶來很大的壓力， 同時(shí)還造成支護(hù)背后空洞等質(zhì)量安全事故。針對上述問題展開精細(xì)爆破技術(shù)應(yīng)用的研究，對隧道施工安全、質(zhì)量和成本控制意義重大。3.2 改進(jìn)開挖技術(shù) 隧道開挖時(shí)，圍巖級別優(yōu)于III 級時(shí)采用全斷面法既可保證進(jìn)度也利于降低成本，已成共識。問題存在于、級圍巖的開挖，當(dāng)前普遍采用的臺階法開挖工藝有利于人員循環(huán)作業(yè)， 進(jìn)度和成本控制有保障， 但臺階的存在造成仰拱跟進(jìn)掌子面的距離超過相關(guān)規(guī)定，形成安全隱患。調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，隧道開挖臺階長度過長是近年來國內(nèi)隧道施工發(fā)生眾多安全事故的主要原因之一。為了確保鐵路隧道施工安全，鐵道部對仰拱與掌子面的距離要求越來越嚴(yán)格，TB10304-2009 鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程規(guī)定：級圍巖中仰拱與掌子面的距離不得超過90m，級圍巖不得超過50 m，級及以上圍巖不得超過40 m。鐵道部鐵建設(shè)2010120 號關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知對隧道開挖掌子面與仰拱之間的距離做出了進(jìn)一步的強(qiáng)制性規(guī)定： 隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)， 、級圍巖仰拱封閉位置距離掌子面不得大于35 m。當(dāng)前鐵路隧道施工中，無論圍巖的穩(wěn)定性如何，采用長臺階法施工都難以滿足上述強(qiáng)制性工序間安全距離的要求； 采用短臺階法（長度小于一倍洞徑）施工時(shí)，由于上、下臺階不能平行作業(yè)， 工作效率大大降低， 進(jìn)度嚴(yán)重受阻。各級安全檢查結(jié)果表明， 如果不改進(jìn)開挖技術(shù)工藝，貫徹落實(shí)鐵道部的上述要求將非常困難。3.3 機(jī)制砂噴混凝土濕噴工藝 在新奧法施工理論體系下，支護(hù)技術(shù)、圍巖加固和預(yù)加固技術(shù)成為特殊地質(zhì)條件下隧道施工成敗的關(guān)鍵。錨噴與拱架結(jié)合的支護(hù)技術(shù)已較為成熟，注漿加固是圍巖加固的主要方式，長鋼管壓漿（大管棚和超前小導(dǎo)管）則是超前支護(hù)的主要方式。當(dāng)前，業(yè)界對超前支護(hù)作用機(jī)理的新定義是： 開挖掌子面前方縱向具有梁作用，橫向具有拱作用。在此理論的指引下， 用于穩(wěn)定掌子面的柔性預(yù)襯砌和用于控制地面下沉的剛性預(yù)襯砌技術(shù)，以及水平噴射注漿技術(shù)等成為預(yù)支護(hù)技術(shù)研究的新方向。噴射混凝土是隧道支護(hù)施工中的主要工序，根據(jù)鐵建設(shè)2010241 號高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南規(guī)定，噴射混凝土應(yīng)采用濕噴工藝，這一規(guī)定主要是從保障噴混凝土施工質(zhì)量和人員勞動健康的角度出發(fā)的。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，利用機(jī)制砂，采用濕噴工藝進(jìn)行噴射混凝土施工需要解決好兩個(gè)問題：一是濕噴工藝施工成本比干噴工藝高，這給規(guī)范規(guī)定的優(yōu)先采用濕噴工藝標(biāo)準(zhǔn)的貫徹執(zhí)行和項(xiàng)目成本核算帶來巨大的壓力；二是機(jī)制砂相對于天然砂在技術(shù)指標(biāo)上存在的差異。具體來講，機(jī)制砂要滿足規(guī)范要求的石粉含量限值必須經(jīng)過水洗工藝，而水洗機(jī)制砂的共性問題是級配不好、拌制的混凝土和易性差， 泵送效果差，規(guī)范規(guī)定混凝土坍落度應(yīng)在80130 mm 之間，實(shí)際施工中坍落度需放大到170mm 以上方可泵送?；炷撂涠仍龃蟊厝粚?dǎo)致混凝土單位用水量增加、勻質(zhì)性降低，不僅嚴(yán)重影響了混凝土的速凝效果和強(qiáng)度，而且降低了支護(hù)能力及外觀質(zhì)量， 混凝土回彈量也大幅增加，施工成本加大，這也成為噴射混凝土濕噴工藝得不到貫徹執(zhí)行的主要原因。3.4 仰拱與掌子面進(jìn)度的協(xié)調(diào)性 隧道仰拱是初期支護(hù)和二次襯砌的銜接工序，直接影響隧道的施工質(zhì)量和工序安全步距。當(dāng)前鐵路隧道施工中，在開挖進(jìn)度正常的情況下（尤其是強(qiáng)于級的圍巖）， 因沒有理想的施工技術(shù)和配套設(shè)備， 通常采用多開工作面或增加仰拱一次施工長度的方法來提高仰拱施工進(jìn)度。然而，這兩種方法均存在工序間相互干擾大、洞內(nèi)施工組織困難、循環(huán)時(shí)間長等難題，而且附加成本較高，仰拱施工的質(zhì)量和進(jìn)度難以保障，進(jìn)而影響了防水系統(tǒng)、二次襯砌等后繼工序的結(jié)構(gòu)銜接質(zhì)量和進(jìn)度， 安全步距不能滿足相關(guān)規(guī)定的強(qiáng)制性要求， 因此隧道仰拱成為隧道施工中控制性工序。3.5 隧道溝槽施工工藝 隧道溝槽（中心水溝、側(cè)溝、電纜槽）混凝土施工斷面小，輪廓線條多，單位體積表面積大，施工困難。但是，水溝電纜槽既是隧道的“形象工程”，又是通訊、信號、電力等運(yùn)營設(shè)施的直接承載體，其實(shí)體質(zhì)量和表觀質(zhì)量直接影響了隧道工程的整體形象和使用功能。受前期隧道施工重主體、輕附屬思想的影響，隧道溝槽施工至今沒有開發(fā)出理想的配套設(shè)備。前普遍采用的小塊組合鋼模分段施工法存在整體性差、加固支撐多、工序繁雜、循環(huán)時(shí)間長、施工效率低、對工人技能要求高等諸多問題。而且造成施工成本高，外觀質(zhì)量和實(shí)體質(zhì)量達(dá)標(biāo)困難，作業(yè)面文明形象差。3.6 通風(fēng)及空氣凈化技術(shù) 在我國隧道施工以鉆爆法和無軌運(yùn)輸為主導(dǎo)的大環(huán)境下， 通風(fēng)防塵技術(shù)是涉及人員生命健康的大事，是隧道施工水平的重要標(biāo)志，也是影響隧道施工方案選取的控制因素之一12。當(dāng)前，用于壓入式通風(fēng)的射流風(fēng)機(jī)和巷道式通風(fēng)的軸流風(fēng)機(jī)， 以及兩者的混合應(yīng)用都已是成熟的產(chǎn)品和技術(shù)。但是，因隧道施工時(shí)爆破飛石、開挖支護(hù)作業(yè)臺架行走等原因，通風(fēng)管不能通達(dá)掌子面，加上通風(fēng)管長距離漏風(fēng)，造成工作面新鮮空氣不足，洞內(nèi)的空氣質(zhì)量普遍不能達(dá)標(biāo)，給洞內(nèi)作業(yè)人員造成嚴(yán)重的健康危害。已有的調(diào)查結(jié)果表明：我國從事隧道施工的一線工人中，患塵肺病的比例達(dá)到3.4%，比粉塵危害最嚴(yán)重的煤礦部門（3.7%）僅相差0.3%。另一方面，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度來講， 隨著隧道工程在鐵路線路總長度中所占比例的提高，長大隧道數(shù)量隨之增加，開挖面的新鮮空氣需從千米以外的洞口引入，通風(fēng)阻力大、能耗高，單純以通風(fēng)來保持洞內(nèi)空氣質(zhì)量， 無論在技術(shù)上還是成本上都變得非常困難。事實(shí)上，現(xiàn)場常因通風(fēng)成本高昂而減少通風(fēng)時(shí)間或降低通風(fēng)機(jī)功率， 進(jìn)一步惡化了洞內(nèi)空氣質(zhì)量13。2.7 機(jī)制砂加工技術(shù)隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和環(huán)境保護(hù)要求的提高， 可供混凝土使用的天然砂資源越來越匱乏。在山區(qū)隧道工程中， 利用隧道棄碴加工機(jī)制砂、碎石無論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都成為必然的選擇。當(dāng)前，機(jī)制砂加工利用過程中存在著以下問題： （1） 機(jī)制砂、碎石生產(chǎn)線要經(jīng)過：母料精選清除雜質(zhì)（過振動篩）鄂破清洗反擊破碎篩分成品數(shù)量確認(rèn)檢驗(yàn)標(biāo)識儲存與保管等程序。實(shí)際生產(chǎn)中，不同的生產(chǎn)設(shè)備或相同設(shè)備在不同的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下所生產(chǎn)的成品在數(shù)量比例、技術(shù)指標(biāo)和工程適用性上存在差異，例如：生產(chǎn)的細(xì)骨料比例小于施工需求，而粗骨料比例大于施工需求，部分粗骨料浪費(fèi)或需要二次加工成細(xì)骨料。這就需要對機(jī)制砂、碎石生產(chǎn)線的設(shè)備選型和生產(chǎn)工藝狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行研究，以確定最理想的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝。 （2） 相關(guān)規(guī)范規(guī)定了混凝土用砂的含泥量和石粉（小于80 微米的顆粒）含量的限值。例如，用于C35C55 混凝土的機(jī)制砂中石粉含量不得大于7%。一般地，不經(jīng)清洗、由生產(chǎn)線直接篩分獲取的機(jī)制砂中石粉含量在12%16%之間，合格的機(jī)制砂生產(chǎn)線均需增加水洗或風(fēng)洗設(shè)備以降低石粉含量。水洗機(jī)制砂的共性問題是級配不好， 對貴廣鐵路GGTJ-1 標(biāo)16 個(gè)機(jī)制砂生產(chǎn)線生產(chǎn)的成品試驗(yàn)表明，水洗機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)普遍在3.13.7 之間，個(gè)別批次細(xì)度模數(shù)達(dá)到4.5，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的理想值（2.63.0）。這種細(xì)度模數(shù)指標(biāo)不理想的機(jī)制砂與其它材料的配合比兼容性差， 拌制的混凝土性能難以滿足施工要求。需要對機(jī)制砂石粉含量的控制指標(biāo)、控制技術(shù)和機(jī)制砂應(yīng)用配合比優(yōu)化進(jìn)行系統(tǒng)研究。 （3） 從提高混凝土性能和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)， 混凝土中要求加入一定比例的粉煤灰和礦粉， 石粉在混凝土拌制過程中與兩者有類似的作用， 但當(dāng)前鐵路規(guī)范要求嚴(yán)格控制其摻入量。相關(guān)研究已表明，細(xì)骨料中的石粉含量可以適當(dāng)提高， 例如：DBJ52-55-2008 貴州省高速公路機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土技術(shù)規(guī)程對用于高強(qiáng)混凝土（C50）機(jī)制砂中的石粉含量給予了適當(dāng)放寬，達(dá)到10%。所以，可以通過試驗(yàn)研究確定鐵路工程混凝土細(xì)骨料中對石粉含量限制指標(biāo)適當(dāng)放寬的可行性。 （4） 根據(jù)規(guī)范規(guī)定， 機(jī)制砂不能用于梁體混凝土，例如，貴廣鐵路貴州境內(nèi)梁體用砂就需火車從廣西遠(yuǎn)運(yùn)供應(yīng)，采購單價(jià)遠(yuǎn)超過工程預(yù)算。四、 貴廣鐵路建設(shè)實(shí)例 以貴廣鐵路建設(shè)為例，結(jié)合當(dāng)前隧道施工中存在的上述問題，列舉一些解決上述問題的措施。 （1） 引入精細(xì)爆破技術(shù)，實(shí)現(xiàn)爆破效果及爆破擾動圍巖范圍的有效控制。 （2） 開發(fā)應(yīng)用微臺階開挖工法，引進(jìn)精細(xì)爆破設(shè)計(jì)技術(shù)， 利用可適用于全斷面和臺階法開挖的懸臂拼裝式臺架，實(shí)現(xiàn)上下臺階同步鑿巖爆破、同步出碴支護(hù)，將全斷面開挖工藝演化應(yīng)用于臺階法開挖，成功地解決了、級石質(zhì)圍巖隧道開挖進(jìn)度與工序安全距離之間的矛盾。 （3） 初步試驗(yàn)結(jié)果表明，大滲量粉煤灰噴混凝土的應(yīng)用可以有效地解決機(jī)制砂混凝土和易性改進(jìn)問題。 （4） 當(dāng)前在貴廣鐵路建設(shè)中開發(fā)應(yīng)用的高速鐵路雙線隧道仰拱快速施工的設(shè)備及工法， 解決了隧道快速施工機(jī)械化配套課題中仰拱施工進(jìn)度與掌子面掘進(jìn)進(jìn)度保持一致的關(guān)鍵性問題， 從根本上改變了現(xiàn)有的隧道施工組織模式， 使之成為保障隧道施工質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制的技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、人性化文明工地建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)。所述的仰拱快速施工設(shè)備包括雙車道仰拱棧橋、仰拱模架、中心溝模架、端頭梁和走行設(shè)備五個(gè)部分，提供了雙車道通行、仰拱一次性整體澆筑、填充與仰拱分次澆筑、仰拱模板和中心水溝模板自行整體移動就位等使用功能（圖1）。仰拱快速施工設(shè)備及施工工法的應(yīng)用使得隧道施工變得更為快捷， 達(dá)到了如下效果：仰拱施工的效率顯著提高，只需一個(gè)工作面可滿足每月180300 m 的進(jìn)度要求；模板系統(tǒng)可自行移動，人力勞動強(qiáng)度降低，機(jī)械化水平提高；模板定位不需要加固鋼筋，人力及附加成本大幅降低；工程質(zhì)量顯著提高，生產(chǎn)成品內(nèi)實(shí)外美；利于前后工序的銜接，容易實(shí)現(xiàn)開挖掌子面、仰拱和二次襯砌等工序間安全步距的保持，為隧道快速掘進(jìn)提供了保障；提供雙車道通行，優(yōu)化了洞內(nèi)施工組織和工序分區(qū)，利于標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和安全文明施工。 （5） 開發(fā)的隧道溝槽施工配套設(shè)備和工藝技術(shù)， 成功地解決了前期隧道溝槽施工中存在的主要問題，應(yīng)用效果良好；當(dāng)前在貴廣鐵路建設(shè)中開發(fā)應(yīng)用的適用于高速鐵路隧道溝槽施工工藝要求的隧道溝槽快速施工設(shè)備（圖2）和配套施工技術(shù)，成功地解決了前期隧道溝槽施工中存在的上述問題，填補(bǔ)了隧道快速施工機(jī)械化配套研究的空白?，F(xiàn)場應(yīng)用效果表明，該設(shè)備的使用使得隧道中心水溝、側(cè)溝和電纜槽施工變得更為快捷，生產(chǎn)成品結(jié)構(gòu)美觀，作業(yè)面整潔，從質(zhì)量、工期、成本、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、人性化管理、文明施工等方面均取得了良好效果。 （6） 空氣凈化設(shè)備與通風(fēng)設(shè)備配合使用，可以更有效地改善長隧道洞內(nèi)空氣質(zhì)量，節(jié)約成本。在隧道施工污染源相對集中的開挖支護(hù)作業(yè)面，采用空氣凈化設(shè)備并與通風(fēng)設(shè)備配合使用，可以更有效地改善洞內(nèi)空氣質(zhì)量。先進(jìn)的除塵設(shè)備效率高達(dá)99%以上，空氣凈化設(shè)備以高效率和低成本除去洞內(nèi)大部分污染源，凈化后的空氣可返回工作面循環(huán)利用，使通風(fēng)量大幅減小。通風(fēng)機(jī)的功率與通風(fēng)量三次方成正比，如果通風(fēng)量減少一半，功率則下降87.5%，通風(fēng)機(jī)的功率可以得到大幅度降低。國外研究資料表明，使用循環(huán)風(fēng)以后，通風(fēng)機(jī)的功率可以節(jié)約60%以上?？梢?，空氣凈化設(shè)備與通風(fēng)設(shè)備配合使用，不僅有很好的社會效益，經(jīng)濟(jì)效益也很明五、我國隧道及地下工程的發(fā)展前景5.1隧道發(fā)展前景 隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展綜合國力不斷增強(qiáng)，高新技術(shù)不斷發(fā)展，我國隧道發(fā)展前景是非常廣闊的，同時(shí)隧道的發(fā)展也是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略、開邊通海戰(zhàn)略的迫切需要。交通設(shè)施、水電工程越來越成為制約一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸所在。 在交通隧道方面，隨著我國高速公路干線網(wǎng)的不斷完善，特別是向我國西部多山地區(qū)的不斷延伸，海南島與陸地的跨海延伸，以及遼東半島、膠東半島之間的跨海連接，崇明島與上海之間等長江沿線的地下連接都需要巨大的隧道工程來支撐，隨著西部的開發(fā)，我國鐵路隧道、公路隧道的單體長度及數(shù)量記錄，都將不斷被刷新，如1999年竣工的秦嶺鐵路隧道長度已達(dá)18.46km，2000年5月竣工的重慶鐵山坪公路隧道長度為4.5km。在跨海、跨江隧道方面，目前我國國內(nèi)已對瓊州海峽隧道完成了可行性研究，不少有識人士也已提出了跨越渤海灣聯(lián)接遼東與膠州半島的南橋北隧固定聯(lián)絡(luò)隧通道，跨越長江入?？谶B接上海崇明啟東的江底隧道、京滬、京廣高速鐵路跨越長江的沉管隧道，甚至提出了興建臺彎海峽隧道的設(shè)想。日本的青函海底隧道(全長53.85km)海底部分長23.3km)，英法海底隧道(全長50km，海底38km)的建成運(yùn)營，以及其它國家，明挖法以它施工簡單，安全快速、造價(jià)較低，仍然是除山嶺隧道，江湖河底隧道外首選的施工方法，其中的蓋挖法是市區(qū)修建地鐵車站的主要方法，北京、上海、南京、廣州有近10座地鐵車站采用此法，并取得了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)，逆作法或半逆作法也已從局部試點(diǎn)轉(zhuǎn)入工程實(shí)際應(yīng)用，如深圳地王大廈、上海金茂大廈地下室，除主樓外全部采用半逆作法施工，使工期大大提高。暗挖法適應(yīng)范圍廣、鐵路、公路、水利水電隧道、礦山巷道以及城市繁華市區(qū)下地鐵、地下工程廣泛采用此法，沉箱(管)法則主要用于跨越江湖河流等水體隧道的施工。我國的隧道及地下工程施工技術(shù)自80年代以來，得到了快速發(fā)展，代表隧道工程施工新技術(shù)發(fā)展 (1)必須加強(qiáng)前期的工程地質(zhì)勘察和可行性研究工作，加強(qiáng)從選擇設(shè)計(jì)、施工單位，實(shí)行監(jiān)理制度等各階段的科學(xué)管理，管理體制應(yīng)同國際接軌。 (2)進(jìn)一步完善隧道及地下工程設(shè)計(jì)施工的法規(guī)和技術(shù)規(guī)程建設(shè)，做到有法可依。 (3)進(jìn)一步通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，完善在動靜荷載作用下，地下結(jié)構(gòu)與圍巖介質(zhì)的共同作用理論，明確隧道和地下工程周邊各階段的荷載分布，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析、斷面設(shè)計(jì)方法更符合實(shí)際。 (4)在準(zhǔn)確理解的基礎(chǔ)上，全面推廣應(yīng)用“新奧法”新奧法不能簡單地理解為一種具體的施工方法，實(shí)際上它是一種新理念下的從設(shè)計(jì)施工直到運(yùn)營的隧道及地下工程建設(shè)的指導(dǎo)思想原則，再配合一些必要的工法。 (5)先進(jìn)施工機(jī)械的引進(jìn)和研制，先進(jìn)的各類工法和專家系統(tǒng)的提出。如隧道鑿巖機(jī)，各種盾構(gòu)機(jī)和微型自動導(dǎo)航地下施工機(jī)械等。 (6)加強(qiáng)施工隊(duì)伍技術(shù)素質(zhì)的提高，加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)管理，降低工程造價(jià)。 (7)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識，注意隧道和地下工程施工運(yùn)營中不產(chǎn)生對環(huán)境不利的影響和公害或采取適當(dāng)措施，將影響減到可以接受的程度。應(yīng)逐步建立建全大型隧道及地下工程施工監(jiān)測、監(jiān)控、環(huán)境病害預(yù)測防治系統(tǒng)。在水電隧道方面，隨著以世紀(jì)工程三峽水利水電工程等一大批大型、超大型水電工程項(xiàng)目的實(shí)施與完成，我國在深埋、長大隧道及大跨度地下廠房的設(shè)計(jì)與施工能力上，都已經(jīng)或?qū)⒁_(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，隨著我國西部大開發(fā)的進(jìn)行，雅魯藏布江、金沙江等水力資源豐富的江河上梯級電站建設(shè)，我國水利水電隧道的建設(shè)也將進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期。