國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)的綜述與展望

1、國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)的現(xiàn)狀和展望 29/29國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)的綜述與展望宋戰(zhàn)平 吳煥通 二九年三月摘要：當(dāng)前，山嶺隧道和其他地下工程是人類向自然界要空間、進(jìn)行資源開發(fā)的主要方向之一，“上天入地”是人類向立體空間發(fā)展的必然趨勢。21世紀(jì)世界隧道與地下空間的開發(fā)必將出現(xiàn)大量的長大隧道工程。本文對國內(nèi)外長大隧道工程及長大隧道工程的施工技術(shù)現(xiàn)狀、取得的成就及發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜合分析。系統(tǒng)介紹了山嶺隧道施工理念和山嶺隧道防排水指導(dǎo)原則，長大山嶺隧道的施工開挖技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展和山嶺隧道支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展；討論了長大隧道通風(fēng)技術(shù)現(xiàn)狀和山嶺隧道的施工機(jī)械配置，指出了山嶺隧道施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；基于以上的分

2、析，結(jié)合我國山嶺隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀，展望了對21世紀(jì)長大山嶺隧道的施工技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞： 隧道工程；山嶺隧道；施工技術(shù)；發(fā)展和展望0 前 言當(dāng)前，山嶺隧道和其他地下工程是人類向自然界要空間、進(jìn)行資源開發(fā)的主要方向之一，“上天入地”是人類向立體空間發(fā)展的必然趨勢。中國是一個(gè)多山的國家，高速、準(zhǔn)高速鐵路、公路的發(fā)展和建設(shè)是中國21 世紀(jì)的特色；21 世紀(jì)的中國必然將出現(xiàn)大量的隧道工程，長大隧道的建設(shè)勢在必行。長大隧道的修建給我們帶來了無限的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，為能更好地適應(yīng)當(dāng)前隧道施工技術(shù)的發(fā)展，提高我局長大隧道施工技術(shù)水平，以便在今后的長大隧道施工中能更好地、全面開發(fā)和應(yīng)用新原理、新技術(shù)、新設(shè)備、新

3、方法、新工藝、新材料，迎接 21 世紀(jì)山嶺隧道大發(fā)展的到來，深入了解當(dāng)前國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀，把握國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)發(fā)展是十分必要的。1 國內(nèi)外長大隧道建設(shè)1.1 國外長大隧道建設(shè)隧道是一種修建在地下，兩端有出入口，供車輛、行人、水流及管線等通行的工程建筑物。OECD（國際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）1970年隧道會(huì)議綜合各種因素對隧道所下的定義：“以某種用途、在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2m2的洞室?！本Q之為隧道。近代隧道興起于十七世紀(jì)的運(yùn)河時(shí)代，從這一時(shí)期起，歐洲陸續(xù)修建了許多運(yùn)河隧道。1820年前后，隨著鐵路運(yùn)輸?shù)呐d起，英國、法國等歐洲，然后是美國和明治維新后的

4、日本先后開始修建鐵路隧道。在19世紀(jì)60年代以前，修建的隧道都用人工鑿孔和黑火藥爆破方法施工。1861年修建穿越阿爾卑斯山脈的仙尼斯峰鐵路隧道時(shí)，首次應(yīng)用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)代替人工鑿孔。1867年修建美國胡薩克鐵路隧道時(shí)，開始采用硝化甘油炸藥代替黑火藥，使隧道施工技術(shù)及速度得到進(jìn)一步發(fā)展。在20世紀(jì)初期，歐洲和北美洲一些國家鐵路形成鐵路網(wǎng)，建成的5公里以上長隧道有 20座。20世紀(jì)60年代以來，隧道機(jī)械化施工水平有很大提高，全斷面液壓鑿巖臺(tái)車和其他大型施工機(jī)具相繼用于隧道施工。其后，噴錨技術(shù)的發(fā)展和新奧法的應(yīng)用更是為隧道工程開辟了新的途徑，而隧道掘進(jìn)機(jī)的采用則徹底改變了隧道開挖的鉆爆方式。據(jù)2000年

5、的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界隧道主要分布在中國、日本、意大利、法國、美國、英國、挪威、瑞士、德國、奧地利和加拿大等國，其中，有超過總長1/3的隧道是本世紀(jì)五十年代后在中國和日本的鐵路線上建成的。日本在20世紀(jì)70年代末之前共建成5公里以上的長隧道達(dá)60座，為當(dāng)時(shí)世界上鐵路長隧道最多的國家，1981年建成的長22228米的大清水雙線隧道，為當(dāng)時(shí)世界最長的山嶺鐵路隧道；其后建成的長53850米的青函海底隧道為當(dāng)今世界最長的海底鐵路隧道。1.2 國內(nèi)長大隧道建設(shè)我國第一條鐵路隧道是1890年建成的臺(tái)灣獅球嶺隧道，1903年建成第一座長度超過3Km的興安嶺隧道。截止2003年年底的統(tǒng)計(jì)資料表明，中國大陸上已建成的

6、鐵路隧道有7400余座；公路隧道1970余座。在“十五”期間，我國鐵路、公路、水利等領(lǐng)域?qū)⒔ㄔ炜傞L超過 3000km的隧道工程，其中長度大于 10km的隧道約占 10%。因此，中國是當(dāng)前世界上隧道工程最多、最復(fù)雜、今后發(fā)展最快的國家。圖1 隧道施工方法中國大陸山嶺隧道施工大致經(jīng)歷了上個(gè)世紀(jì)五十年代以前的以鋼釬、鐵錘和人力斗車為代表的“人力開挖時(shí)代”；六、七十年代以手持風(fēng)鉆、風(fēng)動(dòng)裝巖機(jī)和電瓶機(jī)車、斗式礦車為代表的“小型機(jī)械化施工時(shí)代”。1956前后建設(shè)的2km長的寶成鐵路秦嶺隧道施工中首次使用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)和軌行式礦車，是中國大陸隧道施工由“人力開挖”過渡到“機(jī)械開挖”時(shí)代的標(biāo)志。1970年前后成昆

7、鐵路大于6km的關(guān)村壩等長隧道施工中采用輕型“小型機(jī)械化”，創(chuàng)造了“百米成洞”，標(biāo)志著中國大陸隧道建設(shè)進(jìn)入了“機(jī)械化時(shí)代”。八十年代修建長14.295 km的大瑤山雙線隧道，采用了進(jìn)口液壓鑿巖臺(tái)車、履帶或輪式裝載機(jī)、軌行式扒裝機(jī)和大型運(yùn)輸汽車、組合列車等型機(jī)具綜合機(jī)械化施工，標(biāo)志著中國隧道“大型機(jī)械化作業(yè)時(shí)代”的開端。大瑤山隧道的修建縮短了中國隧道同國際隧道先進(jìn)施工水平的差距。在此以后修建的長大隧道基本上都按照“大瑤山模式”進(jìn)行施工，且在南昆鐵路長9 388 m米的花嶺隧道施工中創(chuàng)造了單口月成洞502.2 m的山嶺隧道施工記錄。以九十年代西康鐵路秦嶺1號(hào)線隧道采用大型全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)

8、為代表，我國隧道建設(shè)步入了現(xiàn)代隧道修建技術(shù)階段。秦嶺隧道1號(hào)線采用8.8 m直徑的全斷面掘進(jìn)機(jī)創(chuàng)造了單口平均月進(jìn)度312m，最高月進(jìn)尺528m，單口最高日進(jìn)尺40.5m的掘進(jìn)記錄。秦嶺1號(hào)隧道的成功改變了中國大陸長大山嶺隧道施工中采用鉆爆法為唯一手段的施工現(xiàn)狀，標(biāo)志著我國隧道建設(shè)進(jìn)入了“現(xiàn)代隧道修建技術(shù)時(shí)代”。圖1 隧道施工方法2. 長大隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展就當(dāng)前國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)而言，隧道施工方法，除鉆爆法與掘進(jìn)機(jī)法外，在一些特殊條件下，還可采用其它一些施工方法，常見隧道施工方法見圖1所示。但就世界范圍內(nèi)的隧道建設(shè)總體而言，當(dāng)前量大面廣的仍然是采用礦山法。中國大陸礦山法隧道施工在施工機(jī)

9、械化程度、修建速度、長大隧道的修建能力(包括獨(dú)頭通風(fēng)深度)等方面均同國際先進(jìn)水平相差無幾。2.1隧道分類及相關(guān)概念根據(jù)其所在位置可分為山嶺隧道、水下隧道和城市隧道三大類。為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱為山嶺隧道；為穿越河流或海峽而從河下或海底通過的稱為水下隧道；為適應(yīng)鐵路通過大城市的需要而在城市地下穿越的稱為城市隧道。這三類隧道中修建最多的是山嶺隧道。對山嶺隧道，根據(jù)隧道長度將隧道區(qū)分為特長隧道(長度大于10Km)、長隧道(長度大于3Km)、中長隧道（長度大于500m）和短（長度小于500）；根據(jù)隧道開挖斷面面積，以國際隧協(xié)建議標(biāo)準(zhǔn)將隧道分為特大斷面隧道（開挖面積大于100m2

10、）、大斷面隧道（開挖面積50100m2）、中等斷面隧道（開挖面積10-50m2）、極小斷面隧道（開挖面積小于3m2）。根據(jù)以上概念，我國當(dāng)前在建的長度大于3km的鐵路、公路雙線隧道均屬于長大隧道。這類隧道不但長度大，而且一般埋深也較大，且常常要穿越斷層、涌水、高溫、瓦斯、溶洞、暗河、巖爆、泥石流等水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜而多變的地層。因此長大隧道的 HYPERLINK /Webforms/WebDefines.aspx?searchword=%e7%94%9f%e4%ba%a7%e7%b3%bb%e7%bb%9f 生產(chǎn)系統(tǒng)十分復(fù)雜，包含了開挖、運(yùn)輸、襯砌、通風(fēng)、風(fēng)水管、供電、通訊、災(zāi)害防

11、治和預(yù)警等子系統(tǒng)。2.2 長大隧道施工理念及相關(guān)問題2.2.1 礦山法隧道施工概念山嶺隧道的常規(guī)施工方法又稱為礦山法，因最早應(yīng)用于采礦坑道而得名。在礦山法中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進(jìn)行開挖，故又稱為鉆爆法。從隧道工程的發(fā)展趨勢來看，鉆爆法仍將是今后山嶺隧道最常用的開挖方法。在礦山法中，坑道開挖后的支護(hù)方法，大致可以分為鋼木構(gòu)件支撐（傳統(tǒng)礦山法）和錨桿噴射混凝土支護(hù)（新奧法）兩類。作為施工方法，人們習(xí)慣上將采用鉆爆開挖加鋼木構(gòu)件支撐的施工方法稱為“傳統(tǒng)的礦山法”；而將采用鉆爆開挖加錨噴支護(hù)的施工方法稱之為“新奧法”。我國從20世紀(jì)60年代開始引用錨桿和噴射混凝土技術(shù)，近幾十年來，通過工程實(shí)

12、踐積累了豐富的在不良地質(zhì)等困難條件下用新奧法修建隧道工程的成功經(jīng)驗(yàn)。2.2.2 新奧法基本原理 “新奧地利隧道修建方法”(NATM)簡稱“新奧法”的概念是奧地利學(xué)者臘布希維茲（L.V. Rabcewicz）教授于 20世紀(jì)50 年代首先提出的。它是以既有隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段，通過監(jiān)測控制圍巖的變形，便于充分發(fā)揮圍巖的自承能力的施工方法。經(jīng)過奧地利、瑞典、意大利等國的許多隧道與地下工程實(shí)踐和理論研究及科學(xué)論證，于 20 世紀(jì) 60 年代取得專利權(quán)并正式命名為新奧法（NATM）。之后新奧法在歐洲、美國、日本等國家的隧道和地下工程中獲得了快速

13、發(fā)展，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)的標(biāo)志之一。新奧法的核心是充分利用圍巖的自承與自穩(wěn)能力，開挖后及時(shí)錨噴(網(wǎng))支護(hù)，封閉圍巖，控制圍巖變形。同時(shí)在施工中連續(xù)監(jiān)測圍巖動(dòng)態(tài)，根據(jù)監(jiān)測到的信息，隨時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)、施工參數(shù)。因此，所謂新奧法不是單純的開挖、支護(hù)的方法和順序，而是按照實(shí)際觀察到的圍巖動(dòng)態(tài)的各項(xiàng)指標(biāo)來指導(dǎo)開挖隧道的方法，因此，新奧法應(yīng)該理解為新奧法原則而不能將其片面理解為施工的一種方法。基于以上的理解，可歸納新奧法的原則為充分保護(hù)、利用圍巖自身的承載能力；其施工要點(diǎn)為控制爆破、錨噴支護(hù)和施工監(jiān)測，其實(shí)施方法為設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測三位一體的動(dòng)態(tài)模式。中國在20世紀(jì)70年代末開始了解和接受新奧法的概念，從

14、20世紀(jì)80年代開始在一些隧道的設(shè)計(jì)中貫徹了新奧法基本原理，采用了信息化設(shè)計(jì)方法，例如大瑤山隧道、南嶺隧道、軍都山隧道等。1988年中國批準(zhǔn)發(fā)布了鐵路隧道新奧法指南，并編寫了“噴錨技術(shù)法規(guī)則”等作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著新奧法基本原理在隧道工程實(shí)踐中的應(yīng)用，以及開挖方法、輔助工法、錨噴技術(shù)、現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)等的不斷完善和提高，逐步形成了具有中國特色的隧道修建方法，如“淺埋暗挖法”，即“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”十八字決”和“復(fù)合式襯砌”等技術(shù)，豐富和發(fā)展了新奧法原理。2.2.3 挪威隧道工法和新意法隧道工法所謂挪威法(NTM：Nonwegian Method of Tunneling)，

15、簡單地說就是由正確的圍巖評(píng)價(jià)（采用巴頓法(N.Barton)的Q系統(tǒng)）、合理的支護(hù)參數(shù)和高性能的支護(hù)材料（即，錨固支護(hù)噴射鋼纖維混凝土相結(jié)合）三部分組成的一種經(jīng)濟(jì)而安全的隧道施工方法，它適用于公路隧道、鐵路隧道、水工隧洞及大型地下工程中節(jié)理發(fā)育與極度松散破碎的巖體。挪威法在支護(hù)體系上的最大特點(diǎn)是把一次支護(hù)作為永久襯砌，只是在運(yùn)營后，如果有涌水、冰霜等危害的情況下，才修筑二次襯砌。通常一次支護(hù)是采用高質(zhì)量的濕噴鋼纖維混凝土和全長膠結(jié)型高拉力耐腐蝕的錨桿。濕噴鋼纖維混凝土的回彈量很小，通常僅為4%6%。采用挪威法(NMT)可以大大地降低成本，僅為采用新奧法(NATM)成本的1/3。與其它方法相比，

16、采用挪威法可節(jié)省勞動(dòng)力，更多地采用機(jī)械手，較少地進(jìn)行監(jiān)控。因此，挪威法在鉆爆法施工的隧道中進(jìn)度快，且施工安全和工作環(huán)境得到了根本改善。我國從90年代初開始進(jìn)行挪威法理論探討和室內(nèi)試驗(yàn)，并在鐵路隧道和公路隧道進(jìn)行了大規(guī)?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)（如我局承建的杭蘭高速摩天嶺隧道1#通風(fēng)斜井就首次采用了挪威法），可以預(yù)見，在未來的五年或十年內(nèi)，這一方法將在我國隧道工程中廣泛應(yīng)用。意大利全斷面預(yù)加固隧道施工工法（New Italian Tunneling Method(NITM)）又稱為巖土控制變形分析(ADECORS)施工工法。該施工法是意大利人Pietro Lunardi在研究圍巖的壓力拱理論和新奧法施工理論的基

17、礎(chǔ)上提出的，該工法主要關(guān)注工作面超前核心圍巖的穩(wěn)定，并以此為基礎(chǔ)對施工方法進(jìn)行選擇。意大利全斷面預(yù)加固隧道施工工法適用于低粘聚力的軟弱地層，大斷面隧道開挖及用于淺埋隧道控制地面沉降和擠壓地層的深埋隧道開挖，該工法被意大利公路及鐵路領(lǐng)域納入規(guī)范并廣泛采用。歐洲國家的大型項(xiàng)目施工也較多地采用此工法。我國鐵道部在2007年5月15號(hào)鐵建設(shè)2007102號(hào)文件關(guān)于加強(qiáng)鐵路隧道工程安全工作的若干意見要求“隧道的設(shè)計(jì)和施工要積極學(xué)習(xí)、借鑒、采用、推廣國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，對條件適宜的隧道要積極采用巖土控制變形分析法(新意法)等先進(jìn)施工方法和施工工藝”?？梢灶A(yù)見，在未來的五年或十年內(nèi)，意大利全斷面預(yù)加固隧道施工工

18、法將在我國隧道工程中推廣應(yīng)用。2.2.4 不同施工方法的區(qū)別和聯(lián)系1) 新意工法與礦山法、新奧法的比較傳統(tǒng)的礦山法是依據(jù)松弛荷載理論的一種傳統(tǒng)的施工方法，一般只應(yīng)用于巖質(zhì)山嶺隧道，而對一般的土質(zhì)地層基本上不采用傳統(tǒng)的礦山法。將新奧法的使用原則引入到傳統(tǒng)的礦山法中，礦山法的應(yīng)用范圍逐步拓展到的軟弱圍巖和第四系地層中的淺埋市政隧道，取代了傳統(tǒng)的明挖法或盾構(gòu)法。在我國，這種方法稱之為“淺埋礦山法”。新奧法概念的內(nèi)涵就是保護(hù)圍巖，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力。不論采用什么開挖方法、爆破技術(shù)、支護(hù)形式、支護(hù)施作時(shí)機(jī)和輔助工法，其目的都是為了“保護(hù)圍巖，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力”。新意法是以工作面超前

19、核心巖土的變形與隧道的穩(wěn)定性為主要評(píng)價(jià)目標(biāo)，設(shè)計(jì)和施工都是以此為基礎(chǔ)進(jìn)行確定。它不但考慮到了隧道后方的變形影響，同時(shí)重點(diǎn)考慮前方工作面的變形對隧道穩(wěn)定性的影響；而新奧法則沒有考慮前方工作面核心巖土的影響，兩者區(qū)別見表2。因此，在一定程度上可以認(rèn)為新意法是新奧法的繼承和發(fā)揚(yáng)，其精髓都是“保護(hù)圍巖，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力”。兩者的重要區(qū)別在于新意法提出了新奧法未提及的但很重要也很有價(jià)值的“臨時(shí)保護(hù)超前核心圍巖，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮超前核心圍巖的自承能力”的方法，這個(gè)方法是通過加固工作面超前核心圍巖，從而控制工作面超前核心巖土的變形及防止圍巖失穩(wěn)塌方。2) 挪威法（NTM）和新奧法（NATM）的區(qū)別

20、和聯(lián)系 挪威和奧地利在理論和應(yīng)用上有顯著差別，NATM比較適用于軟弱圍巖。在軟弱圍巖中修建隧道，節(jié)理和超挖不是主要問題，無論人工或機(jī)械開挖，均能形成光滑輪廓，圍巖能夠形成完整的承載環(huán)，利用圍巖作隧道的主要承載結(jié)構(gòu)，是新奧法的理論核心，因此，NATM強(qiáng)調(diào)圍巖監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定二次支護(hù)施作時(shí)間和結(jié)構(gòu)形式。NTM則更適用于硬巖。在硬巖中修建隧道，無論用鉆爆法或掘進(jìn)機(jī)開挖，節(jié)理和超挖都占主導(dǎo)地位。在此條件下，錨桿調(diào)動(dòng)圍巖強(qiáng)度的動(dòng)力最強(qiáng)。因此，挪威法以錨桿作為隧道的主要支護(hù)手段。由于很可能超挖，因此，不宜使用鋼拱架或網(wǎng)構(gòu)拱架。由于節(jié)理充填物引起圍巖不均勻，可能引起圍巖失穩(wěn)，因此要求用噴混凝土或噴鋼纖

21、維混凝土對系統(tǒng)錨桿補(bǔ)強(qiáng)。這種錨桿加噴混凝土(或噴鋼纖維混凝土)支護(hù)系統(tǒng)，即可用作隧道臨時(shí)支護(hù)，又可用作隧道永久支護(hù)。該系統(tǒng)對開挖輪廓形狀適應(yīng)性強(qiáng)，即使輪廓不平順，噴層也能貼合巖面，遠(yuǎn)比鋼拱架或網(wǎng)構(gòu)好。表1. 新意工法與新奧法的比較不同點(diǎn)類別ADECO RS工法新奧法巖土觀點(diǎn)重視工作面超前巖土的穩(wěn)定性沒有重視洞體量側(cè)重視工作面超前核心巖土的收斂變形和擠壓變形的量測沒有重視超前支護(hù)強(qiáng)調(diào)工作面超前核心巖土的人工控制、巖體強(qiáng)度的改善只注重了前方輪廓的預(yù)加固沒有對超前核心土加固斷面開挖機(jī)械化全斷面開挖斷面分步開挖工期可以在設(shè)計(jì)階段較準(zhǔn)確地預(yù)測完成時(shí)間設(shè)計(jì)階段只能大概估計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)、施工量測關(guān)系強(qiáng)調(diào)了預(yù)收斂

22、量測和洞身的收斂量測、及時(shí)反饋設(shè)計(jì)調(diào)整參數(shù)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)不進(jìn)行預(yù)收斂量測，只對洞身量測，屬被動(dòng)測量，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的及時(shí)性弱適用范圍包括新奧法可以修建的及部分不可以修建的地下工程沒有ADECO RS工法應(yīng)用范圍廣經(jīng)濟(jì)性與施工速度對于新奧法無法修建的或開挖速度很慢的情況下，ADECO RS工法有很好的經(jīng)濟(jì)性，施工速度較快；對于新奧法可以修建的的情況下,兩者經(jīng)濟(jì)性相差不多，施工速度相當(dāng)最重要的區(qū)別強(qiáng)調(diào)了對超前核心巖土的控制、量測、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，突出了機(jī)械化全斷面和均率開挖的理念沒有對超前核心巖土的控制,更偏重分步開挖的手段2.3 長大隧道防排水施工技術(shù)2.3.1 隧道放排水施工理念的發(fā)展目前我國鐵路、公路的山嶺

23、隧道尤其是巖溶山區(qū)長隧道的防排水設(shè)計(jì)貫徹“防排結(jié)合，以排為主”的綜合治理原則。以往大量的工程實(shí)踐（如武隆隧道、大瑤山隧道、中梁山隧道等）均表明，以排為主的隧道內(nèi)會(huì)存在不同程度的水害，且逐年發(fā)展，影響襯砌結(jié)構(gòu)和行車安全；同時(shí)，貫徹“以排為主”的治水措施直接導(dǎo)致了隧道洞頂?shù)叵滤幌陆?、地表水和井泉涸竭、地面巖溶塌陷、生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重影響了人民的生產(chǎn)和生活，隧道部門也苦于補(bǔ)救和巨額賠償。今后一段時(shí)間，隨著巖溶、斷層發(fā)育的富水區(qū)隧道修建的日益增多，上述問題愈發(fā)突出，“以排為主”的無限制排水原則己不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，因此富水地層的隧道建設(shè)應(yīng)逐漸擯棄“以排為主”的治水理念，開始實(shí)施“以堵為主、

24、防排結(jié)合，限量排放”的控制型防排水原則。同時(shí)，隨著國內(nèi)鐵路的提速，長大隧道采用整體道床已經(jīng)成為現(xiàn)在通用方法，無節(jié)制排水將造成隧道基底水土流失，導(dǎo)致整體道床產(chǎn)生不均勻沉降，影響使用功能。2.3.2 限制排放的主要技術(shù)措施阻止地下水向隧道內(nèi)排放的技術(shù)可以從兩方面考慮，其一是通過改變圍巖的滲透系數(shù)，降低地下水向隧道內(nèi)的涌人量，這是限制排放的根本；其二是通過設(shè)置防水層和增強(qiáng)襯砌混凝土的抗?jié)B抗裂性能，以達(dá)到阻隔地下水的目的，這是結(jié)構(gòu)防水的最后保障。但事實(shí)上真正起到限制排放作用的主要在于降低圍巖的滲透系數(shù)。長大隧道限制排水的技術(shù)措施如下：（1）超前預(yù)注漿。超前預(yù)注漿不僅僅是對圍巖的提前加固和防止突水涌砂等

25、地質(zhì)災(zāi)害，其更深層的意義是對周邊圍巖裂隙的充填和堵塞，降低圍巖的滲透系數(shù)，從而在隧道周邊形成一定厚度的止水帷幕，達(dá)到限制地下水向隧道內(nèi)的滲流排放。國內(nèi)在圓梁山隧道施工中，采用超前帷幕注漿，達(dá)到了5 m3/km/d的排放標(biāo)準(zhǔn)。表2給出了在建宜萬線隧道工程注漿加固“限制排放”施工方案。（2）回填注漿。隧道施工中，特別是有鋼架或掛網(wǎng)聯(lián)合噴射混凝土?xí)r，由于鋼筋的骨架作用，難免會(huì)在圍巖與噴射混凝土層之間產(chǎn)生空隙，因此，在有鋼架和掛網(wǎng)支護(hù)的情況下，需要根據(jù)施工狀況對噴混凝土后進(jìn)行回填注漿，達(dá)到充填噴混凝土層與圍巖之間空隙的目的。（3）徑向注漿。超前預(yù)注漿通常是處理較大范圍或較大量的地下水，對于小的局部涌水

26、或滲水，常采用徑向注漿。表2 在建宜萬鐵路注漿治水方案序號(hào)適用地質(zhì)條件方案主要內(nèi)容全斷面超前預(yù)注漿（方案一）（1）可溶巖與非可溶性巖接觸帶，斷層破碎帶及向斜、背斜核部，施工中可能發(fā)生嚴(yán)重突水涌泥地段；（2）物探異常地段，超前地質(zhì)探孔單孔涌水量Q40m2/h；（3）實(shí)測水壓：P2MPa。全斷面超前帷幕注漿，注漿加固范圍為開挖工作面及開挖輪廓線外正洞8m，平導(dǎo)5m。全斷面超前預(yù)注漿（方案二）（1）可溶巖與非可溶性巖接觸帶，斷層破碎帶及向斜、背斜核部，施工中可能發(fā)生嚴(yán)重突水涌泥地段；（2）物探異常地段，超前地質(zhì)探孔單孔涌水量Q40m2/h；（3）實(shí)測水壓：1MPaP2MPa。全斷面超前帷幕注漿，注漿

27、加固范圍為開挖工作面及開挖輪廓線外正洞5m，平導(dǎo)3m。徑向注漿（1）一般富水地段，巖體較完整，能保證開挖安全；（2）物探異常地段，超前地質(zhì)探孔涌水量：2m2/hQ40m2/h，開挖后大面積滲水；（3）實(shí)測水壓：P1MPa。徑向注漿方案，注漿加固范圍為開挖輪廓線外正洞5m，平導(dǎo)3m。局部注漿（1）一般富水地段，巖體較完整，能保證開挖安全；（2）局部出水；（3）初期支護(hù)完成后不能滿足設(shè)計(jì)的允許排水標(biāo)準(zhǔn)。局部注漿和局部補(bǔ)充注漿2.3.3 隧道防排水施工理念發(fā)展趨勢12L12(11.5)L(b)短臺(tái)階法(a)長臺(tái)階法125LLLL 5L12L圖2 臺(tái)階法類型1235m(c)微臺(tái)階法12L隧道建設(shè)中排水

28、的目的是為了更好的防水，但無限制的12L12(11.5)L(b)短臺(tái)階法(a)長臺(tái)階法125LLLL 5L12L圖2 臺(tái)階法類型1235m(c)微臺(tái)階法12L2.4 長大隧道施工開挖技術(shù)2.4.1 山嶺隧道礦山法施工方法1） 長大隧道開挖方式隧道施工就是要挖除隧道范圍內(nèi)的巖體，并盡量保持隧道圍巖的穩(wěn)定。開挖是隧道施工的第一道工序，也是關(guān)鍵工序。在隧道的開挖過程中，圍巖穩(wěn)定與否，雖然主要地取決于圍巖本身的工程地質(zhì)條件，但開挖對圍巖穩(wěn)定狀態(tài)有直接而重要的影響。隧道開挖方法實(shí)際上是指開挖成形方法。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺(tái)階開挖法、分部開挖法等，見表3所示。（1）

29、 全斷面開挖法。采用全斷面一次開挖法，必須注意機(jī)械設(shè)備的配套，以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率。采用全斷面法施工，隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般不應(yīng)小于lkm，否則采用大型機(jī)械化施工，其經(jīng)濟(jì)性較差。（2） 臺(tái)階法。根據(jù)臺(tái)階長度不同，劃分為長臺(tái)階法、短臺(tái)階法和微臺(tái)階法三種，如圖2所示。長臺(tái)階法開挖斷面小，有利于維持開挖面的穩(wěn)定，適用范圍較全斷面法廣。按長臺(tái)階施工，在上、下兩個(gè)臺(tái)階上需要分別進(jìn)行開挖、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等作業(yè)線，因此臺(tái)階長度適當(dāng)長一些，一般考慮至少為50m，但當(dāng)臺(tái)階長度大于l00m以后，通風(fēng)排煙、排水的難度大，這樣反而降低了施工的綜合效率，因此，長臺(tái)階長度為一般以5080

30、m為宜?？紤]到長臺(tái)階施工，支護(hù)不能及早封閉成環(huán)，不利于施工安全，軟弱圍巖隧道杜絕采用長臺(tái)階法施工。短臺(tái)階法適用于地質(zhì)條件差的、級(jí)圍巖，臺(tái)階長度一般為1015m，主要是考慮拉開工作面，減少干擾，因此，臺(tái)階長度不宜過短。上臺(tái)階一般采用少藥量的松動(dòng)爆破，出渣采用人工或小型機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至下臺(tái)階，因此，臺(tái)階長度又不宜過長，如果超過15m，則出渣所需的時(shí)間過長。短臺(tái)階法可縮短支護(hù)閉合時(shí)間，改善初期支護(hù)的受力條件，有利于控制圍巖變形。缺點(diǎn)是上部出渣對下部施工干擾大，不能全部平行作業(yè)。微臺(tái)階法是全斷面開挖的一種變異形式，一般臺(tái)階長度35m，臺(tái)階長度小于3m時(shí)無法正常進(jìn)行鉆眼和拱部噴錨支護(hù)作業(yè)；臺(tái)階長度大于5m時(shí)利

31、用爆破將石渣翻至下臺(tái)階難度大，需要采用人工翻渣，所以不可取。微臺(tái)階法上下斷面相距較近，機(jī)械設(shè)備集中，作業(yè)時(shí)相互干擾大，生產(chǎn)效率低，施工速度慢。（3）分部開挖法。分部開挖法包括環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、中隔壁法等。 環(huán)形開挖預(yù)留核心土法環(huán)形開挖進(jìn)尺一般為0.51.0m，開挖核心土面積不小于整個(gè)斷面的50。環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工具有簡單明了，施工易行，不需要特殊的機(jī)械設(shè)備，減少施工投入；且開挖工作面穩(wěn)定性好，施工較安全，因此，在土質(zhì)及軟弱圍巖中使用較多。 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，是在隧道跨度大于11m以后，因無法采用全斷面或臺(tái)階法開挖，因此采用先開挖隧道兩側(cè)導(dǎo)坑，相當(dāng)于先開挖2個(gè)小跨度的

32、隧道，并及時(shí)施作導(dǎo)坑四周初期支護(hù)及邊墻襯砌，再根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小，對剩余部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行一次或二次開挖。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法具有控制地表沉陷好(僅為短臺(tái)階法的1/2)，施工安全等優(yōu)點(diǎn)；但進(jìn)度慢，成本高。 中洞法適用于雙連拱隧道。采用先施作隧道中墻混凝土，后開挖兩側(cè)的施工方法。 中隔壁法(CD)是近年來從國外引進(jìn)的先進(jìn)的施工方法，通過在國內(nèi)的鐵路隧道和城市地下工程中的實(shí)踐，證明這種方法是通過軟弱、淺埋、大跨度隧道的最有效的施工方法。 交叉中隔壁法(CRD)采用自上而下分為二至三步開挖中隔墻的一側(cè)，并及時(shí)支護(hù)，待完成12部后，即開始另一側(cè)l2部開挖及支護(hù)，形成左右兩側(cè)開挖及支護(hù)相互交叉的情形。表3 隧道主

33、要施工(開挖)方法序號(hào)名稱橫斷面示意縱斷面示意1全斷面開挖法2臺(tái)階法 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 3環(huán)形開挖預(yù)留核心土法 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 3 * GB3 = 2 * GB3 = 2 * GB3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 = 3 * GB3 4單側(cè)壁導(dǎo)坑法 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 3 * GB3 = 2 * GB3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 = 3 * GB3 5雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 = 1 * G

34、B3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 3 * GB3 = 2 * GB3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 = 3 * GB3 6中洞法 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 3 * GB3 = 3 * GB3 = 2 * GB3 = 2 * GB3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 = 3 * GB3 7中隔壁法(CD) = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 = 3 * GB3 = 4 * GB3 = 5 * GB3 = 6 * GB3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 =

35、3 * GB3 = 4 * GB3 = 5 * GB3 = 6 * GB3 8交叉中隔壁法(CRD) = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 3 * GB3 = 2 * GB3 = 4 * GB3 = 5 * GB3 = 6 * GB3 = 1 * GB3 = 1 * GB3 = 2 * GB3 = 3 * GB3 = 4 * GB3 = 5 * GB3 = 6 * GB3 2）長大隧道開挖方式的選擇與發(fā)展方向長大山嶺隧道的開挖方式選擇與施工機(jī)具設(shè)備息息相關(guān)，開挖方式的選擇需要與施工機(jī)械相協(xié)調(diào)。兩者的協(xié)調(diào)性，最能體現(xiàn)于掘進(jìn)工效。在采用大型機(jī)具設(shè)備的鉆爆法施工時(shí)，以大斷面或全斷面法進(jìn)行隧道開

36、挖，是今后在隧道開挖方法上的一個(gè)重要發(fā)展途徑。這種開挖方法具有安全、可靠性好，工效高，經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)勢，因此，采用大型機(jī)械條件下，實(shí)現(xiàn)長大隧道全斷面施工是隧道開挖方式的發(fā)展方向。2.4.2 長大隧道爆破技術(shù)1）隧道爆破技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀圖3 五指山雙線鐵路隧道“人機(jī)套打”施工模式由于隧道掘進(jìn)鉆爆法施工（簡稱“隧道爆破”）具有經(jīng)濟(jì)、高效及對地質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)的明顯優(yōu)勢，所以至今仍是隧道掘進(jìn)施工中最重要和最常用的技術(shù)手段。我國大陸已建成的各類隧道約90%以上是用爆破的方法完成的。隧道爆破技術(shù)的進(jìn)步，極大地促進(jìn)了隧道施工能力和綜合效益的提高。主要表現(xiàn)在：（1）開挖循環(huán)進(jìn)尺加大，施工進(jìn)度明顯提高；（2）隧道爆

37、破安全狀況有了很大的改善；（3）隧道開挖超、欠挖控制達(dá)到了相當(dāng)高的水平。圖3 五指山雙線鐵路隧道“人機(jī)套打”施工模式我國1965年在礦山隧道施工中首次試用光面爆破；70年代后期光面爆破在我國基本取代了傳統(tǒng)的爆破方法。我國鐵路部門在20世紀(jì)80年代衡廣復(fù)線大瑤山隧道等的施工中以四臂液壓鑿巖臺(tái)車鉆孔，全斷面深孔光面爆破法施工，循環(huán)進(jìn)尺4. 55. 0 m。這種施工方法的優(yōu)點(diǎn)是施工機(jī)械化程度高、循環(huán)進(jìn)尺大、開挖速度快，缺點(diǎn)是隧道周邊輪廓超挖量大，工程成本投人大。針對液壓鑿巖臺(tái)車的缺點(diǎn)，在以后的五指山雙線隧道中硬巖地段施工中首次提出以二臂液壓鑿巖臺(tái)車進(jìn)行超前下導(dǎo)洞掘進(jìn)，其后配合預(yù)制桿件拼裝的大型多功能

38、臺(tái)架進(jìn)行預(yù)留周邊部光爆層施工的“人機(jī)套打”施工模式。該施工方法充分發(fā)揮了臺(tái)車(機(jī)械液壓鉆孔)與多功能臺(tái)架(人工手持風(fēng)鉆鉆孔)的優(yōu)點(diǎn)。2）長大隧道爆破施工展望隨著隧道爆破技術(shù)的發(fā)展，爆破作業(yè)將逐步走向機(jī)械化、自動(dòng)化和數(shù)字化，因此，爆破的設(shè)計(jì)和施工隊(duì)伍專業(yè)化將是長大隧道爆破施工的發(fā)展趨勢。我國隧道工程建設(shè)中流行“萬能”隊(duì)伍將不能適應(yīng)長大隧道現(xiàn)代化施工的需要，組建專業(yè)化的隧道爆破分包團(tuán)體，專業(yè)化的道路，是隧道爆破技術(shù)快速發(fā)展，不斷提高的需要，也是長大隧道爆破施工的發(fā)展趨勢。2.5 長大隧道支護(hù)技術(shù)及其發(fā)展2.5.1 隧道支護(hù)及相關(guān)概念隧道開挖后，除圍巖完全能夠自穩(wěn)而無須支護(hù)以外，在圍巖穩(wěn)定能力不足時(shí)

39、，則須加以支護(hù)才能使其進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，這種支護(hù)稱之為初期支護(hù)（一次支護(hù)）。若圍巖完全不能自穩(wěn)，表現(xiàn)為隨挖隨坍甚至不挖即坍，則須先支護(hù)后開挖，這種支護(hù)稱為超前支護(hù)?？紤]到隧道投入使用后的服務(wù)年限很長久，設(shè)計(jì)時(shí)一般要采用混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)層襯砌，以保證隧道在服務(wù)過程中的穩(wěn)定、耐久、減少阻力和美觀等，稱為二次襯砌（永久支護(hù)、二次支護(hù)）。傳統(tǒng)施工方法中初次支護(hù)采用鋼木構(gòu)件支撐，構(gòu)件支撐在模筑整體式襯砌時(shí)通常應(yīng)予以拆除，即不作為永久承載構(gòu)件，稱為臨時(shí)支撐。目前在隧道工程中，初期支護(hù)一般由錨桿、噴射混凝土、鋼架、鋼筋網(wǎng)等及它們的組合組成，使用最多的組合形式是錨桿(主要指系統(tǒng)錨桿)加噴射混凝土(素噴或網(wǎng)噴)

40、。因此，初期支護(hù)可以稱為錨噴支護(hù)。初期支護(hù)施作后即成為永久性承載結(jié)構(gòu)的一部分，它與圍巖共同構(gòu)成了永久的隧道結(jié)構(gòu)承載體系。當(dāng)前常用的永久襯砌形式有：（1）整體襯砌、（2）復(fù)合式襯砌、（3）拼裝襯砌、（4）錨噴襯砌等四種。2.5.2 隧道支護(hù)技術(shù)發(fā)展噴射混凝土技術(shù)的發(fā)展在隧道工程技術(shù)發(fā)展中占有很重要的地位，隧道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展在一定程度上是噴射混凝土技術(shù)的發(fā)展。就支護(hù)技術(shù)而言，長大隧道支護(hù)技術(shù)發(fā)展有如下趨勢：隧道支護(hù)施工中將逐漸淘汰干、潮噴，進(jìn)而全面推行濕噴技術(shù)；2） 鋼纖維噴射混凝土和聚丙稀纖維噴射混凝土將逐步推廣并廣泛應(yīng)用；3）隧道噴射混凝土單層襯砌將成為隧道永久性襯砌的發(fā)展趨勢。2.6 長大隧

41、道施工通風(fēng)技術(shù)發(fā)展 長大隧道施工長距離通風(fēng)的技術(shù)水平直接影響隧道獨(dú)頭掘進(jìn)的規(guī)模，特別是在機(jī)械化施工技術(shù)高度發(fā)展的今天，長距離通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展不僅對隧道建設(shè)工期，而且對新建線的勘察、選線、工程設(shè)計(jì)、施工組織及管理、設(shè)備選型與配套都有重要影響。在隧道工程建設(shè)中，為縮短工期，組織多頭掘進(jìn)是通常慣用的措施，即所謂的“長隧短打”。至于在多大規(guī)模上組織獨(dú)頭掘進(jìn)往往取決于通風(fēng)技術(shù)能否為長距離的通風(fēng)創(chuàng)造條件。目前長大隧道的施工通風(fēng)已經(jīng)由巷道轉(zhuǎn)向風(fēng)管式。在國外，除水底隧道，10km以內(nèi)的隧道早已不采用輔助坑道。我國西康線秦嶺隧道采用1.3 m軟風(fēng)管聯(lián)合110 kW風(fēng)機(jī)，創(chuàng)造了單臺(tái)風(fēng)機(jī)獨(dú)頭掘進(jìn)6. 2 km的國內(nèi)記

42、錄。施工超過6 000 m后，再串聯(lián)一臺(tái)風(fēng)機(jī)，獨(dú)頭通風(fēng)距離超過了9 500 m。就隧道通風(fēng)技術(shù)發(fā)展而言，延長獨(dú)頭掘進(jìn)的長度，同時(shí)在隧道的施工中推行通風(fēng)專業(yè)化隊(duì)伍承包制是隧道通風(fēng)技術(shù)發(fā)展的趨勢。2.7 長大隧道施工機(jī)械及發(fā)展2.7.1 國內(nèi)外現(xiàn)有機(jī)械配套模式在國外的長大隧道施工中，其機(jī)械設(shè)備配套發(fā)展的趨勢是向著全機(jī)械化，全自動(dòng)化發(fā)展。盡量采用先進(jìn)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備代替繁重而又危險(xiǎn)的人工勞動(dòng)，提高工作效率，如在瑞典，找頂、立拱架都采用電腦控制液壓機(jī)械手。我國長大隧道的機(jī)械配套，雙線隧道以20世紀(jì)80年代修建的“大瑤山隧道”為代表；單線隧道以20世紀(jì)90年代修建的“米花嶺隧道”為代表。2.7.2 我國隧

43、道施工中影響施工循環(huán)速度的薄弱環(huán)節(jié)及出路目前我國隧道施工循環(huán)中仍然存在一些影響快速施工的一些薄弱環(huán)節(jié)，主要有：(1)找頂。目前在我國隧道施工作業(yè)中，找頂工序仍是一項(xiàng)工人工作時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)性高的工作。因此，研制一種小型輕便的找頂機(jī)或利用現(xiàn)有機(jī)械改造成找頂機(jī)械手將是一種比較理想的解決方法。(2)出碴。就目前隧道出碴作業(yè)的機(jī)械來說，裝碴車、梭車的功能與過去相比已有了長足的進(jìn)步。對長大隧道施工而言，增大裝碴機(jī)單斗容積和礦車的容積，盡量減少單車裝碴時(shí)間和出碴的總車數(shù)是今后的發(fā)展方向。另外，在車輛的組合，軌道的種類、鋪設(shè)、進(jìn)料等工序的協(xié)調(diào)方面也應(yīng)加強(qiáng)科學(xué)管理，盡量縮短工作面作業(yè)的調(diào)車時(shí)間，顯著縮

44、短出碴時(shí)間。(3)裝藥。和發(fā)達(dá)國家相比，裝藥工序在我國隧道施工中仍處于落后狀態(tài)，所用機(jī)械僅限于解決高位孔的裝藥問題。因此，研制適合長大隧道工況的裝藥機(jī)械，從根本上改變用人多、效率低的手工操作是長大隧道施工發(fā)展的方向。(4)施工組織管理。在現(xiàn)有長大隧道施工中，大型機(jī)械化作業(yè)，各類機(jī)械本身效率的發(fā)揮、各工序之間的銜接、風(fēng)管路等輔助工序的保障能力等對隧道的快速施工影響大，因此，采用長大隧道施工中合理的施工組織管理是縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，確保隧道快速掘進(jìn)的有效途徑。2.7.3 長大隧道施工機(jī)械技術(shù)發(fā)展隧道快速施工的唯一出路在于機(jī)械化，施工作業(yè)機(jī)械化水平直接影響到工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、安全狀況、工程質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)

45、率。高科技的機(jī)械化施工手段是隧道工程施工能力的重要體現(xiàn)和標(biāo)志。長大隧道施工機(jī)械化發(fā)展有如下趨勢：（1）全面應(yīng)用液壓臺(tái)車或液壓鉆取代手風(fēng)鉆；（2）自動(dòng)化裝藥設(shè)備在長大隧道的施工中將逐步推廣并大量應(yīng)用；（3）噴射機(jī)械手(噴漿機(jī)器人)將逐步推廣并大量應(yīng)用。2.8 長大隧道施工技術(shù)的關(guān)鍵地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)長大隧道不但長度大，而且一般埋深也較大，且常常要穿越斷層、涌水、高溫、瓦斯、溶洞、暗河、巖爆、泥石流等水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜而多變的地層。因此，長大隧道施工地質(zhì)災(zāi)害防治是長大隧道施工技術(shù)的關(guān)鍵。19901995年，鐵道部投入力量組織10余個(gè)單位，進(jìn)行隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)問題的系統(tǒng)研究；國外在20世紀(jì)

46、90年代中期也開始加強(qiáng)了隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)的研究開發(fā)工作。10多年來，在預(yù)報(bào)的方法技術(shù)上和實(shí)踐上有很好的進(jìn)展。目前用于隧道超前預(yù)報(bào)的地球物理方法主要有：隧道地震超前預(yù)報(bào)系統(tǒng) TSP 、水平聲波剖面 HSP 法、陸地聲納法、探地雷達(dá) GPR 法和紅外探水法幾種。我國當(dāng)前隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用TSP和探地雷達(dá)，并在在建宜萬鐵路長大隧道施工首次將隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)納入施工工序。通過宜萬鐵路隧道的施工，逐步形成并提出了以中、長物探和水平地質(zhì)鉆探驗(yàn)證為主，短距離地質(zhì)素描分析和紅外探水為輔，超長炮孔加密確認(rèn)為主要內(nèi)容的“多階段、多層次、多方法”的“綜合立體式超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)”。3 長大隧道施工技術(shù)發(fā)

47、展展望3.1 長大隧道的快速綜合施工將是21世紀(jì)隧道修建的主攻方向1）提高長大隧道鉆爆法獨(dú)頭掘進(jìn)技術(shù)極限能力 隨著世界經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，長大及特長隧道工程將會(huì)越來越多，提高長大隧道鉆爆法獨(dú)頭掘進(jìn)技術(shù)極限能力是山嶺隧道發(fā)展的趨勢。依據(jù)現(xiàn)有隧道施工技術(shù)，開挖斷面30 m2以上的隧道，采用鉆爆法施工獨(dú)頭掘進(jìn)長度一般限制在4 km以內(nèi)，采取極端措施后最高達(dá)到過7 km。這就意味著采用鉆爆法施工的長大及特長隧道的施工組織方案只有利用地形設(shè)置斜井、豎井、平導(dǎo)或橫洞另辟通風(fēng)口及工作面，這樣既增大了工程成本，又加重了對自然生態(tài)環(huán)境的破壞。否則就只能使用隧道掘進(jìn)機(jī)。但是采用掘進(jìn)機(jī)施工遠(yuǎn)不如鉆爆法對地質(zhì)的適應(yīng)能力

48、強(qiáng)，因此，提高長大隧道鉆爆法獨(dú)頭掘進(jìn)技術(shù)極限能力是山嶺隧道發(fā)展的趨勢之一。2） 長大隧道施工中全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的廣泛應(yīng)用隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）施工法始于20世紀(jì)30年代。隨著掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和機(jī)械性能的日益完善，隧道掘進(jìn)機(jī)施工得到了快速發(fā)展。對于長隧道的施工，掘進(jìn)機(jī)施工較鉆爆法施工速度快，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工人員的安全有保障。雖然鉆爆法仍然是當(dāng)前山嶺隧道施工最普遍的方法，而且掘進(jìn)機(jī)也不可能取代鉆爆法施工，但采用掘進(jìn)機(jī)施工的隧道數(shù)量將不斷上升?？梢灶A(yù)言，今后長大山嶺隧道的施工將大量采用掘進(jìn)機(jī)法施工。3）21世紀(jì)長大隧道施工的新模式掘進(jìn)機(jī)與鉆爆法相結(jié)合在長大隧道施工中，快速開挖已成為總的世界發(fā)展趨勢。當(dāng)隧道長度過長時(shí)，采用常規(guī)鉆爆法進(jìn)行隧道施工將需要相當(dāng)長的工期；鑒于長大隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，采用TBM對地質(zhì)條件的適應(yīng)性遠(yuǎn)不如鉆爆法靈活；且TBM主機(jī)重量大、前期訂購的費(fèi)用高，要求施工人員技術(shù)水平和管理水平高，因此，對復(fù)雜地質(zhì)條件的長大隧道施工TBM不能發(fā)揮其優(yōu)越性。采用鉆爆法與TBM法混合使用可發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，互相取長補(bǔ)短。因此，將鉆爆法和中小直徑TBM在大斷面隧道施工中結(jié)合使用，效果是比較理想的。意大利從20世紀(jì)8D年代初期開始使用這種方法，先利用小直徑如3.55.Om的掘進(jìn)機(jī)開鑿隧道導(dǎo)洞，再用鉆爆法擴(kuò)孔成所需尺寸隧道。由