公路隧道學科發展研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 實施年限1公路隧道圍巖分級指標體系與動態分類方法研究2004～20072公路隧道松馳荷載預測理論與預警系統及設計方法研究2006～2009圍巖分級和荷載。建立了圍巖分級的指標體系及現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性破壞理論準則、圍巖穩定性非確定性反分析方法、隧道圍巖變形破壞的預警方法，提出了相應的松動圍巖壓力確定方法，完善與發展了現有隧道規范中松動圍巖壓力確定的相關規定。圍巖預警。基于隧道圍巖與襯砌應力變形監控量測技術的反分析、公路隧道建設信息化及動態反饋設計技術，嘗試采用反饋分析方法建立了隧道圍巖現場穩定性分析及襯砌設計方法，以期更加準確地判定隧道圍巖壓力和襯砌設計，為工程設計分析所采用。 檢測評估、維修加固與養護管理技術方面針對我國公路隧道使用過程中暴露出的技術問題，解決了病害調查、檢測技術、評價方法、維修加固和養護管理平臺的問題，建立了我國公路隧道檢測評價指南，重點突破了隧道長期監測系統、檢測評價模型和全壽命數字化建設與養護管理平臺。上述技術成果極大地推動了我國公路隧道養護管理的水平。2001～2008年西部交通科技項目檢測評估、維修加固與養護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用技術研究2003～20062公路隧道建設中數字化技術應用研究2006～20093重慶地區高速公路隧道結構安全與健康狀態標識系統研究2008～2011隧道健康監控。利用公路隧道的結構健康檢測與監測體系，掌握隧道圍巖壓力及支護結構長期受力特性，建立一套高速公路隧道結構安全與健康狀態標識系統，研發具有完全知識產權的隧道結構安全性與健康狀態智能評價與預警軟件。通過公路隧道病害成因和規律的研究，制定了隧道病害調查工作程序、調查方法。最終提出了公路隧道健康診斷方法，以及病害預防和控制的措施。能夠預防與解決隧道維護和維修中的實際問題，開創性地建立了公路隧道病害預防、健康診斷和處治對策的理論體系和技術標準。隧道運營養護平臺。建立了隧道建養數字化平臺，實現了數字化技術與信息集成技術應用于公路隧道的勘察、設計、施工、監測與運營管理全過程，實現了隧道基本信息、病害信息、養護信息、維修信息等信息的計算機綜合管理，為決策人員和管理人員提供了隧道養護狀況信息，從而確保隧道交通的安全、暢通及隧道養護管理的科學化。為隧道工程的建設、維護與防災提供了信息共享平臺，實現了隧道全生命周期的數字化管理，服務于建養一體化。 隧道防災減災技術方面我國西部地區復雜惡劣的自然地理環境，也孕育了大量的自然災害。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、瓦斯爆炸等自然災害，就勘察技術、設計技術、預警技術、施工方法、風險分析、應急救援等方面開展研究。研究成果對于提高西部山區公路隧道建設和運營期抵御自然災害和工程事故起到了關鍵作用，填補了相關空白。2001～2008年西部交通科技項目隧道防災減災技術方面課題一覽表 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警與應急救援技術研究2006～20092公路隧道襯砌結構耐火技術研究2008～20113多斷層、富水巖溶地區特長公路隧道修建關鍵技術及防災救援方案研究與應用2008～20104西部地區公路橋隧工程風險評估研究2008～2010施工險情預警與救援。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。在此基礎上整合現有公路隧道施工重大險情的應急程序方案，建立長大隧道施工多元信息預警與安全管理決策系統，研究突發重大險情救援保障技術。襯砌結構耐火技術。從防火、耐火方法角度考慮火災場景下襯砌結構的設計、施工上的要求和措施，以全面提高隧道襯砌結構體系的耐火能力和安全性。并提出了既有襯砌結構體系在火災時以及火災后的損傷機理、力學特性、耐火能力和殘余承載能力，以及薄弱環節的補強措施。 總體評價在已有研究成果的基礎上，通過深入分析在研項目的預期成果，按照上述分類的重點研究方向和技術，闡述取得的主要技術成果，凝練重大技術突破和創新。（1）山區隧道勘察、設計技術研究隧道地質勘察技術研究方面：建立起公路隧道圍巖分級方法的指標體系，超前地質預報流程，掌握了復雜地質條件下公路隧道施工地質超前預報方法，以及現場圍巖等級定量判別方法。特殊地質、環境條件下隧道設計研究方面：開展黃土地區、青藏高原、寒區以及高瓦斯、多斷層、富水巖溶地區公路隧道的隧道設計方法與施工工藝研究，提出了合理的襯砌斷面型式、排水防凍支護結構型式、施工工藝及質量評定標準。為西部特殊環境下公路隧道的設計、施工和養護提供有效地指導。隧道結構形式設計研究方面研究涵蓋：隧道結構形式（連拱、小間距、分岔、單洞四車道、棚洞）適用性及設計參數研究、隧道洞口結構形式研究（洞口的選型及環境經濟適應性研究、復雜環境條件下洞口設計施工綜合技術）、襯砌結構形式（單層襯砌、噴射防水層、排水、耐火）、隧道路面結構形式等方面，拓展了公路隧道的應用范圍。公路隧道抗震及減震技術研究方面：開展了隧道地震參數研究、震害機理研究、隧道地震動力響應計算方法研究、抗震減震技術研究。最終建立了公路隧道抗（減）震性能化設計方法。填補了我國公路隧道抗震及減震設計規范方面的空白。隧道環境保護技術研究方面，從“資源節約型、環境友好型”角度出發，建立了山區隧道生態環境影響多因素綜合評價指標體系，以及基于環境保護的隧道洞門、棚洞結構形式、隧道排水設計方法，以及廢水處置技術，提升了我國公路隧道的環保設計與施工的理念及技術水平。（2）山區隧道施工技術研究信息技術在隧道施工中的應用技術研究方面：建立了公路隧道建設三維數字化平臺，在此基礎上應用監控量測信息及其綜合管理分析系統，對圍巖和支護結構進行跟蹤反饋分析，實現了對復雜地質條件下公路隧道施工的實時監控、動態控制預測和遠程管理，動態顯示公路隧道施工過程。實現了隧道的動態設計、施工、監測與管理。復雜地質條件下隧道的合理施工方法研究方面：掌握了復雜條件隧道不良地質預防與處治技術，保證了隧道施工的安全性，增強了隧道在復雜地質條件下的運用范圍。（3）隧道設計基礎理論隧道設計基礎理論研究方面：利用公路隧道建設信息化技術，建立動態反饋設計技術，嘗試采用反饋分析方法建立隧道圍巖現場穩定性分析及襯砌設計方法，推動了圍巖分級、圍巖荷載和圍巖失穩標準的研究，提高了公路隧道設計的合理性和科學性。（4）山區隧道運營監控及養護管理技術研究隧道養護管理技術研究：公路隧道病害成因和規律、公路隧道健康診斷的評定基準確定方法、隧道病害養護維修方法。利用公路隧道的結構健康檢測與監測體系，掌握隧道圍巖壓力及支護結構長期受力特性，建立起一套高速公路隧道結構安全與健康狀態標識系統與評價預警方法。建立了一套貫穿公路隧道的勘察、設計、施工、監測與運營管理全過程的數字化建養管理平臺。（5）山區隧道減災防災技術研究隧道施工防災救援技術研究方面：重點在于建立隧道施工險情的分類分級技術、突發重大險情救援保障技術。整合公路隧道施工應急處理方案，建立隧道預警與安全管理決策系統。 隧道運營防災救援技術研究方面：開展隧道火災情況下的通風模式，隧道人員疏散、避險方案，消防救援方案研究；建立起一套適合我國國情的公路隧道火災救援體系，以及交通事件應急響應技術，并將防災救援體系向隧道群聯動控制方面拓展。 國外技術發展現狀與趨勢國外公路隧道的建設起步早。在國外，以瑞士、奧地利、挪威、日本為代表的發達國家，早在20世紀60～70年代就建成了一批特長隧道，最長隧道為挪威的LA FRLAND隧道。另外，如：，、Mont 。這些長大隧道在修建過程中，較為廣泛地采用了新奧法，實現了真正的信息化設計與施工。修建過程中，一方面遇到了施工技術方面的問題，如，掘進技術、通風技術及支護襯砌技術等；另一方面則是開挖遭遇的施工地質災害，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，這些發達國家進行了相關的研究，采用了先進的噴射混凝土工藝，解決了防排水設計與施工工藝，不斷改進新的支護手段。另外，針對公路隧道等高風險地下工程進行了業主、設計、監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驗。目前國外技術發展趨勢主要有以下幾點：1）隧道更大、更長、更深 隨著道路等級標準的逐漸提高和隧道設計理論和施工技術的不斷改進，公路隧道朝著更大、更長、更深的方向發展?？缍葟膯味措p向兩車道發展到雙洞單向四車道；長度從上世紀初的二三公里發展到現在的數十公里；埋深增加到上公里。比較著名的有日本的關越隧道（）、意大利的勃朗峰隧道（），奧地利的阿爾貝銘隧道（）、瑞士的圣哥達隧道（）。這些長大公路隧道的成功修建，出現了一批新的施工工藝和配套機械。2）機械化水平日益提高國外隧道施工機械化水平日益提高，采用以巖石TBM（隧道掘進機）為代表的新的隧道開挖裝備。傳統的鉆爆法各主要工序均采用機械完成，自動化水平很高，效率提升很大。3）隧道建設的環保、節約和快捷理念與傳統的隧道建設理念相比較，國外日益強調環境保護、資源節約和安全高效，與之匹配，相關技術得到不斷發展。4）注重耐久性和養護管理國外新的隧道建設任務少，更多的是隧道的養護管理。5）新材料、新技術和新工藝不斷涌現在當今科技不斷發展的今天，國外隧道界不斷開拓新技術的應用，例如：數字攝像（影）測量、自動監測與檢測、數字化建養管理平臺的建立以及新的手段、新材料的使用等。通過“十五”至今的一系列西部科研項目的重要研究突破，我國在特長公路隧道設計與建造技術、復雜地質條件下公路隧道建造技術、特殊結構形式公路隧道設計與施工技術、公路隧道檢測評價與養護管理等方面的技術水平已接近或達到西方發達國家的先進水平，且部分已處于國際領先水平。但是，我國在公路隧道設計理論、施工和檢測技術裝備、施工技術水平和管理水平等方面與隧道發達國家還有一定差距，缺乏具有自主知識產權的創新型技術成果，特別是在施工管理技術、質量控制和質量保障、新型材料研究應用等方面差距較大?，F階段，雖然國內已積累了不少修建山嶺公路隧道的經驗，特別是以秦嶺終南山公路隧道、雪峰山隧道、龍潭隧道等為代表的一大批公路隧道的順利建設，為修建山嶺隧道積累了寶貴的經驗，但是我國在隧道修建技術方面與世界先進水平還存在著的一定的差距。為了安全、快速、環保、節約的修建山嶺公路隧道，必須在引進、消化、吸收國外先進隧道修建技術的基礎上，在借鑒我國已有的成功技術和經驗的基礎上，不斷創新、逐步提高，解決隧道建設中面臨的關鍵技術難題，才能有效地提高我國特長隧道修建的整體水平。與國外先進水平的差距主要體現在以下幾方面：（1）設計與施工成套技術從國外隧道施工現狀及發展趨勢看，國內特長隧道的修建技術還不夠成熟，在公路隧道人性化設計、通風照明設計、結構計算與設計手段等方面缺乏具有自主知識產權的創新型技術成果，隧道勘察、設計、施工、建設、運營數字化、信息化方面仍然落后于發達國家，存在整體技術裝備落后，管理水平低下的問題。超前地質預測預報的理論、設備、方法和判譯標準需要不斷探索，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、支護、施工通風、信息化施工與管理技術、施工過程中的防災救援和運營節能技術需要不斷豐富和完善。為此，還需要針對隧道工程建設面臨的技術難題進行立項研究和科學攻關，這不僅為山區公路隧道安全、優質、高效、按期建成和運營節能提供理論支撐及技術保證，而且可以進一步完善和發展隧道及地下工程施工技術和理論，對提高我國上述公路隧道施工技術水平有著重要的現實意義，并為類似工程提供借鑒作用。主要體現在以下幾方面：1）特長隧道設計與施工在國外，以瑞士、奧地利、挪威、日本為代表的發達國家，早在20世紀60～70年代就建成了一批特長隧道， LA FRLAND隧道。在這些長大隧道在修建過程中，較為廣泛地采用了新奧法，實現了真正的信息化設計與施工。修建過程中，一方面遇到了施工技術方面的問題，如，掘進技術、通風技術及支護襯砌技術等；另一方面則是開挖遭遇的施工地質災害，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，這些發達國家進行了相關的研究，采用了先進的噴射混凝土工藝，解決了防排水設計與施工工藝，不斷改進新的支護手段，成功采用了多種通風形式及靜電吸塵等先進通風設備，并且通過時間檢驗了穩定可靠的公路隧道營運管理系統。，位居世界規模第一、長度第二，是我國公路隧道建設的標志性工程。目前，尚有眾多的特長隧道正在建設之中，）、陜西省包家山隧道（）、位于四川省泥巴山隧道（）?，F階段，雖然國內已積累了不少修建特長隧道的經驗，但是我國在特長隧道設計建造技術方面與世界先進水平還還存在著的一定的差距，如新技術應用率較低，建設費用和維修費用相當高、對付復雜地質條件（巖溶、富水斷層帶、高水壓、高應力擠壓破碎圍巖、瓦斯等）的技術水平還有待提高。2）特殊結構類型隧道設計近年來，隨著我國交通基礎設施建設規模的逐步擴大，特別是西部大開發戰略的實施，公路隧道修建的數量也日益增多，新的隧道結構型式和相應的施工方法也不斷涌現，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研究和工程實踐，已取得了諸多研究成果，積累了較多設計與施工方面的實踐經驗，全國有了一定規模的應用。全國范圍內，特別是在中西部地區，由于受地形等條件的限制，隧道結構型式多樣，這也充分說明了特殊結構形式隧道有很好的實用性和適應性，可產生較大的社會經濟效益。但是與傳統的分幅修建隧道相比，特殊結構形式隧道具有跨度大、結構復雜等不利因素，工程設計與施工單位缺少相關設計與施工理論和工程實踐經驗，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設計與施工理論還未能被廣大工程建設人員掌握，迫切需要進一步驗證、總結，深化特殊結構隧道研究成果，形成特殊結構隧道建設的相關指南和專著，從而推動相關技術的推廣應用和提高。小間距隧道：在日本及歐美等隧道修建技術比較發達的國家，從70年代就開始了小間距隧道研究。日本于1987年出版了《近接施工的設計