公路隧道学科发展研究报告

公路隧道学科发展研究报告（2011）中国公路学会隧道工程分会2012年4月目 录一、引言1二、我国公路隧道发展历史沿革及特征3三、国内外公路隧道建设技术发展状况43.1我国公路隧道科技发展情况43.2 “十五”以来西部项目科研成果与突破53.2.1 勘察设计技术方面63.2.2 隧道施工技术方面113.2.3 隧道设计基础理论方面123.2.4 检测评估、维修加固与养护管理技术方面133.2.5 隧道防灾减灾技术方面133.2.6 总体评价143.3 国外技术发展现状与趋势163.4 与国外先进水平的差距17四、“十二五”公路隧道科技重点突破的方向与技术304.1 技术发展需求304.2 重点研究方向及主要目标314.3 重点研究项目建议31公路隧道学科发展研究报告（2011）一、引言我国是多山国家，75左右的国土都是山地，且江河纵横，海域宽阔。近10年来，公路隧道平均每年新建350公里（见图1），28座水下公路隧道已建成通车，隧道在交通基础设施的建设中起到越来越重要的作用，同时在城市建设中，以节约土地和保护环境为宗旨，城市道路隧道也方兴未艾。总体上，公路隧道已由重丘走向深山、由陆域走向水下、由山区走向城市。面对地震、火灾和暴雨等灾害日益频发，面对高地应力、活动断裂、高寒、高海拔和富水等复杂地质条件，面对保护环境和节约能源等日益增强的建设理念，面对我国跨江海、穿高原等重要战略通道建设的实际需要，公路隧道建设尚存在突出技术瓶颈亟待解决。 图1 近10年来我国公路隧道修建公里随着我国国民经济的迅速发展，我国公路的建设规模在日益扩大，尤其是公路隧道的建设已进入一个快速发展的时期。据统计，截至2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。其中，2007年建成通车的秦岭终南山公路隧道全长18.02公里，位居世界规模第一、长度第二，是我国公路隧道建设的标志性工程。目前，尚有众多的特长隧道正在建设之中（见表1）。我国中西部特长公路隧道 表1No.隧道名长度(m)位置车道通风方式1秦岭终南山隧道18020陝西223竖井分段纵向式2大坪里隧道12290甘肃222竖井分段纵向式3包家山隧道11500陝西223斜井分段纵向式4宝塔山隧道10391山西22竖斜井送排式纵向通风5泥巴山隧道9985四川22斜井+竖井分段纵向式6麻崖子隧道9000甘肃22斜竖井送排+射流风机纵向7龙潭隧道8700湖北22立坑送排+射流风机纵向式8米溪梁隧道7923陕西22左(右)洞单井送排式通风9括苍山隧道7930浙江22纵向式+半横流式(排煙)10方斗山隧道7581重庆222座斜井送排式纵向通风例如位于甘肃省宝天高速公路上的大坪里隧道全长12.29公里、位于陕西省西康高速公路上的包家山隧道全长11.5公里、位于四川省雅西高速公路上的的泥巴山隧道全长10公里、位于湖北省沪蓉西高速公路上的龙潭隧道全长8.7公里、位于陕西省安康至陕川界高速公路上的米溪梁隧道全长7.92公里，等等。根据国家十一五”发展规划，还将有更多的特长公路隧道建成通车。图2 20012009年公路工程增长情况因此，山岭公路隧道的建设日益增多。我国交通运输部发布的公路水路交通行业发展统计公报（表1-1）中的统计数据未包含水下公路隧道和城市道路隧道以及香港、澳门和台湾地区的山岭公路隧道。图2反映出20012009年山岭公路隧道年均增长率高达50.97%，分别是“路”和“桥”的3.61倍和2.94倍，表明公路隧道在山区公路建设中的重要地位日益凸显。表1-1 隧道与公路的增长关系年份高速公路二级及以上公路隧道总里程/万公里年增长/万公里总里程/万公里年增长/万公里总里程/万延米年增长/万延米占高速公路增长里程的百分比/%占二级及以上公路增长里程的百分比/%20011.9422.770.520022.510.5724.972.2783.5132.280.5720032.970.4627.162.19100.116.63.610.7620043.430.4629.952.79124.5624.465.320.8820054.100.6732.582.63152.728.144.201.0720064.530.4335.332.75184.1831.487.321.1420075.390.8638.042.71255.5571.378.302.6320086.030.6439.971.93318.6463.099.863.2720096.510.4842.522.55394.2075.5615.742.9620107.410.944.732.21512.26118.0613.125.34 二、我国公路隧道发展历史沿革及特征据交通部统计，20世纪50年代，我国仅有30多座公路隧道，总长约2.5公里。60至70年代，我国干线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，修建了两座200米以上的隧道，已是非常大的工程。据统计，截至1979年，我国公路隧道通车里程仅为52公里，数量为374座。1993年发展到682座，总长136公里。隧道平均长度为199米，均是二级以下的短隧道为主。进入21世纪的10年来，我国公路网交通逐渐穿越崇山峻岭，向离岸深水延伸，截至2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。秦岭终南山隧道、上海崇明隧桥、厦门翔安海底隧道等重大工程相继建成，是世界上公路隧道最多的国家。据统计，我国铁路隧道数量和长度也已突破7000座和4000公里，均为世界第一。与铁路、水利和矿山隧道相比，公路隧道在我国的起步最晚，发展速度最快，真正意义上的现代公路隧道只有二十几年的发展历史。公路隧道之所以能够取得如此快速和巨大的成就，这与我国在铁路、水利和矿山隧道长期的技术发展积累是密不可分的。正是我国在二十世纪后五十年大量的铁路、水利和矿山隧道的建设经验，为今后修建高速公路隧道奠定了坚实的基础。与铁路、水利和矿山隧道相比，公路隧道有其独特的特点：1）公路隧道是大跨扁平结构，其跨度远大于铁路和矿山隧道；2）公路隧道穿越的地质条件异常复杂，围岩稳定性差，这是同样跨度大的水利隧道所不能想象的；3）公路隧道为满足线形、逃生等需要，采用的结构形式比铁路隧道复杂，如：连拱、小净距、分岔、螺旋隧道等；4）公路隧道为保证行车舒适性、安全性，必须配备复杂的运营机电系统，含：通风、照明、消防、监控、供配电、救援等系统，这是其他类型隧道所没有的。这些特点表明公路隧道的技术难度更大，也促使公路隧道界必须在设计、施工、运营和养护方面开展大量的开拓创新研究工作，解决自己特有的技术和管理问题。总之，公路隧道是在汲取铁路、水利和矿山隧道建造经验的基础上，不断开拓创新，高起点、高水平的发展形成独特的公路隧道技术体系。当前，随着技术的不断发展和运营的需要，公路隧道趋势是越修越长、越修越宽，技术越来越难、越复杂。公路隧道的修建涉及到了结构、防排水、岩土、地质、地下水、空气动力、光学、消防、交通工程、自动控制、环境保护、工程机构等十几个学科领域，是综合复合技术，需要多学科进行联合研究、进行攻关。三、 国内外公路隧道建设技术发展状况3.1我国公路隧道科技发展情况为适应我国公路隧道建设快速发展的需求，突破和解决重点工程建设和养护管理方面面临的重大需求问题，交通运输部自“十五”开始，加大了对公路隧道科研的支持力度，从设计、施工、检测评价、维修加固与养护管理等各个环节，按需求的紧迫性有计划地设立了一系列科研项目。截至2008年，“十五”和“十一五”期间交通运输部在隧道工程方向设立西部项目32项（见表2），投入研究经费约6593万元。涉及隧道设计技术（24项）、施工技术（14项）、基础理论研究（2项）、检测评估、维修加固与养护管理技术（3项）、防灾减灾（4项）。组织调动全国科研、设计、施工等单位参与研究攻关，针对隧道建设和养护中的难点、焦点和热点问题，形成了一批创新型技术、工法和装备，部分成果达到国际领先或先进水平，填补了国内诸多空白，对公路隧道的又好又快发展起到了保驾护航的关键作用。山区高速公路隧道修筑技术课题一览表 表2序号项目名称承担单位负责人1黄土地区隧道的修筑技术研究甘肃省交通厅工程处康军2秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究陕西省公路局袁雪戡3连拱隧道建设关键技术的研究云南省公路规划勘察设计院李志厚4隧道路面结构与材料的研究贵州省交通规划勘察设计研究院佘远程5雪峰山公路隧道关键技术研究湖南省交通规划勘察设计院彭建国6双洞小净距隧道设计、施工关键技术研究四川省交通厅公路规划勘察设计研究院李玉文7公路隧道健康诊断的应用技术研究中交第一公路勘察设计研究院王华牢8分岔式隧道设计施工关键技术研究湖北沪蓉西高速公路建设指挥部曹传林9沪蓉国道主干线龙潭特长隧道特殊地质条件下的关键技术湖北沪蓉西高速公路建设指挥部白山云10高海拔地区复杂地质条件下公路隧道设计与施工技术研究四川省交通厅公路规划勘察设计研究院郑金龙11公路隧道围岩分级指标体系与动态分类方法研究西南交通大学王明年12公路隧道喷射防水层技术研究重庆交通科研设计院刘 伟13公路隧道松驰荷载预测理论与预警系统及设计方法研究重庆交通科研设计院蒋树屏14公路隧道建设中数字化技术应用研究交通部公路科学研究院王晓晶15单拱四车道公路隧道设计优化与施工技术研究湖南省交通科学研究院张亮16大相岭泥巴山深埋特长隧道关键技术研究四川省交通厅公路规划勘察设计研究院陈乐生17公路隧道施工重大险情预警与应急救援技术研究交通部公路科学研究院张高强18山区隧道建设环境保护关键技术研究重庆交通科研设计院张兰军19沿河傍山路段棚洞结构适应性及设计施工技术研究重庆交通科研设计院黄伦海20西部地区公路瓦斯隧道设计与施工技术研究四川省交通厅公路规划勘察设计研究院王联21乌鞘岭特长公路隧道群建设与运营安全控制技术研究甘肃路桥公路投资有限公司牛思胜22重庆地区高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统研究 重庆高速公路发展有限公司杜国平23寒冷地区公路隧道冻害雪害防治技术研究长安大学吕康成24西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究长安大学陈建勋25连拱隧道建设关键技术的推广应用研究云南省公路勘察设计院李志厚26黄土地区公路隧道修筑技术推广应用研究甘肃省交通厅工程处康军27公路隧道超深大断面竖井工程施工技术研究中交隧道工程局有限公司 李亚武 28公路隧道抗震及减震技术研究四川省交通厅公路规划勘察设计研究院 林国进 29公路隧道单层衬砌结构关键技术研究重庆市交通规划勘察设计院钟明全30公路隧道衬砌结构耐火技术研究重庆交通科研设计院林志31高速公路螺旋型曲线隧道营运安全控制技术研究四川雅西高速公路有限责任公司何刚32多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用陕西省交通建设集团公司杨育生3.2 “十五”以来西部项目科研成果与突破为解决我国中、西部困难复杂地区公路隧道勘察设计技术与方法面临的挑战，交通运输部针对公路隧道、尤其是西部地区公路隧道建设和养护的关键技术问题，把握行业热点问题和国际前沿技术，在基础理论研究、应用技术研发、成果应用转化与推广等方面设立了多个重点科研攻关项目，同时在支持国家重点工程建设项目中有针对性地布局了大量的专题性研究。“十五”以来，西部课题在山区高速公路隧道修筑技术领域开展的主要工作有：1）复杂水文地质和工程地质环境下（断层、岩溶、富水、瓦斯等）的隧道建造技术；2）特长隧道（群）通风、防灾和监控技术；3）非常规隧道（大跨度、小净距、连拱、分岔、螺旋隧道、棚洞、大断面竖井等）设计、施工和运营技术；4）高寒地区公路隧道建造技术；5）隧道施工过程中的超前地质预报技术；6）公路隧道结构健康监控和诊断技术；7）黄土地区隧道修筑技术；8）隧道建设的数字化技术应用；9）隧道新型设计理论和方法（抗震设计、单层衬砌、围岩荷载和分级等）；10）新材料、新技术和新工艺的应用研究（喷射防水层、太阳能照明等）。总体而言，一大批重大科研项目和重大工程的完成表明，制约我国特长公路隧道建设与运营的技术瓶颈已经取得了突破，公路隧道的设计水平已接近国际先进水平，部分达到国际先进水平，施工技术有了重大进步，解决了：1）隧道选型；2）隧道安全快速施工；3）特长隧道通风、照明、运营安全控制。取得了一系列的技术成果与突破，并提炼为共性技术，为国家重点工程项目建设、行业技术标准的制修订、隧道行业的整体技术进步发挥了重要的、积极的作用。以交通运输部西部交通建设科技项目为例简要介绍如下：3.2.1 勘察设计技术方面我国西部地区多为山区，自然地理条件恶劣，高速公路隧道修建面临众多难点问题，依托山区高速公路隧道建设的实际需求，科技工作者们重点就特殊结构形式和西部特殊自然环境下公路隧道设计、特大公路隧道工程配套技术等方面立题开展了研究。20012008年西部交通科技项目山岭公路隧道设计与施工技术方面课题一览表 表3序号项目类别及名称实施年限特殊结构形式公路隧道的设计技术1连拱隧道建设关键技术的研究200220052隧道路面结构与材料的研究3双洞小净距隧道设计、施工关键技术研究200320074分岔式隧道设计施工关键技术研究200420075公路隧道喷射防水层技术研究200520086单拱四车道公路隧道设计优化与施工技术研究200620097沿河傍山路段棚洞结构适应性及设计施工技术研究200720108连拱隧道建设关键技术的推广应用研究200720099公路隧道超深大断面竖井工程施工技术研究2008201010公路隧道单层衬砌结构关键技术研究20082010复杂恶劣自然环境下公路隧道的设计技术11黄土地区隧道的修筑技术研究2001200512高海拔地区复杂地质条件下公路隧道设计与施工技术研究2004200613沪蓉国道主干线龙潭特长隧道特殊地质条件下的关键技术2004200914西藏扎木至墨脱公路建设关键技术研究（课题一 西藏扎墨公路嘎隆拉隧道设计与建设关键技术研究）2007201015寒冷地区公路隧道冻害雪害防治技术研究2007201016西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究2007201017黄土地区公路隧道修筑技术推广应用研究2007200918山区隧道建设环境保护关键技术研究2007201019西部地区公路瓦斯隧道设计与施工技术研究2007200920公路隧道抗震及减震技术研究2008201121多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用20082010特大公路隧道工程配套技术22秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究2001200723雪峰山公路隧道关键技术研究2003200724乌鞘岭特长公路隧道群建设与运营安全控制技术研究20072010（1）特殊结构形式公路隧道的设计技术与常规的公路隧道结构形式相比，我国过去在特殊结构隧道上的设计和施工经验几乎是空白，为适应西部地区特殊地形条件，满足高速公路路线方面的要求，科技工作者们重点针对连拱隧道、小净距隧道、分岔隧道、特大跨扁平隧道、棚洞型隧道、超深竖井、单层衬砌隧道、喷射防水层技术等新型隧道结构形式，在其设计理论和施工方法等方面开展研究，解决上述非常规结构隧道在设计荷载、结构形式、支护衬砌参数、施工工法、施工监控等方面的问题。这些课题的设置和研究工作的开展，确实保证了类似工程建设的成功，提高了我国建设人员在恶劣地形条件下修建高等级公路隧道的能力，形成了一批指南，部分研究成果进入了规范，对于填补我国特殊结构形式公路隧道建设技术的空白起到了至关重要的作用，提升了我国特殊隧道的建设水平。1） 不同隧道断面结构形式连拱隧道。系统研究了连拱隧道的适应性，针对不同围岩类别和环境下隧道围岩压力分布，提出了连拱隧道合理的断面型式、接线方式。并基于双塌落拱假定首次建立了完整的连拱隧道荷载模式与确定方法；给出了荷载结构法下初期支护与二次衬砌的荷载分担比例和地层结构法的各施工步荷载释放系数，形成了系统的连拱隧道设计计算方法；研制出连拱隧道监测数据库管理软件、连拱隧道施工动态数值模拟分析软件、连拱隧道施工动态反馈分析软件、连拱隧道计算机辅助设计与计算软件、隧道洞口边仰坡稳定性分析软件，可实现连拱隧道的动态自动化设计、施工、监测与管理；双洞小净距隧道。首次将小净距隧道划分为A、B、C三类，并给出分类方法和标准；提出了小净距隧道中岩墙垂直应力的理论估算公式、针对中岩墙加固技术及施工工艺；提出了不同类型小净距隧道合理的支护体系、支护参数、施工工序、小净距隧道施工爆破振动速度控制标准和先行洞与后行洞掌子面的合理施工间距；明确了小净距隧道施工的重点监控范围；并最终编制了小净距隧道设计与施工指南和图集。分岔隧道。提出分岔隧道设计的理论依据和原则。建立了不同围岩条件下的分岔隧道围岩支护参数的确定方法和岩柱宽度的留设方法；提出了不同围岩类别分岔隧道的合理施工工法，并提出围岩和衬砌结构的稳定性评价方法与标准；提出了减少施工过程中工程爆破对隧道岩柱的破坏方法。单拱四车道。课题提出了大断面隧道衬砌的拱部极限承载力的确定方法、隧道结构支护方法和开挖断面参数优化设计技术。棚洞。对段棚洞结构型式及其在山区公路建设中的适应性展开研究，并最终提出棚洞结构设计方法和施工成套技术。2）洞口、衬砌、路面结构形式研究方面：隧道洞口。西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究、山区隧道建设环境保护关键技术研究等课题，提出了各种隧道洞口形式及其适用条件，以及洞口段支护衬砌设计及优化方案，并且提出基于环境保护的隧道洞门选型技术指南。单层衬砌和喷射防水层。从材料、工艺、质量控制指标与检验方法等方面着手，对衬砌结构形式开展了系列研究，形成了符合我国国情的公路隧道喷射防水体系、单层衬砌结构的适用范围、设计原则，质量检测和验收标准。隧道路面。首次制定了隧道路面结构与排水设计方法，提出了多孔混凝土、OGFC等隧道路面材料的设计方法与标准，编制了公路隧道路面施工技术指南，对隧道路面的设计与施工具有重要的指导意义。（2）复杂恶劣自然环境下公路隧道的设计技术在特殊地质条件下的隧道建设方面，结合公路隧道建设的发展需求，重点针对我国西部地区复杂恶劣的自然地理条件：黄土、多断层、富水岩溶地区、寒冷气候、高地应力、高地震烈度和活动断层带等地区的公路隧道，解决安全环保进洞、超前地质预报、抗防冻、防排水、环境保护、应急救援等技术难题，提出了相关地质条件下公路隧道的断面型式、衬砌结构参数、抗震及减震技术、通风、防冻、防排水技术及合理的施工方法等，突破和解决了我国在类似复杂环境下的隧道建造技术，确保了复杂条件下公路隧道安全、快速、节约的建成。研究成果处于国际先进或领先水平，达到了对依托工程优化设计、保障安全、减灾防灾、节约建设资金的目的，同时提高了相关方面的理论及技术水平。黄土隧道。提出了隧道深浅埋界定的新方法，推导了浅埋土质隧道围岩压力计算公式；提出了适合于黄土公路隧道的衬砌断面型式及防排水结构型式；在此基础上提出了适合黄土公路隧道的开挖方法、施工工艺及质量评定标准。为公路黄土隧道的设计和施工提供了依据，有效地指导了黄土公路隧道的设计、施工和养护。高寒隧道。针对寒区隧道围岩的温度变化特点，从防水、保温和供热等途径，开发新材料、新技术，探讨隧道防冻设计和病害处理的新理念。通过开展隧道温度场、渗流场分布及其变化规律研究，提出高海拔、寒区地区公路隧道冻害分级方法及评定标准、冻害设防等级。通过防冻衬砌及支护结构、隧道防排水、保温材料等方面的研究，建立了一套基于防排水和保温技术相结合的隧道防冻支护结构体系设计方法，并提出了与隧道冻害雪害等级相应的防治技术措施和施工工艺。隧道抗、减震。研究了高烈度地震区公路隧道工程结构的动力作用机制及地震动力效应，建立了公路隧道抗震设计中地震输入参数确定方法、地震动力响应计算方法，并建立一套适用的公路隧道抗震、减震和隔震结构模式和抗（减）震性能化设计方法。填补了我国公路隧道抗震及减震设计规范方面的空白。地质勘察。掌握了深埋特长公路隧道综合勘察技术，以及公路瓦斯隧道勘察技术，并首次提出公路瓦斯隧道分级标准。超前地质预报。研究了隧道前方断层破碎带、风化破碎带位置与范围、岩溶地质、围岩涌泥、突水、岩爆、围岩垮落和失稳、隧道高地应力范围、隧道地下水等信息的预报与判读标准。建立起超前地质预报流程，掌握了复杂地质条件下公路隧道施工的地质超前预报方法。（3）特长公路隧道工程配套技术我国西部地区公路隧道朝着更长、更深的趋势发展，重点工程有秦岭终南山特长公路隧道、雪峰山特长公路隧道、龙潭特长公路隧道、乌鞘岭特长公路隧道群等世界知名的公路隧道。为了解决我国公路特长隧道建设需求增大和相关技术比较落后的矛盾，依托上述国内典型的特长公路隧道，对特长隧道建设中突出的技术难题立项进行研究。从长大隧道地质勘察、设计方法、施工技术、施工安全、环境保护等方面开展了系统研究，其中的关键技术有地质勘察技术、硬岩岩爆预测及控制技术、通风技术（包括施工和运营通风）、防灾救援技术、监控管理技术等，形成了较为系统的特长公路隧道建造技术，不仅保障了上述依托隧道的成功建成，而且提升了我国特长公路隧道的整体建造水平，使我国山岭公路隧道建造水平进入世界前列。秦岭终南山公路隧道是一座世界级的超长隧道，也是我国乃至亚洲最长的公路隧道，修建技术难度大，建设周期长。因此，交通运输部西部交通建设科技项目管理中心立项批准开展了秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究，主要针对特长隧道运营通风、防灾救援、监控、环保、信息、管理与养护等六个方面的问题进行了深入研究，取得了一系列的研究成果。其中，秦岭终南山特长公路隧道通风技术研究成果达到国际领先水平，对国内外在建及将要建设的长大公路隧道有指导、借鉴和引领作用。雪峰山隧道。提高了隧道建设的地质预报可靠性，优化了施工量测手段，解决了雪峰山隧道的通风问题、防灾问题及运营监控、管理模式问题，达到提高雪峰山隧道工程质量，降低工程造价的目的。乌鞘岭特长公路隧道群。针对乌鞘岭地区具体地质、气候等特点，结合隧道的具体情况，以乌鞘岭隧道群为依托，开展了乌鞘岭特长公路隧道群建设，施行了运营安全控制技术，通过超前预报、原位测试、数值仿真、室内试验与理论分析等手段提出了乌鞘岭特长公路隧道群安全合理的施工技术；给出了乌鞘岭特长公路隧道群围岩压力分布规律；揭示了乌鞘岭特长公路隧道群地下水运移规律；得出了洞室变形规律；建立了结构稳定安全性评价体系；确定了最终通风方案和防火救灾对策；开发了特长公路隧道群运营管理系统；建成了环境监控网络。龙潭公路隧道地质条件复杂，整座隧道贯穿集溶洞、暗河、高地应力、突水突泥等地质灾害于一体的特殊地质地段，因而被业内专家称为“隧道地质博物馆”，交通运输部于2004年将龙潭隧道特殊地质特长隧道施工关键技术列为国家西部交通建设三大重点科研课题之一，在特殊地质环境与重大地质问题、岩溶涌（突）水量预测、超前岩溶地质探测、监控量测技术和信息化隧道建造技术、围岩稳定性分析、隧道围岩稳定性、防排水措施、不良地质处治技术、通风、防灾救灾方面进行科学研究。过去8年中，针对公路隧道设计与施工技术方面的需求和技术瓶颈，西部项目共设置了24项课题（见表3）。重点突破了超特长隧道设计和施工技术；特殊结构形式和复杂恶劣自然环境下公路隧道的设计与施工技术，研究成果处于国际先进或领先水平，极大地提升了我国山岭公路隧道在国际上的竞争力，取得了显著的经济和社会效益。3.2.2 隧道施工技术方面隧道施工技术的研究，开展了以下几个方面的工作：信息技术在隧道施工中应用、复杂地质条件下隧道的合理施工方法研究、隧道合理施作时机与施工控制技术研究。20012008年西部交通科技项目山岭公路隧道施工技术方面课题一览表 表4序号项目类别及名称实施年限施工信息化技术1秦岭终南山特长公路隧道关键技术研究200120072雪峰山公路隧道关键技术研究200320073分岔式隧道设计施工关键技术研究200420074公路隧道建设中数字化技术应用研究20062009复杂地质条件下隧道的合理施工方法5黄土地区隧道的修筑技术研究200120056沪蓉国道主干线龙潭特长隧道特殊地质条件下的关键技术200420097西部地区公路瓦斯隧道设计与施工技术研究200720098公路隧道超深大断面竖井工程施工技术研究200820109多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用20082010隧道合理施作时机与施工控制技术10黄土地区隧道的修筑技术研究2001200511雪峰山公路隧道关键技术研究2003200712双洞小净距隧道设计、施工关键技术研究2003200713单拱四车道公路隧道设计优化与施工技术研究2006200914西部复杂环境条件下隧道洞口段设计施工综合技术研究20072010信息化施工技术。建立公路隧道建设三维数字化平台，在此基础上应用监控量测信息及其综合管理分析系统，对围岩和支护结构进行跟踪反馈分析，实现对复杂地质条件下公路隧道施工的实时监控、动态控制预测和远程管理，动态显示公路隧道施工过程。利用隧道监测数据库管理软件、施工动态数值模拟分析软件、施工动态反馈分析软件、隧道洞口边仰坡稳定性分析软件，可实现隧道的动态自动化设计、施工、监测与管理。合理施工方法。分别对黄土隧道、高海拔地区隧道施工技术展开研究，取得了黄土隧道和高海拔地区隧道的开挖方法、施工工艺，有效地指导了复杂地质条件下隧道的设计、施工和养护。掌握了溶洞、地下暗河等复杂岩溶条件隧道不良地质处治技术，隧道过煤段的支护方案、公路瓦斯隧道揭煤防突技术，千枚岩地层隧道支护结构及爆破技术，超深大断面竖井岩爆预防技术及预防措施等处治技术，保证了隧道施工安全，增强了隧道在复杂地质条件下的通过性。合理施作时机与施工控制技术。开展了隧道施工合理的支护体系、支护参数、合理工序工艺等方面的研究，掌握了隧道进洞施工技术及辅助工法、二次衬砌合理施作时机、掌子面的合理施工间距等施工优化控制技术。3.2.3 隧道设计基础理论方面公路隧道设计与施工中存在的基础理论问题主要有三个：一、围岩分级；二、设计荷载；三、围岩变形破坏预测。为解决多年来困惑隧道设计和现场施工的主要问题，依托西部课题，开展了“公路隧道围岩分级指标体系与动态分类方法研究”和“公路隧道松驰荷载预测理论与预警系统及设计方法研究”，有力地推动了围岩等级、围岩荷载和围岩失稳标准的研究，提高了公路隧道设计的合理性和施工的安全性。20012008年西部交通科技项目山岭公路隧道设计与施工基础理论方面课题一览表 表5序号项目类别及名称实施年限1公路隧道围岩分级指标体系与动态分类方法研究200420072公路隧道松驰荷载预测理论与预警系统及设计方法研究20062009围岩分级和荷载。建立了围岩分级的指标体系及现场等级定量判定方法，建立了各级围岩条件下隧道围岩渐进性破坏理论准则、围岩稳定性非确定性反分析方法、隧道围岩变形破坏的预警方法，提出了相应的松动围岩压力确定方法，完善与发展了现有隧道规范中松动围岩压力确定的相关规定。围岩预警。基于隧道围岩与衬砌应力变形监控量测技术的反分析、公路隧道建设信息化及动态反馈设计技术，尝试采用反馈分析方法建立了隧道围岩现场稳定性分析及衬砌设计方法，以期更加准确地判定隧道围岩压力和衬砌设计，为工程设计分析所采用。3.2.4 检测评估、维修加固与养护管理技术方面针对我国公路隧道使用过程中暴露出的技术问题，解决了病害调查、检测技术、评价方法、维修加固和养护管理平台的问题，建立了我国公路隧道检测评价指南，重点突破了隧道长期监测系统、检测评价模型和全寿命数字化建设与养护管理平台。上述技术成果极大地推动了我国公路隧道养护管理的水平。20012008年西部交通科技项目检测评估、维修加固与养护管理方面课题一览表 表6序号项目类别及名称实施年限1公路隧道健康诊断的应用技术研究200320062公路隧道建设中数字化技术应用研究200620093重庆地区高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统研究20082011隧道健康监控。利用公路隧道的结构健康检测与监测体系，掌握隧道围岩压力及支护结构长期受力特性，建立一套高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统，研发具有完全知识产权的隧道结构安全性与健康状态智能评价与预警软件。通过公路隧道病害成因和规律的研究，制定了隧道病害调查工作程序、调查方法。最终提出了公路隧道健康诊断方法，以及病害预防和控制的措施。能够预防与解决隧道维护和维修中的实际问题，开创性地建立了公路隧道病害预防、健康诊断和处治对策的理论体系和技术标准。隧道运营养护平台。建立了隧道建养数字化平台，实现了数字化技术与信息集成技术应用于公路隧道的勘察、设计、施工、监测与运营管理全过程，实现了隧道基本信息、病害信息、养护信息、维修信息等信息的计算机综合管理，为决策人员和管理人员提供了隧道养护状况信息，从而确保隧道交通的安全、畅通及隧道养护管理的科学化。为隧道工程的建设、维护与防灾提供了信息共享平台，实现了隧道全生命周期的数字化管理，服务于建养一体化。3.2.5 隧道防灾减灾技术方面我国西部地区复杂恶劣的自然地理环境，也孕育了大量的自然灾害。西部课题针对山岭公路隧道常见的抗震减震、断层、富水岩溶、瓦斯爆炸等自然灾害，就勘察技术、设计技术、预警技术、施工方法、风险分析、应急救援等方面开展研究。研究成果对于提高西部山区公路隧道建设和运营期抵御自然灾害和工程事故起到了关键作用，填补了相关空白。20012008年西部交通科技项目隧道防灾减灾技术方面课题一览表 表7序号项目类别及名称实施年限1公路隧道施工重大险情预警与应急救援技术研究200620092公路隧道衬砌结构耐火技术研究200820113多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用200820104西部地区公路桥隧工程风险评估研究20082010施工险情预警与救援。开展隧道施工重大险情的类型与危害程度（分级）研究，建立隧道施工险情的分类分级技术。在此基础上整合现有公路隧道施工重大险情的应急程序方案，建立长大隧道施工多元信息预警与安全管理决策系统，研究突发重大险情救援保障技术。衬砌结构耐火技术。从防火、耐火方法角度考虑火灾场景下衬砌结构的设计、施工上的要求和措施，以全面提高隧道衬砌结构体系的耐火能力和安全性。并提出了既有衬砌结构体系在火灾时以及火灾后的损伤机理、力学特性、耐火能力和残余承载能力，以及薄弱环节的补强措施。3.2.6 总体评价在已有研究成果的基础上，通过深入分析在研项目的预期成果，按照上述分类的重点研究方向和技术，阐述取得的主要技术成果，凝练重大技术突破和创新。（1）山区隧道勘察、设计技术研究隧道地质勘察技术研究方面：建立起公路隧道围岩分级方法的指标体系，超前地质预报流程，掌握了复杂地质条件下公路隧道施工地质超前预报方法，以及现场围岩等级定量判别方法。特殊地质、环境条件下隧道设计研究方面：开展黄土地区、青藏高原、寒区以及高瓦斯、多断层、富水岩溶地区公路隧道的隧道设计方法与施工工艺研究，提出了合理的衬砌断面型式、排水防冻支护结构型式、施工工艺及质量评定标准。为西部特殊环境下公路隧道的设计、施工和养护提供有效地指导。隧道结构形式设计研究方面研究涵盖：隧道结构形式（连拱、小间距、分岔、单洞四车道、棚洞）适用性及设计参数研究、隧道洞口结构形式研究（洞口的选型及环境经济适应性研究、复杂环境条件下洞口设计施工综合技术）、衬砌结构形式（单层衬砌、喷射防水层、排水、耐火）、隧道路面结构形式等方面，拓展了公路隧道的应用范围。公路隧道抗震及减震技术研究方面：开展了隧道地震参数研究、震害机理研究、隧道地震动力响应计算方法研究、抗震减震技术研究。最终建立了公路隧道抗（减）震性能化设计方法。填补了我国公路隧道抗震及减震设计规范方面的空白。隧道环境保护技术研究方面，从“资源节约型、环境友好型”角度出发，建立了山区隧道生态环境影响多因素综合评价指标体系，以及基于环境保护的隧道洞门、棚洞结构形式、隧道排水设计方法，以及废水处置技术，提升了我国公路隧道的环保设计与施工的理念及技术水平。（2）山区隧道施工技术研究信息技术在隧道施工中的应用技术研究方面：建立了公路隧道建设三维数字化平台，在此基础上应用监控量测信息及其综合管理分析系统，对围岩和支护结构进行跟踪反馈分析，实现了对复杂地质条件下公路隧道施工的实时监控、动态控制预测和远程管理，动态显示公路隧道施工过程。实现了隧道的动态设计、施工、监测与管理。复杂地质条件下隧道的合理施工方法研究方面：掌握了复杂条件隧道不良地质预防与处治技术，保证了隧道施工的安全性，增强了隧道在复杂地质条件下的运用范围。（3）隧道设计基础理论隧道设计基础理论研究方面：利用公路隧道建设信息化技术，建立动态反馈设计技术，尝试采用反馈分析方法建立隧道围岩现场稳定性分析及衬砌设计方法，推动了围岩分级、围岩荷载和围岩失稳标准的研究，提高了公路隧道设计的合理性和科学性。（4）山区隧道运营监控及养护管理技术研究隧道养护管理技术研究：公路隧道病害成因和规律、公路隧道健康诊断的评定基准确定方法、隧道病害养护维修方法。利用公路隧道的结构健康检测与监测体系，掌握隧道围岩压力及支护结构长期受力特性，建立起一套高速公路隧道结构安全与健康状态标识系统与评价预警方法。建立了一套贯穿公路隧道的勘察、设计、施工、监测与运营管理全过程的数字化建养管理平台。（5）山区隧道减灾防灾技术研究隧道施工防灾救援技术研究方面：重点在于建立隧道施工险情的分类分级技术、突发重大险情救援保障技术。整合公路隧道施工应急处理方案，建立隧道预警与安全管理决策系统。 隧道运营防灾救援技术研究方面：开展隧道火灾情况下的通风模式，隧道人员疏散、避险方案，消防救援方案研究；建立起一套适合我国国情的公路隧道火灾救援体系，以及交通事件应急响应技术，并将防灾救援体系向隧道群联动控制方面拓展。3.3 国外技术发展现状与趋势国外公路隧道的建设起步早。在国外，以瑞士、奥地利、挪威、日本为代表的发达国家，早在20世纪6070年代就建成了一批特长隧道，最长隧道为挪威的LA FRLAND隧道，达24.5公里。另外，如：瑞士的Gotthard隧道达16.32公里，奥地利的Arberg隧道达13.97公里，法国和意大利之间的Frejus隧道达12.87公里、Mont Blanc隧道达11.6公里，最长水下公路隧道为日本关越隧道9.4公里。这些长大隧道在修建过程中，较为广泛地采用了新奥法，实现了真正的信息化设计与施工。修建过程中，一方面遇到了施工技术方面的问题，如，掘进技术、通风技术及支护衬砌技术等；另一方面则是开挖遭遇的施工地质灾害，如硬岩岩爆、软岩大变形、高压涌突水、高地温及瓦斯突出等。针对这些问题，这些发达国家进行了相关的研究，采用了先进的喷射混凝土工艺，解决了防排水设计与施工工艺，不断改进新的支护手段。另外，针对公路隧道等高风险地下工程进行了业主、设计、监理及承包商的共同利益管理模式尝试，已取得了不少的工程管理经验。目前国外技术发展趋势主要有以下几点：1）隧道更大、更长、更深 随着道路等级标准的逐渐提高和隧道设计理论和施工技术的不断改进，公路隧道朝着更大、更长、更深的方向发展。跨度从单洞双向两车道发展到双洞单向四车道；长度从上世纪初的二三公里发展到现在的数十公里；埋深增加到上公里。比较著名的有日本的关越隧道（11.05公里）、意大利的勃朗峰隧道（11.6公里），奥地利的阿尔贝铭隧道（13.97公里）、瑞士的圣哥达隧道（16.82公里），最近通车的挪威奥尔兰隧道更是长达24.5公里。这些长大公路隧道的成功修建，出现了一批新的施工工艺和配套机械。2）机械化水平日益提高国外隧道施工机械化水平日益提高，采用以岩石TBM（隧道掘进机）为代表的新的隧道开挖装备。传统的钻爆法各主要工序均采用机械完成，自动化水平很高，效率提升很大。3）隧道建设的环保、节约和快捷理念与传统的隧道建设理念相比较，国外日益强调环境保护、资源节约和安全高效，与之匹配，相关技术得到不断发展。4）注重耐久性和养护管理国外新的隧道建设任务少，更多的是隧道的养护管理。5）新材料、新技术和新工艺不断涌现在当今科技不断发展的今天，国外隧道界不断开拓新技术的应用，例如：数字摄像（影）测量、自动监测与检测、数字化建养管理平台的建立以及新的手段、新材料的使用等。3.4国与国外先进水平的差距通过“十五”至今的一系列西部科研项目的重要研究突破，我国在特长公路隧道设计与建造技术、复杂地质条件下公路隧道建造技术、特殊结构形式公路隧道设计与施工技术、公路隧道检测评价与养护管理等方面的技术水平已接近或达到西方发达国家的先进水平，且部分已处于国际领先水平。但是，我国在公路隧道设计理论、施工和检测技术装备、施工技术水平和管理水平等方面与隧道发达国家还有一定差距，缺乏具有自主知识产权的创新型技术成果，特别是在施工管理技术、质量控制和质量保障、新型材料研究应用等方面差距较大。现阶段，虽然国内已积累了不少修建山岭公路隧道的经验，特别是以秦岭终南山公路隧道、雪峰山隧道、龙潭隧道等为代表的一大批公路隧道的顺利建设，为修建山岭隧道积累了宝贵的经验，但是我国在隧道修建技术方面与世界先进水平还存在着的一定的差距。为了安全、快速、环保、节约的修建山岭公路隧道，必须在引进、消化、吸收国外先进隧道修建技术的基础上，在借鉴我国已有的成功技术和经验的基础上，不断创新、逐步提高，解决隧道建设中面临的关键技术难题，才能有效地提高我国特长隧道修建的整体水平。与国外先进水平的差距主要体现在以下几方面：（1）设计与施工成套技术从国外隧道施工现状及发展趋势看，国内特长隧道的修建技术还不够成熟，在公路隧道人性化设计、通风照明设计、结构计算与设计手段等方面缺乏具有自主知识产权的创新型技术成果，隧道勘察、设计、施工、建设、运营数字化、信息化方面仍然落后于发达国家，存在整体技术装备落后，管理水平低下的问题。超前地质预测预报的理论、设备、方法和判译标准需要不断探索，地下水的封堵及地层加固理论需要深入研究，软弱地层和岩溶隧道爆破技术、支护、施工通风、信息化施工与管理技术、施工过程中的防灾救援和运营节能技术需要不断丰富和完善。为此，还需要针对隧道工程建设面临的技术难题进行立项研究和科学攻关，这不仅为山区公路隧道安全、优质、高效、按期建成和运营节能提供理论支撑及技术保证，而且可以进一步完善和发展隧道及地下工程施工技术和理论，对提高我国上述公路隧道施工技术水平有着重要的现实意义，并为类似工程提供借鉴作用。主要体现在以下几方面：1）特长隧道设计与施工在国外，以瑞士、奥地利、挪威、日本为代表的发达国家，早在20世纪6070年代就建成了一批特长隧道，如挪威长达24.5公里的 LA FRLAND隧道，瑞士16.32公里的Gotthard隧道等。在这些长大隧道在修建过程中，较为广泛地采用了新奥法，实现了真正的信息化设计与施工。修建过程中，一方面遇到了施工技术方面的问题，如，掘进技术、通风技术及支护衬砌技术等；另一方面则是开挖遭遇的施工地质灾害，如硬岩岩爆、软岩大变形、高压涌突水、高地温及瓦斯突出等。针对这些问题，这些发达国家进行了相关的研究，采用了先进的喷射混凝土工艺，解决了防排水设计与施工工艺，不断改进新的支护手段，成功采用了多种通风形式及静电吸尘等先进通风设备，并且通过时间检验了