我国隧道和地下工程施工技术与装备发展战略研究

山岭隧道、穿江越海隧道和城市地下工程的建造已成为我国基础设施建设的重要组成部分,并逐步朝着"深、大、长"的方向发展。设计和施工人员不可避免地要应对山岭隧道和穿江越海隧道存在的高地应力、高地温、高瓦斯、高水压等恶劣的作业条件,以及城市地下工程截面和跨度越来越大且埋深浅带来的地面沉降难以控制等问题,并在不断思考如何扭转施工难度大、效率低和事故频发的现状。结合我国隧道和地下工程开发技术与装备的现状,总结出该领域面临的问题。针对问题,提出我国隧道和地下工程施工与装备发展方向,并给出相关建议:1)出台有关新型隧道施工装备示范应用的政策文件,促进技术创新; 2)合理开发利用地下空间,发展绿色施工助力"双碳"行动; 3)开发盾构装备智能化技术,实现少人或无人作业; 4)加快开发复杂地质环境隧道施工新工法和新装备、极端工况条件下的隧道施工新型装备、城市地下工程关键核心技术和重大装备攻关,解决"卡脖子"问题。     

我国隧道及地下工程近两年的发展与展望

总结我国隧道及地下工程近两年的发展情况。1)铁路、公路、地铁、水工等主要领域的隧道总数和总长度快速增长。2)重难点隧道及地下工程建设进展顺利:青藏铁路关角隧道、兰新高铁祁连山隧道、兰渝铁路木寨岭隧道、烟台地下水封LPG洞库、渝黔高铁天坪隧道等相继完工;港珠澳大桥沉管隧道、引松供水隧洞、引汉济渭输水隧洞、武汉三阳路长江隧道、大瑞铁路高黎贡山隧道、京张高铁八达岭地下车站、惠州地下水封油库、湛江地下水封油库、珠海横琴地下综合管廊等在如期建设中。3)特长山岭隧道建设技术、软岩隧道大变形控制技术、高瓦斯隧道建设技术、岩爆隧道建设技术、大断面矩形顶管及矩形盾构设计与应用技术、隧道机械化施工水平等方面取得了进一步的突破。我国隧道及地下工程修建技术整体处于国际先进水平。国家新型城镇化建设、新一轮西部大开发、"一带一路"、海绵城市、城市地下综合管廊、城市轨道交通、京津冀协同发展、长江经济带、珠三角经济区等战略规划,为我国隧道及地下工程领域技术发展带来了前所未有的契机。最后,基于隧道及地下工程发展方向,指出超长隧道技术,高地应力软岩大变形控制技术,高水压、大断面水下隧道建设技术,高地温、高地热隧道建设技术,高地震烈度与构造活跃带的隧道建设技术,隧道运营维护管理技术,新材料研发与应用的开发等是今后需要深入研究的关键课题。     

我国隧道及地下工程发展现状与展望

分析我国隧道及地下工程的现状,包括铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水工隧洞、市政隧道和地下能源洞库等。总结近年来我国隧道及地下工程在各个方面的技术发展与创新,包括:勘测与地质预报、设计方面、施工方面、防灾救灾与通风照明、风险控制与运营管理、防水排水新材料与新工艺应用等方面。重点对施工技术方面的技术发展与创新进行了较为详细的阐述,包括:浅埋暗挖技术,盾构、TBM装备与施工技术,单护盾TBM,敞开式TBM,矩形顶管技术,盾构始发、到达零覆土技术,岩溶隧道处理技术,高地应力隧道变形控制及岩爆处理技术,钻爆法机械化作业线,瓦斯隧道问题,沉管隧道技术等。最后,对我国隧道及地下工程的发展进行展望,认为:特长隧道将成为我国隧道建设的"新常态",地铁工程将持续发展,城市铁路将逐步地下化,城市地下公路会悄然兴起,城市排蓄水工程深层隧道方案值得推广,地下空间开发利用与地下管廊工程将由原来的"单点建设、单一功能、单独运转"转化为"统一规划、多功能集成、规模化建设"的新模式,地下能源洞库将成为必然,南水北调西线工程值得期待,三大海峡通道的建设势在必行,互联互通的国际通道建设其隧道工程将会很多,也会遇到诸多挑战。总之,我国隧道及地下工程事业将会有更大的进步和更为广阔的发展空间。     

我国交通隧道技术进步及前沿科学问题

为评估《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》实施情况，系统梳理了近14年来我国交通隧道在工程勘察、结构设计、施工技术与装备、通风与照明、运营养护和环保建设等方面取得的主要技术进步与创新。对未来隧道行业的技术发展作出展望，提出复杂条件超长隧道、跨海隧道修建技术、城市地下道路网建设与运维技术、隧道绿色可再生能源互补式综合利用技术、隧道病害智能诊断与快速修复技术、超长复杂隧道与地下工程智慧防灾技术等方面面临的新需求和新挑战。     

水平旋喷加固在富水未成岩粉细砂层中的应用

为在以富水砂层为代表的软弱地层顺利施工隧道与地下工程大断面,以兰渝铁路某隧道富水未成岩粉细砂层水平旋喷加固及支护施工为例,对水平旋喷加固机制、旋喷参数选择、机械设备配置及施工关键控制技术进行研究及应用。通过高压水平旋喷在开挖线周遍形成水平咬合桩和开挖面稳定锚固桩,有效避免了开挖过程拱顶流砂、坍塌及工作面失稳的现象,实现了富水砂层隧道大断面开挖,提高了开挖施工综合效率。     

富水欠固结深回填土地层区间隧道综合施工技术研究

重庆轨道交通10号线上湾路站—环山公园站区间隧道需下穿富水、欠固结深回填土地层，针对在富水、欠固结深回填土地层采用矿山法长距离修建隧道工程时，可能会发生诸如塌方涌水、突泥等事故，提出了大面域降水井水位自动控制，环形预留核心土法开挖、分层分级控制大变形的双层组合初期支护，新型“桩基+二衬混凝土”的刚性组合及全包防水结构施工，区间隧道狭小低矮空间内密集钢管混凝土桩快速施工和差异沉降理论监测控制等综合措施。经施工组织优化并结合工程实际，证明了综合施工技术具有良好的效果:确保施工质量、提高施工安全、加快施工进度。     

包家山特长隧道富水千枚岩地段快速施工技术

结合包家山特长隧道富水段的施工,围绕“上部弧形导坑预留核心土三台阶七步开挖平行流水作业法”,从施工方案和支护参数的选择、开挖方法的确定、支护体系的形式等5个方面详细介绍了富水千枚岩隧道施工方法,总结形成了富水千枚岩隧道快速施工技术。三台阶七步流水法结合超前、径向堵水技术,有效地控制了围岩的变形,相对于国内以往千枚岩地质隧道大多采用正台阶法及大截面型钢、锚索等控制变形的施工方法来说,本施工技术具有操作简便、转换灵活、施工快捷等特点,对同类工程具有一定参考价值。     

杭州地下空间发展展望与研究

地下空间作为城市有机体的一部分,在未来城市建设中担任着重要的角色。文章分析杭州城市地下空间(地下交通设施、地下综合体、地下市政设施、人防设施)发展的特点。从开发总量与人均水平、空间分布与开发深度、开发功能3个方面介绍杭州市地下空间开发利用的现状,分析其存在的问题主要为政策及管理方面与功能开发方面。同时介绍未来杭州地下城的发展策略,并展望其发展蓝图。最后分析杭州市地下空间开发建设过程中亟待思考与解决的工程技术问题,包括:特殊地质及工程技术问题(粉土、粉砂地层,淤泥地层,上软下硬地层等问题;近接施工技术,地下立交技术等)、地下工程防灾问题、景区环境保护问题、地下空间全生命周期数字化工程。     

浅覆土小间距矩形顶管施工地表变形控制技术

为研究顶管施工过程中的地表变形规律，探索地表变形的的控制技术，最大限度地保证顶管施工过程的安全，依托某总部地下停车场项目，针对国内首例采用结构分割转换工法（CC工法）实施的矩形顶管工程施工地表变形影响因素进行分析，主要包括覆土厚度、施工过程地层损失、隧道小间距施工对相邻隧道土体作用等。研究分析表明： 1）通过采取控制掘进速度、控制土舱压力、控制注浆量、控制出渣量、控制顶进姿态等地表沉降控制技术措施，有效地控制了地表变形； 2）在顶推过程的各个阶段，地表变形呈现不同的特点，当出现变形过大时，通过调整土舱压力、补充注浆等控制措施，使地表变形逐渐趋于稳定变化状态； 3）通过对施工过程地表变形监测数据整理分析，进一步验证了采取地表变形控制措施的有效性和必要性。     

富水圆砾地层超深地下连续墙参数优化及施工控制技术研究

依托昆明轨道交通火车北站深大基坑的工程实例,运用理正深基坑软件模拟基坑开挖和回筑全过程,计算深大基坑地下连续墙的内力、位移,对富水圆砾地层深大基坑地下连续墙的变形规律进行研究,并对地下连续墙的结构参数进行优化比选。分析研究得出:对于富水圆砾地层采用分层开挖方法及内支撑体系,其深度达到35.0 m的深大基坑,地下连续墙嵌入深度建议值为35.0 m,厚度建议值为1.5 m,并满足整体稳定性、抗倾覆、抗隆起、抗管涌验算要求。同时,针对性地提出了富水圆砾地层地下连续墙施工控制技术。     

重大隧道工程关键技术突破及应用专刊导语

随着我国交通强国战略目标的提出!交通建设正逐渐由规模速度型向质量效率型转变!现代综合交通运输体系的快速构建带动了隧道及地下工程的全面发展!川藏铁路等重难点工程的建设给本领域带来了新的机遇和挑战。为及时总结重难点隧道工程的最新研究成果!推动该领域的技术创新和应用!《中国公路学报》编辑部邀请天津大学张稳军教授%我刊副主编&作为专刊组稿负责人!陈湘生院士、李术才院士、郭陕云教授级高工、何川教授、袁大军教授、朱合华教授、朱伟教授、陈建勋教授、王华牢教授级高工、吴德兴教授级高工、李国良教授级高工、肖明清教授级高工、史海欧教授级高工、洪开荣教授级高工、马栋教授级高工和赵勇教授级高工等!位专家和学者作为专刊组稿咨询专家!丁文其教授、汪波教授、张成平教授、叶飞教授、王树英教授、陈馈教授级高工、郭小红教授级高工、汪成兵教授级高工、陈健教授级高工等58位专家和学者作为专刊组稿专家!以专刊形式出版重大隧道工程关键技术领域高水平、创新性研究成果本期专刊共组稿件100余篇!经编辑部组织专家审阅!最终录用21篇。本专刊主要针对重大隧道工程关键技术领域相关研究进展进行了归纳、总结和梳理主要包括以下几方面的内容：(1)综述：主要综述内容包括隧道建设面临的若干挑战与技术突破、盾构隧道实用抗震计算方法、超高水压越江海长大盾构隧道工程安全、长大隧道工程结构安全风险精细化感控、公路隧道近%&年的发展趋势与思考、蒙华重载铁路矿山法隧道设计与施工关键技术、盾构隧道壁后注浆试验与浆液扩散机理、土-结构动力作用体系混合试验。(2)基础理论：主要研究成果包括交通)水工隧道中基于预应力锚固系统的及时主动支护理念及其技术实现、盾构隧道管片接缝密封垫防水性能及受施工荷载影响、大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性、基于小孔扩张弹塑性理论注浆起始劈裂压力、高水压泥水平衡盾构掘进模型试验平台的研制与应用、基于!3DZI的隧道开挖与支护质量检测技术、不同渗透系数地层中泥浆渗透成膜试验、深埋隧道注浆加固围岩非达西渗流场及应力场。(3)工程实践：主要研究成果包括绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验、土压平衡盾构不满舱施工遇到的问题及对策、超大跨度隧道上台阶CD法中隔壁施工力学行为、高地应力千枚岩隧道二次衬砌施作时机、石膏质岩隧道新置换衬砌结构受力特征重大隧道工程关键技术突破及应用所涉及的新理论、新工法、新技术和新材料将为我国从“隧道大国”向“隧道强国”迈进奠定坚实的基础《中国公路学报》将持续关注重大隧道工程关键技术突破及应用的最新科研成果!以期为广大专家、学者及工程技术人员提供更好的知识服务与交流沟通平台!促进中国公路交通行业的安全、健康与可持续发展。     

地铁车站装配式结构建造技术研究与应用

首先，简要论述地铁车站装配式结构建造技术近10年的研究与应用情况，涉及结构设计、构件制作和施工工艺等系列关键技术。然后，依托长春地铁2号线试验站工程，从总体技术定位、结构选型、结构体系3方面阐述装配式结构技术方案，系统介绍科技创新研究内容和主要成果，包括接头综合技术、结构静力和动力力学行为、闭腔薄壁构件力学性能、榫槽接头注浆技术、接缝防水技术、大型预制构件生产技术、施工工艺和辅助施工装备、车站多专业一体化技术等多个方面，并分析其技术、经济和社会效益，总结推广应用情况。最后指出，装配式结构建造技术最初是为解决长春严寒冬季施工困难问题而研发的地铁车站工业化建造模式，工程实践证明， 装配式结构建造技术高质、高效、安全、绿色环保，不仅适用于其他城市各种环境条件下的地铁车站建设，同样适用于建造地铁区间、人行通道、道路隧道、地下管廊等其他明挖地下结构，适用性非常广泛。     

铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望

为配合郑万高铁实施的基于全工序机械化配套的隧道安全、快速、高质量修建技术，针对超前支护、钻爆开挖、初期支护、二次衬砌等关键工序开发系列化智能装备，并系统性地总结和提炼钻爆法隧道智能建造装备的4大支撑技术，即围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与量测系统、大数据处理与共享系统、智能控制决策系统，是实现隧道全生命周期智能化的基础与前提； 同时，运用先进的传感技术、互联网、大数据分析和人工智能技术，研究施工协同管理平台，借助隧道大容量通信网络和隧道智能建造协同管理平台，实现隧道内装备与装备、装备与环境、装备与围岩的互联互通互动，为隧道智能建造提供装备保障。     

大直径曲线顶管穿越既有地下构筑物的变形控制

顶管技术已在地下管线施工中得到广泛应用,如何在施工中保障临近既有地下构筑物的安全问题日益突出。该文以杭州某穿越地下构筑物曲线顶管工程为背景,结合工程经验探讨总结出了减小周边环境变形关键施工技术措施,并提出了结合监测信息准确控制施工变形的施工方法,可为今后类似工程提供参考。     

CRD法施工对邻近既有结构的影响分析

随着城市地铁的持续建设,近接既有地下建筑进行施工的工程大量涌现。由于受地质条件和施工工艺的限制,隧道施工难免会对邻近建(构)筑物产生扰动,由此引发一系列的环境病害。该文针对过北京站至北京西站地下直径线的地铁近距离穿越某建筑结构,建立了三维有限元计算模型,研究了由于隧道施工而引起的地层扰动变形的规律性,并对已建隧道产生的施工影响进行了分析,且给出了相关的结论。     

软土基坑开挖对邻近既有隧道影响研究及展望

随着城市地铁建设的飞速发展，邻近已运营地铁线路的基坑工程大量涌现。基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场，继而引起邻近既有地铁隧道附加变形和内力。为了全面了解软土基坑开挖对既有隧道影响的研究进展，从理论研究、模型试验、数值模拟和实测分析4个方面分别阐述了软土基坑邻近施工问题的研究现状。结果表明：现阶段的理论研究主要从两阶段法入手，考虑了不同的侧重研究因素和简化条件；模型试验包括离心模型试验与常重力模型试验，可作为一种辅助研究手段与其他研究方法相互验证；数值模拟分析问题全面，结果直观，已广泛应用于工程项目的设计评估；根据基坑与隧道的相对位置关系，分别对不同工程的实测数据进行整理分析，提出考虑基坑卸荷量、形状因子、隧道埋深和水平净距等多因素的三维卸荷系数，可以较好呈现基坑开挖引起邻近隧道变形的规律性特征；基坑周围土体深层位移、围护结构变形与邻近地铁隧道变形之间存在一定联动关系；同时，总结分析了风险评价与影响分区体系以及施工控制防护技术和监控手段的探索与应用实例，为现场工程安全风险控制提供了施工经验和实践依据；最后，指出现有研究中存在的不足和尚需讨论的方面，建议深入开展邻近既有隧道设施的多维度基坑开挖时空效应研究、本构模型适用性探究、结构多元化与精细化建模、基坑降水与地下水渗流影响研究；进一步推进动态施工安全风险评价与影响分区研究，发展创新控制防护技术以及建立联动共享的新型监控成套技术体系。     

地下工程平衡稳定理论再研究

目前，地下工程结构在计算分析方面主要采用传统松弛荷载理论（类似荷载结构法）和数值分析法；在合理结构构造、施工工法等方面主要采用岩承理论（类似地层结构法），这些已有理论或方法隐含“变形协调控制”假定，实际应用中往往将这些假定忽视，因而需进一步发展新的理论方法以适应实际应用的需求。在大量工程实践和试验的基础上，揭示地下工程有效承载结构层与围岩荷载转移规律之间的关联性，建立地下工程平衡稳定理论，此理论既能反映传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容，又能拓宽平衡稳定性等内容，是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念； 同时提出能量控制技术、预支护技术、受力独立性综合技术、变形协调控制技术4项关键技术。将这些技术合理地运用到实际工程施工中，将便于利用已有或新成果分类预防和控制地下工程质量和安全，为解决新型地下工程问题提供新的依据。     

煤系地层软弱围岩隧道大变形施工控制技术

煤系地层属隧道施工中的不良地质,施工过程中除面临瓦斯燃烧或瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等高风险外,其围岩大变形问题也极为突出。通过地质调查和监控量测数据的综合分析,探讨地下水对煤系地层围岩的弱化效应,分析煤层隧道大变形出现的原因和发生机理。针对煤层隧道地质体工程特性和变形特点,提出相应的隧道大变形控制方法和技术措施,总结大变形侵限段换拱的施工方法,以有效控制围岩变形。