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中国公路隧道技术的现状与发展——更加安全、快捷、环保、节约重庆交通科研设计院院长国家山区公路工程技术研究中心主任中国公路学会隧道工程分会理事长中国土木学会隧道与地下分会副理事长蒋树屏（研究员、工学博士）第四届全国公路科技创新高层论坛(2019.5.17北京)劈山开道，破坏环境，边坡失稳——渐成历史逢山穿隧，保护环境，减少征地——已成共识遇水架桥——未必定义水下隧道——多种选择1我国公路隧道建设基本情况2环保型隧道建设技术研究与实践3隧道监控量测及围岩分级技术创新1、我国公路隧道建设基本情况二十多年来，中国公路建设蓬勃发展。截至2019年底，我国公路及隧道建设规模如下表所示：1我国公路隧道建设基本情况总里程同比增长公路358.37万公里3.67%等级公路253.54万公里11.06%高速公路5.39万公里18.06%隧道2555.5公里38.75%4673座23.36%隧道同比≫公路同比公路，向大山延伸环保，正深入人心用地，将更加节约表明:我国大陆特长公路隧道No.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2×23竖井分段纵向式2大坪里隧道12290甘肃2×22竖井分段纵向式3包家山隧道11500陝西2×23斜井分段纵向式4宝塔山隧道10391山西2x2竖斜井送排式纵向通风5泥巴山隧道9985四川2x2斜井+竖井分段纵向式6麻崖子隧道9000甘肃2x2斜竖井送排+射流风机纵向7龙潭隧道8700湖北2×2立坑送排+射流风机纵向式8米溪梁隧道7923陕西2×2左(右)洞单井送排式通风9括苍山隧道7930浙江2×2纵向式+半横流式(排煙)10方斗山隧道7581重庆2×22座斜井送排式纵向通风1我国公路山岭隧道建设情况No.隧道名长度(m)位置车道通风方式1厦门海底隧道(钻爆)5960福建3×2竖井送排+射流风机纵向式2上海长江隧道(盾构）8955上海3×2横向式3武汉长江隧道(盾构)3630湖北2×2横向式4上中路隧道（盾构）2800上海2×2横向式（双层双向）5复兴东路隧道盾构）2785上海3×2横向式（双层双向）6南京玄武湖隧道(盾构)2660南京3×27大连路隧道(盾构)2566上海2×2横向式8外环越江隧道(沉管)2882上海4×2纵向式9珠江隧道(沉管)1238广东3+3纵向式（道路、铁道并用）10宁波常洪隧道(沉管)1053浙江2×1纵向式我国主要水下公路隧道1我国公路隧道建设基本情况No.隧道名长度(m)位置车道数x隧道洞数1白鹤嘴隧道1240重庆4x22龙头山隧道1020广东4×23万石山隧道1170福建最宽处25.89m的地下立交4大阁山隧道496贵州4×15金州隧道521辽宁4×16雅宝隧道260广东4×27金鸡山隧道200福建4×2(连拱)8罗汉山隧道300福建4×2(连拱)9魁岐隧道1596.1福建最宽处27.42m的地下立交我国大跨径公路隧道1我国公路隧道建设基本情况公路隧道标准断面1我国公路隧道建设基本情况2车道A=65m2高宽比=0.673车道A=96m2高宽比=0.544车道A=136m2高宽比=0.48连拱隧道小净距隧道1我国公路隧道建设基本情况3车道隧道（深圳大梅沙）连拱隧道(南峰)小净距隧道（福建联南）双洞8车道隧道（深圳雅宝）秦岭北口1我国公路隧道建设基本情况▇秦岭终南山隧道——位于国家高速公路网包-茂线陕西境内，是世界建设规模最大的高速公路隧道(长2×18.02km)，最大埋深超过1700m。于2019年1月试通车为通风与防灾，采取竖井送排式纵向通风方式，设置三座换风竖井及地下机房，竖井直径为11.5m，井深661m。通风主要按照正常运营和火灾工况下需风量设计。交通量按2025年交通量N=25849辆/日，2035交通量N=45000辆/日；为了降低驾驶员长时间在隧道内行驶的疲劳，每座隧道洞内共设三处特殊照明带，每处特殊照明区段长150m，宽20.9m(隧道标准宽:10.5m)，高11.9m(隧道标准高:7.6m)。1我国公路隧道建设基本情况1我国公路隧道建设基本情况秦岭，是黄河与长江两大水系的分水岭；终南山隧道，打通了这一天然屏障，实现了南北交通，其意义重大，令国人骄傲。其工程浩大、技术复杂，令国际注目。2019年10月，出席全国公路隧道学术大会的220多位隧道工作者在考察该隧道后，称它为“人类文明的伟大作品世界交通的重大工程”。南侧业主单位：陕西秦岭终南山公路隧道有限公司主要设计单位：中铁第一勘察设计院重庆交通科研设计院主要施工单位：中铁一局、五局、十二局、十八局等主要科研单位：陕西省公路局重庆交通科研设计院长安大学西南交通大学等秦岭终南山隧道采用了当今山岭隧道建设的最新技术,是全世界工程技术人员智慧的结晶厦门翔安隧道地质纵剖面图1我国公路隧道建设基本情况▇厦门翔安隧道——我国第一座钻爆法开挖的六车道海底公路隧道，工程中遇到大量软弱地层和风化槽(囊)，采取了超前预注浆加固、CRD、双侧壁导坑等多种工法，目前工程进展较为顺利。隧道长5960m。为通风与防灾，采取竖井送排式纵向通风方式，在浅海区域设置二座换风竖井。主隧道换风竖井避难通道服务隧道排风道排烟道1我国公路隧道建设基本情况厦门翔安隧道主要构成示意图1我国公路隧道建设基本情况进口——隧道由地表软弱地层逐步进入海底主隧道服务隧道隧道进口——采用CRD工法控制围岩变形1我国公路隧道建设基本情况1我国公路隧道建设基本情况主隧道洞身——采用双侧壁导坑法开挖和支护业主单位：厦门路桥有限公司设计单位：中交第二公路勘察设计院重庆交通科研设计院施工单位：中铁隧道局、十八局、中铁一局、二十二局等科研单位：北京交通大学等▇厦门万石山地下立交隧道——为目前我国第一座大型暗挖地下互通式立交，既有平面分岔结构，又有上下交叉结构。1我国公路隧道建设基本情况大跨结构段宽25.8m连拱段为不对称结构小净距段中夹岩1.42m匝道汇合处的大跨隧道的断面没有采用常规的喇叭口式渐变结构，而是以一侧边墙为基准，采用单侧分段扩大的结构型式，并逐渐过渡至连拱隧道和小净距隧道，最后过渡至正常的分离式隧道。1我国公路隧道建设基本情况隧道立交处施工方法——先开挖上行隧道至设计开挖线，施作完成初期支护，再开挖隧道下穿段，浇注下穿隧道二次衬砌，设防水板并回填后，最后浇注上行隧道边梁及二次衬砌。1我国公路隧道建设基本情况业主单位：厦门路桥有限公司设计单位：重庆交通科研设计院施工单位：中铁隧道局等▇上海崇明长江隧道——上海长江隧桥工程全长25.5km，为六车道高速公路，采用“南隧北桥”方案，是世界上最大的隧桥结合工程之一，南侧长江隧道长2×8955m。长江大桥1我国公路隧道建设基本情况上海长江盾构隧道直径为15m，内径13.7m，盾构隧道段长7.47Km，是世界上最大直径的盾构隧道，也是世界上最长的水底隧道之一。隧道内上部为公路，下部为轨道和避难通道。1我国公路隧道建设基本情况1我国公路隧道建设基本情况上海长江盾构隧道进口1我国公路隧道建设基本情况养生中的盾构管片施工中的上海长江隧道2、环保型隧道建设技术研究与实践前置式洞口工法的开发与应用Advancedtunnelentranceconstructionmethodandtheapplication蒋树屏重庆交通科研设计院常务副院长兼总工程师交通部专家委员会委员、博士、博士生导师中国公路学会隧道工程分会理事长中国土木工程学会隧道与地下分会副理事长1问题的提出《规范》：7.1.2隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。7.1.4洞门设计应与自然环境相协调。保证隧道洞口山体稳定保护隧道洞口自然环境2前置式洞口工法的开发与应用7.2.1洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。有条件时，应贴壁进洞；条件限制时，边坡及仰坡的设计开挖最大高度可按表7.2.1控制。表7.2.1洞口边、仰坡控制高度注：设计开挖高度系从路基边缘算起。围岩分级I～ⅡⅢⅣV～Ⅵ边、仰坡率贴壁1:0.31:0.51:0.51:0.751:0.751:11:1.251:1.25L:1.5高度(m)15202520251518201518普通の施工法では、坑口付けにあたっては土被りとして最小2～3メートル程度を確保するものとします。日本道路公团《隧道设计要领》：2前置式洞口工法的开发与应用两洞间的土埂被挖切“土埂”部壁2采用传统施工方法的设计与施工2前置式洞口工法的开发与应用20m以上采用传统施工方法的设计与施工实例2前置式洞口工法的开发与应用2前置式洞口工法的开发与应用2前置式洞口工法的开发与应用两洞间的土埂被挖切2前置式洞口工法的开发与应用普通の施工法では、坑口付けにあたっては土被りとして最小2～3メートル程度を確保するものとします。传统拉槽2前置式洞口工法的开发与应用喷射混凝土１２m实际工程情况2前置式洞口工法的开发与应用保留两洞间的土埂3采用“前置式洞口工法”的设计与施工2前置式洞口工法的开发与应用恢复植被码砌袋装土或人工夯填土Φ22纵向连接钢筋20b工字钢拱架回填坡面线原地面线30cm厚混凝土2.0m10m10.2m前置式洞口工法原理图2前置式洞口工法的开发与应用右洞施工槽开挖前置式洞口工法原理右洞施工槽喷锚支护右洞前置支护钢拱架架立右洞前置支护砼浇注右洞回填左洞施工槽开挖左洞施工槽喷锚支护左洞前置支护钢拱架架立左洞前置支护砼浇注左洞回填左洞前置支护内开挖右洞衬砌左洞衬砌▣力学模型建立及有限元网格划分横向范围（X方向）：分别以左、右隧道中心轴线向左、右延伸42m，总的水平计算范围为122m；隧道纵向范围（Y方向）：以面向隧道洞内方向为正向，自前置式支护起点向洞内延伸70m；竖向（Z方向）：上取至原地面线顶部，按地表标高资料布线，向下取至隧道中心水平轴以下40m。地表土层厚约2.3m，以下为强风化灰岩厚约5.5m，再以下为弱风化灰岩。前置式洞口支护结构为钢拱架浇注混凝土厚度30cm，施工槽侧面、正面（10~15cm）及洞内支护结构（20cm）为喷锚支护。4洞口岩体力学状态三维数值模拟与比较分析2前置式洞口工法的开发与应用▣荷载：自重。▣单元划分：岩土采用三角锥四节点实体单元模拟、锚杆采用植入式桁架单元、工字钢采用梁单元、喷射混凝土采用板单元分别进行模拟，岩土体采用弹塑性分析，选用D-P模型，屈服面采用摩尔-库仑等面积圆。▣边界条件：计算模型的左、右边界只有横向约束（X方向），隧道前后边界只纵向约束（Y方向），上部为自由面，下部只有竖直方向约束（Z方向）。▣传统工法洞口模型共划分154740个单元，前置式洞口工法模型共划分160349个单元。2前置式洞口工法的开发与应用弹性模量E泊松比μ厚度容重γ粘结力c内摩擦角φ土层10MPa0.352.3m1700KG/m310KPa19.86°强风化灰岩0.5GPa0.35.5m2200KG/m350KPa30°弱风化灰岩5GPa0.252500KG/m31.2MPa38°锚杆弹性模量E长度半径r210GPa3.5m11mm洞内喷射砼弹性模量E泊松比μ厚度20GPa0.1670.3m钢拱架喷射砼折算弹性模量E泊松比μ厚度35.6GPa0.1670.3m边仰坡喷砼弹性模量E泊松比μ厚度20GPa0.1670.15m2前置式洞口工法的开发与应用传统施工方法的模型“前置式洞口工法”的模型2前置式洞口工法的开发与应用传统施工方法的位移▣Y方向位移比较“前置式洞口工法”的位移2前置式洞口工法的开发与应用采用不同工法进行洞口开挖施工引起的位移值施工方法Y方向位移（DYmm）Z方向位移（DZmm）DY≥6mm的单元占有率（%）DZ≥3mm的单元占有率（%）传统工法-8.7~0.18-3.6~2.325.4%3.7%前置式洞口工法单洞开挖-7.7~0-3.5~1.75.6%0.8%前置式洞口工法双洞开挖-7.8~0-3.5~1.99%0.8%2前置式洞口工法的开发与应用▣应力场的比较传统工法仰坡面处出现的拉应力区域，在前置式洞口工法保留的中间土埂的支撑作用下，显然已经消失了，因此在施工过程中为防止