第三節 隧道及地下工程的歷史與發展概況

一、隧道工程的歷史

隧道的發展歷程與人民生活的水平和生產能力密切相關。人類最早在遠古時代就學會了把洞穴作為住處，當社會發展到能制造挖掘機具時，就出現了人工挖掘的隧道。古代隧道修建在自身穩定而無須支撐的巖層內，靠人的雙手和原始的簡單工具開挖。炸藥的發明，使得隧道的開挖進入了快速發展的階段。機械鉆孔出現后，用機械開挖取代了人工開挖。混凝土這種建筑材料的出現，將支護坑道的方法由砌筑的磚石結構改為混凝土襯砌結構。隨著鐵路、公路、城市地鐵等的發展，更是推動了隧道工程的發展建設。

縱觀世界歷史，隧道的發展大體可分為四個階段。

第一階段為原始時代：即從人類的出現到新石器時代。這是人類主要利用隧道來防御自然威脅的穴居時代。這個時期的隧道開始是利用天然的洞穴，逐漸地人類開始挖掘一些窯洞來居住。這些洞穴主要修建在自身穩定而無須支撐的地層內。

第二階段為遠古時代：從新石器時代到5世紀。這是一個以生活和軍事防御為目的而利用隧道的時代。這一時期的隧道是現代隧道技術的基礎。如我國的帝王將相都修建了大量的地下陵墓，我國古籍《左傳》中曾記載“隧而相見”，說明當時已經有通道式的隧道了。國外如古巴比倫王朝在公元前2200年為連接宮殿和神殿修建了約1km長的隧道，施工時將幼發拉底河水流改道，采用明挖法施工。

第三階段為中世紀時代：從5世紀到14世紀。這一時期隧道技術發展緩慢，隧道技術沒有顯著的進步，隧道主要用于對地下礦產的開采。

第四階段為近代和現代：從16世紀的產業革命開始至今。這一時期由于炸藥的發明，加速了隧道的發展。人類對于交通的發展需求、礦產開采的需要、城市發展的要求等加速了隧道設計和施工的水平。而隨著其他相關學科的發展，更進一步加快了隧道的發展技術。

1.世界隧道工程建設簡史

國外的隧道最早是用于礦山的開采。用于交通的第一座隧道是公元前2180年古巴比倫城中幼發拉底河下修建的一個地下人行道。

隨著鐵路的發展，1826～1830年英國利物浦至曼徹斯特的鐵路修建了隧道，全長1190m。1857～1871年，建立了連接法國和意大利的仙尼斯山隧道，長為12850m。1988年日本建成了位于本州和北海道之間橫跨津輕海峽的鐵路干線上的青函隧道，全長53850m，是目前世界上最長的鐵路隧道；而該隧道有23300m在水底，是目前世界上最長的海底隧道。挪威修建的Aurland—Laerdal公路隧道，長度達24500m，是目前世界上最長的公路隧道。

2.我國隧道工程建設簡史

我國隧道工程的建設歷史較長，最早用于交通的隧道為“石門”隧道，位于今陜西省漢中市褒谷口內，建于東漢明帝永平九年（公元66年）。但我國隧道工程整體發展較慢，隧道設計和施工水平也較落后，建成的隧道規模也較小。1889年在臺灣的臺北至基隆修建的窄軌鐵路上修建了獅球嶺隧道，長261m，是我國第一座鐵路隧道。此后在京漢、中東等鐵路上修建了一些隧道。1908年，京張鐵路關溝段建成了4座隧道，這是我國通過自己的技術力量修建的第一批鐵路隧道，其中八達嶺隧道長1091m。

自20世紀50年代后期，我國才開始了隧道的大量建設，鐵路隧道、公路隧道、輸水隧道、城市地鐵等各種隧道相繼建設，隧道的設計和施工水平也達到了世界先進水平。目前我國是世界上鐵路隧道最多的國家。

二、我國隧道發展現狀

當今，中國已經是世界上隧道及地下工程建設規模最大、數量最多、地質條件及結構形式最復雜、修建技術發展最快的國家，中國的隧道施工技術及建設成就已經走在世界前列。而隨著城市人口的急劇增加，城市生活空間擁擠，交通堵塞等生活交通問題凸顯，大量地發展建設地下空間成為解決城市生活擁堵問題的重要手段之一。據統計，我國目前正以每年10%的速度進行城市化發展。需要我們建設大量的地下停車場、地下商業街、人行地下通道、城市地鐵等地下工程。

從我國修建第一條隧道至今，我國隧道發展可以大體劃分為三個階段：第一階段是1949年新中國成立前，我國整體建設水平落后，這一時期隧道施工主要采用人力，施工機具非常簡單，施工速度慢，養護維修水平低；第二階段為新中國成立后至20世紀70年代這一時期，這一時期隧道施工技術得到了一定的發展，施工由以前的人力開挖轉變為采用中小型機具施工，施工水平整體提升；第三階段為80年代至今，隧道技術得到了飛速發展，這一時期隧道施工由傳統的施工方法轉變為現代先進的施工技術，主要以光面爆破、噴錨支護、復合式襯砌、盾構施工等為特征，施工中采用監控量測手段，采用信息反饋模式指導施工。采用新奧法、盾構法、掘進機法等一系列先進的施工方法。從這一時期的隧道施工中取得了一系列隧道施工的新技術、新設備、新工藝等，隧道施工形成了大型、配套的機械化施工。目前我國隧道施工技術已經達到了國家先進水平。

近年來，我國隧道在勘察、設計、施工、運營管理等方面都取得了很多重大突破。修建了秦嶺隧道、烏鞘嶺隧道、秦嶺終南山隧道、太行山隧道、西格二線新關角隧道等越嶺特長隧道和跨越江河湖泊海洋的港珠澳大橋海底隧道、武漢長江隧道、上海崇明島隧道、南京長江隧道、廈門翔安海底隧道、青島海底隧道等水底隧道，北京、上海、深圳等30多個城市地鐵的建設如火如荼，到2015年前后，我國22個城市將建設79條軌道交通線路，總長2259.84km，總投資8820.03億元。

我國幅員遼闊，山地占國土總面積的2/3，水系發育，江河縱橫，有漫長的海岸線。隧道建設具有數量多、發展速度快、地質條件及施工環境復雜等特點。目前我國建成的最長的鐵路隧道為青藏鐵路西格二線新關角隧道，隧道全長32.605km；最長的公路隧道為秦嶺終南山隧道，全長18.02km；世界上最長的輸水隧道為遼寧大伙房水庫輸水隧道，全長85.32km；世界上海拔最高的鐵路隧道是我國青藏鐵路位于青?？煽晌骼餆o人區的風火山隧道，平均海拔4900m，年均氣溫零下7℃，寒季最低氣溫達零下41℃，空氣中氧氣含量只有內地的50%左右，被喻為“生命禁區”，目前均已經建成使用。表1-2為我國部分已建長大隧道名稱。

三、我國隧道發展前景及技術創新要點

1.我國隧道發展前景

我國隧道目前發展前景主要表現為以下三個方面。

（1）我國幅員遼闊，西部地區是我國經濟落后地區，也是山嶺縱橫的地區。由于特殊的地理條件，使得這一地區公路相對比較落后，尤其是西南、西北地區，公路、鐵路都比較落后。隨著國家對西部大開發的力度加大，這一地區的公路、鐵路建設將迎來新的高潮，西南、西北地區多山區，山嶺隧道比例很大。

（2）廈門海底隧道、青島海底隧道全線貫通，港珠澳大橋海底隧道的施工，開啟了我國海底隧道的工程大門，沿江、沿海許多城市開始大量修建水底隧道。

（3）隨著我國城市化進程的推進，城市交通成為我們城市面臨的最主要問題之一，解決這一問題的途徑之一便是開發立體交通體系，目前全國各大城市紛紛開始修建地鐵，緩解城市交通壓力。

2.我國隧道技術創新要點

中國已成為名副其實的隧道大國，在以往的工程實踐中，積累了豐富的隧道建設經驗，但在工程質量和技術水平上，與先進水平相比還存在差距，我們要在未來的工程實踐中，不斷探索，開拓創新，積極學習吸取國外隧道建設的先進技術。具體指導思想是：堅持科學發展觀，樹立服務運輸和以人為本的設計理念，以加大科技創新、技術創新和引進吸收再創新為指導，大力推進我國隧道技術的進步。

（1）推進城市隧道和水下隧道技術的發展。采用隧道下穿城市區域，具有可大量減少城市拆遷、減少對既有建筑物的影響、大大降低鐵路噪聲、促進鐵路與城市和諧發展等諸多優越性。鐵路和公路采用隧道方案穿越江河、海灣，在不影響河道的環境、通航和保證列車的全天候運營等方面具有明顯優勢。在未來的道路建設中，應大力推進城市隧道和水下隧道技術的發展。

（2）提高隧道機械化施工水平，減輕勞動強度。隧道工程的現代化，必須實現主要工序施工的機械化，要研究開發適合中國隧道作業的專用設備，以先進的機械設備代替大量的人工作業，減輕施工人員的勞動強度，改善隧道工程的施工作業環境，實現文明施工和快速施工，從而保證工程施工的安全和質量。在未來的隧道建設中，對有條件的特長隧道宜優先采用掘進機法施工，對其他長或特長隧道也應采用配套的大型機械化施工，研制開發適合噴射混凝土、架設鋼拱架、鋪設防水板、鉆孔注漿等作業的小型機械進行輔助施工。在有可能的隧道中，要積極采用皮帶輸送機出渣技術，減少施工干擾，提高施工效率。

（3）提高隧道防排水技術，減少隧道病害。應進行合理的防排水系統設計，嚴把防排水材料質量關，進一步提高防排水系統施工工藝，積極推廣應用可維護防排水系統，確保隧道不滲水、不漏水，減少隧道病害。

（4）推進隧道信息化施工，發展隧道的超前地質預報技術，加強現場動態設計與科學的施工管理。隧道工程的特點是修建環境和地質條件等不確定因素較多，需要在施工過程中不斷優化調整，所以應綜合利用超前地質預報技術，完善現場的設計與加強科學管理，推進信息化施工。

（5）隧道防災救援措施系統化。目前，中國鐵路隧道的運營防災系統還不完善，隨著高速鐵路隧道和更多長或特長隧道的建設，我們應加強鐵路隧道防災技術的研究，使隧道的防災救援措施系統化。

（6）做好隧道洞口的景觀設計。隧道的建設應盡量減少對周圍環境的影響，減少洞口邊、仰坡的開挖，保護洞口的植被和生態，并選擇簡潔的洞口結構形式，做好洞口與周圍景觀協調的設計。