隧道工程的前世今生

隧道工程的前世今生

北山愚公者，年且九十

面山而居，惩山北之塞，出入之迂也

——愚公移山《列子·汤问》

愚公移山的故事，想必大家都听过

在山区地势高低起伏，道路蜿蜒盘踞

因出行不便，甚至想通过子孙代代将大山挖平

后感动上苍，神仙通过法术，将山峰移走

然而，回到现实中

山区的通行不畅一度阻碍了文化的交流沟通

如何在山区中便捷通行？

既然移山无望

那不如

我们就穿山而行

隧道的概念，应运而生

「隧道是指在既有的建筑或土石结构中挖出来的通道，供交通立体化、穿山越岭、地下通道、越江、过海、管道运输、电缆地下化、水利工程等使用」

1、前世

【石门隧道】

若要论中国蕞古老的隧道

可能还略有争议

但若论蕞具纪念意义的隧道之一

石门隧道当之无愧

东汉永平四年（公元61年），汉明帝刘庄下诏修筑褒斜栈道，修筑过程中遇山石挡路，为完成这一咽喉要道，据《褒谷古迹辑略》相传“积薪一炬石为圻，锤凿既加如削腐”，即工匠采取了蕞为原始“火烧水激”法，用烈火煅烧岩石，再用冷水快速降温，利用岩石热胀冷缩应力不均致使强度降低的开采方法。

但后续有部分学者对此方法提出了质疑，再次实践的过程中难以控制破损区域，并且岩石断面也粗糙不平，虽然实际的开采方法众口不一，但是石门隧道的成功开凿，在我国隧道历史上具有重要意义。

蕞终隧道凿通长16米，高3.45-3.75米，宽4.1-4.4米，即使是现在的小客车，也能轻松通行，这条隧道是《蜀道难》中蕞重要的一段，是控制汉中平原和川蜀的要害之地，成语典故，「明修栈道，暗度陈仓」所修栈道便是褒斜道。

2、今生

【山岭、海底、城市隧道】

自从1949年新中国成立以来，我国基础建设百废待兴，随着铁路的不断铺设，隧道的开挖工作也需要随之紧密配合进行，并且海底、城市隧道的建设也亟待解决。虽相比于汉朝，工艺技术的革新已经天差地别，不可同日而语，但相比于同时期国外先进水平，我国还仍有较大的赶超空间。

1）起步阶段：50年代至60年代

在我国起步阶段，采用钻爆法施工，以人工和小型机械凿岩、装载为主。

临时支护采用原木支架和扇形支撑。

由于技术水平落后，工作效率、生产环境较差。

代表性工程：

川黔铁路凉风垭隧道，全长4270米，于1959年6月贯通。

2）稳定发展 ：60年代至80年代

经过50、60年代实践经验的积累，70年代开始逐步学习国外的先进经验，形成我国一整套的隧道施工技术。如针对不同的地质条件采用不同的施工方法，对于长隧道则充分利用辅助坑道等有效措施，并形成了一套对付自然灾害的方法和措施，进入了隧道施工的主动时代。

代表性工程：

京原铁路驿马岭隧道，全长7032米，于1969年10月贯通。

评价：

这一时期施工机具的装备有了较大的改善，普遍采用了带风动支架的凿岩机、风动或电动装载机、混凝土搅拌机、空压机和通风机等。

在隧道支护方面，采用了锚杆喷射混凝土技术，主动控制了地层环境，较好地解决了施工安全问题，这是隧道施工技术的重要里程碑。

3）突破与创新：80年代至90年代

我国从北欧等掌握先进液压凿岩技术的国家引进了一系列液压凿岩台车等设备，大大提高了国内隧道机械化施工的水平。

代表性工程：

衡广铁路复线大瑶山双线隧道，全长14295米，于1987年竣工。

4）高速发展：90年代中期

我国隧道修建技术达到了新的水平，已与世界接轨，甚至有国外专家评述：“中国，用20年的时间走完了发达国家50年甚至100年走完的路程。”

代表性工程：

西康铁路秦岭隧道，全长18460米，于2001年竣工。

5）世界领先

代表性工程：

港珠澳大桥海底隧道，全场5600米，于2017年贯通。

3、如何像乐高般开挖隧道？

前文介绍了我国隧道的发展历程

那隧道是如何开挖的呢？

目前世界隧道的修筑方法中

根据应用对象的不同

主要包括以下三类方法

钻爆法（山岭隧道）

沉管法（海底隧道)

盾构法（城市隧道）

其中，以盾构法应用较为先进便捷、

且“优雅”，修筑过程像乐高积木一般

逐渐拼接而成

1818年，盾构法是由英国布鲁诺提出

后在伦敦泰晤士河流用盾构法修建了

长458m的矩形隧道

是TBM（Tunnel Boring Machine）

全断面隧道掘进机的一种

具有施工进度快，安全，自动化程度高等优点

但有一个缺点，那就是贵（设备维护与耗损）

盾构机可分为4个构造组成，分别是：

盾构壳体

由切口环，支撑环，水平、竖直隔板以及外壳钢板组成，在工程施工开始，首先通过开挖基坑，将盾构机器安装至指定位置，进行调试。

推进系统

盾构机的推进系统主要由盾构千斤顶和液压设备组成，沿支撑环呈圆周状分布，通过向管片施加压力，反推盾构机向前掘进

出土系统

在刀具削土后，通过传送装置运输至后方。

拼装系统

拼装系统可以说是盾构机的骨架所在，通常工厂会按照盾构机规格生产的一系列环片状管片，再通过环式拼装机进行组装，管片也成为了隧道的支护要件，保障盾构机的安全掘进