隧道工程是一門古老的學(xué)科,幾千年前人類就掌握了開挖隧道的技術(shù)?,F(xiàn)代隧道開挖技術(shù)的產(chǎn)生是在火藥的發(fā)明和19世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)革命后出現(xiàn)的,尤其是鐵路的出現(xiàn)對(duì)隧道建造起到了很大的推動(dòng)作用。第一座隧道是用蒸汽機(jī)車牽引的鐵路隧道,建于1826-1830年,在英國(guó)利物浦至曼徹斯特的鐵路線上,全長(zhǎng)1190m。以后又陸續(xù)修建了更多的鐵路隧道?;鹚幍母倪M(jìn)和鉆眼工具的創(chuàng)制,促使隧道的修建技術(shù)有了顯著的提高,其中比較有影響的是1898年建成了穿越阿爾卑斯山的辛普郎隧道。在該座隧道中,第一次應(yīng)用了TNT炸藥(硝化甘油)和鑿巖機(jī)。1857-1871年間,建成了連接法國(guó)和意大利的仙尼斯山隧道,長(zhǎng)為12850m;1989年意大利又建成了辛普倫隧道,長(zhǎng)達(dá)19700m;1971年日本新干線上修建了大清水隧道,全長(zhǎng)22230m,是目前世界上最長(zhǎng)的鐵路山嶺隧道。
隧道工程又是一門快速發(fā)展中年輕的科學(xué),因?yàn)榻?/FONT>30多年來隨著長(zhǎng)大隧道和特殊地質(zhì)狀況隧道的增多、綜合化機(jī)械化施工技術(shù)的采用和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,現(xiàn)代隧道設(shè)計(jì)、施工理念和方法發(fā)生了重大變化和改觀。如新奧法施工理念的提出和應(yīng)用,以可靠度理論為基礎(chǔ)的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法引入隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算,使得隧道設(shè)計(jì)施工理論不斷得到補(bǔ)充和完善。
在克服不良地質(zhì)的困難條件方面,已經(jīng)取得了修建各種隧道的豐富經(jīng)驗(yàn),實(shí)踐證明,我國(guó)已經(jīng)能在各種不良地質(zhì)條件下修建隧道。
進(jìn)一步提高隧道施工機(jī)械化施工水平。20世紀(jì)80年代在大瑤山隧道施工中開始應(yīng)用大型全液壓的鉆孔臺(tái)車。修建襯砌已由磚石壘砌,進(jìn)而用混凝土就地模筑,混凝土泵送,又進(jìn)而采用噴射混凝土的柔性襯砌,目前已普遍推廣使用雙層復(fù)合式襯砌。開挖程序已由小導(dǎo)坑超前,進(jìn)而采用少分塊的大斷面開挖;從木支撐、鋼木支撐、進(jìn)而采用錨桿支撐。施工方法上,從礦山法逐步過渡到新奧法,以量測(cè)信息指導(dǎo)并調(diào)整施工。20世紀(jì)90年代中期,又引進(jìn)全斷面掘進(jìn)機(jī)用于西康線的秦嶺隧道施工中,而在廣州、上海、南京、深圳等城市的地下鐵道建造中,已普遍開始使用機(jī)械化盾構(gòu)。
完善和提高隧道工程的理論分析和計(jì)算水平。分析隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法,已經(jīng)從結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)到以矩陣分析的方式用計(jì)算機(jī)計(jì)算,并進(jìn)一步應(yīng)用有限元、數(shù)值流行等方法進(jìn)行分析;從把地層壓力視為外力荷載,到把圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)組成受力統(tǒng)一體系的共同作用理論;從過去認(rèn)為地層巖體為松散介質(zhì),進(jìn)而考慮巖體的模型,進(jìn)行受力的分析。
隧道工程還要進(jìn)一步做好地質(zhì)勘測(cè)和發(fā)展完善地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)。由于隧道工程穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜,有許多不可預(yù)見的因素,其建筑風(fēng)險(xiǎn)比地面工程大,使得地質(zhì)勘測(cè)對(duì)隧道預(yù)算、選線極為重要。超前投入地質(zhì)勘測(cè)資金是為了減少隧道工程建設(shè)階段的資金投入和施工匯總的風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)雷達(dá)和TSP超前探測(cè)技術(shù)取得了良好的工程效果,今后不僅要完善超前探測(cè)儀器的性能,而且要進(jìn)一步提高超前預(yù)報(bào)地質(zhì)條件的判釋水平。
應(yīng)當(dāng)指出,盡管近年來隧道工程建設(shè)取得了一定的成就,但是還存在著許多問題和不足。從總體來看,隧道結(jié)構(gòu)還比較粗大厚實(shí),施工環(huán)境還很惡劣,工人勞動(dòng)強(qiáng)度還很大,環(huán)境保護(hù)意識(shí)不強(qiáng),工程進(jìn)度不快和工程造價(jià)較高。具體說,截止到目前,我們對(duì)圍巖的性質(zhì)還沒有深入地了解,計(jì)算模型的選用和計(jì)算的理論還不完全符合實(shí)際,施工技術(shù)水平和管理方法還比較落后,大量的隧道工程仍舊依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工,人力和物力的消耗和浪費(fèi)較大。
今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)隧道環(huán)境和地質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)及實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn),以便對(duì)各種不同性質(zhì)的圍巖能擬出較為符合實(shí)際的計(jì)算模型和計(jì)算理論;施工方面要進(jìn)一步提高開挖技術(shù)和支護(hù)方法,配備完善的施工機(jī)械,從目前的半機(jī)械化程度,提高到全機(jī)械化,再進(jìn)一步達(dá)到洞內(nèi)無人,洞外遙控的高度安全化;要提倡采用科學(xué)的管理方法,用調(diào)查的信息,制定施工計(jì)劃,又用實(shí)測(cè)信息反饋,不斷調(diào)整計(jì)劃達(dá)到最優(yōu)方案,使之實(shí)現(xiàn)質(zhì)量高、速度快、浪費(fèi)少、造價(jià)低的目的。
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