第三节 隧道及地下工程的历史与发展概况

一、隧道工程的历史

隧道的发展历程与人民生活的水平和生产能力密切相关。人类最早在远古时代就学会了把洞穴作为住处，当社会发展到能制造挖掘机具时，就出现了人工挖掘的隧道。古代隧道修建在自身稳定而无须支撑的岩层内，靠人的双手和原始的简单工具开挖。炸药的发明，使得隧道的开挖进入了快速发展的阶段。机械钻孔出现后，用机械开挖取代了人工开挖。混凝土这种建筑材料的出现，将支护坑道的方法由砌筑的砖石结构改为混凝土衬砌结构。随着铁路、公路、城市地铁等的发展，更是推动了隧道工程的发展建设。

纵观世界历史，隧道的发展大体可分为四个阶段。

第一阶段为原始时代：即从人类的出现到新石器时代。这是人类主要利用隧道来防御自然威胁的穴居时代。这个时期的隧道开始是利用天然的洞穴，逐渐地人类开始挖掘一些窑洞来居住。这些洞穴主要修建在自身稳定而无须支撑的地层内。

第二阶段为远古时代：从新石器时代到5世纪。这是一个以生活和军事防御为目的而利用隧道的时代。这一时期的隧道是现代隧道技术的基础。如我国的帝王将相都修建了大量的地下陵墓，我国古籍《左传》中曾记载“隧而相见”，说明当时已经有通道式的隧道了。国外如古巴比伦王朝在公元前2200年为连接宫殿和神殿修建了约1km长的隧道，施工时将幼发拉底河水流改道，采用明挖法施工。

第三阶段为中世纪时代：从5世纪到14世纪。这一时期隧道技术发展缓慢，隧道技术没有显著的进步，隧道主要用于对地下矿产的开采。

第四阶段为近代和现代：从16世纪的产业革命开始至今。这一时期由于炸药的发明，加速了隧道的发展。人类对于交通的发展需求、矿产开采的需要、城市发展的要求等加速了隧道设计和施工的水平。而随着其他相关学科的发展，更进一步加快了隧道的发展技术。

1.世界隧道工程建设简史

国外的隧道最早是用于矿山的开采。用于交通的第一座隧道是公元前2180年古巴比伦城中幼发拉底河下修建的一个地下人行道。

随着铁路的发展，1826～1830年英国利物浦至曼彻斯特的铁路修建了隧道，全长1190m。1857～1871年，建立了连接法国和意大利的仙尼斯山隧道，长为12850m。1988年日本建成了位于本州和北海道之间横跨津轻海峡的铁路干线上的青函隧道，全长53850m，是目前世界上最长的铁路隧道；而该隧道有23300m在水底，是目前世界上最长的海底隧道。挪威修建的Aurland—Laerdal公路隧道，长度达24500m，是目前世界上最长的公路隧道。

2.我国隧道工程建设简史

我国隧道工程的建设历史较长，最早用于交通的隧道为“石门”隧道，位于今陕西省汉中市褒谷口内，建于东汉明帝永平九年（公元66年）。但我国隧道工程整体发展较慢，隧道设计和施工水平也较落后，建成的隧道规模也较小。1889年在台湾的台北至基隆修建的窄轨铁路上修建了狮球岭隧道，长261m，是我国第一座铁路隧道。此后在京汉、中东等铁路上修建了一些隧道。1908年，京张铁路关沟段建成了4座隧道，这是我国通过自己的技术力量修建的第一批铁路隧道，其中八达岭隧道长1091m。

自20世纪50年代后期，我国才开始了隧道的大量建设，铁路隧道、公路隧道、输水隧道、城市地铁等各种隧道相继建设，隧道的设计和施工水平也达到了世界先进水平。目前我国是世界上铁路隧道最多的国家。

二、我国隧道发展现状

当今，中国已经是世界上隧道及地下工程建设规模最大、数量最多、地质条件及结构形式最复杂、修建技术发展最快的国家，中国的隧道施工技术及建设成就已经走在世界前列。而随着城市人口的急剧增加，城市生活空间拥挤，交通堵塞等生活交通问题凸显，大量地发展建设地下空间成为解决城市生活拥堵问题的重要手段之一。据统计，我国目前正以每年10%的速度进行城市化发展。需要我们建设大量的地下停车场、地下商业街、人行地下通道、城市地铁等地下工程。

从我国修建第一条隧道至今，我国隧道发展可以大体划分为三个阶段：第一阶段是1949年新中国成立前，我国整体建设水平落后，这一时期隧道施工主要采用人力，施工机具非常简单，施工速度慢，养护维修水平低；第二阶段为新中国成立后至20世纪70年代这一时期，这一时期隧道施工技术得到了一定的发展，施工由以前的人力开挖转变为采用中小型机具施工，施工水平整体提升；第三阶段为80年代至今，隧道技术得到了飞速发展，这一时期隧道施工由传统的施工方法转变为现代先进的施工技术，主要以光面爆破、喷锚支护、复合式衬砌、盾构施工等为特征，施工中采用监控量测手段，采用信息反馈模式指导施工。采用新奥法、盾构法、掘进机法等一系列先进的施工方法。从这一时期的隧道施工中取得了一系列隧道施工的新技术、新设备、新工艺等，隧道施工形成了大型、配套的机械化施工。目前我国隧道施工技术已经达到了国家先进水平。

近年来，我国隧道在勘察、设计、施工、运营管理等方面都取得了很多重大突破。修建了秦岭隧道、乌鞘岭隧道、秦岭终南山隧道、太行山隧道、西格二线新关角隧道等越岭特长隧道和跨越江河湖泊海洋的港珠澳大桥海底隧道、武汉长江隧道、上海崇明岛隧道、南京长江隧道、厦门翔安海底隧道、青岛海底隧道等水底隧道，北京、上海、深圳等30多个城市地铁的建设如火如荼，到2015年前后，我国22个城市将建设79条轨道交通线路，总长2259.84km，总投资8820.03亿元。

我国幅员辽阔，山地占国土总面积的2/3，水系发育，江河纵横，有漫长的海岸线。隧道建设具有数量多、发展速度快、地质条件及施工环境复杂等特点。目前我国建成的最长的铁路隧道为青藏铁路西格二线新关角隧道，隧道全长32.605km；最长的公路隧道为秦岭终南山隧道，全长18.02km；世界上最长的输水隧道为辽宁大伙房水库输水隧道，全长85.32km；世界上海拔最高的铁路隧道是我国青藏铁路位于青海可可西里无人区的风火山隧道，平均海拔4900m，年均气温零下7℃，寒季最低气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50%左右，被喻为“生命禁区”，目前均已经建成使用。表1-2为我国部分已建长大隧道名称。

三、我国隧道发展前景及技术创新要点

1.我国隧道发展前景

我国隧道目前发展前景主要表现为以下三个方面。

（1）我国幅员辽阔，西部地区是我国经济落后地区，也是山岭纵横的地区。由于特殊的地理条件，使得这一地区公路相对比较落后，尤其是西南、西北地区，公路、铁路都比较落后。随着国家对西部大开发的力度加大，这一地区的公路、铁路建设将迎来新的高潮，西南、西北地区多山区，山岭隧道比例很大。

（2）厦门海底隧道、青岛海底隧道全线贯通，港珠澳大桥海底隧道的施工，开启了我国海底隧道的工程大门，沿江、沿海许多城市开始大量修建水底隧道。

（3）随着我国城市化进程的推进，城市交通成为我们城市面临的最主要问题之一，解决这一问题的途径之一便是开发立体交通体系，目前全国各大城市纷纷开始修建地铁，缓解城市交通压力。

2.我国隧道技术创新要点

中国已成为名副其实的隧道大国，在以往的工程实践中，积累了丰富的隧道建设经验，但在工程质量和技术水平上，与先进水平相比还存在差距，我们要在未来的工程实践中，不断探索，开拓创新，积极学习吸取国外隧道建设的先进技术。具体指导思想是：坚持科学发展观，树立服务运输和以人为本的设计理念，以加大科技创新、技术创新和引进吸收再创新为指导，大力推进我国隧道技术的进步。

（1）推进城市隧道和水下隧道技术的发展。采用隧道下穿城市区域，具有可大量减少城市拆迁、减少对既有建筑物的影响、大大降低铁路噪声、促进铁路与城市和谐发展等诸多优越性。铁路和公路采用隧道方案穿越江河、海湾，在不影响河道的环境、通航和保证列车的全天候运营等方面具有明显优势。在未来的道路建设中，应大力推进城市隧道和水下隧道技术的发展。

（2）提高隧道机械化施工水平，减轻劳动强度。隧道工程的现代化，必须实现主要工序施工的机械化，要研究开发适合中国隧道作业的专用设备，以先进的机械设备代替大量的人工作业，减轻施工人员的劳动强度，改善隧道工程的施工作业环境，实现文明施工和快速施工，从而保证工程施工的安全和质量。在未来的隧道建设中，对有条件的特长隧道宜优先采用掘进机法施工，对其他长或特长隧道也应采用配套的大型机械化施工，研制开发适合喷射混凝土、架设钢拱架、铺设防水板、钻孔注浆等作业的小型机械进行辅助施工。在有可能的隧道中，要积极采用皮带输送机出渣技术，减少施工干扰，提高施工效率。

（3）提高隧道防排水技术，减少隧道病害。应进行合理的防排水系统设计，严把防排水材料质量关，进一步提高防排水系统施工工艺，积极推广应用可维护防排水系统，确保隧道不渗水、不漏水，减少隧道病害。

（4）推进隧道信息化施工，发展隧道的超前地质预报技术，加强现场动态设计与科学的施工管理。隧道工程的特点是修建环境和地质条件等不确定因素较多，需要在施工过程中不断优化调整，所以应综合利用超前地质预报技术，完善现场的设计与加强科学管理，推进信息化施工。

（5）隧道防灾救援措施系统化。目前，中国铁路隧道的运营防灾系统还不完善，随着高速铁路隧道和更多长或特长隧道的建设，我们应加强铁路隧道防灾技术的研究，使隧道的防灾救援措施系统化。

（6）做好隧道洞口的景观设计。隧道的建设应尽量减少对周围环境的影响，减少洞口边、仰坡的开挖，保护洞口的植被和生态，并选择简洁的洞口结构形式，做好洞口与周围景观协调的设计。