十一世纪隧道及地下工程二十一世纪隧道及地下工程

111二十一世纪隧道及地下工程二十一世纪隧道及地下工程发展趋势及技术发展趋势及技术中国工程院院士中国工程院院士王梦恕王梦恕22一、二十一世纪是隧道一、二十一世纪是隧道及地下空间大发展的年代及地下空间大发展的年代33ØØ2121世纪人类面临着人口、世纪人类面临着人口、粮食、资源和环境的四大挑粮食、资源和环境的四大挑战战。。441、人类已进入人类已进入2121世纪，人类也正在反思，世纪，人类也正在反思，人类在人类在2020世纪活动中的得和失。世纪活动中的得和失。可持性发展定义：就是符合当代人类利可持性发展定义：就是符合当代人类利益，又不损害未来人类利益的发展。只有这益，又不损害未来人类利益的发展。只有这样发展才可能持续永久；才可能保障人类在样发展才可能持续永久；才可能保障人类在地球上世世代代休养生息下来。地球上世世代代休养生息下来。5566277882、我们必须控制人口，节约能源，保护环我们必须控制人口，节约能源，保护环境，放在重要位置。为此，我们必须优化经境，放在重要位置。为此，我们必须优化经济结构，合理利用资源、协调地区发展、提济结构，合理利用资源、协调地区发展、提高人口素质，彻底清除贫困。地下工程是最高人口素质，彻底清除贫困。地下工程是最符合可持续发展的要求现状：符合可持续发展的要求现状：99ØØ资源现状：资源现状：（（11）煤：按）煤：按1919亿吨开采亿吨开采4040年就进入干涸区年就进入干涸区。煤储存在。煤储存在昆仑山昆仑山——秦岭、大别山以北占秦岭、大别山以北占94%94%，南仅，南仅6%6%，形成北煤，形成北煤南运，西煤（南运，西煤（89%89%）东运格局。）东运格局。（（22）石油，储存量很少，不足用量的）石油，储存量很少，不足用量的50%50%，战略储备，战略储备〉〉90009000万吨，我国经济总量目前占世界第七位。而石油消万吨，我国经济总量目前占世界第七位。而石油消费占第二位，费占第二位，11吨石油的产值是发达国家吨石油的产值是发达国家1/21/2～～1/41/4，是日，是日本的本的4.54.5倍，美国的倍，美国的2.52.5倍，比印度还高，中国是石油消耗倍，比印度还高，中国是石油消耗的无底洞。的无底洞。1010（（33）天然气：储存在西北部能满）天然气：储存在西北部能满足足6565年的年的用量，资源与供应量是有用量，资源与供应量是有很大差距的。很大差距的。（（44）油）油235235：贫铀国储量不足：贫铀国储量不足2020年～年～3030年。原子能发电不是方向。年。原子能发电不是方向。111133、水资源，、水资源，50%50%水量在南方，水资源集中水量在南方，水资源集中在大西南，横断山脉、地区（金沙石、怒在大西南，横断山脉、地区（金沙石、怒江、雅鲁藏布江）占江、雅鲁藏布江）占5050～～7070。水位差。水位差20002000～～3000M3000M，是世界可再生能源的金库，，是世界可再生能源的金库，30%30%的电量由水电供给，水的分布极不平的电量由水电供给，水的分布极不平衡，衡，47%47%土地处于干旱、半干旱。世界规定土地处于干旱、半干旱。世界规定＜＜10000M10000M33//人人..年，年为缺水国家，中国居年，年为缺水国家，中国居110110位，平均位，平均2400M2400M33//人年，美国是人年，美国是11万万MM33//人人年。年。121244、人口：增、人口：增12001200万人万人//年。西藏、新年。西藏、新疆、青海、人口疆、青海、人口21502150万占万占1.7%1.7%，占地，占地1/31/3。密度不均，北京。密度不均，北京33万万/KM/KM22，中关，中关村村66万万/KM/KM22。上海。上海44万万/KM/KM22，日本，日本56005600人人/KM/KM22。。55、土地：砂化、土地：砂化240KM240KM22//年，已砂化年，已砂化320320万万KMKM22土地，人均耕地土地，人均耕地1.21.2亩，是亩，是美国美国1/9.51/9.5。人员缺乏生存空间。。人员缺乏生存空间。3131366、环境污染：问题更多，空气变坏，、环境污染：问题更多，空气变坏，汽车发生的汽车发生的COCO22含量含量COCO含量骤增。含量骤增。水：变少、变混、就坏、就脏，人生活水：变少、变混、就坏、就脏，人生活的两大要素空气、水超标地区很多。的两大要素空气、水超标地区很多。77、气候复暖，灾害增多、气候复暖，灾害增多人人要有危机感社会责任感、使命感。人人要有危机感社会责任感、使命感。1414““可持续发展可持续发展””作为国策提作为国策提出来了，摆在每个学科、每个出来了，摆在每个学科、每个产业的面前，谁违背了四大难产业的面前，谁违背了四大难题的挑战，谁就会被调整掉。题的挑战，谁就会被调整掉。1515我们土木工程也应顺潮流而我们土木工程也应顺潮流而检讨自己，大量的土建工程拔地而检讨自己，大量的土建工程拔地而起，人们要进入城市，大量的交起，人们要进入城市，大量的交通、房屋要建，我们每天都看到大通、房屋要建，我们每天都看到大片良田被钢筋混凝土所取代片良田被钢筋混凝土所取代。。1616能否把地面沃土多留点给农业和能否把地面沃土多留点给农业和环境，把地下岩土多开发点给道路交环境，把地下岩土多开发点给道路交通、工厂和仓库，从而使地下空间成通、工厂和仓库，从而使地下空间成为人类在地球上做为安全舒适生活的为人类在地球上做为安全舒适生活的第二个空间。第二个空间。1717回顾隧道及地下工程大发展的年代，回顾隧道及地下工程大发展的年代，应该讲是从应该讲是从2020世纪世纪8080年代为真正的起点，年代为真正的起点，是全面开始应用新原理、新方法、新设是全面开始应用新原理、新方法、新设备、新材料、新工艺、新技术、新仪器的备、新材料、新工艺、新技术、新仪器的年代，当时是以大瑶山铁路双线隧道为契年代，当时是以大瑶山铁路双线隧道为契机，为范例，彻底改变了近百年隧道及地机，为范例，彻底改变了近百年隧道及地下工程的修建方法。下工程的修建方法。1818我国我国2121世纪要把交通、能源、世纪要把交通、能源、水源等基础设施在西部抓紧早上、水源等基础设施在西部抓紧早上、快上，要把开发西部、移民快上，要把开发西部、移民22～～33亿亿的做法真正落实，以充实我国的实的做法真正落实，以充实我国的实力。力。41919秦岭终南山特长公路隧道最长方案为秦岭终南山特长公路隧道最长方案为18.418.4kmkm，，工程已经开工。相应的西安工程已经开工。相应的西安——西西康线、西安至南京铁路复线、神朔线、宝康线、西安至南京铁路复线、神朔线、宝兰、渝怀（重庆兰、渝怀（重庆——怀化）铁路复线的相继怀化）铁路复线的相继开工和建成，都出现了大量的隧道群和长开工和建成，都出现了大量的隧道群和长隧道。隧道。2020随着城市人口急剧膨胀所带来的生随着城市人口急剧膨胀所带来的生存空间拥挤、交通阻塞、环境恶化等存空间拥挤、交通阻塞、环境恶化等问题的凸显，地下空间的开发、城市问题的凸显，地下空间的开发、城市地铁的快速修建已摆在每个市长的面地铁的快速修建已摆在每个市长的面前，我国城市化的速度前，我国城市化的速度20102010年要从年要从35%35%达到达到45%45%，如果听任城市无限制地蔓延，如果听任城市无限制地蔓延扩张，将会严重危害我国土地资源。扩张，将会严重危害我国土地资源。2121所以，城市共同沟的修建，地下所以，城市共同沟的修建，地下铁道、地下停车场、地下仓库、地下铁道、地下停车场、地下仓库、地下商业街、娱乐场所等都在进行设计施商业街、娱乐场所等都在进行设计施工，但很少统筹。城市地下设施很工，但很少统筹。城市地下设施很多，谁占什么标高，也需要技术立法多，谁占什么标高，也需要技术立法,,以人为本的思想应贯穿在当前地下工以人为本的思想应贯穿在当前地下工程的设计中。程的设计中。2222综观当今世界，有识之士已把对综观当今世界，有识之士已把对地下空间开发利用作为解决城市资源地下空间开发利用作为解决城市资源与环境危机的重要措施，是解决我国与环境危机的重要措施，是解决我国可持续性发展的重要途径。可以预测可持续性发展的重要途径。可以预测2121世纪末将有世纪末将有1/31/3的世界人口工作、的世界人口工作、生活在地下空间中。生活在地下空间中。2323蓬勃发展的江、河、海底隧道1.1.厦门公路越海隧道厦门公路越海隧道由于隧道穿越地层为质地良好的花岗由于隧道穿越地层为质地良好的花岗岩，决定采用双向六车道钻爆法施工，中岩，决定采用双向六车道钻爆法施工，中间设管廊式服务通道；间设管廊式服务通道；24245252526262.武汉长江第一隧由于隧道穿越粉细沙不稳定地层，决定采用双向四车道、泥水加压式盾构，盾构直径F11.4m，采用复合式刀具，以实现长距离不换刀掘进；27272828292930306313132323.南京-浦口长江第二隧道属市区隧道，目前，南京市政府要求双向六车道，由于采用大直径F15m泥水盾构，造价高，风险大，埋深加大。希望中铁建集团公司从自身BOT利益出发，认真分析采用分离式两条双向四车道的过江方案，以及是否考虑沉管方案的可能性，因F15m盾构制造风险很大，施工风险更大，而且造价很高（3亿元/台）。33333434直径：直径：1515米米35354.杭州市庆春路钱塘江市区水底隧道通道采用双向四车道盾构方案，理念正确，已进行了安全、风险评估，对环境影响很小。3636直径：直径：11.411.4米米737375.联结青岛－黄岛胶州湾湾口海底隧道由于穿越优质花岗岩地层，采用双通道六车道钻爆法施工方案，已进行了安全、风险评估，设计合理，但青岛侧的交通联结方式采用高架穿越城区，产生影响环境。383839394040414142428434344446.港、珠、澳海上大通道全长36km，分别由6km沉埋管段和大桥相联后，用3.6km盾构或浅埋暗挖法修建隧道，在珠海拱北上岸，再用桥和6km长的山岭隧道相联，并和太澳公路相联，工程规模为双向六车道。4545464647474848949497.7.上海地区多条水底隧道穿越黄浦江，上海地区多条水底隧道穿越黄浦江，均采用双向四通道，盾构法施工，效果均采用双向四通道，盾构法施工，效果很好，两端接线容易，方便市民。很好，两端接线容易，方便市民。8.8.大连市区海湾海底隧道大连市区海湾海底隧道经过桥、隧对比，决定采用双向六车经过桥、隧对比，决定采用双向六车道，钻爆法方案，因该地区的岩体为花岗道，钻爆法方案，因该地区的岩体为花岗岩，水文地质很好，不破坏环境，少占地，岩，水文地质很好，不破坏环境，少占地，少拆迁。少拆迁。5050515152529.上海浦东至长兴岛水底隧道双向六通道，采用盾构法施工，盾构直径F15.18m，长距离4km掘进，风险很大，需认真研究，尤其不易在江中设置横通道，应充分利用主洞行车道下面的很大空间进行疏散救援，取消横通道对两个主体隧道的结构沉降减少制约，防止结构开裂非常有利。5353直径：直径：15.415.4米米545410.10.广州市区地铁和城市交通多条穿越广州市区地铁和城市交通多条穿越珠海水底隧道正在设计、施工的有五条，珠海水底隧道正在设计、施工的有五条，采用双向六通道方案沉埋管段法。采用双向六通道方案沉埋管段法。1055555656575711.11.琼州海峡琼州海峡34km34km跨海隧道，采用盾跨海隧道，采用盾构法修建铁路海底隧道，正在论证中，目构法修建铁路海底隧道，正在论证中，目前轮渡过渡。前轮渡过渡。5858595912.12.台湾海峡海底铁路隧道修建的愿望台湾海峡海底铁路隧道修建的愿望在日趋增高，正在论证中。在日趋增高，正在论证中。13.13.渤海湾大连至烟台渤海湾大连至烟台110km110km跨海铁路跨海铁路隧道，目前轮渡正在修建，可能采用隧道，目前轮渡正在修建，可能采用TBMTBM法和盾构法。法和盾构法。6060二、中国是世界隧道和地下工二、中国是世界隧道和地下工