二十一世纪是隧道及地下空间大发展的年代

1二十一世纪是隧道及地下空间大发展的年代中国工程院院士王梦恕2大家好!3人类已进入21世纪，人类也正在反思，人类在20世纪活动中的得和失。可持续性发展定义：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。4我们必须把控制人口，节约能源，保护环境，放在重要位置。为此，必须优化经济结构，合理利用资源、协调地区发展、提高人口素质，彻底清除贫困。地下工程是最符合可持续发展的要求现状：5一、21世纪人类面临着人口、土地、能源、水资源、环境、气候六大挑战。61、人口：增1200万人/年。西藏、新疆、青海人口2150万占1.7%，占地1/3。密度不均，北京3万/Km2，中关村6万/Km2。上海4万/Km2，日本5600人/Km2。2、土地：砂化240Km2/年，已砂化320万Km2土地，人均耕地1.2亩，是美国1/9.5。人员缺乏生存空间。73、能源现状：（1）煤：按19亿吨开采40年就进入干涸区。煤储存在昆仑山—秦岭、大别山以北占94%，南仅6%，形成北煤南运，西煤（89%）东运格局。（2）石油，储存量很少，不足用量的50%，战略储备〉9000万吨，我国经济总量目前占世界第七位。而石油消费占第二位，1吨石油的产值是发达国家1/2～1/4，是日本的4.5倍，美国的2.5倍，比印度还高，中国是石油消耗的无底洞。8910（3）天然气：储存在西北部能满足65年的用量，资源与供应量是有很大差距的。（4）铀235：贫铀国储量不足20年～30年。原子能发电不是方向。114、水资源，50%水量在南方，水资源集中在大西南，横断山脉、地区（金沙石、怒江、雅鲁藏布江）占50～70。水位差2000～3000m，是世界可再生能源的金库，30%的电量由水电供给，水的分布极不平衡，47%土地处于干旱、半干旱。世界规定＜10000m3/人.年，年为缺水国家，中国居110位，平均2400m3/人年，美国是1万m3/人年。125、环境污染：问题更多，空气变坏，汽车发生的CO2含量CO含量骤增。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。6、气候变暖，灾害增多人人要有危机感社会责任感、使命感。13“可持续发展”作为国策提出来了，摆在每个学科、每个产业的面前，谁违背了六大难题的挑战，谁就会被调整掉。14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，我们每天都看到大片良田被钢筋混凝土所取代。15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第二个空间。16我国21世纪要把交通、能源、水源等基础设施在西部抓紧早上、快上，要把开发西部、移民2～3亿的做法真正落实，以充实我国的实力。17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前，我国城市化的速度2010年要从35%达到45%，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。18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程的设计中。1920世界闻名的巴黎共同沟2122天津首条穿越海河“共同沟”隧道穿越海河的管线将由隧道通过，隧道将分为四个功能区间，分别供电力、通信、热力自来水、中水和煤气管线通过。23地下停车场24地下停车场25地下商业街26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21世纪末将有1/3的世界人口工作、生活在地下空间中。27二、中国是世界隧道和地下工程最多、发展最快、水文地质及结构形式最复杂的国家28廿十一世纪是地下空间做为资源开发的世纪1、山区铁路：山岭隧道向长大发展，早进晚出；中吉乌通道、泛亚铁路、城市铁路入地。正在施工的山区隧道5000Km，待开工的山区隧道5000Km。如兰渝铁路线路长800Km，其中隧道长度占600Km，被称为地下铁路。用钻爆法施工的最长关角隧道32Km，用TBM施工的西秦岭隧道长29Km。开工、即将开工超过10Km长的隧道有65座。2、城市交通：以地下铁、城市轻轨为主，已开工20座城市，北京、广州、深圳、上海、南京、重庆、成都、天津、沈阳、哈尔滨、杭州、西安、武汉、苏州、郑州、无锡、宁波、温州、大连、长沙待批的12座城市如合肥、石家庄、青岛、长春、厦门等。293、城际铁路：介于大铁路与城市地铁之间的快速交通网络。如珠江三角洲、长江三角洲、京津唐地区以及省内主要城市之间快速轨道交通。是节省土地，节省能源，经济，减少污染，绿色环保的快速交通工具。4、山区公路：公路隧道、多跨、两个单跨，最长终南山隧道18.4km。以300Km/每年隧道里程修建。305、水电工程：压力隧道、交通隧道、大型调压竖井、各种大洞室、尾水洞室。6、西气东输工程、南水北调及各种水利工程：如已建成的长86Km隧洞沈阳大伙房引水、供水工程；即将开工的长77Km隧洞引汉济渭引水工程等各种洞室及跨江、河隧道。7、城市地下空间开发：地下商场、地下会议室、地下停车场、地下仓库、地下共同沟、地下过街道、地下公交隧道（如南京、杭州等水下隧道）。318、LPG地下水封液体库：如1000万吨汽油库、1万亿吨原油库等。可提供全国90天用油储量。9、江河隧道：如高速铁路过狮子洋盾构隧道方案；武汉市内公交水底隧道；沿江铁路、渤海湾通道110km，琼州海峡；青岛海底隧道等已开工、待开工隧道有50多座。10、军工、人防工程：地下军事设施，人均1m2地下防护设施。32三、铁路快速发展概况331.1十六大以来铁路快速、高效发展1.1.1装备水平快速提升、运输能力显著提高路网规模、质量实现重大跨越，截止08年底，营业里程达8万公里，机车、客车拥有量分别达1.8万台、4.5万辆，动车组达到193组，货车拥有量达57.8万辆。6.877.27.47.67.888.22002200320042005200620072008万公里营业里程年度34复线率、电气化率均显著提高，复线率、复线里程分别达36.2％、2.9万公里，电气化率、电气化里程分别达34.6％、2.8万公里。313233343536372002200320042005200620072008复线率百分比年度2023262932352002200320042005200620072008电气化率百分比年度3510.69.711.211.612.713.614.691011121314152002200320042005200620072008（亿人）旅客发送量旅客周转量（亿人公里）08年，中国铁路完成旅客发送量14.6亿人,旅客周转量7779亿人公里；4969478957126062662272167779450052005900660073008000200220032004200520062007200836完成货物发送量33亿吨,货物周转量25118亿吨公里。（亿吨）（亿吨公里）货物发送量货运周转量15658172471928920726219542379725118150001720019400216002380026000200220032004200520062007200820.422.424.926.928.831.4332023262932352002200320042005200620072008371.1.2技术创新实现重大突破成功搭建了：时速250～350公里高速铁路技术平台；时速200～250公里既有线提速技术平台；高原冻土铁路技术平台；铁路重载运输技术平台。381.2重大工程成就辉煌1.2.1高速铁路和客运专线在建高等级铁路规模接近10000公里，其中时速300～350公里的有7000公里，时速200～250公里的近3000公里。已建成开通运营的京津城际铁路时速350公里，合宁、合武、石太客运专线时速250公里。39京津城际铁路05年7月4日开工建设，08年8月1日正式运营，列车最高持续运行时速350公里，旅客乘坐平稳、舒适，京津间30分钟到达；为北京奥运会和残奥会提供了优质、便捷的客运服务，对促进环渤海地区经济社会协调发展具有重要作用，对我国高速铁路建设、运营具有示范性意义。与世界同类铁路技术比较，总体水平国际领先。4054541京津城际铁路解决了许多关键技术难题：系统设计及整体优化；线路高平顺及高稳定；动车组列车安全与舒适；运行控制系统可靠与高效；系统集成与联调联试。42该类线路延展里程达到6227公里，其中时速250公里延展里程1019公里。相当于欧洲9国同类铁路总规模。图例200km/h线路250km/h线路北京上海哈尔滨广州西安郑州武汉沈阳大连1.2.2既有线时速200公里等级提速43成功实现了主要提速干线列车追踪间隔动车组5min、客车6min、货车7min与5000t级货物列车、25t轴重双层集装箱列车共线运行，日行车量达260列以上，最大区段达294列。创造了客货共线铁路运输速度、密度、质量的世界纪录。1.2.2既有线时速200公里等级提速441.2.3高原冻土铁路格拉段海拔4000m以上960km，多年冻土地段550km。经过5年艰苦奋战，突破“高原缺氧，多年冻土，生态脆弱”三大建设难题。开通运营以来，受到社会各方广泛赞誉。海拔4000m以上地段960km，占全线长84%冻土区550km，占全线长48%最高点5072m青藏铁路格拉段纵断面示意图451.2.4铁路重载运输大秦铁路采用集成创新的机车无线同步操控技术、国产9600kw、10000kw和谐号大功率机车和大吨位货车技术，大量开行1万吨和2万吨重载组合列车，运能由2002年的1亿吨增长到4亿吨，创下世界铁路重载技术领先水平。4647到2020年全国铁路营业里程达到12万公里以上，其中高速铁路和客运专线达到1.6万公里以上，复线率和电化率分别达到50%和60%以上。2.1482.1.1完善快速客运网络快速客运网总规模5万公里以上，加大繁忙干线客货分线力度，扩大客运专线覆盖面。市域或区域客运铁路扩展到长株潭、成渝、中原、武汉、关中、海峡西岸城镇群等经济发达和人口稠密地区。快速客运网将连接50万人口以上城市，覆盖全国90%以上人口，省会城市间总旅行时间节省50%以上。492.1.2建设开发性新线完善路网布局进一步扩大西部路网规模，加强区际联系通道，完善东北、西北、西南地区进出境国际铁路通道，规划建设新线4.1万公里，路网覆盖全国20万人口以上城市。铁路“瓶颈”制约状况得到根本解决。502.1.3完善既有线技术改造对京九、陆桥、沪汉蓉和沪昆等主要干线及国家规划的“五纵五横”综合运输大通道内既有铁路干线完善复线建设和电气化改造，进一步强化通道内铁路运输能力。加强主要客货枢纽及集装箱中心站建设，实现旅客运输“便捷换乘”、货物换装“无缝衔接”。512.22030年前后将实施的重大工程有公铁合建桥梁中线、西线方案和中线铁路隧道与西线公路桥梁分建方案用于比选。2.2.1跨海铁路通道：琼州海峡通道52台湾海峡通道：跨海长200余公里，工程较琼州海峡跨海通道更为艰巨复杂。532030年前后发展展望烟大跨海通道跨海长100余公里，将烟台至大连通道缩短了1600余公里，是沿海通道的重要组成部分。54面临诸多技术难题，需要深化工程场地的断层活动性与地壳稳定性及地震安全性、海峡土层岩性与工程地质条件、海洋水文条件与海床稳定性等多项专题研究工作，特别在实现超大跨径桥梁结构、软弱地基深水桥梁基础、耐高水压大直径盾构设备及深水施工技术等重大关键技术方面要加强攻关。2.2.1跨海铁路通道552.2.2川、滇进藏铁路规划的川藏铁路约1600公里、滇藏铁路约1900公里。