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，懲山北之塞，出入之迂也

——愚公移山《列子·湯問》

愚公移山的故事，想必大家都聽過

在山區地勢高低起伏，道路蜿蜒盤踞

因出行不便，甚至想通過子孫代代將大山挖平

后感動上蒼，神仙通過法術，將山峰移走

然而，回到現實中

山區的通行不暢一度阻礙了文化的交流溝通

如何在山區中便捷通行？

既然移山無望

那不如

我們就穿山而行

隧道的概念，應運而生

「隧道是指在既有的建筑或土石結構中挖出來的通道，供交通立體化、穿山越嶺、地下通道、越江、過海、管道運輸、電纜地下化、水利工程等使用」

1、前世

【石門隧道】

若要論中國蕞古老的隧道

可能還略有爭議

但若論蕞具紀念意義的隧道之一

石門隧道當之無愧

東漢永平四年（公元61年），漢明帝劉莊下詔修筑褒斜棧道，修筑過程中遇山石擋路，為完成這一咽喉要道，據《褒谷古跡輯略》相傳“積薪一炬石為圻，錘鑿既加如削腐”，即工匠采取了蕞為原始“火燒水激”法，用烈火煅燒巖石，再用冷水快速降溫，利用巖石熱脹冷縮應力不均致使強度降低的開采方法。

但后續有部分學者對此方法提出了質疑，再次實踐的過程中難以控制破損區域，并且巖石斷面也粗糙不平，雖然實際的開采方法眾口不一，但是石門隧道的成功開鑿，在我國隧道歷史上具有重要意義。

蕞終隧道鑿通長16米，高3.45-3.75米，寬4.1-4.4米，即使是現在的小客車，也能輕松通行，這條隧道是《蜀道難》中蕞重要的一段，是控制漢中平原和川蜀的要害之地，成語典故，「明修棧道，暗度陳倉」所修棧道便是褒斜道。

2、今生

【山嶺、海底、城市隧道】

自從1949年新中國成立以來，我國基礎建設百廢待興，隨著鐵路的不斷鋪設，隧道的開挖工作也需要隨之緊密配合進行，并且海底、城市隧道的建設也亟待解決。雖相比于漢朝，工藝技術的革新已經天差地別，不可同日而語，但相比于同時期國外先進水平，我國還仍有較大的趕超空間。

1）起步階段：50年代至60年代

在我國起步階段，采用鉆爆法施工，以人工和小型機械鑿巖、裝載為主。

臨時支護采用原木支架和扇形支撐。

由于技術水平落后，工作效率、生產環境較差。

代表性工程：

川黔鐵路涼風埡隧道，全長4270米，于1959年6月貫通。

2）穩定發展 ：60年代至80年代

經過50、60年代實踐經驗的積累，70年代開始逐步學習國外的先進經驗，形成我國一整套的隧道施工技術。如針對不同的地質條件采用不同的施工方法，對于長隧道則充分利用輔助坑道等有效措施，并形成了一套對付自然災害的方法和措施，進入了隧道施工的主動時代。

代表性工程：

京原鐵路驛馬嶺隧道，全長7032米，于1969年10月貫通。

評價：

這一時期施工機具的裝備有了較大的改善，普遍采用了帶風動支架的鑿巖機、風動或電動裝載機、混凝土攪拌機、空壓機和通風機等。

在隧道支護方面，采用了錨桿噴射混凝土技術，主動控制了地層環境，較好地解決了施工安全問題，這是隧道施工技術的重要里程碑。

3）突破與創新：80年代至90年代

我國從北歐等掌握先進液壓鑿巖技術的國家引進了一系列液壓鑿巖臺車等設備，大大提高了國內隧道機械化施工的水平。

代表性工程：

衡廣鐵路復線大瑤山雙線隧道，全長14295米，于1987年竣工。

4）高速發展：90年代中期

我國隧道修建技術達到了新的水平，已與世界接軌，甚至有國外專家評述：“中國，用20年的時間走完了發達國家50年甚至100年走完的路程?！?/span>

代表性工程：

西康鐵路秦嶺隧道，全長18460米，于2001年竣工。

5）世界領先

代表性工程：

港珠澳大橋海底隧道，全場5600米，于2017年貫通。

3、如何像樂高般開挖隧道？

前文介紹了我國隧道的發展歷程

那隧道是如何開挖的呢？

目前世界隧道的修筑方法中

根據應用對象的不同

主要包括以下三類方法

鉆爆法（山嶺隧道）

沉管法（海底隧道)

盾構法（城市隧道）

其中，以盾構法應用較為先進便捷、

且“優雅”，修筑過程像樂高積木一般

逐漸拼接而成

1818年，盾構法是由英國布魯諾提出

后在倫敦泰晤士河流用盾構法修建了

長458m的矩形隧道

是TBM（Tunnel Boring Machine）

全斷面隧道掘進機的一種

具有施工進度快，安全，自動化程度高等優點

但有一個缺點，那就是貴（設備維護與耗損）

盾構機可分為4個構造組成，分別是：

盾構殼體

由切口環，支撐環，水平、豎直隔板以及外殼鋼板組成，在工程施工開始，首先通過開挖基坑，將盾構機器安裝至指定位置，進行調試。

推進系統

盾構機的推進系統主要由盾構千斤頂和液壓設備組成，沿支撐環呈圓周狀分布，通過向管片施加壓力，反推盾構機向前掘進

出土系統

在刀具削土后，通過傳送裝置運輸至后方。

拼裝系統

拼裝系統可以說是盾構機的骨架所在，通常工廠會按照盾構機規格生產的一系列環片狀管片，再通過環式拼裝機進行組裝，管片也成為了隧道的支護要件，保障盾構機的安全掘進