淺談隧道工程發(fā)展歷程

陳會(huì)軍

摘要：隧道工程涉及到很多學(xué)科，包括力學(xué)、物理學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代數(shù)理科學(xué)、人工智能、材料科學(xué)等等，這些學(xué)科的發(fā)展促進(jìn)了隧道建設(shè)。而隧道建設(shè)技術(shù)的發(fā)展也促使這些學(xué)科不斷完善。隧道工程涉及很多方面，本文從人類的需求、理論的完善、科技的進(jìn)步等方面對(duì)隧道工程發(fā)展的歷程進(jìn)行了概述，對(duì)隧道工程發(fā)生重大變革的事情進(jìn)行分析，最后對(duì)未來隧道在這幾個(gè)方面的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：隧道工程;發(fā)展;前景展望

前 ?言

隨著人口增長，城市化的發(fā)展，土地資源日益變得緊缺，而人類對(duì)環(huán)境的要求越來越高，隧道位于地下的特點(diǎn)可以有效的節(jié)約土地，保護(hù)環(huán)境使得隧道成為一個(gè)很好的選擇。隨著地下空間利用的普遍化，而且隧道可以保證行車安全、縮短車程、避免災(zāi)害等優(yōu)勢(shì)也促使隧道建設(shè)技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。

一、隧道工程發(fā)展的狀況

隨著理論、機(jī)械、現(xiàn)代技術(shù)等發(fā)展，隧道的建設(shè)也在不斷地發(fā)生著變化。隧道公路的發(fā)展?fàn)顩r按時(shí)間大致可分為下面三個(gè)階段：

1.古代發(fā)展?fàn)顩r

人類很早以前就知道利用自然洞穴作為住處。當(dāng)社會(huì)發(fā)展到能制造挖掘工具時(shí)，就出現(xiàn)了人類挖掘的隧道。在我國最早有文字記錄的地下人工建筑物，出現(xiàn)在東周初期（約公元前七百年）?！蹲髠鳌分杏小啊虻丶叭?，隧而相見……”的記載。最早用于交通的隧道為“石門”隧道，位于今陜西省漢中市褒谷口內(nèi)，建于東漢明帝永平九年（公元 66 年）。用作地下通道的還有安徽毫州城內(nèi)的古地下通道，建于宋末元初（約十三世紀(jì)），是我國最早的城市地下通道。這個(gè)時(shí)期主要的開挖主要依靠“火焚法”和鐵錘鋼釬等原始工具，體力勞動(dòng)和施工難度非常高。隧道建設(shè)還處于經(jīng)驗(yàn)階段，一切還是根據(jù)建造者的長期經(jīng)驗(yàn)積累，沒有什么理論作為指導(dǎo)。

2.近代發(fā)展?fàn)顩r

巖石力學(xué)關(guān)于地層壓力的研究也在 14 世紀(jì)有所發(fā)展。到 20 世紀(jì)初期，巖石力學(xué)已經(jīng)去的了質(zhì)的飛躍，形成了“連續(xù)介質(zhì)理論”和“地質(zhì)力學(xué)理論”。而這些理論已經(jīng)被用在地下工程中，前一理論在被用來對(duì)隧道開挖、圍巖與支護(hù)共同作用進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算。后一理論是現(xiàn)代信息巖石理論的雛形，該理論就是著名的“新奧法”。理論研究為隧道建設(shè)提供了更多的可能。由于當(dāng)時(shí)的隧道建設(shè)規(guī)模等不算太大，這些理論在一定程度上對(duì)隧道的發(fā)展起到了積極的作用。但隨著隧道建設(shè)的不斷發(fā)展，這些理論的不足逐漸暴露出來。理論與實(shí)際的聯(lián)系還是有一些滯后，驗(yàn)性的東西沒有足夠的理論支持。

3.現(xiàn)代發(fā)展?fàn)顩r

現(xiàn)在，道路已成為國家的重要資源，對(duì)于促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)增長、提高人民生活質(zhì)量、維護(hù)國家安全等都具有重要價(jià)值。道路的發(fā)展不僅僅是經(jīng)濟(jì)的需要，也是人類文明和現(xiàn)代化的組成部分。而隧道作為道路中的重要節(jié)點(diǎn)有著至關(guān)重要的作用。我國隧道建設(shè)在近些年的建設(shè)中取得了飛躍式的發(fā)展。如秦嶺終南山公路隧道，單洞長 18.02km，雙洞單向交通，建設(shè)規(guī)模世界第一，中國公路隧道之最。廈門翔安隧道是中國大陸第一座大斷面海底隧道，對(duì)我國隧道建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，縮小與世界先進(jìn)水平的差距，起到了里程碑式的作用。目前在建的港珠澳跨海大橋中的隧道部分，也代表中國乃至世界隧道發(fā)展的最前沿。新奧法是 20 世紀(jì) 40 年代開始發(fā)展起來的，它是以混凝土和錨桿為主要支護(hù)手段的一種方法。新奧法能充分利用地層地質(zhì)條件。隨著理論上的日臻完善，將會(huì)在地下工程中得到更加廣泛的應(yīng)用。而計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，使隧道在開挖前期，就可對(duì)隧道的開挖、施工、通風(fēng)等進(jìn)行數(shù)值模擬，可以得出雖然數(shù)值模擬在精確程度上和工程實(shí)際上的要求還存在一些差距，但其還是能準(zhǔn)確反映出工程的整體力學(xué)性狀和發(fā)展趨勢(shì)，采用數(shù)值模擬指導(dǎo)公路隧道的施工也是十分必要的，十分經(jīng)濟(jì)的。

二、隧道工程發(fā)展前景展望

21 世紀(jì)，是一個(gè)科技發(fā)展日新月異的世紀(jì)，全球人口已突破 60 億，土地資源的短缺日益成為各國共同關(guān)注的交點(diǎn)。地下空間的利用也將被更加的重視。展望隧道施工的發(fā)展方向，隧道施工應(yīng)著重開展以下方面的工作：

1.加強(qiáng)隧道工程理論的研究

理論對(duì)實(shí)踐起到指導(dǎo)的作用。隧道工程中的理論研究主要是對(duì)隧道中的圍巖進(jìn)行研究。通過多學(xué)科的交叉研究，主要從圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，研究圍巖變形破壞的方式以及圍巖的賦存、受力情況，這樣就可以選擇合適的開挖方法，選擇合適的支護(hù)時(shí)機(jī)和方式等等。在未來的發(fā)展中，還需要這方面的不斷研究來促進(jìn)對(duì)隧道圍巖的認(rèn)識(shí)。

2.加快隧道工程施工新技術(shù)的研究

目前，隧道施工中的機(jī)械化程度還不是很高，還需要大量的人工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，隧道施工機(jī)械要隨著機(jī)械工業(yè)化的水平不斷提高。全斷面掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)等的使用到不同巖石、土的限制未來應(yīng)對(duì)它們的適用性、便利性等做更多的改進(jìn)。目前應(yīng)用高壓水的射流破巖技術(shù)已經(jīng)過關(guān)，它能以很快的速度在花崗巖中打出炮眼，再在坑道周圍用高壓水切槽，然后爆破破巖。這樣可以少用，甚至不用炸藥，可以保護(hù)環(huán)境。但消耗功率較大，設(shè)備成本較高，技術(shù)上還未達(dá)到十分成熟的程度，未來需要在這方面進(jìn)行更多的研究

3.加強(qiáng)現(xiàn)代科技在隧道工程的運(yùn)用的研究

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的應(yīng)用遍及各行各業(yè)，隧道工程的數(shù)值模擬也取得了很大的進(jìn)步，但由于各個(gè)軟件的局限性，并不能完全模擬出隧道工程開挖、施工、后期運(yùn)營等過程，這些在目前只能作為工程參考，這就為我們以及軟件行業(yè)提出了新的要求。

三、結(jié)束語

隧道工程是一項(xiàng)龐大的工程，涉及的方面很多，包括工程理論的研究，各種新技術(shù)、新方法對(duì)隧道建設(shè)的沖擊而帶來的不斷的技術(shù)更新，各種工程方法的模擬等等，這些都為隧道工程的發(fā)展提供了條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隧道工程也將不斷完善，以適應(yīng)工程建設(shè)需要。

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