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長大公路隧道建設往往受勘探地形或自然條件限制，特別是山區長大、深埋、復雜地質條件下的公路隧道，如果在勘察中僅采用地質調繪、鉆探等手段，很難在短時間內查清其工程地質、水文地質條件。由此可見，傳統勘察技術已無法滿足現代建設工程的實際需求。

隨著隧道長度、斷面和跨度的增長，復雜的地質條件和惡劣的氣候環境帶來了很多需要克服的技術難題，比如高寒高海拔、高地應力軟巖大變形、強巖爆、高地溫、高瓦斯、富水巖溶等。

受地形地貌、地表構造物及地下空間資源開發需求等影響，隧道改擴建和復雜結構隧道工程逐年增多，超大斷面隧道、超小凈距隧道、疊層隧道、螺旋隧道、地下立交等帶來了許多需要進一步研究和突破的問題。

高速公路隧道交通組成客貨混雜、交通主體差異性較大、事故發生隨機性高，防災救援存在狹長密閉空間，事故高溫和煙霧影響范圍大、外界救援難，以及到達并早期處理事故、管控和救援不及時易發生次生事故和二次災害，隧道內滯留人員多，疏散路徑長且途徑較少等特點。

在物聯網、大數據技術迅速發展的背景下，長大公路隧道建設和運維技術也需要快速提升，以新一代信息技術與行業深度融合為核心，實現對隧道日常監控、事故應急、安全監測、節能減排、日常養護等業務的全方位管理。

超長距離“水平鉆”勘探技術 利用定向鉆沿設計隧道軸線鉆進，通過間斷取芯、全程巖屑采集、涌水量觀測、綜合測井、孔內電視等方法，并綜合分析鉆進過程中的鉆壓、泵量、扭矩、鉆速等技術參數，獲取沿隧道軸線上各部位的相關參數，如巖石成分、完整性、抗壓強度、圍巖級別劃分等更為詳細的地質資料。例如，G0711新疆烏魯木齊至尉犁高速天山勝利隧道在通過F6博羅科努—阿其克庫都克斷裂帶前，采用水平定向鉆長距離取芯勘察探測，最長鉆孔距離達2271米，巖芯采取率達84.6%。

“空、天、地”三位一體化綜合勘察新技術 三位一體化綜合勘察新技術采用高分辨率航天航空遙感、無人機勘測、多孔對井間電磁波成像、輕便型全液壓鉆探及超深孔多參數原位測試等勘察新技術。國道575線新疆巴里坤至哈密公路東天山隧道初步設計采用的綜合勘察技術，川藏鐵路雅安至林芝段融合應用“空、天、地”三位一體化綜合勘察新技術，開創了高原復雜地質條件工程勘察先河。

隧道超前地質預報技術 隧道超前地質預報是利用地質勘察技術對掌子面前方的地質情況及不良地質體的性質及位置進行探測、分析，并預測可能發生的風險，提前做好防治措施，從而達到隧道施工防災、減災的目的。隧道施工的鉆爆法超前地質預報技術已研發出多種技術方法，總體可歸納為地質分析法類和物探法類。

傳統的地震波法設備（TSP、HSP、TGP、TRT）對地下水探測的能力非常有限，TGS360pro地質預報系統解決了地震波法難以探測水文情況這一技術難題，相比于一般的地震波超前地質預報法，其對含水體識別度有所提高。隧道瞬變電磁探測方法對含水體響應敏感，國內研究者已提出了隧道環境中瞬變電磁的解譯方法。

基于主動支護的高地應力軟巖大變形處理技術 隨著長大隧道規模和埋深向2000米跨越，設計施工遇到了前所未有的挑戰。

G75蘭海高速渭源至武都段木寨嶺隧道采用分離式設計，全長15226米，洞身最大埋深約629.1米。隧址區實測最大水平主應力18.86兆帕，最大水平主應力方向與隧洞軸線方向夾角很小，均為NEE（東北偏東）向。施工過程中遇到高地應力軟巖大變形，初期支護頻繁出現鋼拱架扭曲、侵限等情況，最大變形3145毫米，最大變形速率每天831毫米。

為解決隧道大變形的問題，施工單位先后采取了系統長錨桿、圍巖后注漿加固、不對稱設計、大拱腳施工工藝、多層初支支護等多種措施改善了變形控制，但對大變形嚴重段落處置效果不佳。因此，參建各方以中國科學院院士孫鈞、何滿潮為核心的科研團隊提出改變既有主動支護不足的研究成果，構建了基于“主動”和“主動—讓壓”支護理念的新型支護技術。主動（主動—讓壓）支護體系最終將由“預應力錨索（預應力讓壓錨索）+柔性勾花網+W鋼帶+鋼筋網+型鋼拱架+噴射混凝土+模筑混凝土二襯”組成，使圍巖變形速率得到大幅降低，圍巖形變能的釋放呈穩定可控態勢，避免了支護體系因突發變形而可能導致的結構損裂與整體失穩的發生。木寨嶺隧道首次在全國公路隧道中應用預應力錨索主動支護體系，有效地改變了圍巖的應力狀態，對軟弱圍巖大變形抑制效果良好。

大縱坡斜井單層襯砌設計的探索 秦嶺天臺山隧道1號斜井最大縱坡40.2%，采用有軌運輸系統，斜井以Ⅲ級圍巖為主，主要為中風化中粗粒黑云母花崗巖。

斜井開挖施工采用聚能水壓爆破，開挖巖壁平整，成形規整。但是，斜井在澆筑二襯時因縱坡過大，導致模板臺車固定困難，并因混凝土澆筑后臺車上部荷載增加，進一步增大了二襯臺車下滑趨勢，導致臺車支撐構件斷裂，施工風險極大。因此，通過規范符合性核查和結構安全性綜合分析，決定取消斜井二襯，并通過摩阻力測試及隧道通風計算，滿足隧道通風標準，既保證斜井結構的穩定及耐久性，也滿足隧道通風運營需要。

超深豎井硬巖掘進機技術 公路隧道豎井向著井筒深、斷面大的方向發展。在建的新疆烏尉高速天山勝利隧道豎井內徑9米至10.5米，其中2號豎井最大井深約為700米，比秦嶺終南山高速隧道661米豎井還深39米。為解決新疆天山勝利隧道2號豎井工程快速施工難題，中交天和機械設備制造有限公司自主研發制造了國內首臺高寒、高海拔、大深度、超大直徑豎向硬巖掘進機“首創號”，首次將全斷面巖石掘進機（TBM）破巖工藝與傳統鉆進完美結合，相當于TBM呈豎向掘進，并實現超大直徑豎井一次成型?！笆讋撎枴钡侗P直徑11.4米，豎向掘進深度達800米，采用全智能化掘進技術，可實現井下掘進無人化操作，零部件實現全國產化，滿足現代豎井建設機械化、自動化、智能化要求。

長大公路隧道規模的不斷增長，給隧道低碳運營和防災減災帶來了新的挑戰和難題?！半p碳”背景下，隧道通風照明能耗巨大，傳統的工程方案越來越不適應時代的需求。智慧公路建設理念的提出，也對長大隧道的防災減災運營管控提出了更高的要求。為解決上述問題，相關研究提出了一些新理念、新技術、新方案。

通風系統設計創新 通風計算關鍵參數優化方案：隧道通風系統的需風量計算參照《公路隧道通風設計細則》中“煙塵顆粒物”的基準排放量以2000年為起點，按每年2%的遞減率計算，最大折減年限不宜超過30年，已不能滿足現有工程的實際需求。隨著《重型柴油車污染物排放限值及測量方法》（重柴“國六標準”）的實施和重載LNG貨車大量普及，機動車排放量將大幅下降。通過專項研究——基于污染物年折減率、折減年限和重載LNG貨車發展趨勢，根據目前我國機動車技術發展情況、國家對機動車排放的管控政策及當地交通量組成，新能源車輛及載重LNG貨車占比，對煙塵顆粒物年折減率可綜合優化為3%，折減年限至2035年。

通風井自然風道方案：G85銀昆高速陜西寶坪秦嶺天臺山特長隧道設計中提出在地下風機房設置自然風道，利用主隧道和通風井口的溫度及氣壓差產生的自然風氣流，輔助主隧道通風，減少隧道通風系統的設備運營臺數及功率，節約能源，降低運營費用。

照明系統設計創新 物聯網照明系統已應用于西藏S5線圭嘎拉隧道，其運用基于遠距離無線電（Long Range Radio，LoRa）物聯網的智慧照明控制系統。該系統主要由洞內外亮度檢測器、車流量檢測器、隧道進口攝像機、紅外感應器、LoRa聯動控制器、LoRa網關、亮度可控型公路隧道LED照明燈具、通訊系統和上位機監控管理軟件等組成。

消防智能自主滅火技術目前，公路隧道基本采用手動滅火模式，容易錯過最佳滅火時期，造成事故擴大，應變手動滅火為自動滅火，迅速滅掉初期火災。為解決以上問題，在西藏S5線圭嘎隧道設計了智能自主滅火系統。該系統將機器人技術和物聯網技術相結合，搭載移動消防滅火系統，在隧道異常時觸發預警信號，迅速到達事故點，自動滅火。

全方位路況雷達感知系統 秦嶺天臺山隧道設計實施了全方位路況雷達感知系統，通過相鄰雷達設備之間的組網，實現在長距離范圍內對單一車輛行駛狀態的精準感知，進一步檢測動態交通事件，實現長距離范圍內動態交通流運行狀態感知、交通事件精準監測、交通運行狀態實時預警、通行誘導、交通流運行安全狀態分析和控制決策等多種功能。

公路隧道群智能行車誘導與預警系統 寶坪高速隧道群銀洞峽隧道、青石嶺隧道、天臺山隧道左線為32公里長大下坡段，設計實施了公路隧道群智能行車誘導與預警系統。該系統主要由交通事件感知系統、隧道內行車安全誘導與預警裝置、現場控制器等組成。

秦嶺天臺山隧道具有“超長隧道、大交通量、客貨混行、單縱坡、多車道、接隧道群、駕駛環境差、運營養護要求高、救援通道少”等顯著特點。天臺山隧道防災救援設計遵循“化整為零、回轉串聯、分區救援、及時響應”設計原則，通過技術創新，從防災、救援、疏散3個維度建立了超長高速公路防災救援設計體系，結合研究總結可形成超長高速公路防災救援設計指南，為類似工程項目尤其是超長公路隧道防災救援設計提供相應的參考和依據。

救援疏散設施隧道疏散通道：利用隧道施工斜井，建立“隧道微型互通”概念。天臺山隧道北側洞口和臨近的觀音山施工斜井，形成微型互通作為永久性通道，使G85銀昆高速與陜西省道212線連通，緊急情況下可將天臺山隧道中車輛疏散出高速公路至地方道路。

隧道救援站：天臺山隧道南側洞口設置秦嶺救援站，在北側洞口設置神沙河救援站，實現兩端洞口均能有效救援，可將天臺山超長隧道救援時間控制在8分鐘以內。

隧道洞內微型消防站：天臺山隧道設置洞內消防站，可以放置消防摩托及簡易消防物資和設備，事故發生后可以第一時間到達現場引導疏散滯留人員，實現道路交通管制，以及小型事故救援和滅火。

交通轉換設施 隧道交通轉換帶和回轉車道基于天臺山隧道雙洞聯通不暢和洞外聯絡道縱向距離較遠的特點，設置在隧道中部。在隧道主洞加寬段處設置“八字形”聯絡通道，共同組成交通轉換帶。一旦隧道局部區段發生較大事故需長時間封洞，則可以利用事故兩端的交通轉換帶，將事故區段對向隧道調整為雙向通行。通過交通轉換帶，將特長隧道轉換為多個較短區段，減少隧道事故影響區段，提高隧道疏散效率和通行能力。

隧道回轉車道是天臺山隧道考慮大型消防車輛掉頭需求，在隧道主洞布設3處回轉車道，車道寬8米，和主洞垂直布設，緊急情況下，可以滿足大型車輛雙向掉頭。利用回轉車道，將超長隧道分割成短距離疏散和救援區段。

防災設施 視覺疲勞緩沖帶：天臺山隧道為克服隧道內行車環境單調，緩解視覺疲勞問題，在隧道內設置特殊燈光帶。特殊燈光帶與交通轉換帶統籌考慮，設置在隧道加寬段。通過隧道拱頂設置LED燈或者發光軟膜條等，實現不同顏色和圖案的變換效果，緩解駕駛員視覺疲勞問題。

事件監控和定位系統：隧道運營監測系統可具備對異常事件事故車輛和行人實時跟蹤定位監測的功能，設備不受各類環境干擾和光線干擾，可有效解決傳統視頻事件檢測系統、微波車輛監測器、多目標雷達監測器誤報高、漏報多、監測精度低等諸多問題；對異常事件快速形成報警信息予以提示，系統監測到異常事件時，驅動與雷達配套的遙控攝像機對異常車輛、行人或事故現場持續自動跟蹤、定位和查看，從而實現對隧道緊急事件的第一時間獲知并進行事件定位，便于隧道防災救援組織。

疏散引導和救援系統 依據天臺山隧道防災救援的硬件設施，將隧道劃分為幾個小的救援區段和消防分區，并通過智能引導和疏散系統，實現疏散路徑的明確化和清晰化，結合防災救援預案將隧道災害事故影響降至最低。

目前，我國西南、西北等地區公路建設往往面臨山大溝深、人跡罕至、作業困難等現實問題，新建隧道長度越來越長。東南沿海城市因市政化改造、公路改擴建的需求，隧道斷面（雙向八車道、十車道）、型式（地下立交隧道、分岔隧道、多層隧道結構）超出以往經驗，建設技術極其復雜，需要多層次、多領域聯合攻關，解決技術難題，滿足建設需求。

預制裝配式隧道是將隧道襯砌結構分模預制、分塊安裝，關鍵接頭部件可靠連接的一種新型結構體系。國內公路隧道相關應用非常少，相關的計算方法、設計規范欠缺，施工機械設備及智能化水平與鉆爆法隧道不配套，預制裝配化研究步伐亟待加強，構建預制裝配式襯砌結構體系，提升隧道預制裝配化水平。

當前，我國長大公路隧道建造仍以鉆爆法為主，但從技術發展方向來看，應逐步采用TBM法替代鉆爆法，形成以TBM為主、鉆爆法為輔的施工模式?，F階段，由于TBM法對地質條件要求高，適應性較差，即使隧道設計斷面相同，在不同地質條件下也需要設計不同的掘進機，其選型往往是整個項目最關鍵的因素。近年來，一些單位也設計了對軟硬地層有一定適應性的復合式掘進機，但是在施工中穿越軟巖或者斷層破碎帶的時候往往存在卡機等問題。因此，需要針對長大隧道不同的圍巖及各種不良地質等，研發性能更為優異、通用性更強的TBM設備。

近年來，物聯網、邊緣計算、大數據分析、人工智能、機器視覺、數字孿生等新一代信息技術迅速發展，與公路隧道高度融合。然而，隧道智慧化、信息化的進程中仍存在許多制約因素，缺少較為權威的智慧隧道建設規范和細則，缺乏整體規劃，智慧隧道的設計內容和涵蓋范圍難以明確，數據標準不統一、系統之間不能互聯互通。智慧隧道的建設作為一個長期戰略目標，亟需從國家層面構建合理的發展生態。

隨著行業技術日益的飛速進步，隧道工程應尋求設計理念、工法、工藝突破，重視智慧隧道建設，堅持建、管、養技術協同發展，不斷實現技術創新，使我國從隧道建設大國邁向隧道建設強國。