中国铁路隧道40年发展与展望

田四明， 王 伟， 杨昌宇， 刘 赪， 王明年， 王克金， 马志富， 吕 刚

(1. 中国铁路经济规划研究院有限公司， 北京 100038； 2. 中铁二院工程集团有限责任公司， 四川 成都 610031； 3. 中铁第一勘察设计院集团有限公司， 陕西 西安 710043； 4. 西南交通大学， 四川 成都 610031； 5. 中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北 武汉 430063； 6. 中国铁路设计集团有限公司， 天津 300142； 7. 中铁工程设计咨询集团有限公司， 北京 100055)

0 引言

伴随着中国改革开放的脚步，1981年11月，采用当时世界上最先进隧道施工机械的京广铁路衡广复线大瑶山特长隧道(长14.295 km)开工建设，拉开了中国铁路隧道修建技术快速发展的序幕[1]。而后，在吸收国外先进建设理念的基础上，通过科研、设计、施工相结合，应用“新奥法”修建了大瑶山、军都山等20余座隧道工程，并积累了大量的经验和数据。1988年，原铁道部编制了《铁路隧道新奥法指南》，标志着中国铁路隧道进入“新奥法”推广应用阶段。至20世纪末，铁路隧道建设完成了由传统的矿山法向“新奥法”的转变，并在复合式衬砌支护体系、大型机械化施工、瓦斯及软岩大变形隧道处理技术等方面开展了科技攻关，积累了经验。进入21世纪以来，中国铁路隧道工程迅猛发展，特别是随着高速铁路、城际铁路的修建以及国家“西部大开发”战略的实施，铁路隧道呈现出建设标准高、长度长、断面大、地质复杂等特点，且高海拔、大埋深、高岩(地)温、强富水、挤压性围岩和有害气体等特殊隧道逐渐增多，城市复杂环境隧道和跨江越海水下隧道工程规模快速增长，这些隧道工程的建成通车，为中国交通发展和经济建设做出了突出的贡献，同时，积累了大量铁路隧道工程方面的科技成果和实践经验。

经过近40年的发展，中国铁路隧道在基础理论、设计方法、施工技术及装备研制等方面取得了长足进步，建立和健全了铁路隧道风险评估与管控、超前地质预测预报、变形监控量测、运营防灾疏散救援等安全体系； 在复杂艰险山区高速铁路隧道、大断面黄土隧道、水下隧道、TBM法隧道等方面取得了重大成果和突破； 高速铁路大断面黄土隧道建设成套技术、高速铁路狮子洋水下隧道工程成套技术等获得国家级科技进步奖，一批隧道工程获得国际大奖，显著提升了中国铁路隧道修建技术水平，彰显了中国铁路隧道建设的国际影响力[2]。但随着川藏铁路建设的推进及跨江越海水下隧道的修建，中国铁路隧道还面临着结构耐久性、高海拔高地震区大埋深超长铁路隧道修建、大直径盾构高水压长距离施工及隧道工程安全运营等方面的技术挑战。

本文通过介绍近40年来中国铁路隧道建设基本情况和标志性工程，系统总结中国铁路隧道取得的主要创新成果，并结合当前铁路隧道工程面临的技术难题和挑战，提出发展方向和展望，对进一步提高中国铁路隧道建设水平具有积极意义。

1 中国铁路隧道概况

据统计，截至2020年底，中国铁路营业里程达14.5万km。其中： 投入运营的铁路隧道共计16 798座，总长约19 630 km； 高速铁路隧道共计3 631座，总长约6 003 km。分析历年的统计数据可知，从1980年至2020年的40年间，中国共建成隧道12 412座，总长约17 621 km，占中国铁路隧道总长度的近90%。中国铁路隧道近40年发展规模对比情况见图1。另外，在建铁路隧道共2 746 座，总长约6 083 km； 规划铁路隧道共6 354座，总长约 16 255 km[3]。

图1 中国铁路隧道近40年发展规模对比情况(截至2020年底)

截至2020年底，中国已投入运营的特长铁路隧道共209座，总长约2 811 km。其中： 长度在20 km以上的特长铁路隧道共11座，总长约262 km，最长隧道为新关角隧道，长32.69 km，设计速度为160 km/h； 高速铁路特长隧道共87座，总长约1 096 km，最长隧道为太行山隧道，长27.839 km，设计速度为250 km/h。近40年中国建成的代表性隧道工程见表1。

表1 近40年中国建成的代表性隧道工程

2 中国铁路隧道发展的主要成果

2.1 设计理论和方法不断发展

自20世纪80年代以来，中国一直采用依靠经验为主的标准设计和类比设计方法。近年来，在借鉴、消化、吸收国外“新奥法”“挪威法”“新意法”等理念的基础上，充分结合中国铁路隧道地形、地质及气候条件复杂多样的特点，逐渐向半定量和定量的解析设计方法转变，从容许应力法到基于极限状态的概率可靠度法，基于有限元、有限差分的数值模拟法，也开始应用于结构设计中，使设计质量有了大幅度提高。隧道设计思想也有了重大转变，从过去单纯依靠衬砌承载的观点，改变为主要依靠围岩，充分利用围岩自承能力，并在围岩稳定性评价及分级、围岩变形控制设计等方面进行了诸多探索、研究和总结，逐渐形成了以主动控制围岩变形为主的中国特色隧道修建方法，大大促进了中国铁路隧道设计理论和方法的发展[2]。

2.1.1 以围岩稳定性评价和分级为主的设计方法

中国铁路隧道标准设计和类比设计主要依据围岩稳定性评价和分级。围岩的稳定性直接关系到隧道施工安全，是隧道设计和施工的核心问题。经过大量的工程实践和分析，提出以围岩的自稳性为指标，制定出统一的围岩分级标准，并长期指导了铁路隧道设计和施工实践。

但在实际施工过程中，开挖揭示的围岩并非与围岩基本级别相对应，现场判释困难，容易出现支护参数偏弱或偏强。为了提高和强化围岩定量分级，近年来，中国铁路建设者开展了大量的科学研究和测试试验工作，通过对围岩基本质量指标BQ和不同岩性围岩弹性波速范围的细化，提出了围岩亚级的概念，分别将Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩各划分为2个亚级，各亚级对应的指标组合情况即为亚级划分标准，最终确定各亚级围岩对应的BQ值范围[4]。该成果已纳入2016年版《铁路隧道设计规范》，很好地指导了铁路隧道的设计和施工。铁路隧道围岩亚分级及稳定性见表2。

表2 铁路隧道围岩亚分级及稳定性

尽管铁路隧道围岩分级方法已经较为完善，但随着超前钻孔参数等随钻测量技术的迅速发展，以及隧道智能化建造技术的推广，建立基于钻进参数映射岩体质量指标，进而动态自动量化判释围岩级别的方法将成为现实。

2.1.2 围岩变形控制设计方法

由赵勇、张顶立等人牵头的高速铁路隧道围岩稳定性控制技术研究团队，经过10余年的努力，创新性地提出了一套有中国特色的隧道修建技术方法，其核心思想是以围岩稳定性为前提，以围岩全过程变形控制为目标，以科学的支护措施为手段，实现支护结构与隧道围岩结构的协同作用，从而充分发挥围岩的自承能力，构建安全、经济、快速、耐久的隧道稳定结构体系，其设计原理如图2所示。

图2 隧道全变形过程控制设计原理示意图

该方法认为隧道围岩由浅层围岩和深层围岩复合而成。浅层围岩是指隧道开挖后周边一定范围内丧失整体稳定性而无法实现长期自稳的松动区围岩，这部分围岩荷载需要及时支护，在此范围以外整体稳定性较好而且能够承担地层荷载的围岩则为深层围岩。深层围岩由结构层和荷载层组成，自浅层围岩界面开始向外并交替出现[2]。该成果获得中国铁道学会科学技术特等奖。

2.1.3 隧道机械化大断面设计方法

郑万高铁湖北段隧道建设团队通过开展大规模隧道机械化大断面配套施工相关科研和现场实践，总结提出铁路隧道机械化大断面设计施工相关方法[5-6]。在机械化配套设计方面，涵盖了超前支护、开挖、初期支护、二次衬砌4大作业区，按配置机械完善程度分为基本型配套和加强型配套； 在施工工法设计方面，有全断面法和微台阶法； 在掌子面稳定性评价方面，采用定性评价和定量评价相结合的方式，分为稳定、暂时稳定和不稳定3种； 在超前支护设计方面，根据掌子面稳定性评价结果确定超前支护措施(包括掌子面喷射混凝土、超前小导管、管棚、掌子面锚杆、超前注浆等)，并采取工程类比法、极限平衡法分析确定参数，掌子面超前支护设计模型见图3； 在洞身支护设计方法方面，采用荷载-结构模型计算，浅埋、偏压段围岩压力按隧道设计规范确定，深埋段根据形变及应力实测值确定。

Fc、Fφ为掌子面滑移面黏聚力、内摩擦合力； p1为掌子面锚杆支护合力； Fq为掌子面滑移体上方竖向形变压力合力； Fw为掌子面滑移体自重； D为掌子面高度； Le为隧道未支护段长度； θ0为掌子面破坏角； q、q′为竖向形变压力； α0、α1、α2为折减系数。

该方法已形成中国国家铁路集团有限公司企业标准——《铁路隧道机械化大断面法设计施工暂行规定》(2021年报批稿)，该标准的颁布将极大地促进中国铁路隧道钻爆法施工的机械化水平，为中国铁路隧道智能化建造提供技术支撑。

2.1.4 隧道支护结构设计总安全系数法

肖明清及其团队通过多年的隧道工程设计、施工与研究经验，总结提出了“隧道支护结构设计总安全系数法”。该方法的技术思路是： 将支护结构与围岩的相互作用关系视为作用力与反作用力的关系，不严格考虑两者之间的变形协调，从而使需要解决的问题大幅简化； 隧道是否需要支护的判断和支护力的计算，需通过采用各种与实际情况相符的本构模型进行数值分析后确定，而支护结构本身安全性和变形则采用荷载-结构模型进行计算，从而将现代分析方法与传统分析方法进行有机综合，实现支护参数的安全性评价与量化设计[7]。复合式衬砌结构总安全系数法计算模型见图4，相关计算公式如下。

图4 复合式衬砌结构总安全系数法计算模型

施工阶段(无二次衬砌)

Kc=ηK1+K2。

(1)

运营阶段采用耐久性锚杆时，

Kop=ηK1+ξK2+K3；

(2)

运营阶段采用非耐久性锚杆时，

Kop=ξK2+K3。

(3)

式(1)—(3)中：Kc、Kop分别为施工阶段和运营阶段的总安全系数；K1、K2、K3分别为锚岩承载拱、初期支护、二次衬砌的安全系数；η为锚岩承载拱安全系数的修正系数；ξ为初期支护安全系数的修正系数。

该设计方法能够方便地计算出不同阶段隧道的安全系数。希望通过现场实测与模型试验进一步完善，为隧道定量设计提供一种便捷的计算方法。

2.2 隧道标准体系更趋完善

2.2.1 隧道修建环境越趋复杂，隧道结构类型日趋多样

从20世纪80年代到21世纪初，中国铁路建设标准较低，以速度为120 km/h客货共线山岭普速铁路隧道为主，受经济条件、建设水平限制，多为单线隧道，特长隧道和大跨度隧道极少，单线隧道开挖断面一般为50～60 m2，双线隧道开挖断面一般为80～100 m2。

进入21世纪后，随着国家经济的高速发展，高速铁路、城际铁路得以大规模建设。为适应中国地质及气候条件复杂多样的特点，以原始创新为主，在高铁长大隧道、复杂地质隧道等方面攻克了一系列世界性技术难题，系统掌握了不同地域环境、不同气候特点、不同地质条件下建造高铁隧道的成套技术。高速铁路必须采用大半径曲线，穿越山岭时路径选择灵活性差，因此，长、特长隧道，城市隧道及穿江越海隧道越来越多，如已建成的广深港高铁狮子洋隧道、西成高铁秦岭隧道群等100多座长度在10 km以上的长大高铁隧道。武广高铁、广深港客专、京张高铁等项目成功实现了隧道穿江越海、穿越城市建筑密集区，把铁路隧道建设从山区发展到复杂的城市地区，甚至是水下海底区域[8]。为响应国家“西部大开发”战略，青藏铁路、西格铁路、拉林铁路把隧道建设拓展到了高原高寒地区，解决了穿越高原冻土、冰碛体等系列难题。在云贵高原、川西高原建设了大瑞铁路、成兰铁路，把隧道建设拓展到了横断山脉地质构造运动强烈区，解决了深埋特长隧道、高烈度地震及活动断裂地区隧道修建等系列难题。隧道开挖断面日趋增大，高速铁路隧道开挖断面一般在70～160 m2，为满足功能要求，适应特殊地形地质条件，在一般隧道结构的基础上，攻坚克难，建成了超大跨隧道、变截面隧道、特殊基础隧道、桥台进洞隧道、高回填土隧道、小净距洞群隧道等多种特殊隧道结构型式。京张高铁八达岭长城地下站站端渡线段隧道开挖跨度达32.7 m，开挖断面达494.4 m2，是目前世界上跨度最大的交通隧道[9]。

2.2.2 隧道建设标准进步快，标准体系更趋完善

经过近40年的发展，中国铁路隧道建设标准已从40年前的以普速隧道(非电气化隧限-1A和电气化隧限-2A)为主，发展成为涵盖客货共线、高速、城际、重载、市域市郊等铁路隧道的完备标准体系。

普速单线隧道轨面以上净空断面小，一般为30～32 m2，以机车车辆限界及货物列车装载高度(高度不超过5 300 mm)控制，电气化铁路还需满足接触网悬挂、安装要求。原铁道部在2000年前后颁布了速度为120 km/h单、双线铁路隧道衬砌、明洞、洞门等系列标准图。

21世纪以来，随着对高速铁路的深入研究，形成了考虑空气动力学效应的高速铁路隧道设计方法，确定了控制瞬变压力的隧道净空面积建议值，制定了隧道洞口微气压波控制标准，提出了设置洞口缓冲结构、合理布置洞内辅助坑道或竖井，以缓解微气压波的工程措施。经过系列研究及工程实践，建立了速度为250、300、350 km/h的高速铁路标准体系，以及速度为120、160、200 km/h的客货共线铁路隧道系列标准体系。编制的主要标准设计达46项，涵盖了速度为160～350 km/h的单、双线铁路隧道衬砌、钢架、明洞、洞口等标准图。同时，经过研究和实践，建立了城际铁路、重载铁路等隧道的标准体系[4]。这些标准体系的建立和发展，丰富和完善了中国铁路隧道标准体系，使中国铁路隧道建设标准覆盖范围更广、适应能力更强。中国电气化铁路不同建设标准的隧道最小净空有效面积见表3。

2.3 隧道结构体系持续完善

隧道结构体系包含支护衬砌结构、防排水、建筑材料等。20世纪80年代以前，铁路隧道以传统矿山法的整体式衬砌为主，施工开挖后采用木支撑、喷混凝土锚杆支护等方式，施工方法以先拱后墙的台阶法为主要工法，衬砌类型包括大拱脚薄边墙衬砌、直墙衬砌、曲墙衬砌等，并有偏压衬砌、斜交洞口衬砌、车站大跨及燕尾式隧道衬砌等特殊类型，其主要特点是衬砌较厚、多为素混凝土、防排水措施简单。进入20世纪90年代，随着国家经济的快速发展及技术的进步，“新奥法”设计理念在铁路隧道修建中逐步推广，锚网喷支护、防排水及二次衬砌构成的复合式衬砌得到应用。进入21世纪以后，随着铁路隧道修建理念及建造技术的快速发展，铁路隧道系统建立了以“新奥法”理论为基础的复合式衬砌结构体系，并随着高速铁路隧道的大量工程实践，隧道结构体系得以持续完善[10]。

表3 中国电气化铁路不同建设标准的隧道最小净空有效面积

2.3.1 隧道衬砌结构形式的统一和完善

隧道衬砌主要由复合式衬砌和单层衬砌结构形式，中国铁路隧道主要采用复合式衬砌结构。复合式衬砌结构主要由初期支护和二次衬砌组成，其中初期支护承受施工期间的全部荷载，二次衬砌承受后期由围岩蠕变、初期支护损伤等因素增加的荷载，二者与周边围岩共同构成隧道支护结构，从而形成人工支护与围岩协同受力变形的隧道结构体系。20世纪90年代末，为了在铁路隧道建设中推广复合式衬砌，将隧道结构统一为曲墙结构形式，取消了直墙结构[4]，并废止了相关通用图。此后，各铁路项目的隧道设计开始采用自编的参考图，且形成了曲墙复合式结构的基本设计方法。

为满足铁路隧道快速发展的需要，统一铁路隧道建设标准，原铁道部再次组织标准图和通用图的编制，形成了速度为160、200、250、350 km/h等的系列通用图，并结合工程实践，不断的发展、完善和更新。

2.3.2 隧道结构防排水体系的发展完善

20世纪80年代，随着大量电气化铁路项目的建设，隧道防排水越来越受到重视。但是基于整体式衬砌的特点，更多的是利用结构自防水、施工缝构造防水，以及采用边墙脚泄水孔排水，对地下水发育段则采用人工砌筑盲沟排水或预埋管引排措施等。至20世纪90年代，开始逐步建立中国铁路隧道的防排水系统，采取局部防水板、衬砌后排水盲管、施工缝的止水条等措施。20世纪90年代末，随着复合式衬砌的大量使用，在拱墙范围初期支护和二次衬砌之间大规模使用防水板。此后，逐步研究确定了隧道防排水标准、防排水措施等，并初步构建防排水体系[11]。后来，在系统总结渝怀、宜万等铁路隧道建设经验的基础上，提出了由地表处理、围岩防渗、衬砌结构防水等因地制宜的隧道防水体系，结合不同的环境要求，将隧道分为防水型、控制排水型和排水型3种类型； 而针对排水型隧道，还建立了衬砌结构外和结构内的排水体系。

随着技术的进步及防水材料的发展，近些年还研发出了自粘式防排水板、自粘式防水板、自粘式止水带与防结晶排水盲管等一系列新材料[2]。自粘式防(排)水板革新了防水板铺挂工艺，解决了防水板脱落切割衬砌等突出问题，提升了铺挂工效和质量，大幅度提升了拱墙结构防排水能力。自粘式止水带提升了衬砌接缝防水能力，提高了止水带安装质量。防结晶排水盲管能有效缓解排水系统结晶堵塞，提升了排水能力与使用寿命。但是，这些新材料的应用效果尚需在工程实践中进一步验证和完善，隧道防排水系统的设置方案、防水材料、施工工艺等还有待进一步深化提升。

2.3.3 耐久性设计及建筑材料的发展

安全、高质量的发展要求，让铁路隧道更重视全寿命周期的安全问题。从21世纪初，开始构建铁路工程耐久性设计标准，并相应建立铁路隧道结构耐久性设计标准和要求。隧道二次衬砌的材料从20世纪的低标号素混凝土，发展到采用强度等级不低于C30的高性能混凝土，并建立了适应于各类侵蚀环境的结构耐久性设计对应措施，极大提升了隧道结构的质量。

喷射混凝土强度指标从早期的C20，发展到现在的C25、C30、C35，锚杆材料从一般的砂浆锚杆，发展到中空注浆锚杆、自进式锚杆、低预应力锚杆、让压锚杆等。随着川藏铁路的规划建设，适应能力更强、耐久性更好的建筑材料将不断地应用于铁路隧道建设中。

川藏铁路隧道工程遵照“主动控制的支护理念”，初期支护采用早高强喷射混凝土，锚固系统采用低预应力锚杆(索)[12-13]。预应力锚杆主要包括预应力实心锚杆、机械或粘结锚固的预应力空心锚杆等，可在安装完成后迅速张拉即刻产生锚固力，尽早约束围岩变形，延缓围岩松动圈(塑性区)发展过程，保持围岩参数及稳定性，防止围岩持续恶化。对于成孔困难的特殊围岩，研发了自进式锚杆，可实现钻孔、注浆同步施工。锚索主要为高预紧力高强度低密度锚索，合理支护密度、排布及预紧力的锚索支护对控制软弱围岩大变形具有良好的效果。锚固材料主要采用快凝早强的水泥基注浆材料、水泥卷锚固剂和树脂锚固剂，其凝结时间、抗压强度、限制膨胀率、氯离子含量等物理、力学和耐久性能优异，有利于实现快速锚固，提高锚杆的耐久性。

在高性能喷射混凝土方面，研发了新型无碱速凝剂和早高强掺合料，并在此基础上制备了高性能喷射混凝土。新型液体无碱速凝剂具有早期强度高、氯离子含量低、均质性好、与水泥兼容性好等特点。早高强掺合料具有早期强度高、后期强度持续发展的特点，通过添加适量的掺合料，可实现C30喷射混凝土8 h抗压强度≥10 MPa，1 d抗压强度≥15 MPa，且56 d强度保持率为100%。高性能喷射混凝土工作性能良好，可满足现场喷射施工要求，并具有快凝结、低粉尘、低回弹和早高强的特点，长期力学性能优异，且耐久性良好。

2.4 特殊岩土和不良地质隧道修建技术渐成体系

随着铁路隧道的快速发展，近40年在黄土地区、西南复杂山区、东北寒区、青藏高原等建成了大量的特殊岩土和不良地质隧道，在经过大量的科学探索和工程实践后，形成了独具特色的设计理论和方法，并已形成专项技术规范[2]，如《铁路黄土隧道技术规范》《铁路岩溶隧道勘察设计规范》《铁路挤压性围岩技术规范》《铁路瓦斯隧道技术规范》等，为大规模、高质量铁路隧道建设提供了强有力的技术支撑。

2.5 隧道风险管理体系日趋健全

铁路隧道工程发生各类风险的概率较其他工程大，且一旦发生，造成的损失较大。从2003年宜万铁路建设开始，针对高风险岩溶隧道，开展了隧道风险评估和分级管理的研究和尝试，在系统分析宜万铁路隧道工程特点的基础上，首次建立了岩溶隧道地质灾害危险性评价体系，将91座岩溶隧道划分为8座高风险隧道、26座中等风险隧道和57座低风险隧道，有效提升了宜万铁路岩溶隧道的风险管理水平[14]。后续在认真总结中国铁路隧道建设经验和教训的基础上，学习和借鉴国际先进标准，开展了必要的理论研究和调查统计工作，于2007年编制并颁布了中国第1部隧道工程风险管理办法——《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》。在此基础上，经过近10年的工程实践，于2016年编制并颁布了《铁路隧道工程风险管理技术规范》，形成了中国铁路隧道风险评估与管理体系。铁路隧道风险管理体系的建立有利于决策的科学化，提高了政府、业主、设计单位、施工单位的风险管理意识和风险管理能力，减少了工程事故的发生，达到了控制风险、减少损失的目的。

2.6 隧道运营防灾疏散救援体系逐步建立

随着大规模铁路隧道工程的建设，中国铁路隧道充分贯彻“以人为本”“安全第一”的思想，在借鉴国内外先进理念的基础上，通过太行山隧道(长27.839 km)、乌鞘岭隧道(长20.05 km)、吕梁山隧道(长20.785 km)、新关角隧道(长32.69 km)、西秦岭隧道(长28.236 km)等多座长大铁路隧道的建设实践和科学研究，建立了运营隧道防灾疏散救援标准和模式，形成了适应中国铁路隧道发展并具有中国特色的技术体系，填补了中国铁路隧道运营防灾的空白。

运营隧道防灾疏散救援体系可概括为“两设施两系统一模式”，如图5所示，即土建结构设施、机电设备设施、监控系统、管理系统及疏散模式。土建结构设施包括紧急救援站、横通道、紧急出口以及各类标线等； 机电设备设施主要为放置于隧道内的防灾风机风阀、应急照明、疏散指示与水消防设施； 监控系统通过在铁路运营公司机房内设置的各类服务器等，远程监视、管理、维护、控制机电设备设施； 管理系统可调动灾害条件下的应急预案，与疏散模式相结合，开展救援工作[15]。

目前，中国铁路行业已颁布了TB 10020—2017《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》，极大地促进了中国长大铁路隧道的安全发展。

图5 铁路隧道防灾疏散救援体系

2.7 隧道建造技术飞速发展

近40年来，随着中国制造业的崛起，铁路隧道施工技术与装备也取得了快速发展，为隧道的安全、快速施工提供了保障。

2.7.1 信息化设计施工技术方面

在近40年的发展历程中，通过不断总结铁路隧道工程施工信息化的实践经验，以安全和质量管理为主线，借鉴国内外工程施工信息化经验，形成了以超前地质预测预报、监控量测为主的信息化设计施工技术，编制并颁发了中国第1部隧道超前地质预报规程——《铁路隧道超前地质预报技术指南》(2008年)，第1部监控量测技术规程——《铁路隧道监控量测技术规程》(2007年)。

超前地质预报是隧道施工过程中必不可少的重要环节，对于防止隧道施工过程中的地质灾害、实现安全生产、提高施工综合效益具有重要的意义和作用。传统的超前探测方法主要集中在超前钻探、地震发射、电磁类、电法类等方面。近年来，随着钻孔设备的发展，超前探孔技术也得到了飞速发展，超前探孔长度从数十米到上千米均能实现。同时，一些新的隧道超前地质预报技术思想被提出(如隧道激发极化技术、隧道核磁共振技术、单孔定向雷达技术、地震波探水技术等)，对推动超前地质预报技术进步和提升工程服务能力起到了有益的积极作用。山东大学提出的可定量估算掘进面前方30 m内含水体水量的三极测深激发极化法、可识别并定位掘进面前方80 m内含水体的全空间瞬变电磁法，是在不良地质定量探测方面取得的重要进展，特别是提出了含水体水量估算的可行方法，建立了综合超前探测技术及体系[16-18]。上述成果在成兰铁路、成昆铁路、京张高铁等多个复杂地质条件的隧道工程中得到了较成功的应用，充分体现了超前地质预报技术的快速发展为中国铁路隧道的安全、高效建设提供了重要支撑。

现场监控量测是隧道施工的关键环节，是实现信息化设计施工的基础。传统的监测技术主要依靠人员进入施工现场，使用传统测量工具进行人工操作测量。近年来，随着自动化监控技术的提出与发展，出现了自动化全站仪监测技术、光纤传感技术、三维激光扫描技术、数字近景摄影技术、基于物联网的监测技术等，大大提高了监控量测的精度，为隧道信息化施工提供了可靠的基础数据。

信息化设计施工技术是目前铁路隧道建造的主流。通过超前地质预报和监控量测获得地质资料、围岩力学动态、支护工作状态等数据，利用多种手段进行数据整理和分析，判断围岩及支护结构体系的稳定性和工作状态，确定更符合围岩动态的支护参数和施工工法，以指导现场施工。近年来，随着信息化设计施工技术的发展，智能化建造技术也被提出，2020年在郑万高铁高家坪、保康、兴山、新华等4个标段围绕智能建造协同管理平台各大子系统成功开展了试验与验证，初步实现了隧道智能化建造的目的[19-20]。

2.7.2 钻爆法隧道辅助工法方面

中国铁路隧道常用的辅助工法主要有超前锚杆、超前小导管注浆、超前管棚注浆、洞内超前预注浆和地表注浆等。随着钻孔和注浆设备的发展，辅助工法的工效也大幅提升，特别是洞内超前注浆和地表注浆技术的发展，为处理隧道突泥(水)，加固软弱、破碎地层及塌方等不良地质提供了重要的技术手段。

洞内超前注浆技术适用性广、针对性强、作业灵活，随着工程需求和技术的发展，目前的主要工艺有前进式分段注浆、钻注一体化后退式分段注浆、水平袖阀管束精细化注浆、全孔一次性定压定流量注浆，可根据不同的地质特点和加固要求合理选择。受洞内超前注浆工效与工艺的影响，近些年洞外地面深孔注浆技术得到了快速发展，并广泛应用于各类软弱、富水、破碎岩质隧道的超前加固，注浆孔施工深度可达150 m，经过加固后的软岩隧道，月均开挖进尺达80 m[21-22]。洞内超前预注浆和地表注浆施工如图6和图7所示。

图6 洞内超前预注浆施工

上述技术已在京沈客专、哈牡高铁、蒙华铁路、银西高铁、太焦高铁、张吉怀铁路、川藏铁路等诸多项目中得到成功应用。

为适应工程注浆需要，钻孔、注浆机械设备也取得了较大的发展，钻孔设备由原来肩扛人抬的坑道钻机，发展为现在的履带式多功能钻机，其施工效率和钻孔能力得到大幅度提高。同时，注浆材料也从传统的普通水泥基注浆材料发展到快硬硫酸盐水泥基注浆材料，该材料凝结时间可控、早期强度高、抗分散性强，大大提高了超前注浆施工效率和堵水加固效果。

图7 地表注浆施工

注浆效果检查及评定方面，在传统的分析法、检查孔法、开挖取样法、变位推测法等基础上，发展了孔内成像、跨孔CT 等物探手段，从而使注浆效果的检查更加直观、客观。

2.7.3 钻爆法隧道机械化大断面施工技术

随着中国高速铁路的快速发展，高速铁路隧道施工技术取得了长足的进步，钻爆法隧道的机械化施工有了新突破，从单一工序机械化逐步转向全工序机械化。郑万高铁和成兰铁路机械化大断面隧道施工，实现了各级围岩条件下的全(大)断面开挖[6]，如图8所示。隧道机械化配套涵盖开挖、初期支护、防水、二次衬砌等各作业工区的主要工序，主要装备包括凿岩台车、锚杆钻机、湿喷机械手、钢架安装台车、自行式仰拱栈桥等，如图9所示。机械化施工能够加快施工进度、节约劳动力、减轻劳动强度、改善施工条件、提高工程质量、降低工程成本，是高速铁路钻爆法隧道施工的发展方向。机械化大断面隧道施工在中国铁路钻爆法的长大隧道建设中逐步得以推广应用。

(a) 全断面法(含仰拱)

(b) 微台阶法Ⅰ(上断面-仰拱)

(c) 微台阶法Ⅱ(含仰拱)

图9 隧道全工序机械化配套示意图

2.7.4 盾构法隧道施工技术

盾构法对地层的适应性较强，能适用于黏土、砂层、基岩等各种地层，在城市铁路隧道、水下铁路隧道修建中，其安全性、经济性优势明显。同时，为适应地质条件的复杂性，盾构设备由以往单一功能的土压盾构、泥水盾构等向双模式盾构、多模式盾构发展。

盾构隧道采用预制管片拼装及时形成衬砌结构，保证了隧道工程建设的安全可靠和优质。预制拼装结构具有建设速度快、质量好、绿色环保等优势。目前，盾构隧道内轨下结构也逐渐推广应用预制拼装结构，如京张高铁清华园盾构隧道等，实现了轨下结构的全预制拼装[23]。

管片由盾构自带拼装设备完成拼装，底部结构通过配套的箱涵拼装机完成，实现中箱涵和边箱涵的快速拼装施工。中箱涵块与块之间、边箱涵块与块之间均采用三元乙丙橡胶条进行密封。中箱涵和边箱涵安装如图10所示。

(a) 中箱涵安装

(b) 边箱涵拼装

采用此技术建造的隧道，洞内干净整洁，一次成洞，减少了轨下结构施作时间，施工效率大幅度提高，是今后盾构法隧道的发展方向[24]。

2.7.5 TBM法隧道施工技术

TBM集开挖、出渣、支护、通风除尘、导向等功能于一体，实现了长大硬岩隧道施工的工厂化作业。近40年来，中国采用TBM修建技术成功修建了秦岭隧道、磨沟岭隧道、桃花铺1号隧道、中天山隧道、西秦岭隧道等。自秦岭隧道TBM开工以来，国内对TBM相关技术难题展开研究，国家和部委层面持续部署多项科技计划，开展TBM设计施工中的基础科学问题研究，逐步构建并完善了中国TBM设计制造和设计施工的技术理论体系，为实现TBM自主设计、制造奠定了技术支撑。2010年后，以铁建重工、中铁装备为代表的国内厂家在大量工程项目的拉动下得到快速发展，国产掘进装备快速实现了从依赖进口到批量出口的转变，从2014年首台国产TBM下线并成功应用后，国产TBM已经完全占领国内市场，并占据国际大部分市场。

通过国内工程建设、设计、施工、装备制造等相关单位的共同努力，国产TBM在功能、造价、可靠性、自动化程度和地质适应性等方面有了很大提升，并在国内多个领域、不同地质条件的隧道工程中广泛应用，为中国今后TBM技术在铁路山岭隧道工程更大规模的推广应用奠定了基础[25-27]。

3 标志性重点隧道工程

3.1 衡广复线大瑶山隧道

衡广复线大瑶山隧道是中国第1座特长(长14.295 km)铁路双线隧道，且是第1次在长大隧道中采用“新奥法”的原理指导设计与施工的隧道。该隧道设置3座斜井和1座竖井，推行当时国内外最先进的大型机械，实现了钻爆、支护、装运等主要作业线的机械化施工。大瑶山隧道于1980年11月开工，于1988年12月建成，为中国隧道事业开辟了新纪元，填补了中国10 km以上隧道的空白，修建技术先后获原铁道部和国家科技进步特等奖。

大瑶山隧道的建设是“新奥法”原理在中国铁路隧道建设应用中的成功典范，也是中国铁路隧道建设新旧方法的转折点，是铁路隧道修建技术的一次大飞跃[28]。大瑶山隧道洞口如图11所示。

图11 衡广复线大瑶山隧道洞口

3.2 南昆铁路家竹箐隧道

家竹箐隧道是20世纪90年代中国西南复杂艰险山区最具代表性的隧道工程之一，全长4 990 m，是第1座煤系地层高瓦斯、煤与瓦斯突出及煤系地层软岩大变形隧道。隧道通过煤层段总长约981 m，实测最大瓦斯压力为1.58 MPa，最大瓦斯含量为20.17 m3/s，最大绝对瓦斯涌出量约为10.56 m3/min； 煤系地层大变形范围为390 m，实测拱顶最大下沉240 cm，侧壁内移160 cm，隧底上鼓80～100 cm，被称为当时铁路建设“天下第一险洞”。

隧道建设过程中通过设置高位平导、主副井等辅助坑道形成巷道式通风，采用远距离超前钻孔、瓦斯监测、瓦斯抽排放、防突揭煤等措施确保施工安全，运营阶段创立了瓦斯防治标准，配置了瓦斯自动监测及运营通风系统，保障了运营安全。针对煤系地层高地应力大变形问题，提出“加固围岩、改善变形、先柔后刚、先放后抗、变形留够、底部加强”的防治原则，采用了鸭蛋型衬砌、特长系统锚杆等综合防治措施[29]。家竹箐隧道洞口如图12所示，鸭蛋型大变形衬砌断面如图13所示。

图12 家竹箐隧道洞口

图13 鸭蛋型大变形衬砌断面(单位： cm)

家竹箐隧道于1993年4月开工，于1996年5月完工，该隧道的成功修建，极大地推动了中国瓦斯隧道及高地应力隧道建造技术的进步。

3.3 西康铁路秦岭隧道

西康铁路秦岭隧道长18.46 km，是中国当时最长的铁路隧道，为2条平行的单线隧道。Ⅰ线隧道采用2台直径为8.8 m的敞开式掘进机(TBM)施工，Ⅱ线隧道采用“新奥法”施工。西康铁路秦岭隧道是中国首座采用TBM施工的特长铁路隧道，实现了全程电脑监控，无爆破、无振动、无粉尘的工厂化快速掘进，达到国际先进水平，创造当时单口月掘进528 m和日掘进40.5 m 2项全国最高纪录，于1995年1月开工，于1999年9月贯通，于2000年8月开通运营[30]。该隧道荣获鲁班奖、詹天佑奖，秦岭特长铁路隧道修建技术荣获国家科技进步一等奖。

秦岭隧道的设计与施工以“高起点、高标准、高速度、高效益，决策科学化、施工规范化、作业标准化、管理现代化”为指导方针，使中国隧道由钻爆法施工上升到采用敞开式全断面掘进机(TBM)施工的新台阶，标志着中国铁路隧道机械化施工跨入世界先进行列，在20 世纪末为中国铁路隧道史树立起一座跨世纪的里程碑。西康铁路秦岭隧道洞口如图14所示。

图14 西康铁路秦岭隧道洞口

3.4 石太客专太行山隧道

太行山隧道是石太客运专线最长的隧道，长27.839 km，设计速度为250 km/h，是目前中国最长高速铁路山岭隧道，采用双洞单线形式。隧道修建面临高速铁路隧道断面有效净空面积标准、长段落膏溶角砾岩地层以及特长隧道防灾救援系统设置等技术难题[31]，于2005年6月开工，于2009年4月通车。通过该隧道的建设，构建了速度为250 km/h高速铁路隧道技术标准，建立了膏溶角砾岩隧道修建技术，首创了铁路隧道防灾救援疏散技术标准，相关成果纳入了《高速铁路设计规范(试行)》和《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》等标准中，为推动中国高速铁路隧道技术发展做出了重大贡献。石太客专太行山隧道洞口如图15所示。

图15 石太客专太行山隧道洞口

通车后，石家庄与太原间客车旅行时间由5 h缩短至1 h以内，区域客货运输结构得到完善，运输水平得到充分提升，对促进沿线社会进步，推动太行山以西地区与东部沿海地区的协同发展具有重要的意义，并被国际咨询工程师联合会授予“FIDIC2014年工程项目优秀奖”。

3.5 狮子洋水下铁路隧道

狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站至虎门站之间，穿越珠江入海口的狮子洋，是广深港铁路客运专线的关键工程。隧址处狮子洋江面宽度为6 100 m，隧道建筑全长为10.8 km，暗洞段长为10.49 km，最大水压力为0.67 MPa，按速度目标值350 km/h设计，最大纵坡20‰。由2条单线隧道组成，越江段采用盾构法施工，盾构段总长9 340双洞m。盾构隧道外径为10.8 m，轨面以上净空有效面积为66 m2。隧道内设置框架式板式轨道。盾构段采用4台泥水平衡式盾构施工，4台盾构两两相向掘进，地中对接，洞内解体。狮子洋隧道是目前国内里程最长、建设标准最高的第1座水下铁路隧道。狮子洋隧道纵剖面图如图16所示。

图16 狮子洋隧道纵剖面图

隧道于2006年5月开工，于2011年12月开通运营。该工程克服了行车速度快、掘进距离长、地质复杂多变、盾构地中对接、水压力大、安全标准高等诸多技术挑战，解决了大直径泥水盾构地中对接施工技术、复合地层基岩覆盖层厚度设计技术、复合地层大直径盾构长距离掘进技术、特长高铁水下隧道洞内紧急救援站技术等难题[32]，形成了系列创新成果，获得国家科技进步二等奖。

3.6 西格二线新关角隧道

新关角隧道是青藏铁路西宁至格尔木增建二线的重点工程，全长为32.69 km。隧道最大埋深为910 m，平均海拔为3 600 m，设计为2座平行的单线隧道，线间距为40 m，设计速度为160 km/h，采用钻爆法施工，共设置10座斜井，总长为15 350 m，是中国首座长度突破30 km的铁路隧道，于2007年11月开工建设，于2014年12月开通运营，是中国目前投入运营的高海拔第一长隧，也是世界高海拔第一长隧。新关角隧道的建成将该段越岭线路缩短了约37 km，列车运行时间由2 h缩短至20 min。新关角隧道平面示意图如图17所示。

隧道修建中克服了高原长距离施工通风、区域性宽大断裂带变形、长大段落高压富水带涌水、高原特长隧道运营防灾疏散救援安全等多项技术难题[33]，形成了高海拔特长隧道修建成套技术，项目荣获国际隧协(ITA)重大工程奖、菲迪克(FIDIC)优秀工程奖、青海省科技进步一等奖、中国铁道学会科学技术一等奖、中国建筑业协会和施工企业协会科学技术一等奖、中国土木工程詹天佑奖等多项国内外奖项。新关角隧道的成功修建，极大地推动了中国隧道技术的进步，为中国修建30 km以上特长隧道，尤其是高海拔特长隧道提供了良好的技术支撑。

图17 新关角隧道平面示意图

3.7 兰渝铁路西秦岭隧道

兰渝铁路西秦岭隧道长28.2 km，设计速度为200 km/h，位于甘肃省陇南市武都区境内。隧道最大埋深为1 400 m，设计为2条单线隧道，进口采用钻爆法施工，出口采用2台直径为10.23 m的开敞式TBM施工，是目前中国铁路建设史上TBM掘进最长的隧道，创造了大直径硬岩开敞式TBM月掘进843 m、周掘进235 m、日掘进42 m的世界纪录，同时也创造了大直径硬岩掘进机连续掘进14.9 km的最长掘进纪录。隧道于2008年9月开工建设，于2016年12月开通运营[34]。西秦岭隧道TBM装备如图18和图19所示。

西秦岭隧道首创了TBM掘进与二次衬砌同步施工技术，通过分阶段通风模式，很好地解决了大直径TBM施工20 km超长距离通风世界性难题，相关技术成果填补了中国大直径TBM快速长距离掘进技术的空白，推动了中国TBM产业的发展。

图18 TBM主机刀盘图

图19 隧道出口TBM拼装场地

3.8 郑西客专特大断面黄土隧道

郑西铁路客运专线全长为458 km，设计速度为350 km/h，是中国“八纵八横”高速铁路网的重要组成部分，是世界上第1条长距离穿越黄土地区的高速铁路，共有28座、总长为53 km的黄土隧道，隧道开挖断面达164 m2。郑西客专黄土隧道洞口如图20所示。

图20 郑西客运专线黄土隧道洞口

结合郑西高铁长为53 km的黄土隧道建设，克服了断面超大、浅埋段落长、黄土遇水软化、湿陷强烈等系列工程难题，建立了大断面黄土隧道稳定性控制技术体系，形成了大断面黄土隧道空间变形设计方法，开发了三台阶七步开挖工法等施工新技术[2]，相关研究成果获得国家科技进步二等奖。三台阶七步开挖工法示意图如图21所示。

图21 三台阶七步开挖工法示意图

3.9 宜万铁路岩溶高风险隧道

近年来，中国先后在岩溶地区建成了宜万铁路、贵广客专、沪昆高铁等铁路工程，积累了大量的高风险岩溶隧道修建技术。

宜万铁路是中国在岩溶地区修建的一条最具代表性的复杂山区铁路，线路全长为377 km，70%的线路穿越喀斯特地区，岩溶强烈发育，暗河系统四通八达，补给水源丰富。隧道工程遭遇体积超过1万m3的超大型溶洞48处、高压富水充填溶洞10处、水压大于2.0 MPa的高压富水大断裂8处，工程施工难度极大，风险极高，被国内外专家称为“世界级难题”。项目于2004年1月开工，于2010年12月建成运营。隧道建设过程中开展了大量科技攻关，攻克了复杂岩溶山区铁路工程建设重大技术难题，成功打通了沿江铁路蜀道，创造了世界铁路修建史上的奇迹。该项目首次开展了岩溶隧道风险评估和分级管理，创建了多种岩溶隧道支护新结构(见图22)，创新了高压富水充填溶洞隧道修建技术，取得了系列岩溶隧道修建技术成果[2，35]，如《宜万铁路高压富水大型充填岩溶及断裂带隧道修建技术》获中国铁道学会科学技术特等奖、《深埋岩溶隧道地质勘察综合技术》和《宜万铁路复杂山区岩溶隧道设计关键技术》获中国铁道学会科学技术一等奖。相关成果已纳入《铁路隧道超前地质预报技术规程》《铁路隧道工程风险管理技术规范》《铁路岩溶隧道勘察设计规范》等规范，促进了中国岩溶高风险隧道的建设。

另外，沪昆高铁、贵广客专等铁路建设中，隧道工程也遇到了大量的岩溶，进一步丰富了岩溶高风险隧道修建技术，如沪昆高铁朱砂堡2号隧道超大型空溶洞大体积空心混凝土回填技术等。

(a) 大型溶洞双向拱型新结构

(b) 超大型溶洞立柱支顶+双层框架式新结构

3.10 深港高铁城市地下车站隧道

深港高铁是中国第1条穿越既有城市中心区，并在密集中心区设站的全地下跨境高速铁路，由深圳福田站、香港西九龙站2座地下高铁站和益田路隧道、深港隧道组成，全长37.1 km，是京广深港高铁的重要组成部分。 福田站是中国第1座深埋于城市中心地下的铁路车站，是亚洲最大的地下火车站，面积仅次于美国纽约中央火车站[36]。福田站及相关工程平面图如图23所示。

图23 福田站及相关工程平面图

福田站为地下3层，共设8线4站台，长1 023 m，采用明挖法施工。基坑宽度达78 m，平均挖深为32 m，地处深圳市中心区，周围高楼林立，主体结构外侧离建筑物地下室最近距离仅为12 m，安全风险高。车站采用5跨3层大型地下结构，集明挖顺作、盖挖逆作于一体，结构复杂，施工组织协调难度大。与正在运营的地铁1号线和正在施工的地铁2号线、11号线垂直交叉； 下穿福华、福中、深南等5条城市干线，交叉干扰多。福田站剖面图如图24所示。

图24 福田站剖面图

益田路隧道长6 236 m，由明洞、盾构段、钻爆法段组成。深港隧道长3 886 m，由钻爆法段、盾构段组成。隧道大直径盾构下穿地层复杂，掘进控制要求高； 建筑物密集，变形控制及保护难度大。

该工程于2008年12月开工建设，深圳福田站段于2015年12月30日建成运营，香港西九龙站段于2018年9月23日建成运营。建设者们攻克了超大超深基坑支护体系与安全控制、大型客站特殊结构、核心城区复杂地层大直径盾构隧道系统设计建造、地下车站与隧道区间的综合防灾等关键技术，并研发了浅埋暗挖隧道新工法——先墙后拱交叉中隔壁法(即PBCRD工法)[37]，实现了高速铁路大断面隧道超小净距下穿运营地铁，相关成果荣获中国铁道学会科学技术一等奖、中施企协工程建设科学技术进步一等奖，该工程获得了菲迪克(FIDIC)年度工程优秀奖、鲁班奖和中国土木工程詹天佑奖。

3.11 京张高铁新八达岭地下车站隧道

新八达岭隧道是京张高铁最长的隧道，全长为12.01 km，设计速度为250 km/h，单洞双线，洞身最小埋深4 m，最大埋深432 m，连续穿越居庸关、水关、八达岭长城等重要风景名胜区。八达岭长城站是京张高铁的1座地下车站，设置在新八达岭隧道内，距离隧道出口3 km，位于八达岭风景区滚天沟停车场下方，毗邻八达岭长城。车站侧式站台有效长度为470 m，总建筑面积为6.83万m2，轨面最大埋深为102 m，两端渡线段隧道最大开挖跨度为32.7 m，最大开挖断面面积为494.4 m2，是目前开挖断面最大的交通隧道。车站地下部分为暗挖密集洞群，由下至上依次为站台层、进站层、出站层3层结构，含大小洞室78个、断面型式88种、洞室交叉口63处，洞室间最小岩墙厚仅为1.2 m，是目前世界上建设规模最大、埋深最大、开挖跨度和断面面积最大、洞室结构最复杂的地下暗挖高铁车站工程。新八达岭隧道于2016年4月开工建设，于2019年12月建成通车。八达岭地下车站剖面透视图如图25所示。八达岭地下车站超大跨隧道断面示意图如图26所示。

图25 八达岭地下车站剖面透视图

图26 八达岭地下车站超大跨隧道断面示意图(单位： m)

八达岭长城站是中国第1座暗挖高铁车站，具有“环保严、埋置深、跨度大、洞室密、地质差”5大特点，建设过程中面临“防灾救援疏散、环境和文物保护、超大跨隧道建造、密集洞室群建造”4大技术难题。经过科研攻关，建立了隧道下穿长城微震爆破和下穿风景名胜区环境保护技术，研发了深埋地下车站环境营造及防灾救援技术，提出了超大跨隧道围岩承载拱构件化设计方法、超大跨隧道“品”字形开挖新工法、高性能快速张拉预应力锚索新技术、超大跨隧道变形分步控制理论及控制标准，形成了软弱破碎围岩超大跨隧道及密集洞群修建技术，为今后类似工程建设提供了技术参考[9]。

4 发展方向及展望

近40年的成就表明，中国铁路隧道的数量和长度已占据世界铁路隧道之首，所处的地形地质、地域环境等也是世界上最复杂的，隧道工程类型、标准和功能涵盖齐全，技术成就斐然。然而随着中国经济进入高质量发展阶段，信息化、数字化、智能化等新技术的应用，使中国铁路隧道的发展迎来了新的机遇和挑战。

4.1 基于隧道围岩主动支护理念，进一步完善隧道主动支护体系

随着国外“新奥法”“挪威法”“新意法”等隧道建造理念的深入人心，大大促进了中国铁路隧道设计理论和方法的发展，隧道工程界逐渐认识到保护和充分利用围岩的自承能力是隧道建造的核心思想。从力学角度看，隧道支护的本质是将开挖后的围岩由二维应力状态转变为三维应力状态，从而抑制围岩松弛发展，提升围岩自稳性。

主动支护强调在围岩松弛前及时设置支护，对围岩进行主动保护、加固、改良，主要通过锚杆(索)等支护构件深入围岩内部，形成组合拱作用，改善围岩连续性，增强围岩的抗剪强度，从而保持、提升围岩的自支护能力。

川藏铁路雅安至林芝段分布有69座隧道，总长为842 km，工程规模巨大，地质条件异常复杂，且处于高原低压、缺氧等恶劣环境中。为满足隧道工程安全高效施工的需求，全线隧道采用主动支护体系，系统锚杆采用低预应力锚杆，初期支护采用早高强喷射混凝土[38-40]。希望通过川藏铁路隧道工程的建设，结合科研试验，进一步完善和推广隧道主动支护理念，完善中国特色铁路隧道修建技术体系。

4.2 尽快打通BIM+GIS在隧道勘察、设计、施工、运维全生命周期中应用的关键环节

随着BIM(Building information modeling)技术在全球的推广应用，近些年中国勘察设计单位和施工单位也在积极推进基于BIM的信息化建设，探索 BIM 技术在铁路隧道勘察设计、施工建设、安全运维全生命周期中的应用。目前，正由“建模为主”阶段向“多维度数据应用为主”阶段跨越。然而，BIM三维信息模型在尺度表达、一致分析、空间统一基准、整体定位等方面存在不足，而GIS(Geographic information system)是以空间三维可视化为基础，基于空间数据库技术，面向海量三维地理空间数据，集成地上、地下、洞内外完整的三维空间实体，具有强大的空间数据存储、管理、检索和分析功能。

因此，将BIM与GIS进行结合，将BIM模型集成到GIS场景中，充分发挥两者的优势，是今后隧道工程数字化、信息化发展的方向[41]。

4.3 稳步推进铁路隧道施工少人化(高风险工序无人化)的智能建造技术

近年来，随着劳动力成本的不断提高，隧道现场经验丰富的施工技术人员数量在逐年减少，隧道工程建设“以机代人”成为现实需求，少人化(甚至无人化)是未来隧道工程建设发展的必然趋势。在机械化、数据化、信息化、人工智能高度融合的基础上，发展具有自感知、自学习、自决策、自实施功能的机器人，进行隧道建造主要工序的智能化作业，对提高施工效率、保障施工安全、提高施工质量具有重要意义。

综合当前中国铁路隧道建设需求、现阶段技术水平及发展现状，铁路隧道智能化建造技术的发展趋势为： 随着智能化建造体系的试验与推行，不断积累完善各类地质条件下的隧道设计与施工方法，最终突破基于深度学习的隧道智能化建造技术理论，实现自学习、自适应的隧道智能化建造体系，随后建立动态感知、实施分析、精准决策、自主执行的隧道智能化建造体系，全面推广、实现隧道智能化建造。

目前，郑万高铁湖北段在隧道机械化大断面快速建造技术的基础上，初步构建了高速铁路隧道智能化建造技术体系，并成功进行了工点试验。川藏铁路雅安至林芝段新构造运动强烈，穿越新构造板块活动强烈的横断山区，地质条件极端复杂，特别是隧道岩爆段落长、等级高、危害大，加之高原低压、缺氧，为确保施工安全，推广智能化建造势在必行。

4.4 加快开发基于物联网技术的隧道智能运维新技术

随着中国铁路隧道工程数量的逐年增加，衬砌缺陷和病害也逐渐增多，高铁隧道安全运营风险压力突显，隧道运营维养需求远超现有维养能力，研发基于物联网技术的隧道状态智能监测、运维和病害整治技术迫在眉睫[42]，包括研发适用于隧道与地下工程的结构健康智能检测监测系统、基于大数据的隧道状态评估智能决策系统、高效率的隧道与地下工程维护技术及智能化装备等。

5 结语

近40年来，中国铁路隧道总体上建立了隧道规划、勘察设计、施工、运营维养等成套技术体系，在铁路隧道的建设规模、工程品质和科技创新等方面取得了重大成就。然而，在面对超长深埋隧道、川藏铁路高海拔隧道、城市复杂环境隧道、长距离海底隧道等方面，仍有大量的技术难题需要突破，尤其是在铁路山岭隧道智能化建造、运维等方面，还需要开展大量的科学研究和攻关工作，这是铁路隧道建设者的任务和责任。希望广大铁路隧道建设者齐心协力，继续发扬科技创新精神，推动中国铁路隧道建设事业取得更大发展。