為落實《交通強國建設(shè)綱要》相關(guān)領(lǐng)域的目標(biāo)任務(wù)，解決四川公路隧道“建得起”但“用不起”和“管不好”的難題，支撐川西高原高寒地區(qū)和高原山區(qū)公路建設(shè)創(chuàng)新，四川交通人總結(jié)了過去三十多年來公路隧道取得的技術(shù)進(jìn)步，分析了大規(guī)模隧道建設(shè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)，從建設(shè)和運營角度提出了技術(shù)創(chuàng)新的方向和思路。

四川已是交通大省，四川省公路總里程居全國第一，高速公路通車?yán)锍叹尤珖诙?，公路網(wǎng)規(guī)模居全國前列，但對標(biāo)《交通強國建設(shè)綱要》提出的“四個一流”，四川省尚存在三大短板，其中之一是區(qū)域發(fā)展不平衡，甘孜、阿壩未通鐵路，135個縣（市、區(qū)）中有8個縣區(qū)未通高速公路，集中在川西高原高寒地區(qū)和高原山區(qū)。

交通運輸部近日批復(fù)了四川省交通強國建設(shè)試點實施方案，同意在“高原山區(qū)公路建設(shè)創(chuàng)新”和“提升交通防災(zāi)減災(zāi)體系韌性”等6個方面開展試點，用3-5年時間，“高原山區(qū)公路網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成效明顯，在高原山區(qū)高速化公路設(shè)計、施工等方面形成成套技術(shù)”。力爭“在高原高寒、小交通量地區(qū)公路發(fā)展方面取得典型經(jīng)驗，并形成發(fā)展政策、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、管養(yǎng)指南等政策成果?！钡ㄎ鞲咴吆貐^(qū)和高原山區(qū)建設(shè)條件復(fù)雜、氣候惡劣、隧道規(guī)模巨大，如何實現(xiàn)長大公路隧道從“建得起”到“建得好”高質(zhì)量發(fā)展？如何保障大規(guī)模隧道群基于“用得起”的安全運營？

建設(shè)者以華鎣山隧道、泥巴山隧道、米倉山隧道和大涼山隧道等特長隧道，以及二郎山隧道、雀兒山隧道等高海拔隧道為代表的典型工程技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和技術(shù)進(jìn)步，總結(jié)成功經(jīng)驗和不足，分析目前隧道建設(shè)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，展望進(jìn)藏公路、川西地區(qū)公路等四川公路隧道未來發(fā)展趨勢，期望推動四川省乃至我國公路隧道高質(zhì)量發(fā)展，支撐交通強省、交通強國建設(shè)。

公路隧道的技術(shù)進(jìn)步

四川公路隧道經(jīng)過三十年的發(fā)展，截至2020年12月，四川省運營的公路隧道共計1356座，隧道長度約1570公里（左右行合計），如圖1所示。公路隧道經(jīng)歷了從無到有、從少到多、從短到長、從易到難的發(fā)展過程，主要分為四個階段。

圖1 2002年至2020年四川公路隧道建設(shè)規(guī)模

八十年代末是四川公路隧道建設(shè)的探索起步階段。以G76成渝高速公路的建設(shè)為代表，四川境內(nèi)龍泉山隧道（長780米）是中國大陸地區(qū)第一座高速公路隧道；現(xiàn)重慶境內(nèi)的中梁山隧道（長3167米）為中國第一座高速公路特長隧道和第一座采用豎井分段縱向式通風(fēng)的公路隧道；本路段還有縉云山隧道（長2529米），采用全縱向射流通風(fēng)。取得的主要成就一是探索基于以噴錨支護(hù)、發(fā)揮圍巖自身承載作用和監(jiān)控量測三大核心內(nèi)容的新奧法原理設(shè)計與施工，二是探索了公路隧道縱向式（全縱向分段送排式和全縱向射流）運營通風(fēng)。

九十年代是四川公路隧道建設(shè)的穩(wěn)步發(fā)展階段。廣安至鄰水高速公路華鎣山隧道（長4706米）為當(dāng)時中國20世紀(jì)最長的公路隧道，全縱向射流通風(fēng)突破新的長度；同時集“煤與瓦斯、巖溶、涌突水、斷層、高地應(yīng)力”等地質(zhì)病害于一體，為當(dāng)時地質(zhì)最為復(fù)雜的公路隧道，取得了巖溶地層注漿堵水技術(shù)與泄水洞等綜合排堵技術(shù)、煤層瓦斯揭煤防突技術(shù)和全縱向通風(fēng)技術(shù)等系列創(chuàng)新技術(shù)，引領(lǐng)了當(dāng)時國內(nèi)公路隧道設(shè)計與施工的最新水平。川藏公路二郎山隧道（長4180米）為當(dāng)時最長的低等級公路隧道，采用“主洞+平導(dǎo)”模式，創(chuàng)新了國內(nèi)二級公路特長隧道運營通風(fēng)和應(yīng)急救援新模式，和在高地應(yīng)力巖爆處治方面取得一定的經(jīng)驗。

二十一世紀(jì)前十年是四川公路隧道建設(shè)的快速發(fā)展階段。四川高速公路向盆周延伸，打通出省通道，呈現(xiàn)南向雅西高速泥巴山隧道和納黔高速敘嶺關(guān)等隧道群，東向鄰水至墊江高速明月山隧道，北向達(dá)陜高速大巴山隧道和西向都汶高速紫坪鋪隧道、G318線海子山至竹巴龍段隧道群（長11361米/7座）等典型隧道。泥巴山隧道突破了長度10千米級隧道的建設(shè)瓶頸，其基于構(gòu)造分區(qū)的深埋隧道綜合勘察技術(shù)和利用自然風(fēng)輔助通風(fēng)節(jié)能技術(shù)，為超長深埋隧道勘察和運營提供了有力的保障，為巴陜高速米倉山隧道、雅康高速二郎山隧道和汶馬高速獅子坪隧道等超長隧道建設(shè)提供了有力支撐。汶川地震災(zāi)后重建，公路隧道抗震研究和設(shè)計技術(shù)上新臺階。依托G318線拉納山隧道和波戈溪隧道（平均海拔3013米）、G317鷓鴣山隧道（海拔3400米）等高海拔隧道，測試研究提出超規(guī)范的通風(fēng)海拔修正系數(shù)，并在擠壓性變質(zhì)軟巖大變形處治方面取得了效果。

二十一世紀(jì)第二個十年是四川公路隧道建設(shè)的引領(lǐng)發(fā)展階段。四川公路建設(shè)提檔升級引領(lǐng)公路隧道上臺階，G85米倉山隧道（長13851米）建成，保障了四川北向出川通道暢通，雅康高速二郎山隧道和汶馬高速新鷓鴣山隧道建成，保障了甘孜和阿壩等進(jìn)藏通高速公路，取得了深大豎井建井新法、超長隧道洞內(nèi)交通交換帶、深埋隧道基于微震監(jiān)測的巖爆系統(tǒng)防護(hù)技術(shù)和利用斜井高差引水發(fā)電等系列創(chuàng)新成果，有力支撐了交通行業(yè)規(guī)范《公路瓦斯隧道設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》和四川省地方標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道豎井技術(shù)規(guī)程》的制定，確保超長隧道（隧道群）建設(shè)與運營安全。G317線雀兒山隧道（長7079米，海拔4380米）建成，川藏天險變通途，蜀道不再難，是四川高海拔隧道持續(xù)集成創(chuàng)新的集中體現(xiàn)，川藏公路二郎山隧道平導(dǎo)壓入通風(fēng)與逃生救援技術(shù)、G317線鷓鴣山隧道高寒隧道抗防凍技術(shù)，巴郎山隧道、雪山梁隧道、高爾寺隧道等系列高寒隧道設(shè)計施工技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，支撐了雀兒山隧道包括施工通風(fēng)、施工供氧等技術(shù)集成創(chuàng)新上臺階，總結(jié)形成了四川省地方標(biāo)準(zhǔn)《川西高原公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程》。天府機場八車道高速公路創(chuàng)新設(shè)計四洞十車道隧道，采用“2+3+3+2”車道布局，實現(xiàn)客貨分行、安全快捷舒適運行，保障隧道通行能力不降低，與八車道道路基本一致，并取得了大斷面扁平天然氣瓦斯隧道系統(tǒng)防護(hù)技術(shù)。

總之，四川公路隧道具有長度“長”、隧線比“大”、海拔“高”、埋深“深”的發(fā)展趨勢，積累了豐富的建設(shè)經(jīng)驗，探索了長大隧道的運維管理技術(shù)，具備建設(shè)更長公路隧道的技術(shù)能力，引領(lǐng)了超長隧道（隧道群）、復(fù)雜地質(zhì)隧道和高海拔隧道的技術(shù)進(jìn)步。

公路隧道的機遇與挑戰(zhàn)

對標(biāo)建設(shè)交通強省戰(zhàn)略，四川尚存在區(qū)域發(fā)展不平衡等突出問題，川西地區(qū)交通建設(shè)要補短板，要推動高原山區(qū)高速（化）公路建設(shè)，根據(jù)四川省高網(wǎng)2035《規(guī)劃》，未來將建設(shè)5000公里高速公路和1900公里高速（化）公路，主要布局在甘孜、阿壩、涼山三州地區(qū)，川西及高原山區(qū)地形起伏大、地震烈度高、地質(zhì)條件差、氣候惡劣，隧道是克服地形、躲避不良地質(zhì)的有力手段，必然會設(shè)置大規(guī)模的隧道，為構(gòu)建暢通安全的公路網(wǎng)，規(guī)劃了彭州至汶川高速公路，其中穿越龍門山的隧道長度超過20千米，總之，公路隧道占路線比例越來越大，如表1所示，給隧道發(fā)展帶來了良好的機遇，也給新時期公路隧道建設(shè)提出了更多新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在如下幾個方面。

公路隧道的建設(shè)約束條件越來越多，建設(shè)難度越來越大。隧道本身的埋深越來越大，出現(xiàn)2000m級大埋深公路隧道，穿越的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，可能面臨復(fù)雜的水、氣和高地應(yīng)力環(huán)境，伴隨異常的有毒有害氣體涌出、高壓涌突水（泥）、擠壓性大變形和高地應(yīng)力巖爆等現(xiàn)象。另外，受生態(tài)紅線和環(huán)境保護(hù)區(qū)等因素的限制，制約了隧道位置的選擇和隧道軸線方案的比選，給勘察、設(shè)計和施工帶來了較大困難。

公路隧道的建造品質(zhì)亟待提升。雖然目前公路隧道施工三臂鑿巖臺車鉆孔技術(shù)成熟，但受制于國家對炸藥的管控，不能采用散裝炸藥實現(xiàn)自動裝藥，同時超挖較多，制約了鉆爆法機械化施工的發(fā)展，仍然以人工手持風(fēng)鉆打眼的鉆爆法為主，施工機械化程度較低，掌子面作業(yè)人數(shù)較多，超欠挖等施工工藝控制困難，施工質(zhì)量波動較大，施工進(jìn)度較慢，而且當(dāng)遭遇隧道坍方、涌水突泥和瓦斯災(zāi)害等事故時，安全風(fēng)險損失極大。另外，隧道變形、開裂和滲漏水等質(zhì)量通病尚在，甚至在隧道開通運營短期內(nèi)存在襯砌掉塊和反復(fù)維修情況，耐久性極差，嚴(yán)重威脅行車安全。最后，對于超長隧道（隧道群）如何緩解駕駛疲勞和提高行車的舒適性的技術(shù)和手段有待于改進(jìn)和完善。

公路隧道的運營安全任重道遠(yuǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，隧道交通事故率在0.01~0.04次/百萬輛車之間，主要發(fā)生在隧道洞口段和下坡路段，尤其是小半徑曲線與下坡的組合路段事故率最高，據(jù)走訪調(diào)查廣安至臨水高速公路老山梁子隧道月最大交通事故超過30余起。交通事故形態(tài)主要為撞壁，占比約59.7%，其次是追尾和側(cè)翻，分別占了15.0%和13.4%，在川西及高原山區(qū)高海拔大高差長大縱坡或惡劣氣候等不利條件下，會增加隧道運營交通事故甚至火災(zāi)事故的概率。另外，由于川西及高原山區(qū)山高坡陡，構(gòu)造復(fù)雜，地震烈度高，洞口面臨難以治理的高位崩塌落石等不良地質(zhì)的威脅，如都汶和汶馬高速等進(jìn)藏公路，山區(qū)路網(wǎng)運行安全對公路隧道安全運行提出新的要求。

公路隧道“用不起”與“管不好”問題突出。隧道相對其它構(gòu)造物運營能耗大、運營費用高和維修管理難度大，而且一直以來缺乏運營技術(shù)技能管理人才。對于偏遠(yuǎn)的川西高原高寒地區(qū)和高原山區(qū)低交通量隧道，傳統(tǒng)的運營模式會加劇運營費用缺口更大和運營管理缺失，隧道面臨“建得起”但“用不起”和“管不好”的難題。

公路隧道的創(chuàng)新展望

引進(jìn)消化和吸收石油行業(yè)水平定向鉆孔技術(shù)，解決大埋深隧道和地表不能鉆探的難題。石油行業(yè)水平定向鉆孔技術(shù)成熟，如圖2所示，近年來已在個別隧道中應(yīng)用，鉆孔速度快，結(jié)合攝像和視頻，效果較好，但取芯和深孔原位測試較困難，尤其是超長距離水平定向鉆探連續(xù)取芯、深埋地質(zhì)高精度鉆進(jìn)定位系統(tǒng)及導(dǎo)向控制等技術(shù)還需要進(jìn)一步研究。因此應(yīng)研究公路隧道現(xiàn)行規(guī)范勘察的要求與水平定向鉆孔技術(shù)的相互適應(yīng)性，對于一些困難較大且結(jié)果影響較小的技術(shù)要求，可選擇性地突破勘察規(guī)范。

圖2 水平定向鉆施工示意圖

強化總體設(shè)計，研究高原山區(qū)公路隧道關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。把握區(qū)域交通流特征、四川盆周山區(qū)獨特的地形地質(zhì)和氣候特點，研究長度20km級公路隧道新“主洞+平導(dǎo)”等級公路特長隧道建設(shè)模式，采用三洞六車道隧道布設(shè)，貫通平導(dǎo)既做逃生通道，又可兼做潮汐式交通的通行，確保通行能力，降低建設(shè)難度，節(jié)省投資。隨著新能源汽車、車路協(xié)同和自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，未來汽車排污量越來越低，汽車交通流更加有序，應(yīng)加強研判未來交通發(fā)展趨勢，分析隧道合理縱坡、斷面尺寸運營通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)。

 推廣隧道施工機械化，逐步實現(xiàn)隧道信息化和數(shù)字化智能建造。川西及高原山區(qū)面臨高海拔、低氣溫、低氣壓和低含氧量“一高三低”的建設(shè)條件，隧道施工機械化是降低勞動強度、保障施工安全與施工質(zhì)量和提高施工效率的有力手段。對于軟巖，在總結(jié)卓克基至小金公路夢筆山隧道銑挖機施工的基礎(chǔ)上，推廣應(yīng)用在煤礦行業(yè)成熟的銑挖機開挖技術(shù)，電力驅(qū)動，同時配備多功能鉆機、拱架安裝臺車、機械手濕噴機、仰拱棧橋臺車和智能二次襯砌模板臺車等鉆爆法施工機械作業(yè)線，實現(xiàn)鉆爆法機械化施工。對于硬巖，應(yīng)聯(lián)合各方克服目前三臂鑿巖臺車鉆孔快但人工裝藥慢及超挖問題，研究局部破碎圍巖段預(yù)先快速加固后再開挖技術(shù)，實現(xiàn)隧道全斷面開挖，再輔以拱架安裝臺車、機械手濕噴機、仰拱棧橋臺車和智能二次襯砌模板臺車等鉆爆法施工機械作業(yè)線，實現(xiàn)鉆爆法機械化施工。在樂西高速大涼山1號隧道平導(dǎo)采用全斷面隧道掘進(jìn)機(Tunnel Boring Machine，TBM)建造的基礎(chǔ)上，應(yīng)聯(lián)合制造廠商、設(shè)計與施工研究改進(jìn)TBM對公路隧道較大斷面和多樣地質(zhì)等方面的適應(yīng)性。探索公路隧道基于BIM+GIS技術(shù)的融合與集成，從隧道建造的機械化，到全壽命周期成本建造、運維和管理的信息化和數(shù)字化，逐步實現(xiàn)智能建造，確保公路隧道的品質(zhì)。

探索超長隧道（隧道群）運營安全控制與管理成套技術(shù)。國內(nèi)在運營最長公路隧道為長約18千米的終南山隧道，與鐵路隧道平行布設(shè)，本身布設(shè)為左右行分離的雙洞，左右洞互為救援通道，其采取單獨收費及運營模式，管理人員多達(dá)300余人，并配置專業(yè)的消防救援隊伍，在隧道內(nèi)設(shè)置兩處微型消防站，每處消防站每班配置3人及3輛消防摩托，能3分鐘內(nèi)到達(dá)著火點迅速撲滅15MW左右的火災(zāi)規(guī)模；另外，通過大力宣傳，引導(dǎo)洞外到洞內(nèi)再到洞外的區(qū)段限速，讓多個無規(guī)則的交通車流趨于規(guī)則，經(jīng)調(diào)查，運營13年以來只發(fā)生過一起小型車事故，比相鄰路段的西漢高速隧道群運營安全性極大的提高。因此，超長隧道的運營安全，不僅僅與技術(shù)有關(guān)，而且與管理有較大關(guān)系，有必要開展運營安全控制與管理成套技術(shù)研究，制定公路隧道運維管理指南、人才培養(yǎng)模式和管養(yǎng)技術(shù)等。

因地制宜，開源節(jié)流隧道能耗。一方面，充分利用隧址區(qū)水和太陽光資源，開發(fā)和利用新能源輔助隧道通風(fēng)照明，在泥巴山隧道、米倉山隧道和二郎山隧道研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)推廣自然風(fēng)有效利用的通風(fēng)技術(shù)；另一方面，研究低交通量隧道通風(fēng)照明標(biāo)準(zhǔn)及開發(fā)相應(yīng)技術(shù)，如基于交通量動態(tài)匹配的智能運行通風(fēng)照明，基于視線誘導(dǎo)的低照度照明技術(shù)，基于位置感、距離感、方向感和速度感的多維無燈節(jié)能照明技術(shù)，基于交通流特征對通風(fēng)照明的運行管控技術(shù)，如巴朗山隧道和雪山梁隧道明顯特征的旅游交通。

公路隧道建設(shè)創(chuàng)新未來可期

公路隧道經(jīng)過三十多年的發(fā)展，具備埋深2000米級超深埋和長度20千米級超長公路隧道的建設(shè)技術(shù)能力，地表難以實施傳統(tǒng)垂直鉆探的隧道，可引進(jìn)消化和吸收石油行業(yè)水平定向鉆探技術(shù)。

超長隧道（隧道群）應(yīng)分段管養(yǎng)，設(shè)置洞內(nèi)交通轉(zhuǎn)換帶及微型消防站。長度20千米級公路隧道新“主洞+平導(dǎo)”等級公路特長隧道建設(shè)模式，采用三洞六車道隧道布設(shè)，貫通平導(dǎo)既做逃生通道，又可兼做潮汐式交通的通行，確保通行能力，降低建設(shè)難度，節(jié)省投資。

隧道施工機械化是隧道品質(zhì)的有力保障，公路隧道基于BIM+GIS技術(shù)的融合與集成是未來智能建造與智慧管養(yǎng)的基礎(chǔ)。

隨著未來新能源汽車的發(fā)展、車路協(xié)同和自動駕駛技術(shù)的推廣，可能會顛覆公路隧道的通風(fēng)和照明現(xiàn)狀，公路隧道能耗會有較大幅度的降低；同時就地水電和光伏等新能源的利用，可有效解決公路隧道“用不起”的難題。

公路隧道運營安全控制與管理成套技術(shù)是公路隧道運營安全的有力保障，重在落實和演練，實現(xiàn)對公路隧道運營的“管得好”。

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