張頂立，孫振宇

(北京交通大學(xué) 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044)

截至2017年底，中國(guó)建成通車的高速鐵路隧道總長(zhǎng)度約 4 537 km，占高速鐵路線路總長(zhǎng)的約18.1%。作為支撐高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的重點(diǎn)學(xué)科，隧道工程也隨著高速鐵路的修建得到了快速發(fā)展，同時(shí)為中國(guó)高速鐵路的技術(shù)進(jìn)步增添了動(dòng)力。正是有了長(zhǎng)大隧道、各種復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道修建技術(shù)的進(jìn)步，才使高速鐵路采用大曲線半徑進(jìn)而使高速列車穿山越嶺成為可能。因此從某種意義上而言，沒(méi)有隧道技術(shù)的進(jìn)步，就沒(méi)有今天的高速鐵路[1]。

高速鐵路通常采用直線或大半徑曲線，很難繞避不良地質(zhì)或障礙物，這給隧道工程帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。與普速鐵路隧道相比，高速鐵路隧道的主要特點(diǎn)有：①隧道斷面大。高速鐵路隧道凈空有效面積、斷面形式、洞口形式等主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比普速鐵路隧道高，由此造成不同空間位置處的圍巖參數(shù)差異性較大，圍巖結(jié)構(gòu)不確定性程度較高，無(wú)法采用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。②長(zhǎng)隧道多。高速鐵路選線設(shè)計(jì)時(shí)曲線半徑大，往往出現(xiàn)大量的長(zhǎng)隧道。由于隧道線路長(zhǎng)而施工工期緊，要求隧道施工速度快，從而對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和施工質(zhì)量提出更高要求。③地質(zhì)條件復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)極高。在普速鐵路選線設(shè)計(jì)中遇到不良地質(zhì)時(shí)，可采用小半徑曲線規(guī)避繞行，選擇地質(zhì)條件相對(duì)較好的地段開(kāi)挖隧道。而高速鐵路線路曲線半徑大，難于規(guī)避不良地質(zhì)體，從而增大了隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)。④可靠性要求高，耐久性控制嚴(yán)格。高速鐵路列車運(yùn)行速度快，隧道內(nèi)一旦出現(xiàn)病害，將是巨大的安全隱患。同時(shí)，高速鐵路一旦發(fā)生安全事故，往往成為社會(huì)輿論關(guān)注的焦點(diǎn)，社會(huì)影響深遠(yuǎn)。因此，高速鐵路對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性要求更高，也更嚴(yán)格。

盡管我國(guó)隧道工程修建技術(shù)在一定程度上得到了提升，但也面臨諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)與瓶頸，如尚未建立完善的隧道修建理論體系，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與施工缺乏系統(tǒng)的理論支撐，隧道運(yùn)營(yíng)期病害問(wèn)題仍比較突出，從而危及隧道結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期安全性。根本原因在于對(duì)圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)-圍巖系統(tǒng)協(xié)同作用、圍巖和結(jié)構(gòu)劣化機(jī)理及相互間作用機(jī)制等問(wèn)題研究尚不夠深入，仍需進(jìn)一步研究和突破，以滿足日益增長(zhǎng)的高速鐵路隧道建設(shè)需求。為此，本文從高速鐵路隧道建設(shè)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題出發(fā)，并對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，指出高速鐵路隧道建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢(shì)，為高速鐵路隧道的設(shè)計(jì)、施工以及相關(guān)研究提供參考。

1 高速鐵路隧道的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題與研究進(jìn)展

隧道設(shè)計(jì)和施工的核心內(nèi)容是采用合理的支護(hù)方式促使圍巖盡快實(shí)現(xiàn)平衡而不致發(fā)生失穩(wěn)破壞，因此，對(duì)于高速鐵路隧道而言，其關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題包括隧道圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)與圍巖的作用關(guān)系和支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力響應(yīng)機(jī)制3個(gè)方面，其中圍巖穩(wěn)定性的分析和判別是隧道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，支護(hù)與圍巖作用體系的深化研究是支護(hù)設(shè)計(jì)的前提，而支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力響應(yīng)機(jī)制則是隧道結(jié)構(gòu)抗震和耐久性設(shè)計(jì)的保障[2]。

1.1 隧道圍巖變形和破壞規(guī)律研究

隧道圍巖變形機(jī)理的研究進(jìn)展和巖體力學(xué)的發(fā)展存在著緊密的關(guān)系，隧道圍巖變形和破壞機(jī)制的研究是巖體力學(xué)研究的重要內(nèi)容，巖體力學(xué)的發(fā)展為隧道圍巖變形機(jī)理的研究提供了理論基礎(chǔ)。

目前，隧道圍巖變形機(jī)理的研究大體上采用3種方法：①將隧道圍巖視為均勻的各向同性體，利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論處理隧道工程中遇到的巖體力學(xué)問(wèn)題。②仍將巖體視為一種連續(xù)介質(zhì)材料，但考慮巖體被裂隙切割，利用其力學(xué)性質(zhì)變化的特點(diǎn)來(lái)處理隧道工程中遇到的問(wèn)題。③將巖體視為“巖體結(jié)構(gòu)”，以巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)效應(yīng)、巖體力學(xué)性質(zhì)、巖體變形和巖體破壞為基礎(chǔ)，采用巖體結(jié)構(gòu)控制技術(shù)來(lái)研究和處理隧道工程中遇到的問(wèn)題。

對(duì)于隧道圍巖變形機(jī)理的研究，上述理論均有一定局限性，且所研究對(duì)象基本為完整巖體，而隧道工程問(wèn)題多出現(xiàn)在碎裂巖體和土體中。因此，結(jié)合上述理論和隧道工程的實(shí)際情況進(jìn)行圍巖變形機(jī)理的研究是十分重要的。

圍巖穩(wěn)定性研究與前述的圍巖變形機(jī)理的研究密切相關(guān)。這是內(nèi)在的、客觀的因素，同時(shí)也受到外部的、人為的因素(如隧道尺寸、埋深、施工方法等)的強(qiáng)烈影響，這使得圍巖穩(wěn)定性的理論研究難度極大。從目前的研究結(jié)果看，大都將研究重心放在圍巖本身所具有的承載能力上，而后引入外部因素對(duì)圍巖進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圍巖本身所具有的承載能力，一般以自穩(wěn)時(shí)間表示，或采用無(wú)支護(hù)跨度或圍巖相對(duì)裂隙間距表示，但這些指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用中都有其局限性。在量測(cè)技術(shù)快速發(fā)展的今天，圍巖松弛范圍也作為一種表示方式。隨著開(kāi)挖深度的增加，越來(lái)越多地發(fā)現(xiàn)初始地應(yīng)力場(chǎng)與圍巖強(qiáng)度比也是判定圍巖穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。而以“巖體結(jié)構(gòu)”觀點(diǎn)為代表的學(xué)派，則認(rèn)為圍巖穩(wěn)定性受圍巖結(jié)構(gòu)的控制，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的圍巖，其穩(wěn)定性具有本質(zhì)區(qū)別。可見(jiàn)，如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)圍巖本身的自穩(wěn)能力是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

1.2 隧道支護(hù)與圍巖作用體系研究及設(shè)計(jì)方法

目前，新奧法已成為我國(guó)隧道工程設(shè)計(jì)施工的主要方法之一。其核心技術(shù)是以噴混凝土和錨桿作為初期支護(hù)，與圍巖共同承受隧道開(kāi)挖后的附加荷載，同時(shí)，在整個(gè)施工過(guò)程中，根據(jù)量測(cè)結(jié)果及時(shí)變更設(shè)計(jì)和施工參數(shù)，確保施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

20世紀(jì)80年代初意大利Lunardi教授[3]提出了新意法。該工法將主要注意力放在掌子面前方一定范圍內(nèi)的圍巖穩(wěn)定上，通過(guò)控制掌子面前方圍巖變形，來(lái)減小隧道開(kāi)挖后的圍巖變形量。

我國(guó)學(xué)者在上述領(lǐng)域中，也有大量研究成果，如軸變論、聯(lián)合支護(hù)理論、錨噴弧板支護(hù)理論、松動(dòng)圈理論、主次承載區(qū)支護(hù)理論、軟弱圍巖工程力學(xué)支護(hù)理論等，但應(yīng)用情況均不理想，具有一定局限性。

從當(dāng)今國(guó)內(nèi)外地下工程的設(shè)計(jì)實(shí)例來(lái)看，大致可概括為3種設(shè)計(jì)方法[4]：

1)以圍巖分級(jí)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。這是各國(guó)普遍采用的方法，實(shí)質(zhì)上屬于半經(jīng)驗(yàn)、半理論的設(shè)計(jì)方法。隧道工程的基本特點(diǎn)是圍巖地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，要取得準(zhǔn)確的地質(zhì)、圍巖參數(shù)、設(shè)計(jì)荷載參數(shù)等數(shù)據(jù)極其困難，且一些施工技術(shù)的機(jī)理復(fù)雜，如錨噴支護(hù)等，當(dāng)前對(duì)其研究尚不完善且計(jì)算理論不太成熟。因此，在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期內(nèi)，這種依賴圍巖分級(jí)的設(shè)計(jì)方法仍將起很大作用。這種設(shè)計(jì)方法的可靠性決定于圍巖分級(jí)的可靠性。因此，圍巖分級(jí)方法也是各國(guó)研究的重點(diǎn)。其設(shè)計(jì)程序?yàn)椋悍治龉こ痰刭|(zhì)情況，對(duì)擬建工程進(jìn)行圍巖分級(jí)，以圍巖級(jí)別為依據(jù)，按有關(guān)規(guī)范[5]提供的參數(shù)表或類似工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，查出支護(hù)參數(shù)，以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)繪制施工圖?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)往往都是半定量設(shè)計(jì)，即只給出支護(hù)參數(shù)范圍，設(shè)計(jì)者必須以豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)作出合理判斷，不能一味以安全保險(xiǎn)為目的選用最大值，否則就失去了類比設(shè)計(jì)給出的一定范圍的價(jià)值，造成大量浪費(fèi)。

2)以解析理論為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。盡管經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法簡(jiǎn)單易行，且只要地質(zhì)條件吻合，則設(shè)計(jì)可靠性也較高。但由于隧道工程的復(fù)雜性，如圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜，以及對(duì)無(wú)經(jīng)驗(yàn)可參考的大斷面隧道和特殊地質(zhì)條件的隧道，只能采用解析方法進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，或者用解析方法對(duì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的參數(shù)予以解析驗(yàn)證，甚至要進(jìn)行專門的試驗(yàn)研究[6]。

采用理論方法的設(shè)計(jì)程序?yàn)椋悍治龉こ痰刭|(zhì)情況，對(duì)擬建工程進(jìn)行圍巖分級(jí)，選定結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，初步擬定結(jié)構(gòu)截面尺寸，確定結(jié)構(gòu)所受的圍巖壓力，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，截面配筋設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算及安全性評(píng)價(jià)，繪制結(jié)構(gòu)施工圖[7]。其中結(jié)構(gòu)計(jì)算模型選定、輸入計(jì)算用的各種參數(shù)是關(guān)鍵。要綜合考慮圍巖地質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)形式、洞室跨度、埋深、擬采用的施工方法等一系列因素，力求使計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際受力情況。

3)以量測(cè)信息為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，即信息化設(shè)計(jì)方法。地下工程設(shè)計(jì)由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、基礎(chǔ)信息缺乏，無(wú)論采用理論計(jì)算法或工程類比法，依據(jù)目前的技術(shù)水平，都不可能得到十分準(zhǔn)確的結(jié)果。另外，由于工期、經(jīng)費(fèi)、勘測(cè)手段等因素的限制，在開(kāi)挖前不可能將地質(zhì)信息等施工中可能出現(xiàn)的因素徹底厘清，而必須通過(guò)開(kāi)挖后所揭示的地質(zhì)條件對(duì)圍巖級(jí)別進(jìn)行再認(rèn)識(shí)和再確定，如此將嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)和施工決策的可靠性。設(shè)計(jì)文件中所擬定的斷面尺寸、結(jié)構(gòu)形式、支護(hù)參數(shù)、預(yù)留變形量、施工方法等設(shè)計(jì)參數(shù)均不是一成不變的，需要在開(kāi)挖過(guò)程中重新評(píng)估和確認(rèn)，必要時(shí)需作調(diào)整或修正[8]。因此，隧道工程的設(shè)計(jì)無(wú)法在開(kāi)工前就一步到位，這是隧道工程有別于其他土木工程的重要特征。正因如此，目前在隧道工程設(shè)計(jì)中，廣泛采用經(jīng)驗(yàn)借鑒、理論分析、現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)、信息反饋、超前預(yù)報(bào)和動(dòng)態(tài)調(diào)整相結(jié)合的信息化設(shè)計(jì)方法，也即動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法。

1.3 隧道結(jié)構(gòu)體系的長(zhǎng)期安全性

隧道結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期安全性與其所處環(huán)境、材料組成、結(jié)構(gòu)本身等諸多方面有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，隨著結(jié)構(gòu)物使用年限的增加，由于外部條件的變化和養(yǎng)護(hù)維修管理不善，結(jié)構(gòu)物會(huì)慢慢劣化，其性能必然降低，此劣化程度視各種條件有很大的差異[9]。

西方國(guó)家建設(shè)和運(yùn)營(yíng)隧道的經(jīng)驗(yàn)表明，重視基礎(chǔ)設(shè)施的耐久性有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。我國(guó)鐵路隧道、公路隧道、城市隧道工程也不例外，很多隧道運(yùn)營(yíng)后不久就進(jìn)行大修，嚴(yán)重時(shí)不僅影響正常使用，還會(huì)演變?yōu)闈撛诘陌踩[患。這更說(shuō)明了重視隧道結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)和進(jìn)行結(jié)構(gòu)耐久性的研究是必要的。

此外，高速鐵路隧道在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生2方面的動(dòng)力影響：①氣動(dòng)作用對(duì)隧道拱墻結(jié)構(gòu)的影響;②列車振動(dòng)對(duì)仰拱結(jié)構(gòu)的影響。而無(wú)論是拱墻還是仰拱承受的作用，最終都將傳遞至圍巖。

圍巖在長(zhǎng)期的列車動(dòng)力作用影響過(guò)程中，參數(shù)發(fā)生劣化，形成附加荷載作用于隧道結(jié)構(gòu)上。初期支護(hù)結(jié)構(gòu)作為和圍巖之間聯(lián)系著的結(jié)構(gòu)必然受到圍巖劣化的影響，所受荷載增加，并傳遞至二次襯砌，降低支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的安全性[10]。列車動(dòng)力作用是一個(gè)長(zhǎng)期往復(fù)的過(guò)程。在這一過(guò)程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖形成了一個(gè)交互作用的體系，最終體現(xiàn)為服役性能的下降。

既有成果對(duì)評(píng)估圍巖損傷、襯砌性能下降都有一定的借鑒作用，但無(wú)法指導(dǎo)高速鐵路隧道長(zhǎng)期安全性評(píng)價(jià)。原因在于：①高速鐵路列車氣動(dòng)效應(yīng)作用的主要部位是隧道的拱墻結(jié)構(gòu)，拱墻和仰拱之間存在一定的連接，二者相互作用。②列車動(dòng)載主要集中在仰拱，仰拱圍巖在長(zhǎng)期作用下發(fā)生劣化，導(dǎo)致作用在仰拱結(jié)構(gòu)的荷載增加。③圍巖劣化、拱墻結(jié)構(gòu)變形、仰拱結(jié)構(gòu)損傷，三者交互作用，形成附加荷載，導(dǎo)致了承載能力和耐久性能降低。

2 現(xiàn)有研究存在的主要問(wèn)題

在“十二五”期間，國(guó)家自然基金委與原鐵道部設(shè)立了“高速鐵路基礎(chǔ)研究聯(lián)合基金”，隧道方面部署了4個(gè)課題，積極開(kāi)展了隧道服役行為及安全風(fēng)險(xiǎn)控制研究，深化了隧道極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用，推進(jìn)了交叉隧道動(dòng)力特性及結(jié)構(gòu)安全性理論研究，為提高鐵路隧道建設(shè)水平和工程質(zhì)量提供了技術(shù)支撐。但對(duì)于上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，無(wú)論從研究深度還是廣度上看，都無(wú)法滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)的高速鐵路隧道大規(guī)模建設(shè)需求，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1)對(duì)隧道圍巖工程響應(yīng)機(jī)理缺乏系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)。對(duì)高速鐵路隧道圍巖變形機(jī)制和失穩(wěn)模式的認(rèn)識(shí)較模糊，也缺少圍巖穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，且圍巖變異性影響未予考慮。設(shè)計(jì)時(shí)偏于安全考慮致使工程措施越來(lái)越保守，工程投資難以有效控制。

2)對(duì)隧道支護(hù)的本質(zhì)作用認(rèn)識(shí)不清。工程實(shí)踐證實(shí)初期支護(hù)是確保圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵工序，而目前對(duì)于超前支護(hù)、初期支護(hù)和二次襯砌的分工和合作關(guān)系尚不明確，對(duì)于各項(xiàng)支護(hù)作用的本質(zhì)、目標(biāo)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺乏清晰的認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)初期支護(hù)的作用認(rèn)識(shí)不足，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖作用的力學(xué)特性和變形控制機(jī)理認(rèn)識(shí)不清，僅強(qiáng)調(diào)二次襯砌結(jié)構(gòu)荷載校驗(yàn)，而忽略初期支護(hù)及超前預(yù)支護(hù)的作用，這與事實(shí)嚴(yán)重不符。而隧道設(shè)計(jì)理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，隧道設(shè)計(jì)多依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，缺乏準(zhǔn)確的量化設(shè)計(jì)方法，實(shí)施的工程措施難以可靠地控制圍巖的穩(wěn)定，特別是在高速鐵路大斷面隧道中，致使施工安全事故時(shí)有發(fā)生。

3)對(duì)高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)病害演化機(jī)制及其對(duì)安全性的影響研究不足。往復(fù)循環(huán)動(dòng)載作用下，高速鐵路隧道圍巖、初期支護(hù)累積損傷所致應(yīng)力轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)劣化加劇、誘發(fā)病害的根本原因。目前對(duì)隧道病害成因的研究主要針對(duì)具體工程，具有一定局限性。就目前隧道質(zhì)量缺陷和病害機(jī)理對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響的研究現(xiàn)狀來(lái)看，研究深度和廣度不夠，其實(shí)用性和合理性尚有待于驗(yàn)證，未形成一套完整的有關(guān)隧道病害機(jī)理的理論體系，而基于高速鐵路特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)安全性的研究尚處于空白。

3 研究重點(diǎn)與發(fā)展方向

隨著高速鐵路隧道建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，隧道穿越的地質(zhì)條件也趨于復(fù)雜多變，采用傳統(tǒng)的基于工程經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理論已無(wú)法滿足高速鐵路隧道高可靠性的要求。因此，很多方面的研究尚需進(jìn)一步完善和深化，主要集中在以下方面：

1)隧道圍巖變形破壞機(jī)理及安全性評(píng)價(jià)方法。隧道圍巖穩(wěn)定性機(jī)制是支護(hù)設(shè)計(jì)的前提。為此首先需明確隧道圍巖變形破壞全過(guò)程演化機(jī)制，揭示復(fù)雜條件下隧道災(zāi)變衍生機(jī)理和演化規(guī)律，并據(jù)此闡明復(fù)雜隧道圍巖安全性內(nèi)涵，建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方法。由此確定相應(yīng)條件下的控制對(duì)策，明確控制重點(diǎn)和目標(biāo)，提出圍巖安全性控制原理。

2)隧道支護(hù)體系的協(xié)同作用理論與設(shè)計(jì)方法。我國(guó)目前隧道設(shè)計(jì)理論嚴(yán)重落后于工程實(shí)踐。為了實(shí)現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的定量化設(shè)計(jì)，首先，應(yīng)明確隧道支護(hù)作用的本質(zhì)特征，揭示支護(hù)-圍巖作用全過(guò)程演化機(jī)制，闡明超前支護(hù)、初期支護(hù)和二次襯砌的分工和合作關(guān)系;其次建立支護(hù)-圍巖系統(tǒng)魯棒性預(yù)測(cè)模型，提出相應(yīng)的控制原理與措施，建立隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性設(shè)計(jì)理論體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最終形成中國(guó)隧道修建技術(shù)體系。

3)高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力響應(yīng)與長(zhǎng)期安全性控制。隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力響應(yīng)在一定程度上表征了隧道工程的長(zhǎng)期安全性，主要體現(xiàn)在動(dòng)力荷載效應(yīng)與時(shí)間效應(yīng)2個(gè)方面。為此首先應(yīng)明確在循環(huán)氣動(dòng)荷載和振動(dòng)荷載作用下高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)體系的疲勞損傷規(guī)律，并研究支護(hù)-圍巖系統(tǒng)的材料損傷機(jī)理、構(gòu)件參數(shù)弱化規(guī)律、結(jié)構(gòu)性能衰減機(jī)制以及系統(tǒng)整體穩(wěn)定性演變規(guī)律，從而建立隧道結(jié)構(gòu)體系長(zhǎng)期安全性評(píng)價(jià)體系，據(jù)此提出長(zhǎng)期安全性控制理論。

4)高速鐵路隧道智慧化建造技術(shù)。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，隧道施工逐漸向信息化、智能化和智慧化方向發(fā)展。通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋及時(shí)修正設(shè)計(jì)方案，在一定程度上克服了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的局限性，而其核心則是科學(xué)的設(shè)計(jì)理論。同時(shí)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段愈發(fā)精確，而如何實(shí)現(xiàn)地質(zhì)預(yù)報(bào)與隧道設(shè)計(jì)的有效聯(lián)動(dòng)，其關(guān)鍵則是利用地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)隧道圍巖的工程響應(yīng)和安全效應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和判斷，從而實(shí)現(xiàn)智能決策。因此，結(jié)合信息反饋、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、隧道力學(xué)和綜合評(píng)估等多學(xué)科理論和方法，有針對(duì)性地開(kāi)展高速鐵路隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)于保證高速鐵路隧道長(zhǎng)期安全性具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。