吳德興, 李偉平， 李長俊, *, 遲鳳霞, 鄭云輝, 陸鈺銓, 渠成堃, 詹 偉, 黃 廷, 孫 飛

(1. 浙江數(shù)智交院科技股份有限公司， 浙江 杭州 310030； 2. 水下隧道智能設(shè)計、建造與養(yǎng)護(hù)技術(shù)與裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心， 浙江 杭州 310030； 3. 浙江省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院， 浙江 杭州 310023； 4. 浙江公路水運(yùn)工程咨詢有限責(zé)任公司， 浙江 杭州 310004)

0 引言

浙江省是多山省份，素有“七山一水二分田”之稱，地形以丘陵山地為主，地勢由西南向東北呈階梯狀傾斜。陸域山地丘陵(高程200 m以上)占70.4%，平原和盆地占23.3%，河流、湖泊占6.4%，整體地貌形態(tài)復(fù)雜，地域差異明顯[1]。從地質(zhì)構(gòu)造方面來說，主要有華夏系構(gòu)造體系、新華夏系構(gòu)造體系、華夏式構(gòu)造體系，尚有斷續(xù)或局部分布的緯向(東西向)和經(jīng)向(南北向)構(gòu)造體系。從水文地質(zhì)方面來說，地下水類型在基巖山區(qū)及山麓溝谷區(qū)主要有松散巖類孔隙潛水、紅色碎屑巖類基巖裂隙水，在平原區(qū)主要有松散巖類孔隙水及松散巖類孔隙承壓水。

隧道作為克服翻山越嶺和穿越江海阻隔的重要手段，在交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。隨著浙江省交通建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程的占比也不斷增大。截至2020年底，浙江省已通車的公路隧道有2 264道，總長1 824.897 km，其數(shù)量和里程分別位居全國第1和第2。據(jù)統(tǒng)計，目前省內(nèi)已建及在建十大最長公路隧道皆超過5 km(見圖1)，其中長度超過6 km的公路隧道有7座，其建設(shè)情況見表1。從發(fā)展歷程來看，浙江省公路隧道實現(xiàn)了從無到有、從短到長、從簡單的“土洞”到設(shè)備功能齊全的現(xiàn)代化隧道等一系列重大突破(見圖2)。

圖1 浙江省內(nèi)十大最長公路隧道

圖2 浙江省公路隧道建設(shè)發(fā)展時間史

表1 浙江省已建及在建長度超過6 km的公路隧道

作為隧道大省，崇山峻嶺和沿海臨江的地貌特征增加了隧道建設(shè)的難度。面對復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和日新月異的科學(xué)技術(shù)，如何采用新技術(shù)、新方法、新工藝科學(xué)應(yīng)對塌方、圍巖大變形、地表沉陷、管涌突水等復(fù)雜地質(zhì)問題，如何充分發(fā)揮科技創(chuàng)新的引領(lǐng)作用有效開展長大隧道施工安全管理，徹底改變?nèi)斯趧訌?qiáng)度大、效率低、安全風(fēng)險大的落后局面，提高公路隧道建設(shè)工業(yè)化、信息化、智能化水平，成為當(dāng)前浙江省隧道工程領(lǐng)域科技發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

基于當(dāng)前隧道工程建管養(yǎng)中對科技創(chuàng)新與應(yīng)用的需求日益迫切的背景，從產(chǎn)學(xué)研用全過程融合的維度對近年來浙江省隧道工程領(lǐng)域的科技成果進(jìn)行總結(jié)、提升并推廣應(yīng)用；同時，分析省內(nèi)公路隧道領(lǐng)域科技發(fā)展的短板，進(jìn)而提出未來浙江省隧道工程領(lǐng)域科技創(chuàng)新發(fā)展方向，以期推動未來浙江省公路隧道工程技術(shù)的發(fā)展。

1 浙江省公路隧道典型科技成果

浙江作為公路隧道大省積累了豐富的設(shè)計經(jīng)驗，浙江省交通規(guī)劃設(shè)計院率先編制了國內(nèi)第1部JTJ 026—1990《公路隧道設(shè)計規(guī)范》。近年來，浙江省隧道工程領(lǐng)域科技創(chuàng)新緊密結(jié)合《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》，圍繞浙江省隧道工程建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢，累計開展了隧道領(lǐng)域科技攻關(guān)項目百余項，在隧道建設(shè)、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)等方面取得了一系列科技成果，部分成果達(dá)到國際先進(jìn)水平，獲得國家各類工程獎(見表2)和科技獎數(shù)十項(見表3)。主要代表性研究成果包括特殊隧道建設(shè)技術(shù)(如軟土、陡坡偏壓、水下等特殊環(huán)境，連拱、單層襯砌等特殊結(jié)構(gòu))、安全節(jié)能運(yùn)營技術(shù)(如豎井送排、節(jié)能通風(fēng)、節(jié)能照明等)和隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)(如土建與機(jī)電的在線監(jiān)控、檢測評估及維修等)。

表2 典型隧道工程獲獎情況

表3 典型科研成果獲獎情況

1.1 特殊隧道建設(shè)技術(shù)

1.1.1 濱海深厚軟土區(qū)公路明挖隧道關(guān)鍵技術(shù)

《濱海深厚軟土區(qū)公路明挖隧道關(guān)鍵技術(shù)研究》針對浙江省內(nèi)嘉興、杭州、寧波、舟山、臺州、溫州等濱海地區(qū)的代表性土樣，建立了濱海軟土特性數(shù)據(jù)庫；對各種支護(hù)形式在濱海軟土基坑中使用的特點進(jìn)行研究，提出了適用于明挖隧道的基坑選型方法，通過考慮基坑寬深比影響的系統(tǒng)柔度進(jìn)行變形預(yù)估，使得選型過程從純粹的經(jīng)驗方法過渡到半經(jīng)驗半理論的方法。最后，在以上研究基礎(chǔ)上給出了一套浙江省濱海軟土區(qū)地下結(jié)構(gòu)耐久性解決方案。

研究成果在平陽萬全至瑞安錦湖公路(簡稱萬錦公路)及寧波市軌道交通4號線工程中得到了應(yīng)用，節(jié)省了工程建設(shè)費用，并合理縮短了施工工期。萬錦公路見圖3。

圖3 萬錦公路

1.1.2 連拱公路隧道綜合修建技術(shù)

《連拱公路隧道綜合修建技術(shù)的研究》在國內(nèi)外首次采用室內(nèi)大比尺相似模型試驗、計算機(jī)數(shù)值模擬計算和現(xiàn)場試驗分析相結(jié)合的手法，從連拱隧道優(yōu)化施工步驟、連拱隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)、連拱隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測管理體系和監(jiān)控基準(zhǔn)以及連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)長期安全性評價及對策等方面展開。

在施工步驟優(yōu)化方面，提出適應(yīng)各類圍巖情況下的合理開挖方法，以有效地控制因多次開挖而引起的圍巖過度變形和松弛，提高施工期間的安全性，增加支護(hù)體系的可靠性；在支護(hù)參數(shù)研究方面，提出增強(qiáng)和減弱支護(hù)結(jié)構(gòu)的原則和措施，通過圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為隨施工進(jìn)展的動態(tài)特性，建立連拱隧道新奧法施工的現(xiàn)場監(jiān)控量測管理體系和監(jiān)控基準(zhǔn)，并提出及時解決施工過程中出現(xiàn)不良情況時的各種應(yīng)急措施；在襯砌結(jié)構(gòu)長期安全性評價及對策研究方面，對連拱隧道永久襯砌結(jié)構(gòu)的長期安全性進(jìn)行綜合評價，提出襯砌結(jié)構(gòu)接頭等部位防滲漏水的有效措施及襯砌結(jié)構(gòu)實際承載力下降的工程維護(hù)加固對策。

研究成果應(yīng)用于金麗溫高速公路二期工程，該工程主要在地質(zhì)及地形條件十分復(fù)雜的山嶺重丘區(qū)通過，由于連拱隧道具有在地形局限時橋隧銜接適應(yīng)性好、總體路線展布規(guī)模較小、綜合工程造價低等優(yōu)勢，在工程總長90余km的線路中優(yōu)先采用連拱隧道方案，包括欽村隧道等共計20余座連拱隧道，連拱隧道的建設(shè)規(guī)模和難度在我國高速公路的建設(shè)史上前所未有。欽村隧道見圖4。

圖4 欽村隧道

1.1.3 陡坡偏壓小凈距隧道設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)

《陡坡偏壓小凈距隧道設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)》基于強(qiáng)度折減法并考慮坡度、凈距及拱肩覆土厚度影響因素，對不同工況下隧道的極限狀態(tài)及破裂面形式進(jìn)行探究，得到了不同因素對陡坡偏壓小凈距隧道破壞模式的影響規(guī)律；基于圍巖壓力拱理論，考慮坡度對隧道壓力拱的影響，應(yīng)用應(yīng)力路徑分析方法確定不同工況下圍巖壓力拱的范圍，獲得了陡坡偏壓小凈距隧道深埋洞及淺埋洞的臨界成拱坡度，以此為依據(jù)判定陡坡偏壓隧道的深淺埋劃分；對陡坡偏壓小凈距隧道施工力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了計算分析，確定了不同坡度下陡坡隧道的偏壓程度分級，確定了陡坡偏壓條件下不考慮偏壓的拱肩最小覆土厚度以及不同條件下陡坡偏壓小凈距隧道的合理凈距?；谝陨现袏A巖柱塑性區(qū)的分類和加固范圍分區(qū)，探究注漿、系統(tǒng)錨桿、預(yù)應(yīng)力對拉錨桿以及相應(yīng)加固方法組合的加固效果，得到2大類情況的中夾巖柱加固方式(圍巖條件較好時，采用砂漿錨桿或預(yù)應(yīng)力對拉錨桿加固中夾巖柱即可；圍巖條件較差時，需額外采用注漿方案加固中夾巖柱主要加固區(qū)，次加固區(qū)根據(jù)地質(zhì)情況酌情考慮是否需要注漿)。

研究成果在龍浦高速公路小凈距排頭隧道中得到了應(yīng)用，排頭隧道處于單斜地貌，右洞較左洞埋深小，偏壓較嚴(yán)重。研究成果提高了對國內(nèi)陡坡偏壓小凈距隧道設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)知水平，為此類型隧道工程的設(shè)計及施工提供了理論基礎(chǔ)，對國內(nèi)地形橫坡大于30°的偏壓小凈距隧道工程的建設(shè)決策和施工、運(yùn)營安全管理工作具有重要的指導(dǎo)意義，填補(bǔ)了浙江省陡坡偏壓小凈距隧道方面研究的空白。

1.1.4 既有公路隧道單層襯砌關(guān)鍵技術(shù)

在單層襯砌的受力與排水模式研究上，國內(nèi)外專家雖進(jìn)行了部分開拓性研究，但在國內(nèi)尚處于初級階段，需要從圍巖穩(wěn)定性評價方法、支護(hù)體系及防排水措施等方面進(jìn)行深入研究。

《既有公路隧道單層襯砌關(guān)鍵技術(shù)研究》揭示了既有隧道擴(kuò)挖圍巖變形和支護(hù)受力的規(guī)律，指出擴(kuò)挖引起的圍巖變形和應(yīng)力釋放與擴(kuò)挖厚度密切相關(guān)；提出了一種基于虹吸原理的隧道自排水技術(shù)，通過鉆造下傾鉆孔將圍巖內(nèi)地下水通過虹吸作用自動排出，實現(xiàn)降低圍巖中地下水位和襯砌后水壓力的目的，并提出了隧道自排水系統(tǒng)的鉆孔深度、傾角、高差，孔底儲水管長度、直徑等參數(shù)確定方法和相應(yīng)構(gòu)造措施，可供類似改擴(kuò)建工程參考和借鑒。研究結(jié)果得出，若隧道圍巖條件較好，對小斷面既有公路隧道改擴(kuò)建工程可采用單層襯砌支護(hù)。

研究成果應(yīng)用于黃沙嶺隧道改擴(kuò)建工程，原有隧道因受建設(shè)資金和當(dāng)時條件所限，開挖橫斷面不規(guī)則，且大部分洞段無支護(hù)，存在滲漏水嚴(yán)重、掉塊甚至部分塌方現(xiàn)象。為保障人民生命安全，提高道路通行能力，對該隧道進(jìn)行擴(kuò)建和加固。隧道由原來的4.5 m(寬)×5 m(高)擴(kuò)挖至7.0 m(寬)×4.5 m(高)，在該隧道試驗段開展單層噴錨襯砌技術(shù)應(yīng)用，不僅施工工藝簡單、工期短，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著。相比于復(fù)合襯砌，采用合適的單層襯砌方案可節(jié)省20%～35%的成本。黃沙嶺隧道改建前后對比見圖5。

(a) 改建前

1.1.5 機(jī)械化施工及成套設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

《公路山嶺隧道機(jī)械化施工及成套設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究》通過對多臂鑿巖臺車(見圖6)、初期支護(hù)濕噴機(jī)械手、自行式移動棧橋、多功能拱架臺車、多功能防水作業(yè)臺車等機(jī)械裝備優(yōu)化改進(jìn)，自主研發(fā)了初期支護(hù)內(nèi)輪廓預(yù)檢臺車、二次襯砌養(yǎng)護(hù)臺車，形成了以智能化、信息化裝備為基礎(chǔ)的公路山嶺隧道成套機(jī)械施工及質(zhì)量檢驗關(guān)鍵技術(shù)；提出了不同地質(zhì)條件、不同寬度下山嶺公路隧道鉆爆法施工關(guān)鍵設(shè)備的選型及優(yōu)化配置方法，建立了基于“九臺套”的機(jī)械化集群配置模型；建立了山嶺公路隧道機(jī)械化集群配置的各施工作業(yè)線技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)分級及統(tǒng)計模型，基于技術(shù)測定與二次平均的耦合分析方法系統(tǒng)分析了山嶺公路隧道鉆爆法施工關(guān)鍵設(shè)備在不同圍巖等級下全工序機(jī)械化作業(yè)中的工效及其定額水平[2]。

圖6 多臂鑿巖臺車

研究成果在建金高速大青尖隧道和目科里隧道、千黃高速淳安段云頭3號隧道、杭州繞城高速西復(fù)線杭紹段奇坑隧道(見圖7)、杭紹臺高速紹興金華段白尖嶺隧道等都得到了良好應(yīng)用。隧道機(jī)械化配置及成套設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用，使隧道施工總體工作效率提高35%以上，同時有效降低施工現(xiàn)場的勞動力需求20%以上，中遠(yuǎn)期的工程成本預(yù)期減少20%以上。

圖7 奇坑隧道

1.1.6 洞口微開挖及景觀技術(shù)

《公路隧道微開挖進(jìn)洞及洞口景觀技術(shù)研究》通過對省內(nèi)外公路隧道洞口工程的調(diào)查分析，結(jié)合省內(nèi)大量工程實踐，開展了洞口微開挖的定量化指標(biāo)研究，隧道邊仰坡坡體結(jié)構(gòu)工程地質(zhì)及穩(wěn)定性研究，以及基坑法、傾斜護(hù)拱法、先墻后洞進(jìn)洞法、半明半暗法等微開挖進(jìn)洞工法的施工力學(xué)分析研究；通過對省內(nèi)外公路隧道各類洞門的景觀技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)查，結(jié)合洞口景觀元素對隧道照明節(jié)能影響分析研究，編制了《洞口微開挖及洞口景觀營造設(shè)計施工指南》。

該研究引領(lǐng)了微創(chuàng)開挖進(jìn)洞趨勢，實現(xiàn)了恢復(fù)生態(tài)、營造自然美觀、預(yù)防邊仰坡地質(zhì)災(zāi)害、緩解視覺疲勞、融合地域文化、降低洞口環(huán)境亮度和照明節(jié)能的綜合效益。其科技成果在杭新景高速公路衢州段、杭金衢高速公路拓寬工程新嶺隧道工程中得到了應(yīng)用。新嶺隧道微開挖進(jìn)洞見圖8。

圖8 新嶺隧道微開挖進(jìn)洞

1.1.7 水下隧道建設(shè)技術(shù)

寧波甬江沉管隧道工程作為我國第1座采用沉管法修建在軟土地基上的單管雙車道水底隧道，長1 019 m，于1995年11月建成通車。甬江隧道見圖9。設(shè)計建造時國內(nèi)沉管隧道無先例可循，關(guān)鍵技術(shù)全靠自行摸索，在沉管隧道設(shè)計、施工、運(yùn)維方面有著諸多開創(chuàng)性的研究成果[3]，摸索出一套適合軟土地基上建造干塢和管段澆筑的方法，所建造的干塢為當(dāng)時軟土地基上建設(shè)的最大面積干塢，塢門及其門柱建在承臺上，鋼筋混凝土門柱為2.4 m×2.4 m，其兩側(cè)與永久性鋼筋混凝土排樁組成的南護(hù)岸相接。首創(chuàng)管段四點吊裝鋼浮箱、大抓力沉埋錨，研發(fā)適應(yīng)大回淤的高效清淤機(jī)，成功實現(xiàn)了清淤、拋石整平、出塢沉放等復(fù)雜工藝。針對甬江沉管隧道的沉降監(jiān)測和大修工程，為優(yōu)化沉管隧道地基處理方案提供了許多寶貴監(jiān)測數(shù)據(jù)[4]。而后，浙江省還修建了常洪隧道、舟山沈家門港人行海底隧道，為后續(xù)沉管隧道工程積累了寶貴的經(jīng)驗。

圖9 甬江隧道

盾構(gòu)隧道方面，浙江省有諸多工程建設(shè)經(jīng)驗，較為突出的有錢江隧道(直徑15.43 m)、望江路隧道、慶春路隧道等，在建的舟山魯家峙海底公路隧道(省內(nèi)第1條海底公路盾構(gòu)隧道)、杭州天目山路隧道(直徑13.46 m)，規(guī)劃中的金塘海底隧道(公、鐵分離布置，鐵路隧道采用單管直徑13.8 m盾構(gòu)方案，公路隧道采用雙管直徑15 m盾構(gòu)方案)。以當(dāng)時世界上最大直徑盾構(gòu)隧道——錢江隧道(見圖10)為例，建設(shè)過程中進(jìn)行了大量的研究[5-9]?？蒲谐晒缦拢?《錢塘江流域大斷面盾構(gòu)隧道關(guān)鍵性技術(shù)研究》《錢江隧道涌潮對越江隧道結(jié)構(gòu)的影響》《錢江隧道火災(zāi)排煙及疏散救援技術(shù)研究》《大斷面公路盾構(gòu)隧道火災(zāi)煙氣控制關(guān)鍵技術(shù)研究》《錢江隧道盾構(gòu)段橫通道的風(fēng)險與控制技術(shù)研究》等共計11項交通部、浙江省的科研項目成果中，3項達(dá)到國際領(lǐng)先水平，8項達(dá)到國際先進(jìn)水平，1項獲得中國公路學(xué)會一等獎。

圖10 錢江隧道

1.2 隧道安全節(jié)能運(yùn)營技術(shù)

1.2.1 豎井送排式縱向通風(fēng)技術(shù)

1999年12月26日，甬臺溫高速公路大溪嶺—湖霧嶺隧道左右雙洞雙線正式通車[10]。該隧道作為當(dāng)時國內(nèi)已建成通車的最長公路隧道，首次采用豎井送排式縱向通風(fēng)方式。為了解豎井送排式通風(fēng)的基本方法和原理，開展了該通風(fēng)方式關(guān)鍵技術(shù)的理論研究和1∶11的通風(fēng)模型試驗(長70 m)研究。模型試驗驗證了在大溪嶺—湖霧嶺隧道中采用的豎井送排式組合縱向通風(fēng)方式，經(jīng)濟(jì)效果顯著。隧道初期投資比全橫向通風(fēng)方式節(jié)省46.7%，比半橫向通風(fēng)方式節(jié)省10.5%;營運(yùn)電費相應(yīng)分別節(jié)省158.0%、62.3%。由于其具有較好的安全性及經(jīng)濟(jì)性，在浙江省的一些重要隧道中均進(jìn)行了推廣應(yīng)用。例如： 臺縉高速公路蒼嶺隧道(2×7.6 km)，諸永高速公路括蒼山隧道(2×7.9 km)，杭紹臺高速公路大盤山隧道(2×8.6 km)[11](見圖11)。此外，省外許多特長隧道，尤其是2007年竣工運(yùn)營的陜西秦嶺終南山隧道(2×18.0 km)，作為當(dāng)時世界最長雙洞單向公路隧道，也采用了豎井送排式縱向通風(fēng)方式。

圖11 大盤山隧道

豎井送排縱向通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用與推廣，促進(jìn)了縱向通風(fēng)方式的發(fā)展與革新?，F(xiàn)有長距離隧道通風(fēng)技術(shù)出現(xiàn)了豎(斜)井縱向通風(fēng)、多豎井分段縱向通風(fēng)、豎(斜)井+互補(bǔ)式通風(fēng)等各種用豎(斜)井輔助通風(fēng)的形式，通風(fēng)控制模式的節(jié)能、高效、自動化、智能化、精細(xì)化是未來追求的目標(biāo)，降低隧道內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)高昂的運(yùn)營費用是未來研究的熱點。

1.2.2 節(jié)能通風(fēng)技術(shù)

《特長公路隧道互補(bǔ)式通風(fēng)系統(tǒng)防災(zāi)救援及節(jié)能控制技術(shù)研究》依托特長隧道——金華山隧道提出了采用互補(bǔ)式通風(fēng)結(jié)合豎井排煙的新型通風(fēng)模式，為國內(nèi)首次采用單豎井送排結(jié)合互補(bǔ)通風(fēng)模式，開發(fā)了豎井結(jié)合互補(bǔ)式通風(fēng)模式計算程序[12]。

成果應(yīng)用于金華山特長隧道，節(jié)約豎井、地下機(jī)房各1處，降低設(shè)備功率，節(jié)約建設(shè)成本約3 500萬元；通風(fēng)能耗費降低30%，運(yùn)營期間節(jié)約成本約120萬元/年，按照收費年限25年計算，可節(jié)約成本3 000萬元。

《公路隧道低碳節(jié)能與營運(yùn)舒適環(huán)境研究》通過交通風(fēng)的無動力通風(fēng)技術(shù)、“天窗開口式”、“煙囪效應(yīng)”自然通風(fēng)技術(shù)、豎井自然通風(fēng)結(jié)合互補(bǔ)式通風(fēng)技術(shù)、豎井送排結(jié)合互補(bǔ)式通風(fēng)技術(shù)、聯(lián)絡(luò)風(fēng)道優(yōu)化技術(shù)等多項節(jié)能技術(shù)的研究，形成了公路隧道新型通風(fēng)方式綜合節(jié)能技術(shù)體系。

對于長度為5～7 km的特長隧道，如果其縱坡大致呈單向坡，左、右洞的需風(fēng)量差異大，可采用互補(bǔ)式通風(fēng)，并設(shè)置僅用于排煙的豎井，以滿足《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細(xì)則》中縱向排煙距離不宜大于5 km的要求，可有效降低通風(fēng)豎井和設(shè)備的規(guī)模。大于7 km隧道單向坡仍需繼續(xù)探索采用豎井送排+互補(bǔ)，并加大推廣應(yīng)用和實踐驗證。“互補(bǔ)式通風(fēng)+豎井排煙節(jié)能通風(fēng)”技術(shù)目前已在冬奧會配套項目延慶—崇禮高速公路金家莊特長隧道(世界第1長雙螺旋隧道)，G4012景寧—文成高速公路葉麻尖特長隧道、臨金高速公路金華山隧道等項目中得到成功應(yīng)用。金華山隧道地下風(fēng)機(jī)房結(jié)構(gòu)見圖12。

圖12 金華山隧道地下風(fēng)機(jī)房結(jié)構(gòu)圖

1.2.3 交通安全運(yùn)營和防災(zāi)救援技術(shù)

《高速公路特長隧道及隧道群運(yùn)營安全及防災(zāi)救援技術(shù)研究》在對浙江省甬臺溫高速公路和金麗溫高速公路隧道群交通事故調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，對括蒼山隧道群(見圖13)交通事故風(fēng)險、機(jī)電設(shè)備風(fēng)險、火災(zāi)風(fēng)險和危險品運(yùn)輸風(fēng)險進(jìn)行了評估[13]。通過事故后時間因素分析，結(jié)合國內(nèi)外隧道安全管理情況，建立了括蒼山隧道群的防災(zāi)救援體系；以人員安全疏散的評價標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對特長隧道疏散人行橫通道的合理設(shè)置間距進(jìn)行了分析；編制了諸永高速公路括蒼山隧道群各單元發(fā)生火災(zāi)、交通事故和危險品泄漏的應(yīng)急預(yù)案。

圖13 括蒼山隧道

《浙江省高速公路隧道事故的調(diào)查分析及對策研究》[14]深入開展了駕駛員視覺適應(yīng)性機(jī)制及行車安全研究，提出了采用障礙物視認(rèn)距離作為隧道入口照明設(shè)計的方法，建立了隧道入口障礙物視認(rèn)距離與障礙物/背景對比度的相關(guān)關(guān)系，提出了采用貼地照明的改善方法并獲得試驗驗證；提出了高速公路隧道基于視覺適應(yīng)性的隧道側(cè)墻圖案，從而達(dá)到緩解壓抑、改善駕駛環(huán)境的效果；提出滿足不同設(shè)計車速情況下平面線形一致性的相應(yīng)指標(biāo)臨界值及一般性計算公式，對現(xiàn)行規(guī)范中洞內(nèi)外3 s行程范圍指標(biāo)提出了實際應(yīng)用方法。

研究成果能夠明顯減少交通安全隱患，重大、特大事故的發(fā)生率降低20%～30%。

1.2.4 能耗智能監(jiān)測管控技術(shù)

針對高速公路沿線隧道、服務(wù)區(qū)、收費站等重點用能場所，研究制定了適用于浙江省公路的能源監(jiān)測體系架構(gòu)，設(shè)計全省高速公路能源監(jiān)測布局方案，制定了符合全省公路特點的在線能耗監(jiān)測與管控技術(shù)架構(gòu)。

項目研發(fā)了公路能耗在線監(jiān)測設(shè)備裝置，并制定適合于交通大規(guī)模應(yīng)用和大數(shù)據(jù)量的開放式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，為能耗監(jiān)測的融合提前做準(zhǔn)備。根據(jù)公路條狀和分布式的特點，建立能耗數(shù)據(jù)集中采集的技術(shù)架構(gòu)，保障多點數(shù)據(jù)的同步采集，提高實時采集的工作效率和穩(wěn)定性。依托成果編制了《浙江省高速公路能耗在線監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)指南》。

目前，浙江金麗溫高速公路有限公司已經(jīng)實現(xiàn)了對隧道能耗信息的在線能源監(jiān)測。建立系統(tǒng)后，該公司不僅在新節(jié)能產(chǎn)品評估上得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，也實現(xiàn)了如EPC模式節(jié)能改造的能耗數(shù)據(jù)自動結(jié)算與支付。根據(jù)近1年的能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，金麗溫高速(見圖14)在隧道節(jié)能改造后，隧道照明的節(jié)能率達(dá)到70%以上，每年節(jié)省能耗支出1 200萬元左右。

圖14 金麗溫高速

1.2.5 節(jié)能照明技術(shù)

浙江省在隧道節(jié)能環(huán)保方面的探索走在國內(nèi)前列[15]。在隧道照明方面，率先引入逆光照明技術(shù)，提出了隧道照明最佳配光形式，包括寬光帶照明對稱照明系統(tǒng)和逆光照明不對稱照明系統(tǒng)，隧道基本段采用寬光帶照明對稱照明系統(tǒng)，洞口加強(qiáng)段采用逆光照明不對稱照明系統(tǒng)。洞口段逆光照明采用不對稱配光，燈具主光強(qiáng)，逆向行車方向(洞口)投光而提高其背景亮度值，從而達(dá)到洞口照明節(jié)能的目的。在結(jié)合國外研究成果的基礎(chǔ)上合理設(shè)計配光形式，得出的隧道營運(yùn)照明最佳配光形式為眾多隧道照明的合理經(jīng)濟(jì)與節(jié)能提供了技術(shù)支持。

早在國內(nèi)隧道LED照明應(yīng)用剛剛起步時，浙江省已開始了相關(guān)研究，為延長LED燈具壽命并實現(xiàn)靈活節(jié)能，在國內(nèi)首次研究和提出規(guī)定系統(tǒng)型號、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志和儲存的節(jié)能型公路隧道基于車流量可控照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用于麗水市冷水隧道(見圖15)，在投入使用的2個月時間內(nèi)，采用的隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)和LED隧道燈照明，明顯改善了隧道的照明環(huán)境和節(jié)能效果，同時耗電量顯著降低，改造后月耗電量不足改造前的1/5。

圖15 冷水隧道

1.2.6 發(fā)光照明誘導(dǎo)技術(shù)

《公路隧道低碳發(fā)光照明誘導(dǎo)技術(shù)研究》基于不同出行者的交通特性與視覺需求提出了不同長度公路隧道自發(fā)光誘導(dǎo)照明系統(tǒng)設(shè)置方法，研發(fā)了多種新型隧道誘導(dǎo)照明產(chǎn)品組件以及相應(yīng)的供電控制系統(tǒng)，提出了隧道分段設(shè)計和反光環(huán)顏色搭配設(shè)計，提出了景觀型、普通型、改善型3種方案的各誘導(dǎo)照明設(shè)施的具體設(shè)置方法。

研究成果已在14座公路隧道進(jìn)行隧道自發(fā)光誘導(dǎo)照明技術(shù)的推廣應(yīng)用。駕駛員對隧道自發(fā)光誘導(dǎo)照明系統(tǒng)的隧道環(huán)境普遍滿意，認(rèn)為可提供其良好的視線誘導(dǎo)。研究成果進(jìn)一步完善了隧道自發(fā)光誘導(dǎo)照明技術(shù)，公路隧道低碳發(fā)光誘導(dǎo)技術(shù)與高壓鈉燈相比，建設(shè)費用可降低約75%，用電量降低約99%；與LED相比，建設(shè)費用可降低約72%，用電量降低約98%。

1.3 隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)

1.3.1 公路隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控技術(shù)

《蒼嶺特長公路隧道施工及運(yùn)營期結(jié)構(gòu)安全一體化監(jiān)控技術(shù)研究》對依托工程——蒼嶺特長公路隧道施工期間的巖爆預(yù)測、隧道建設(shè)時主體結(jié)構(gòu)實際力學(xué)行為特征、隧道主體結(jié)構(gòu)長期安全性監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及隧道結(jié)構(gòu)長期安全性評價體系等方面進(jìn)行了深入研究。

針對蒼嶺特長公路隧道形成了一整套完備的施工與營運(yùn)期間的監(jiān)控體系及安全評價系統(tǒng)，研發(fā)了具有完全知識產(chǎn)權(quán)的實用隧道結(jié)構(gòu)與長期安全性智能評價及預(yù)警軟件，實現(xiàn)了對長大隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、傳輸及分析的整套新技術(shù)，完成了對蒼嶺隧道運(yùn)營期間結(jié)構(gòu)安全性狀況的預(yù)測、診斷，并提出最優(yōu)化的維修加固措施。蒼嶺隧道見圖16。

圖16 蒼嶺隧道

《公路隧道施工及運(yùn)營期工程安全風(fēng)險綜合評價和預(yù)控體系研究》對當(dāng)時浙江省運(yùn)營的24條隧道進(jìn)行了摸底和分析，調(diào)研結(jié)果表明結(jié)構(gòu)滲漏水、襯砌結(jié)構(gòu)裂損與腐蝕、襯砌背后松動或空洞以及路面破損等4類病害較為常見。采用德爾菲法調(diào)查了浙江省公路隧道病害，統(tǒng)計得出了公路隧道結(jié)構(gòu)病害發(fā)生的可能性及危害程度，通過風(fēng)險評價矩陣評價了由故障樹分析法和德爾菲法相結(jié)合的方法以及德爾菲法2種分析方式下的病害評價結(jié)果。結(jié)合浙江省岳山隧道、排山隧道存在不同類型、不同嚴(yán)重程度的結(jié)構(gòu)病害，采用故障樹分析法和改良德爾菲法相結(jié)合的分析方法進(jìn)行了風(fēng)險實證評估，研究結(jié)果表明結(jié)構(gòu)滲漏水、裂損腐蝕這2類病害屬于嚴(yán)重型病害，應(yīng)采取措施降低風(fēng)險或轉(zhuǎn)移風(fēng)險。

1.3.2 公路隧道風(fēng)機(jī)健康動態(tài)檢測技術(shù)

《公路隧道懸掛風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)健康性動態(tài)檢測技術(shù)研究》通過研究懸掛風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不同健康狀態(tài)下振動信號的差異性，提出基于振動信號特征提取的隧道懸掛風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)健康性檢測方法，開發(fā)了隧道懸掛風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)健康性檢測系統(tǒng)，并在風(fēng)機(jī)預(yù)埋基礎(chǔ)模擬試驗平臺和實際運(yùn)營隧道懸掛風(fēng)機(jī)預(yù)埋基礎(chǔ)上進(jìn)行了測試，效果良好。

項目首次提出了基于穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)健康性檢測方法，首次提出了基于沖激響應(yīng)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)健康性檢測方法，采用脈沖激勵求取傳遞函數(shù)，根據(jù)傳遞函數(shù)幅頻和相頻特性計算特征頻率，建立基于多特征頻率融合的預(yù)埋基礎(chǔ)健康性檢測模型，識別預(yù)埋基礎(chǔ)健康狀態(tài)。

結(jié)合項目研究成果編制了《公路隧道射流風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)健康性檢測技術(shù)指南》，為公路隧道射流風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)健康性檢測項目推廣提供了技術(shù)支撐。

1.3.3 公路隧道病害檢測評估技術(shù)

研制了隧道全斷面圖像的隧道病害檢測車。檢測車自帶工控機(jī)，負(fù)責(zé)采集隧道襯砌的全景圖像，進(jìn)一步基于計算機(jī)視覺技術(shù)對獲取的圖片處理，自動識別圖片中的病害，并評估其病害程度。

利用計算機(jī)視覺技術(shù)的隧道健康監(jiān)測相比目前國內(nèi)傳統(tǒng)監(jiān)測方式，由于成本低、高質(zhì)量和易于操作，近幾年被廣泛應(yīng)用于隧道檢測中。

1.3.4 公路隧道機(jī)電設(shè)施維護(hù)技術(shù)

《公路隧道機(jī)電設(shè)施維護(hù)規(guī)程的研究》在對現(xiàn)有公路隧道機(jī)電設(shè)施系統(tǒng)和設(shè)備調(diào)研的基礎(chǔ)上，參照同類設(shè)施維護(hù)的經(jīng)驗，確定設(shè)備在運(yùn)行中須保持的狀態(tài)、指標(biāo)參數(shù)和環(huán)境要求；制定日常維護(hù)的技術(shù)要求，確定性能測試的實用方法，制定日常維護(hù)項目與維護(hù)周期；收集系統(tǒng)和設(shè)備的常見故障現(xiàn)象，分析產(chǎn)生的原因，確定處理方法；提出科學(xué)的維護(hù)規(guī)程，并進(jìn)行實測驗證，以提高公路隧道機(jī)電設(shè)施的可靠性、耐用性、安全性及完好率，降低實際的維護(hù)成本。依托項目研究成果發(fā)布了《上三高速公路隧道機(jī)電設(shè)施維護(hù)規(guī)程》，該規(guī)程的制定可使相關(guān)工作人員在日后公路隧道機(jī)電設(shè)備維護(hù)的過程中，重視日常維護(hù)，嚴(yán)格遵守預(yù)檢制度，定期測試設(shè)備特性，更換失效器件，修復(fù)已損設(shè)備，為全省公路隧道機(jī)電設(shè)施的狀態(tài)維護(hù)提供經(jīng)驗。

1.3.5 襯砌裂縫控制技術(shù)

《新型超高韌性水泥基復(fù)合材料在公路隧道中裂縫控制的應(yīng)用研究》通過優(yōu)化組分，調(diào)整水灰比和減水劑用量，摻入硅灰、偏高嶺土、可再分散乳膠粉、觸變劑等材料，成功研制出適合泵送噴射的UHTCC配比，獲得了噴射UHTCC修復(fù)或加固混凝土結(jié)構(gòu)的可行方法；通過對新嶺隧道縮尺模型的對比試驗，驗證了噴射UHTCC薄層可控制隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)裂縫及提升承載力的效果。新嶺隧道應(yīng)用現(xiàn)場見圖17。

圖17 新嶺隧道應(yīng)用現(xiàn)場

研究成果在新嶺隧道示范工程中應(yīng)用，驗證了新型超高韌性水泥基復(fù)合材料在公路隧道中裂縫控制的有效性，探索出了一種隧道病害處理的快捷、高效、經(jīng)濟(jì)的材料和施工工藝，為今后類似工程的設(shè)計提供了豐富的經(jīng)驗。

2 浙江省公路隧道科技創(chuàng)新發(fā)展短板

浙江省隧道建設(shè)規(guī)?？焖侔l(fā)展，在特殊隧道建設(shè)技術(shù)、安全節(jié)能運(yùn)營技術(shù)和隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)等方面取得了一系列代表性技術(shù)成果，部分成果達(dá)到國際先進(jìn)水平，但已有成果系統(tǒng)性不完善，適用性、針對性及推廣應(yīng)用率有待進(jìn)一步提高，隧道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范無法適應(yīng)建設(shè)發(fā)展新要求，無法充分發(fā)揮科技創(chuàng)新對隧道建設(shè)運(yùn)營全過程的技術(shù)支撐作用。通過調(diào)研總結(jié)，浙江省公路隧道工程領(lǐng)域在隧道鉆爆法不良地質(zhì)處治和機(jī)械化施工、TBM/盾構(gòu)工法應(yīng)用、信息化與智能化技術(shù)應(yīng)用、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與裝備技術(shù)等方面仍存在一些差距。

2.1 鉆爆法隧道建設(shè)尚存在一些待解決問題

鉆爆法隧道建設(shè)在不同地區(qū)不同項目的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，機(jī)械化程度差別較大，施工質(zhì)量參差不齊。NATM工法中借助施工監(jiān)控量測指導(dǎo)設(shè)計施工的效果不理想。鉆爆法修建隧道通車幾年后常常出現(xiàn)二次襯砌裂縫和滲漏涌水病害，且病害整治效果不佳。鉆爆法“九臺套”機(jī)械化施工應(yīng)用率仍很低，尚未改變勞動力密集型的傳統(tǒng)落后施工現(xiàn)狀。亟待加快鉆爆法隧道存在的的關(guān)鍵技術(shù)問題對策及配套裝備的攻關(guān)與應(yīng)用，提升鉆爆法隧道工程質(zhì)量和耐久性，推進(jìn)隧道建設(shè)的機(jī)械化和工業(yè)化進(jìn)程。

2.2 TBM/盾構(gòu)工法成本較高，在公路隧道領(lǐng)域應(yīng)用占比很小

TBM只在國內(nèi)極個別特長巖石公路隧道應(yīng)用，盾構(gòu)主要用于城市土層公路隧道和跨江海水下公路隧道。未來需在TBM/盾構(gòu)法公路隧道技術(shù)方面加強(qiáng)相關(guān)研究和實踐，提升工程質(zhì)量和安全，提高施工效率和降低成本，提高TBM/盾構(gòu)工法在公路隧道建設(shè)中應(yīng)用率。

2.3 以新一代信息技術(shù)賦能勘察設(shè)計、施工、營運(yùn)、管理等環(huán)節(jié)沒有形成系統(tǒng)性解決方案

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、AI、BIM、VR/AR等新技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用融合還處于初級階段。隧道設(shè)計和施工的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和智能化等方面還有待提升。同時，設(shè)計、施工、監(jiān)理、檢測、管理等建設(shè)期的數(shù)據(jù)沒有傳遞與延續(xù)至運(yùn)營期。數(shù)據(jù)利用效率不高，沒有形成高效的數(shù)據(jù)鏈路。

隧道設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，結(jié)合斷面(跨度)大小、襯砌類型、隧道長度、工期要求、外部施工條件和環(huán)境保護(hù)等因素綜合研究確定適宜的施工方法，根據(jù)施工過程中的超前地質(zhì)預(yù)報和現(xiàn)場揭示地質(zhì)、監(jiān)測信息開展信息化設(shè)計，同時大力推廣隧道施工監(jiān)測的信息化技術(shù)應(yīng)用。在隧道養(yǎng)護(hù)中，信息化管理技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)病害檢查標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)采集智能化、成果分析高效化，最終提升隧道建、管、養(yǎng)技術(shù)水平。

2.4 隧道預(yù)防性養(yǎng)護(hù)與裝備技術(shù)有待提升

截至2020年底，浙江省運(yùn)營公路隧道里程超過1 800 km，已進(jìn)入建、維并重時期，隧道老齡化問題日漸凸顯，隧道運(yùn)營將面臨長期、繁重、艱巨的養(yǎng)護(hù)任務(wù)。但就目前公路建設(shè)的發(fā)展來看，普遍存在“重建輕養(yǎng)”及運(yùn)營期“重土建、輕機(jī)電，重硬件、輕軟件”等突出問題。應(yīng)重視隧道檢測，加強(qiáng)隧道科學(xué)養(yǎng)護(hù)和運(yùn)營管理，延長使用壽命，提高服務(wù)水平。

3 浙江省公路隧道工程技術(shù)的未來展望

未來的隧道工程將面臨空前復(fù)雜的地質(zhì)條件和施工環(huán)境，呈現(xiàn)出長距離、大埋深和大斷面的發(fā)展趨勢，修建于高度城鎮(zhèn)化地區(qū)、復(fù)雜地層及深部地層所面臨的災(zāi)害將愈演愈烈，隧道建設(shè)面臨著空前嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。通過回顧省內(nèi)隧道科技成果，分析省內(nèi)隧道科技發(fā)展的短板，總結(jié)浙江省隧道建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營中科技創(chuàng)新與應(yīng)用的新需求，提出隧道工程領(lǐng)域未來科技創(chuàng)新發(fā)展要以安全化、智能化、綠色化為重點方向，引領(lǐng)浙江省從“隧道大省”向“隧道強(qiáng)省”發(fā)展。

3.1 隧道技術(shù)安全化

3.1.1 鉆爆法隧道機(jī)械化施工技術(shù)

“工欲善其事，必先利其器”，通過對隧道施工技術(shù)和施工裝備的引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新，以及不斷實踐，研制開發(fā)全系列隧道機(jī)械化施工技術(shù)及裝備是今后隧道工程領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。機(jī)械化施工正逐步取代傳統(tǒng)、粗放的“人海戰(zhàn)術(shù)”?！皺C(jī)械化減人，自動化解放人”符合隧道技術(shù)進(jìn)步的前進(jìn)趨勢。

3.1.2 鉆爆法巖石隧道新型襯砌結(jié)構(gòu)形式

關(guān)于巖石隧道襯砌結(jié)構(gòu)形式，按現(xiàn)行公路隧道設(shè)計規(guī)范規(guī)定均為“錨噴支護(hù)為初期支護(hù)+防水層+模筑混凝土二次襯砌”，且均為“曲墻+拱形”斷面。對非高應(yīng)力區(qū)中—硬巖地質(zhì)的隧道斷面形式和襯砌結(jié)構(gòu)，對于圍巖地質(zhì)良好如Ⅰ—Ⅲ級圍巖，如何充分發(fā)揮錨桿在地下洞室的作用，采用單一錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)降低造價值得研究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，因地制宜地采用新型襯砌結(jié)構(gòu)是必要的，在未來的設(shè)計和建設(shè)中，需要不斷地創(chuàng)新優(yōu)化，提高隧道的安全性和穩(wěn)定性。

3.1.3 隧道結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計技術(shù)

針對復(fù)雜及深部地層的隧道工程，建立考慮結(jié)構(gòu)耐久性的隧道全壽命周期設(shè)計方法，將空間三維結(jié)構(gòu)、物料特性、工藝設(shè)計與全壽命周期管理融于一體，實現(xiàn)高應(yīng)力和高滲壓作用下隧道結(jié)構(gòu)的定量設(shè)計，開發(fā)耐腐蝕和耐疲勞等超高性能的混凝土材料，以適應(yīng)復(fù)雜地層和深部地層的特殊地質(zhì)環(huán)境和運(yùn)營要求，并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使隧道在設(shè)計和建造階段就充分考慮到全壽命的使用性能和要求，保證隧道安全。

3.1.4 水下隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

越來越多的河底、江底和海底隧道將投入建設(shè)，“遇水隧穿”代替“遇水架橋”將成為可能。其覆蓋厚度和路線選址異于山嶺隧道，水下隧道設(shè)計需更多考慮超高水壓條件下結(jié)構(gòu)的防排水和防腐壽命，需研究強(qiáng)滲流和施工擾動雙重作用下襯砌結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化破壞機(jī)制，并著重研究地震、火災(zāi)等對深水長距離隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響，突破現(xiàn)有隧道設(shè)計理念。

建設(shè)方面，水下隧道面臨深水不良地質(zhì)預(yù)報和精細(xì)化勘察的難題，需突破鉆爆法或掘進(jìn)機(jī)穿越淺覆土層、陸域流砂層、海域風(fēng)化槽等不良地層的施工關(guān)鍵技術(shù)。運(yùn)營方面，應(yīng)加強(qiáng)對襯砌結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與運(yùn)營安全管理的研究，尤其是發(fā)生火災(zāi)時的預(yù)警救援與應(yīng)急逃生，實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下高水壓、大斷面海底隧道施工與運(yùn)營的安全管理。

3.2 隧道技術(shù)智能化

3.2.1 隧道精細(xì)化勘察與地質(zhì)預(yù)報技術(shù)

隧道勘察將向精細(xì)化和智能化方向發(fā)展，逐步借助遙感、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)等技術(shù)，結(jié)合多點頻物探、高速地質(zhì)鉆機(jī)以及水位地質(zhì)資料信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，形成天、地、空三位一體化大數(shù)據(jù)分析平臺，提高勘測精度和效率。隧道施工過程超前地質(zhì)預(yù)報，在傳統(tǒng)TSP、地質(zhì)雷達(dá)等基礎(chǔ)上發(fā)展可實現(xiàn)含水構(gòu)造定位定量預(yù)報的復(fù)合式激發(fā)極化和全空間瞬變電磁技術(shù)，汲取地質(zhì)素描、物探鉆探動態(tài)信息，進(jìn)行多元信息的聯(lián)合反演，實現(xiàn)掌子面前方含水構(gòu)造的定位預(yù)報與水量估算。同時，關(guān)注鉆孔雷達(dá)與跨孔電阻率CT技術(shù)，使得預(yù)報技術(shù)能“深入腹地、精細(xì)窺探”。

3.2.2 鉆爆法隧道智能化建造技術(shù)

在實現(xiàn)隧道施工機(jī)械化的基礎(chǔ)上，圍繞隧道施工作業(yè)線，充分總結(jié)施工工法與經(jīng)驗，融合機(jī)電液光一體化、數(shù)字化、智能化等技術(shù)，打造鉆爆法隧道關(guān)鍵工序智能裝備技術(shù)體系。通過集成運(yùn)動和全方位環(huán)境感知，3D激光掃描與定位，信號采集、處理與傳輸及機(jī)器人運(yùn)動與動力學(xué)控制等技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建支撐技術(shù)系統(tǒng)，包括圍巖參數(shù)識別與處理系統(tǒng)、三維空間定位與量測系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)處理與共享系統(tǒng)、智能控制決策系統(tǒng)等。

3.2.3 隧道智慧防災(zāi)和韌性提升技術(shù)

隧道及地下工程的災(zāi)害預(yù)防和治理技術(shù)專業(yè)性強(qiáng)、涉及面廣。在以“預(yù)防為主”的指導(dǎo)原則下，研究隧道系統(tǒng)承受自身設(shè)施風(fēng)險(坍塌掉塊、風(fēng)機(jī)跌落、路面隆起)、外部環(huán)境風(fēng)險(洞口滑坡崩塌、地震、洪災(zāi))、交通風(fēng)險(火災(zāi)、交通事故)等各類災(zāi)害的韌性防災(zāi)能力，建立隧道運(yùn)營韌性評價指標(biāo)和方法；并從管理和技術(shù)2方面入手，針對長大復(fù)雜隧道火災(zāi)時人員車輛疏散救援和滅火控?zé)煛⑺淼婪篮榉姥?、?；贩辣?、隧道洞門邊坡滑塌等突出問題，設(shè)置有效的硬件裝備、軟件平臺及應(yīng)急預(yù)案管控措施，發(fā)展信息化、智能化防災(zāi)手段，提升隧道抗風(fēng)險的韌性防災(zāi)能力。

3.2.4 隧道病害智能診斷與快速修復(fù)技術(shù)

已投入運(yùn)營的隧道和地下工程建筑由于外圍環(huán)境的影響、周邊介質(zhì)的變化和荷載的長期沖擊及疲勞，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)和力學(xué)性能會發(fā)生變化。我國各領(lǐng)域運(yùn)營隧道已接近50 000 km，進(jìn)入建維并重時期，隧道老齡化問題日漸凸顯，對隧道及地下工程設(shè)施進(jìn)行實時檢測的手段和狀態(tài)評判的體系及標(biāo)準(zhǔn)等方面都需要進(jìn)行大量的、基礎(chǔ)性的研究工作。迫切需要開發(fā)全隧技術(shù)狀態(tài)長期監(jiān)測及長壽命傳感器，隧道結(jié)構(gòu)風(fēng)險快速識別與評估預(yù)警，隧道襯砌內(nèi)部全斷面快速掃描與病害識別成像技術(shù)，不中斷交通的隧道快速修復(fù)與自修復(fù)材料、技術(shù)與裝備。

3.3 隧道技術(shù)綠色化

3.3.1 鉆爆法隧道裝配化技術(shù)

大力推動隧道裝配化，還能夠減少施工過程中的揚(yáng)塵、噪音等對環(huán)境的影響，使得工程建設(shè)更加的綠色環(huán)保。然而，目前公路隧道鉆爆法裝配式襯砌結(jié)構(gòu)的研究相對滯后，僅有少量仰拱和路緣小型構(gòu)件采用預(yù)制結(jié)構(gòu)的案例，有必要對公路隧道鉆爆法裝配化技術(shù)開展研究。

3.3.2 隧道智慧節(jié)能運(yùn)營和“雙碳目標(biāo)”技術(shù)

在分析公路隧道運(yùn)營期碳排放特點基礎(chǔ)上，研究總結(jié)實現(xiàn)公路隧道碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵點和存在的問題，研究公路隧道運(yùn)營的碳排放及碳減排定量分析方法；結(jié)合我國公路隧道運(yùn)營管理實際情況，從基礎(chǔ)指標(biāo)、能耗指標(biāo)、交通功能、能效指標(biāo)、交通安全和經(jīng)濟(jì)效益等多維度研究構(gòu)建公路隧道運(yùn)營期的能耗監(jiān)測指標(biāo)體系；針對公路隧道運(yùn)營中的通風(fēng)、照明等高能耗項目，從技術(shù)和管理2方面研究隧道運(yùn)營低碳對策措施(結(jié)合光伏、分布式儲能系統(tǒng)優(yōu)勢，降低傳統(tǒng)能源用量占比)；以數(shù)字化為載體構(gòu)建隧道數(shù)字化能耗自動管控措施，形成基于車流量和時間的隧道內(nèi)部燈光亮度智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)、智能通風(fēng)排煙系統(tǒng)等。

3.3.3 隧道四新技術(shù)應(yīng)用

1)新技術(shù)。利用BIM管理平臺，實現(xiàn)圖紙上傳、模型關(guān)聯(lián)、設(shè)計變更等設(shè)計工作，最大程度實現(xiàn)工程建設(shè)全生命期的數(shù)字化管理；融合隧道設(shè)計BIM模型數(shù)據(jù)、AR和VR可視化技術(shù)，以基于微觀時間間隔和駕駛行為的交通仿真技術(shù)為手段，進(jìn)行隧道運(yùn)行性能驗證的智能仿真技術(shù)研究；開展數(shù)字孿生核心技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用研發(fā)，探索三維引擎、3D建模和實時渲染等呈現(xiàn)方式在隧道工程領(lǐng)域的應(yīng)用，研究適用于隧道工程建設(shè)與運(yùn)營的虛擬現(xiàn)實三維數(shù)字孿生隧道模型。

2)新工藝。水下通道頂推法、懸浮隧道建設(shè)工法等，對未來的創(chuàng)新性隧道建設(shè)提供了可能。

3)新材料。在繼續(xù)完善當(dāng)前技術(shù)相關(guān)理論與工藝優(yōu)化的同時，應(yīng)進(jìn)一步拓展新材料的應(yīng)用領(lǐng)域，如新型混凝土、新型防水材料、環(huán)保材料、自發(fā)光材料等的研發(fā)與應(yīng)用。

4)新設(shè)備。新型隧道襯砌臺車、襯砌自動養(yǎng)護(hù)臺車、新型超前預(yù)報設(shè)備、隧道巡檢救援機(jī)器人、隧道施工機(jī)器人等一系列隧道專業(yè)設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用，推進(jìn)隧道施工機(jī)械創(chuàng)新發(fā)展。

4 結(jié)論與展望

從浙江省隧道工程建設(shè)的發(fā)展歷程入手，對近年來浙江省公路隧道工程領(lǐng)域的科技成果進(jìn)行梳理，分析浙江省公路隧道科技發(fā)展的短板，提出浙江省公路隧道工程領(lǐng)域科技創(chuàng)新未來重點發(fā)展方向，主要結(jié)論如下：

1)通過回顧浙江省近年來公路隧道工程領(lǐng)域的科技成果，從隧道建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營各階段對已有成果獲獎情況、工程應(yīng)用等進(jìn)行全面分析，總結(jié)提煉出浙江省公路隧道領(lǐng)域較為領(lǐng)先、較為顯著的重點研究成果，包括特殊隧道建設(shè)技術(shù)(如軟土、陡坡偏壓、水下等特殊環(huán)境，連拱、單層襯砌等特殊結(jié)構(gòu))、安全節(jié)能運(yùn)營技術(shù)(如豎井送排、節(jié)能通風(fēng)、節(jié)能照明等)和隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)(如土建與機(jī)電的在線監(jiān)控、檢測評估及維修等)3方面代表性成果，部分成果達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

2)總結(jié)出浙江省公路隧道技術(shù)在鉆爆法機(jī)械化信息化水平低、鉆爆法施工質(zhì)量缺陷以致后期出現(xiàn)裂縫漏水病害、TBM/盾構(gòu)法公路隧道占比低、標(biāo)準(zhǔn)化/信息化/智能化新技術(shù)應(yīng)用少、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和裝備等方面的短板。

3)通過回顧省內(nèi)外隧道科技成果，分析浙江省隧道科技發(fā)展的短板，總結(jié)省內(nèi)公路隧道建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營中對科技創(chuàng)新與應(yīng)用的新需求，對未來浙江省隧道工程技術(shù)向安全化(如機(jī)械化程度更高、襯砌更安全、壽命更耐久、適應(yīng)更復(fù)雜水下建設(shè)環(huán)境等)、智能化(如勘察更智能、建造更智能、防災(zāi)更智能、養(yǎng)護(hù)更智能等)、綠色化(如裝配化程度更高、更低碳節(jié)能、更多四新技術(shù)應(yīng)用等)3大重點方向發(fā)展進(jìn)行了展望。