第三讲地下空间开发利用与公铁交通

第三讲地下空间开发利用与公铁交通 ——公路、铁路、水底隧道

主要内容 • 3.1中国隧道工程的建设和发展概况 • 3.2公路隧道 • 3.3铁路隧道 • 3.4水底隧道

3.1 中国隧道工程建设与发展概况 • 隧道工程的建设和发展是我国20世纪最伟大的科技成就之一，它有力地促进了我国交通运输事业的发展。同时也带动了土木工程、水利工程等相关学科的发展，在我国国民经济建设中起到了重要的作用。在20世纪，尤其是20世纪最后20年，我国隧道工程的科技水平由落后状态而一跃进入世界先进行列。目前我国的隧道总长度及修建技术水平均为世界领先。

过去 • 从1874年我国开始修建第一条上海至吴淞的窄轨铁路起，至1911年清王朝被推翻为止的37年中，我国共建成了9100km的铁路，其中大多分布在沿海和平原地区，由于地势平坦，这些地区的铁路干线上很少有铁路隧道。在这段时期所修建的10条总长4600km的铁路干线上，共修建了总长42km的230余座隧道。 • 台湾省于1888～1890年在基隆至新竹铁路上修建了狮球岭隧道，隧道全长261m，这是我国最早修建的一座铁路隧道。

我国在1898～1904年修建了长度为3078m的兴安岭隧道，这是当时亚洲最长的宽轨铁路隧道。这一时期最具代表性的隧道工程是由我国杰出工程师詹天佑亲自规划和督造的京张铁路八达岭隧道，全长1091m，工期仅用了18个月，于1908年建成。这也是我国自行修建的第一座越岭铁路隧道。我国在1898～1904年修建了长度为3078m的兴安岭隧道，这是当时亚洲最长的宽轨铁路隧道。这一时期最具代表性的隧道工程是由我国杰出工程师詹天佑亲自规划和督造的京张铁路八达岭隧道，全长1091m，工期仅用了18个月，于1908年建成。这也是我国自行修建的第一座越岭铁路隧道。 • 自1911年10月清王朝覆灭，到1949年10月中华人民共和国成立的38年中，我国共在40余条总长度约7000km的铁路干线和支线上修建了总长度约100km的370余座铁路隧道。其中有当时我国最长的滨绥铁路第二线上长度为3840m的杜草隧道，建于1939～1941年，所穿过的地层为花岗岩，采用上下导坑法施工，混凝土衬砌。

现在 1949年新中国成立后，我国的铁路建设进入了新的发展时期。国家十分重视铁路基本建设，大规模投资修建铁路新线。在其后半个世纪的时间里，我国隧道建设大致可分为4个阶段，每个阶段均有显著的技术进步和突破。这4个阶段分别为：起步、稳定发展、技术创新与突破、高速发展。

起步（1） • 这一阶段的时间跨度为50年代至60年代初，是新中国第一代隧道建设工程。该阶段采用钻爆法施工，以人工和小型机械凿岩、装载为主，临时支护采用原木支架和扇形支撑。隧道施工基本无通风，由于技术水平落后，人工伤亡事故时有发生。 • 该阶段的主要标志性工程有位于川黔铁路上的凉风垭隧道（著名的公路72道拐处），该隧道长度4270m，于1959年6月贯通。该隧道首次采用平行导坑和巷道式通风，为长隧道施工积累了很宝贵的经验。

起步（2） • 宝成铁路于1952年7月开工，1956年建成通车，全长669km。线路跨越陡峭的秦岭山区，全线桥隧总长达112.5km，其中隧道304座，总延长84428m，占线路总长的12.64％。宝成铁路隧道是我国自行设计和建造的，施工中克服了线路地形复杂、运输不便和施工干扰，做到工程质量优良，造价也低，显示出我国50年代隧道施工技术水平惊人的进步。同时壮大了我国隧道建设力量，大大提高了管理水平，更主要的是丰富了山岳地区修建隧道设计和施工的经验，是我国隧道建设进步的重要标志。

稳定发展（1） • 这一阶段的时间跨度为60年代至80年代初，是新中国第二代隧道建设工程时期。 • 该阶段代表性工程有位于京原铁路上的驿马岭隧道，全长7032m，1967年2月开工，1969年10月竣工，也是这一时期修建的最长的隧道。 • 这一时期施工机具的装备有了较大的改善，普遍采用了带风动支架的凿岩机、风动或电动装载机、混凝土搅拌机、空压机和通风机等。在成昆铁路的隧道施工中还采用了门架式凿岩台车和槽式运渣列车。 • 在隧道支护方面，采用了锚杆喷射混凝土技术，这是隧道施工技术的重要里程碑。由于主动控制了地层环境，较好地解决了施工安全问题。

稳定发展（2） • 经过3年国民经济调整，1964年重点加强西南大三线建设，川黔、贵昆、成昆三线全面复工。这些铁路隧道比例大，开工隧道数量猛增，迎来了隧道建设的大发展。 • 成昆铁路工程浩大，举世瞩目，全线共有425座隧道，总延长344.7km，占线路长度的31.6％，其中2公里以上的34座，3km以上的9座，成为控制工期的关键工程。沙木拉达隧道全长6379m，线路标高2244.14m，为成昆铁路最长与最高的隧道。关村坝隧道全长6107m，为成昆铁路第二长隧道，是北段控制铺轨的大门，为集中力量攻坚的重点工程之一，快速施工成为本隧道的主题，施工中创造了多项新记录。岩脚寨隧道位于贵昆铁路安顺至六枝间，全长2715m，隧道横穿贵州普定郎岱煤田的大煤山，共穿过7层煤层，厚度最大达8.92m，含三级瓦斯。这也是我国第一次穿越大量瓦斯的隧道。该隧道于1965年10月竣工，正式运营后情况良好。这也为以后瓦斯地层的隧道施工积累了经验。

稳定发展（3） • 经过50、60年代实践经验的积累，70年代开始逐步学习国外的先进经验，引进国外的先进机具，而形成我国一整套的隧道施工技术。如针对不同的地质条件采用不同的施工方法，对于长隧道则充分利用辅助坑道等有效措施。并形成了一套对付自然灾害的方法和措施，进入了隧道施工的主动时代。 • 襄渝铁路全线共有隧道405座，总延长287.082km，隧线比率为33.4％。最长的隧道为大巴山隧道，全长5333m，最大埋深800m，地势险峻，地质条件极为复杂，地层岩石主要为石灰岩，地下水极为丰富。1973年12月31日完工，总工期为34个月。 • 青藏铁路一期工程关角隧道位于青海省天峻县境内，全长4010m，地处祁连山脉中吾农山系东延部分的关角垭口下，海拔3690m，是我国海拔最高的铁路隧道。1958年8月开工，1977年6月完成主体工程，历时近20年。

技术突破与创新（1） • 这一阶段的时间跨度为80年代中期至90年代中期，是新中国第三代隧道建设工程，该阶段技术进步明显加快。 • 　　作为我国隧道修建史的一个里程碑，衡广铁路复线的大瑶山双线隧道是这一时期的最典型的代表，隧道全长14295m，于1987年建成。这是我国20世纪最长的双线铁路隧道，名列世界第十。大瑶山隧道实现了大断面施工，并逐渐成为我国长大隧道的修建模式。该成果1992年获国家科技进步特等奖。

技术突破与创新（2） • 大秦铁路是一条为解决晋煤外运而修建的重载单元列车专用铁路，全长653km，全线共有54座隧道，其中以军都山隧道最具代表性。 • 军都山隧道位于大秦铁路延庆县境内，是电气化双线隧道，全长8460m，是80年代修建的第二座长隧道，亦是大秦铁路最长隧道，全线控制工期工程。由隧道工程局负责设计和施工，于1984年10月动工，1987年12月接轨通车，施工工期44个月。 • 大瑶山和军都山等长大隧道的胜利建成，使我国隧道修建技术前进了20多年，达到了80年代的国际先进水平。

高速发展（1） • 进入90年代中期，我国隧道修建技术达到了新的水平，已与世界接轨。这一时期的标志性工程是位于西康铁路的秦岭隧道，全长18460m。在该隧道施工中，采用了目前最先进的全断面隧道掘进机技术，即TBM技术。以该隧道技术的发展为代表，证明了我国隧道修建技术已达到世界先进水平，这是一个新的里程碑。一位外国隧道专家得知秦岭隧道的贯通后感慨地说：“就隧道修建的技术进步，中国用20年的时间走完了发达国家50年甚至100年走完的路程。”

高速发展（2） • 20世纪最后十余年时间，随着我国高等级公路和高速公路建设的兴起，公路隧道的建设速度也很快。至本世纪初已建成的公路隧道450多座，总长超过120km。其中长度在1km以上的有80座，超过4公里的有4座。已建成的华蓥山隧道为我国当时最长的公路隧道，全长4706m。

高速发展（3） • 进入21世纪以来，我国铁路、公路隧道发展更加快速，许多长大隧道记录不断被刷新： • 2001年1月8日，随着西康铁路建成通车，18.4km的秦岭铁路隧道（单线双洞）正式投入运行，当时为国内最长的铁路隧道； • 2006年8月23日，兰新铁路长20.05km的乌鞘岭隧道左右线全部建成通车，再次刷新我国铁路隧道的长度记录； • 2007年2月15日，被誉为“天下第一隧”的秦岭终南山公路隧道正式建成通车。该隧道全长18.02km，分上下行双隧，长度居世界第二、亚洲第一，建设规模世界第一。是世界上双洞最长、技术标准最高、建设规模最大的高速公路隧道。

3.2公路隧道 • 由于公路在坡度、转弯半径等方面不像铁路要求那么严格，所以早期修建的山区公路以绕为主，实在绕不过去才架桥、挖洞。因此，相对于铁路工程来说，我国在20世纪80年代以前，修建的公路隧道还很少见，造就了许多24道拐之类的公路景观，最多的达72拐（川黔公路凉风垭）。 • 先看一组公路图片

一组神奇的公路图片(1) 中国排行第三的弯道：24道拐---滇黔公路，抗战时称“史迪威公路” 公路？隧道？“吊尸崖”

一组神奇的公路图片(2)

一组神奇的公路图片(6) 72道拐——72道拐之所以著名，就在于拐多道长，据说蜿蜒曲折共有150公里之长。。。，没有任何一种镜头能将这个弯道照全，除非是航拍。。。，这张大概是最全的一张了。。。。

一组神奇的公路图片(7) 72道拐上繁忙景象

一组神奇的公路图片(8) 中国排行第一的弯道：矮寨公路---位于湖南省湘西自治州吉首境内，国道湘黔线的一部分，号称中国最早的立交桥，现在手头和网上的照片，都无法反映其险峻和雄奇。。。

公路隧道建设高峰期 • 20世纪80年代以后，随着改革开放政策的实施，我国经济进入了快速发展时期。这时的公路交通就不仅仅是要求“通”，而且还要求“快”，全国各地开始大规模修建高速公路，那么在山区就不能继续采用绕的办法了，否则就称不上高速公路，所以公路隧道就越来越多了，也就造就了“天下第一隧”的神话。

世界单洞公路隧道长度前三名 • 第一名：挪威洛达尔隧道，长度24.5公里，2000年11月27日建成通车； • 第二名：瑞士圣哥达隧道，长度16.9公里； • 第三名：意大利弗儒雷斯隧道，长度13.2公里。

世界双洞公路隧道长度前三名 • 第一名：中国陕西秦岭终南山公路隧道，长度18.02公里； • 第二名：日本关越隧道，长度10.9公里； • 第三名：奥地利普拉布什隧道，长度10.3公里。

世界最长双洞公路隧道——秦岭特长隧道 • 秦岭终南山公路隧道，长度居世界第二、亚洲第一，建设规模世界第一，被誉为“天下第一隧” 。 • “天下第一隧”全长18.02公里，设计等级为高速公路，上、下行双洞双车道。据说该项目是中国高速公路隧道示范工程和标志性工程，是世界双洞最长、技术标准最高、建设规模最大的高速公路隧道，其具备国际领先的防灾救援系统、监控管理系统、运营服务系统。

“天下第一隧”示意图

“天下第一隧”特点 • “天下第一隧”中一大亮点就是其特殊灯光段。特殊灯光段比前后相连的隧道要宽，约长150米。两边不仅有绿色的草坪，高大的绿树，还有盛开的花卉。抬头望去，“蓝天白云”向车后滑动。原来，上面的蓝天白云是用灯光照射出来的图案，山洞里的花卉苗木也是用仿生的塑料制品做的。不断变换颜色的灯光可以缓解司机的视觉疲劳。其利用光学调控的“特殊灯光段”，在中国公路史上属首次运用。

“天下第一隧”图片（1）

一组公路隧道图片（1）

3.3铁路隧道 • 由于铁路对坡度、转弯半径的要求比公路严格得多，所以，在山区修建铁路，架桥、挖洞就不可避免。 • 我国是一个多山国家，尤其是西部，多崇山峻岭，因此，修建的铁路桥隧比例都非常高。 • 截至2005年底，我国已成功修建了7500多座、总延长4300多km的铁路隧道，隧道数量和总长度均居世界前列。

世界十大铁路隧道 • 1、日本青函海底隧道，全长53850米，1994年建成； • 2、英法英吉利海峡隧道，全长约51公里，1994年5月7日正式通车，耗资约150亿美元； • 3、瑞士勒奇山隧道，总长34公里，1994年开始开凿，2005年4月28日贯通，已于2007年正式通车； • 4、日本上越新干线上的大清水隧道，全长22228米，1979年贯通。 • 5、中国兰新铁路乌鞘岭隧道，全长20050米，2006年8月建成通车（双洞，号称亚洲陆上第一隧）； • 6、日本山阳新干线上的新关门海底隧道，长18700米，1975年建成； • 7、中国西康铁路秦岭隧道，长18460米，2000年建成通车； • 8、意大利亚平宁隧道，18500米，1934年建成； • 9、日本山阳新干线上的六甲隧道，16250米，1972年建成； • 10、日本上越新干线上的榛名隧道，15350米，1982年建成；

世界上其他一些著名铁路隧道 • 早在19世纪末20世纪初，欧洲就出现了几座至今仍享有盛名的长大隧道： • 仙尼斯隧道，连接法国、意大利两国，长12900米，双线，建于1857～1871年； • 辛普伦隧道，连接瑞士意大利的一座铁路长隧道，长19800米。第一号隧道建于1896～1906年，第二号隧道建于1912～1921年。 • 美国最长的隧道是1925～1928年修建的长12540米的喀斯喀特隧道 • 以下主要介绍我国的隧道建设成果。

中国最早建成的铁路隧道：狮球岭隧道 狮球岭隧道是中国最早建成的铁路隧道，位于台湾省基隆经台北至新竹窄轨铁路的基隆与七堵之间，全长261m。这座隧道通过页岩、砂岩及粘土地层，最大埋深61m。在地层压力较大处，拱部用砖作衬砌，边墙用石料作衬砌；在岩层较好处，则用木料作衬砌。隧道于1887年从南北两端同时开工，由外国工程师定出线路方向及中心桩的开挖高度，由清朝政府的军队负责施工。筑路官兵用粗笨工具开挖，克服了大塌方等不少困难，终于在1890年建成。现在的狮球岭隧道已成为台湾省基隆的旅游景点，游人来此瞻仰，缅怀先人们的丰功伟绩。

世界海拔第一高的铁路隧道：风火山隧道 • 风火山隧道是世界海拔第一高的铁路隧道，位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人区”边缘，全长1338m，轨面海拔4905m，是世界上海拔最高的隧道，也是青藏铁路重点控制工程。

列车穿越风火山隧道

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