廿一世纪隧道及地下空间的大发展

1、廿一世纪隧道及地下空间的大发展【论文摘要】廿一世纪隧道及地下空间的大发展已成必然。我国目前在隧道及地下工程建设的许多重大问题上没有立法，造成混乱和浪费，该领域的技术立法亟待加强。同时对如何降低隧道及地下工程的造价需加大力度进行研究。1前言生年不满百，常怀千岁忧。廿一世纪人类面临着人口、粮食、资源和环境的四大挑战，这决非是危言耸听、杞人忧天。它如晨钟暮鼓，告诫人们必须从现在开始认真研究对策。“可持续发展”被作为国策提出来了，摆在每个学科、每个产业的面前，土木工程界也应顺潮流而检讨自己。大量的土建工程拔地而起，我们每天都看到大片良田被钢筋混凝土所取代，并且无法再生，居住、交通、环境的矛盾日益突出。

2、把地面活土多留点给农业和环境，使地下空间成为人类在地球上安全舒适的第二个空间，是土木建筑工作者的紧迫课题。目前国际上已提出把“廿一世纪作为人类开发利用地下空间的年代”，日本提出要利用地下空间，把国土扩大数倍。我国也开始重视地下空间利用的立法工作，各地区已开始进行地下空间的开发规划。但由于技术立法不够，在这方面出了不少问题，花费了许多不该花的工程费。本文不愿多谈成功的一面，仅将这些年来在地下空间开发所产生的问题进行思考，供廿一世纪参考。2隧道及地下工程建设的技术立法亟待加强回顾二十世纪，应该讲隧道及地下工程大发展是以80年代为真正的起点。当时是以大瑶山铁路双线隧道为契机、为范例，彻底改变了近10

3、0年隧道及地下工程的修建方法，是中国铁路隧道修建史上的一次飞跃，被评为国家科技进步特等奖。随着隧道及地下工程的大发展，尤其我国要在廿一世纪把中西部地区的交通、能源、水源等基础设施抓紧早上、快上，要落实开发西部、移民23亿的战略，铁路、公路长大隧道不断在中西部规划和建成。如陕西省正在筹建穿越秦岭山脉，打通包头西安安康重庆北海的西部大通道，其中秦岭终南山特长公路隧道最长方案为18.4 km，准备在近期开工。西安安康线，西(安)宁(南京)、宝兰、渝(重庆)怀(化)铁路复线的相继开工，都出现了大量的隧道群和长隧道。但对于支护结构、防水处理、特长隧道服务通道设置、安全运行、通风、防灾、洞门位置、环境保护

4、等许多重大问题，没有立法，随意性很大，百年大计的思想不能在技术标准上体现出来。如地下结构的构造型式，公认复合式衬砌最适合地下工程特点的合理结构型式，一次支护是施工安全的需要，也是岩土被扰动后进行力的调整、转换、自趋平衡的需要，然而，不少设计院、建设方从短期行为出发，提出整体式单层混凝土衬砌的结构型式，还提出施工临时支护+模筑整体式衬砌结构，还有减薄式衬砌等等，这样做省不了多少圬工量，反而使建成后的隧道出现漏水、渗水、开裂等病害。又如特长隧道的维修很重要，在正洞旁边设一服务隧道是完全正确的事，尤其超过10 km的铁路、公路隧道，及单洞双向运行的长度超过5km的公路隧道，在通风、防灾、维护方面都会

5、带来很大好处，但很难被人们接受。最近联通法国和意大利的勃朗峰公路隧道长11.6 km，由于失火造成41人死亡，36辆汽车被毁，隧道被迫关闭1年进行整修，人员死亡的主要原因是没有撒离通道，没有直接向外的通风口。只有通过技术立法，才能防止不规范的设计，规范建设方、业主的行为。城市地下空间的开发更为混乱。城市人口急剧膨胀，生存空间拥挤，交通阻塞，环境恶化。地下空间的开发、城市地铁的快速修建已列入市长们的议事日程。地下铁道、地下停车场、地下仓库、地下商业街等都在进行设计、施工，但很少统筹，处于无序状态。如管道层一般在地下35 m范围，系统的共同沟可以避免反复破坏交通路面、影响市容、破坏环境，但不少城市

6、对三通一平、设置共同沟缺乏足够的认识，热力管道、电力管道、通讯电缆、供水下水管道、燃气管道以及各部门名目繁多的管线仍各自为政，天上、地下混乱无序地布设，发生事故就东挖一坑，西挖一沟，非常落后，呼吁市长们把这些严重影响城市社会效益和形象的管线统管起来，迅速建立城市共同沟。城市地下设施很多，谁占什么标高，也需要技术立法。如共同沟的标高不能使地下铁道的标高向深处降，共同沟不能从地铁车站顶部通过，因车站造价与深度成正比，越深造价越高，也不利于运营成本的降低及乘客上下的方便。由于地铁区间埋置较深，共同沟可从区间上部通过。目前一些城市规定地铁车站顶板必须低于地面3 m的做法是不合理的，以人为本的思想应贯穿

7、在当前地下工程的设计中，以成本、造价做为设计标准的指导思想该取消了。综上所述，急需进行技术立法的有以下几点：(1)各类地下建筑物的设计规范。如地下铁道车站、地下过街道、地下商业街、地下停车场、地下文体活动场所、地下仓库、地铁车站及区间、地下餐旅馆、地下展览馆、地下试验室、地下共同沟以及半地下室建筑等。(2)各类地下结构的设计、计算规范。如不同材料结构的设计、不同地质条件的荷载设计、水压力及抗浮力设计、不同类型结构建设过程中及建成后的内力分析计算、结构的防腐及耐久性设计、位移反分析的计算程序等。(3)地下工程的环境、安全、防灾设计规范。如防火设计、通风设计、防水设计、空调设计、照明采光设计、通信

8、、供电设计等。(4)地下工程施工规范。如明挖法施工，盖挖法施工，暗挖、浅埋暗挖、超浅埋暗挖法施工，盾构法施工，冻结法施工，降水排水法施工，沉管法施工，全断面掘进机(TBM)施工，城市地下工程钻爆法施工，地下围护结构施工(连续墙、钻孔桩、挖孔桩、旋喷桩等)、地下支挡结构施工(横撑及锚索)等。(5)地下工程的特殊材料的采用方面，如防水材料、地下防腐材料、注浆堵水材料、各类添加剂材料等。(6)卫生安全标准、环境保护标准。(7)地下空间开发所用的各类设备、非标设备的标准规范。包括地铁的全套设备等。(8)地下工程勘察技术及勘察内容方面。愿在廿一世纪这些规范、技术标准、技术条例都能尽快研究编制出来，以改变

9、不统一的混乱状态。3降低隧道及地下工程造价的办法需要加大力度进行研究如何用合理的造价建成百年大计的优质工程，是每个建设单位都关心的问题。如何降价，降价的技术措施是什么，降低造价后所带来的负效应是什么，都需要认真分析，区别对待。(1)地下工程的衬砌结构型式应优先采用复合式衬砌，不能因追求低造价而改变。从防水要求考虑衬砌厚度不能小于30 cm，不能随意减薄衬砌厚度，如上海地铁管片衬砌厚度30 cm已是最薄极限厚度。从长远考虑，从上海地质条件考虑，上海近些年地陷量很大，不均匀沉降可能把现有地铁管片拉裂。目前在地铁两边建筑的深基础都要受地铁结构的限制，这足以说明上海地铁区间管片的强度、刚度、稳定性是偏

10、弱的。地铁的土建工程费与设备费之比一般应为64，因地下土建是永恒的、不可逆的，而设备的更换周期是较短的，一般5年，个别设备10年，必须注意设备的投入值和产出值以及今后的维修值。(2)必须重视地下防水工程的投入。防、排、堵、截综合治理的原则，材料刚柔结合以柔为主的原则，不能片面修改。这是多年来经验教训的总结。广州一线地铁的防水设计强调了堵死的办法，不给水出路，其原因为怕引起地面下沉，实践证明有限量的排放，使地下水的补给量大于、等于排走量，地下水位不会改变，也就不会引起地面、地中下沉。如德国慕尼黑市地铁渗漏水量为0.070.20 L/(m2.d)；匈牙利布达佩斯地铁为0.20 L/(m2.d)；新

11、加坡地铁为0.12 L/(m2.d)；我国上海延安东路隧道渗漏水量仅为0.024 L/(m2.d)。不让有一点漏水，从施工、长期运营角度讲是不可能的，防水板全包的做法实质是把漏的水引到仰拱处，对结构受力、运营不利。车站和围挡结构之间设平行剪力筋，是破坏二次内衬防水保护层的笨办法，大大减弱了衬砌的防水效果，也违背了两层之间剪力为零的原则。两者之间变形是不协调的，靠水平剪力筋不能形成共同作用。复合衬砌之间设柔性防水层，当时定名为防水隔离层，其含义一是防水，二是防裂。限量堵、排，沿全线进行分段截挡，可做到结构干燥、无水，抗浮问题也得到解决。(3)迅速组织力量进行地铁运营设备的国产化。目前有些城市的运

12、营设备，需高价从贷款国购置，车辆的价格比一般国际市场高出30%左右，通信、信号设备比国产设备高36倍。盲目引进国外设备造成很大被动，运营费也很高。如广州地铁的洋设备，每年需3000万美元的养护维修费。上海一号线的96节车厢花了1.9亿马克，占德国政府对一号线项目贷款的1/3以上。而地铁二号线运行所需的144节车厢也要全部从德国进口。一号地铁运行第2年的配件消耗就达15002 000万元人民币。当前国产地铁车辆，国产供电、通讯、空调、通风设备性能非常可靠。如北京复兴门八王坟地铁购买国产车辆价格仅70万美元左右。长春客车厂在1969年研制出我国第一代地铁车辆，运营30多年，几乎天天超载，可是车辆性

13、能依旧。最近生产的变频调速地铁车辆，在伊朗德黑兰地铁车辆投标中，中标230辆，后来又追加订货174辆。但我国车辆与国外还有差距，应加强国产化的研究和开发，使地铁所有设备的国产化率达到70%以上，以促进我国相关工业的发展，降低地铁的建设成本。(4)加大地铁行车密度，缩短列车编组长度；车站一般应采用1层，取消集散厅层，以降低土建费用。加大列车运行密度，1.52 min开1列车，可以减少旅客在车站的滞留时间，这样列车编组以6节1列为宜，改变8节1列的做法，可使车站长度减少20%左右。另外，据实地调查，地下集散厅很少有人在那里滞留，空旷无人，目前几乎每个车站都搞双层，造成浪费很大。建议取消双层车站，对客流特大的车站当两对出入口不够时，可考虑设双层车站，一般不设。这样整个车站可降低建设费、运营费各30%以上。新建地铁应对此予以考虑。有关降低地下工程的造价的措施还有许多，如装修的标准、通