前言
水工隧洞作为一种特殊的引输水建筑物，20世纪以来在我国农业灌溉工程、城乡供水工程、发电引水工程、枢纽导流泄洪工程等水利水电工程建设中得到了广泛的应用，从高山峡谷到丘陵平原，从偏僻乡村到繁华都市，大量的水利水电工程都涉及水工隧洞，包含有水工隧洞的水利水电工程数不胜数，以至于目前都难以统计到我国水工隧洞较为准确的数量、长度。在不断积累和总结水工隧洞建设经验和教训的同时，水利、水电行业的水工隧洞勘察、设计、施工规范不断修订，行业内外的技术交流日益广泛，在勘察手段、设计计算分析理论、施工技术、结构材料等方面的创新和探索也从未停止。
一是随着施工技术、测控技术的进步，隧洞长度规模、埋深不断拓展，在不良地质等条件下的建设经验不断丰富。早期兴建的水工隧洞多为中浅埋深、岩质地层、人工钻爆开挖，工程布置中经常通过大范围选线以规避深埋洞段、超长隧洞以及特殊不良地层。随着施工开挖及支护技术、测控技术的进步，工程建设者们勇于突破、直面挑战，创造了许多新的纪录。锦屏二级水电站引水隧洞一般埋深为1500～2000m，最大埋深达到2525m；引汉济渭穿越秦岭隧洞最大埋深2012m；滇中引水工程香炉山隧洞最大埋深1450m，隧洞埋深连续大于600m洞段长度 40km以上。新疆某引水工程单洞长度280km以上，大伙房输水工程单洞长度85km，引汉济渭秦岭隧洞越岭段长达81.8km，滇中引水香炉山隧洞全长62.6km。南水北调中线下穿黄河，洞线长4.25km；珠三角水资源配置工程下穿狮子洋段洞线长3.5km以上。滇中引水工程、牛栏江滇池补水工程、引洮供水工程等项目隧洞多次穿越活动性区域断裂，最大断裂带宽度达500m。秦岭隧洞花岗岩最大饱和抗压强度为250MPa以上，珠三角盾构隧洞大范围穿越饱和淤泥软土地层。从以上工程指标的简单对比分析可以看出，我国水工隧洞设计与施工已经在一定程度上突破地理地形和地质条件的限制，工程的设计和布局更加灵活。
二是非爆破开挖的工程应用日益增多。受制于通风排烟距离、排水条件等，传统人孔钻爆施工独头掘进的工作面长度一般控制在3km以内。从甘肃引大入秦开始，全断面掘进机TBM在国内水工隧洞中得到了广泛应用，如山西引黄、大伙房输水、吉林东部供水、新疆引水项目、陕西引汉济渭、甘肃引洮一期、滇中引水、西藏旁多灌溉输水洞、引绰济辽等已建和在建工程，国内使用的双护盾、单护盾、敞开式等TBM达数十台，开挖断面最大为10.m、最小为4.0m左右。在平原地区饱和淤泥软土等地层条件、穿江越海供水项目，以及一些城市既有设施密集地区的项目中，传统开挖及支护方式难以实现或面临巨大的风险，盾构技术的引进和使用为工程建设提供了解决方案，在南水北调中线穿黄工程、上海青草沙水库供水工程、北京南水北调配套工程、滇中引水穿越昆明城区段、珠三角水资源配置工程等已建、在建项目中，盾构技术在较短时间内得到了大量运用。受制于火工材料的价格变化、特殊原因导致的材料管控等因素，武都引水、引洮二期等项目在中小断面、中硬岩隧洞开挖中尝试采用悬臂式掘进机等设备，并取得了较好的效果。部分供水支线工程以及短距离穿越公路铁路交叉的项目中，采用顶管法施工的水工隧洞也有了不少成功的实例。随着掘进机、盾构机、顶管机等设施设备技术的不断进步，非爆破开挖的水工隧洞建设正在成为新的潮流。
三是隧洞工程线路占比不断增加。在早期规划建设的引水工程中，隧洞、渡槽等建筑物在纯经济指标方面的比较中并不占优势，尤其在一些灌区工程中，线路长度三比一以上常作为明渠与隧洞方案比选的经验判别指标。随着占地补偿费用的不断增加，以及集约用地、环境保护、水质保护等方面的要求不断提高，加之旁山渠道工程管理和运行维护的不便，在综合比选中隧洞的优势越来越明显，隧洞工程线路占比不断增加，如滇中引水总干渠隧洞线路长度占比92%，内蒙古引绰济辽总干渠山区段隧洞占94%，甘肃引洮总干渠隧洞占比接近91%等。在一些城市供水工程如珠三角水资源配置、北京南水北调配套支线等项目中，由于对土地和空间利用有特殊要求，几乎全线采用隧洞输水。
四是对隧洞建设引发的水环境问题日益重视，地质超前预报渐呈常态。隧洞工程的建设和运行影响一定范围的渗流场，或导致敏感对象地下水疏干的问题近年来发生较多，并引起了业界的普遍关注，采取的针对性措施包括工程布置中的合理规避，基于地质预报基础上的超前注浆封堵，衬砌外设置固结灌浆防渗圈，以及其他地表处理、补偿措施等。随着地质超前预报技术的发展和预报手段的多样化，在为施工安全管理提供支撑的同时，围绕地下水问题的地质超前预报也为采取工程措施、弱化地下水环境影响创造了条件。在滇中引水等项目设计中，对全线的地下水敏感区段进行了系统的勘查和调查，明确了分段分类开眼地质超前预报的具体要求，工程投资中也计列了专门的地质预报、地下水影响处理专项费用，可为以后类似工程提供借鉴。
与此同时，水工隧洞建设还面临一些问题，需要进一步研究探索。
一是设计方法和设计理论的不一致影响了行业间的不断融合。近年来水利水电工程、铁路、公路等行业间隧洞勘察设计、施工、设备设施研究与应用等方面的融合不断加快，有力推动了技术进步、促进了行业间技术交流，如铁一院承担引汉济渭越岭段隧洞设计，中铁隧道等大量铁路施工单位承担水工隧洞施工建设，中铁装备等单位已成为国内TBM和盾构机研发制造的龙头。在香炉山隧洞等一些特殊项目的技术论证中，各行业的权威专家能够汇聚一堂建言献策，全断面岩石掘进机法水工隧洞技术规范也拟邀请铁路行业有关单位深度参与。在行业融合加深的同时，也暴露出一些问题，如围岩分类指标不尽一致，铁路、公路采用6级划分，水利水电工程采用5级划分；山岩压力的计算方法、计算规定不统一；钢筋混凝土衬砌结构设计铁路、水电采用基于可靠定性理论的极限状态设计方法，水利采用极限状态设计、单一安全系数表达的方法，公路隧道采用单一安全系数法等。
二是部分项目支护和衬砌设计有趋于保守的情况。水工隧洞设计规范区分了支护和衬砌的概念，初期支护旨在保持开挖后围岩稳定或提供必要的围岩稳定时间，也强调支护和衬砌设计应充分发挥围岩的自稳能力和承载能力。近年的设计中，在隧洞进出口、部分Ⅳ类围岩洞段、Ⅴ类围岩及特殊不良地质洞段初期支护多采用钢拱架、格栅拱架并结合喷锚，实际施工中出于对安全等方面的考虑，监理、施工要求采用拱架的范围有扩大的趋势；同时由于对支护后的收敛变形监测不够全面系统，二次衬砌中对围岩压力的折减缺乏系统评价的依据，综合因素导致部分项目支护和衬砌设计均有趋于保守的情况。
三是对一些特殊问题的处理还缺乏经验。瓦斯突出、硫化氢气体超标、高地热、辐射背景超标等特殊问题近年来多次出现在水工隧洞项目中，如夹岩水利枢纽北干渠水打桥隧洞高瓦斯洞段，采取了特殊瓦斯防暴施工，对工期、投资产生了较大影响；阿尔塔什发电引水隧洞局部洞段出现了安全值十倍以上的硫化氢气体超标；滇中引水部分隧洞勘察中已经发现硫化氢超标问题等。国内部分公路、铁路隧洞工程建设中也有出现类似情况的案例。目前类似特殊问题的处理还缺乏经验，水工隧洞设计和施工规范中也没有相关技术规定，需要不断总结经验，以便为后续工程提供借鉴。
21世纪以来，我国成功建设了南水北调中线穿黄、大伙房引水、锦屏二级发电引水等极具挑战性的水工隧洞工程，积累了丰富的经验，但随着滇中引水、引汉济渭、珠三角水资源配置、新疆引水等工程的开工兴建，水工隧洞的建设仍将面临深埋、超长、高压突水、强震及活动断裂、软岩大变形、海底穿越等多方面的巨大困难。中国水利水电勘测设计协会以服务会员单位为宗旨，从不断为行业的改革和发展提供服务、促进我国水利水电勘测设计行业的进步和发展出发，策划和组织了技术交流活动，广泛邀请业内专家学者，结合代表性工程勘察设计，总结和撰写了大量技术论文并结集出版。他山之石，可以攻玉，希望能够通过类似的总结和交流，进一步推动我国水工隧洞的勘察设计和建设水平的提升。