知识拓展
一、日本青函铁路隧道
长久以来，日本本州的青森与北海道的函馆两地隔海相望，中间横着水深流急的津轻海峡。两地的旅客往返和货运，除了飞机以外，就只能靠海上轮渡。从青森到海峡对岸的函馆，海上航行要4.5 h，到了台风季节，每年至少要中断海运80次。于是，人们迫切希望海峡两岸除飞机和轮渡之外，能有更经济、更方便的交通把两岸联系起来。青函隧道工程（图1-3）的设想也就应运而生。
图1-3 青函隧道
1964年5月，青函隧道开始挖调查坑道。经过7年的各种海底科学考察，专家们才最终选定了安全的隧道位置，并于1971年4月正式动工开挖主坑道。经过12年的施工，1983年1月27日，南起青森县今别町滨名，北至北海道知内町汤里，世界上最长的海底隧道——青函隧道的先导坑道终于打通了。1988年3月13日，青函隧道正式通车，从而结束了日本本州与北海道之间只能靠海上运输的历史。3月13日清晨，首班电气化列车满载乘客分别从青森站和函馆站相对发出。电车从海底通过津轻海峡只用了大约30min。
青函隧道是一条十分重要的通道，目前日本铁路当局打算在隧道里铺设具有大容量的光纤通信电缆、高压输电线、天然气管道等，以对隧道加以综合利用，提高经济效益。
青函隧道最大水深140m，最小覆盖层厚100m，采用超前导坑和平行导坑法施工，以便提前探明地质情况并作通风、排水和出渣之用。平行导坑与正洞的中线间距30m，两者之间每隔600m用横向通道连接。青函隧道由3条隧道组成。主隧道全长 53.9km，其中海底部分23.3km，陆上部分本州端长13.55km，北海道端长17km，各设3座斜井和1座竖井，由斜井底部开挖位于正洞与平行导坑下方居中的超前导坑。主坑道宽11.9m，高9m，断面80m2。除主隧道外，还有两条辅助坑道：一是调查海底地质用的先导坑道，二是搬运器材和运出砂石的作业坑道。这两条坑道高4m、宽5m，均处在海底。现在，先导坑道用于换气和排水，漏到隧道的海水会被引到先导坑道的水槽，然后再用高压泵排出地面；作业坑道则用作列车修理和轨道维修的场所。
修建这条青函隧道的代价是极其高昂的。1971年主隧道动工兴修时，预算工程的全部费用为8.3亿美元，但后来多次追加费用，估计到隧道竣工，整个工程需用27亿美元，平均每公里5000多万美元。青函隧道的工期长达24年。
由于海底复杂的地质断层和软岩构造，隧道曾出现多次严重渗水事故，自隧道动工以来，已有33名工人丧生，1300人伤残。隧道两度被海水淹没，第一次发生在1969年，海水将岩缝冲大，每分钟涌入11t，水在斜井里上升了150m。工人们花了近5个月时间将积水抽出，后来在整个隧道周围灌上一层厚达4.5m的水泥浆，并用钢板把岩缝堵住。第二次发生在1976年，海水再次以每分钟70t的流量冲入供应隧道，工人们又足足奋斗了5个月才控制住这次水害，共死亡20余名工人，仅后一次水害的影响，使整个工程至少被推迟了两年。
二、中国乌鞘岭铁路隧道
乌鞘岭特长隧道（图1-4）全长20.05km，于2006年8月23日实现双线开通，兰新铁路兰武段（兰州西至武威南）新增二线铁路全面建成，欧亚大陆桥通道上的“瓶颈”制约被消除。乌鞘岭隧道位于兰新线兰武段打柴沟车站和龙沟车站之间，为两座单线隧道，隧道出口段线路位于半径为1200m的曲线上，右、左缓和曲线伸入隧道分别为68.84m及127.29m，隧道其余地段均位于直线上，两隧道线路纵坡相同，主要为1.1%的单面下坡，右线隧道较左线隧道高0.56～0.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右线均采用钻爆法施工，右线隧道先期开通。隧道辅助坑道共计15座，其中斜井13座，竖井1座，横洞1座。
图1-4 乌鞘岭隧道
乌鞘岭隧道工程地质条件极为复杂，建设过程中遇到的最大难题就是乌鞘岭位于山脉断层之上，洞身穿越4条断裂带组成的挤压构造带，处于地震基本烈度为8度的高地震烈度区。建设者们开展科研攻关，提出不同区段围岩物理力学参数的建议采用值，用于设计和施工，提高了施工质量。乌鞘岭特长铁路隧道的顺利完工，改变了铁路选线中不敢采用特长隧道的观念，可以说，没有乌鞘岭特长隧道的施工经验，就不敢选择27km长的太行山隧道和32km长的新关角隧道。同时，乌鞘岭隧道中积累的施工经验，对今后线路的走向和隧道的快速施工具有借鉴作用。
三、风火山隧道工程“世界第一高隧”
1.工程概况
隧道施工技术标志性成果是建成青藏铁路多年冻土带风火山隧道（图1-5）。它是世界上海拔最高的隧道（轨面标高4905m），也是青藏铁路上的一项重大关键工程。隧道长1338m，全部穿越多年冻土区，洞口及浅埋段属富冰冻土，含冰量达50%以上，洞身段裂隙冰发育，隧道施工没有经验可以借鉴，技术难度极大。风火山地处青海可可西里无人区，海拔5010m。这里气候严酷，年平均气温只有零下7℃。氧气极为稀薄，低于人类生存极限，被称为生命的禁区。风火山实际上是一座冰山，多年冻土成为施工过程中最难以解决的问题。
图1-5 风火山隧道
2.施工设计
风火山高原冻土隧道设计和施工中，研制、使用了适应冻土隧道施工的低温早强混凝土。采用了防水、保温等新技术和新工艺，攻克了浅埋冻土隧道进洞、冰岩光爆等技术难关，掌握了高原冻土路基和隧道施工的有效办法，使之达到了国内外冻土隧道施工的领先水平。在风火山不良地质地区打隧道，关键是解决围岩热融问题。施工单位把攻克饱冰冻土地质施工作为首选目标，并借鉴国内外冻土隧道施工的经验，研制、投产了两台特大型隧道空调机组，形成洞内空气冷冻室和冷气空调室，把洞内温度控制在±5℃之间，从而解决了不同冻土地质条件下的热融问题，为确保工程顺利进展探索出了新路。先后购进了400余台（套）一流的高原施工机械，实现了机械化作业，大大降低了职工劳动强度，提高了生产效率。风火山隧道是青藏线上浅埋层最长的隧道，为避免出现塌方，针对不同地质的喷护和支护提出了一揽子工法方案。在富冰冻土地段，采用大管棚加小管棚的双层超前超强支护法，利用中空锚杆和加温后的水泥浆锚注，使围岩上层形成一种相对稳定的环境。同时，实行“弱爆破，快支护、快初衬”，使富冰冻土区段得以安全通过。对裂隙冰地质，采用“先抢格栅架，快焊钢筋网，边焊边喷护”的方法，取得了良好效果。对融冻泥岩地质，采取“用水玻璃进行双液注浆，首先稳定山体结构，待水玻璃与水泥浆凝固后，再进行谨慎开挖”，很快就防止了融冻泥岩的塌落，保证了施工的正常进行。
3.科技创新
（1）高原多年冻土隧道施工制氧、供氧技术。研制建成的风火山隧道制氧站，氧气产量大于20m3/h，氧气浓度达到92%以上；提出了隧道掌子面弥散式供氧和隧道氧吧车供氧的新方法。
（2）研制了SDTK-100型高原隧道专用空调机组，使隧道内的温度控制在±5℃之间，保证了掌子面的冻土热扰稳定及混凝土施工质量。
（3）首次研究了高原多年富冰冻土、冻岩条件下隧道湿喷混凝土施工技术及工艺，研制了低温早强抗冻复合型速凝剂，使喷混凝土在负温下迅速凝结硬化，达到抗冻临界强度。
（4）研究总结了多年富冰冻土浅埋段开挖、支护成洞施工技术。
（5）首次采用“防水板+隔热层+防水保护层”的防水、保温结构形式，沿隧道全长全断面铺设，形成隧道二次衬砌完全和地层隔离；保温复合结构的“无钉法铺设”施工新工艺，确保风火山隧道不渗、不漏。
（6）研究低温耐久性混凝土施工技术，成功解决了低（负）温条件下混凝土硬化初期不被冻坏，且强度持续增长的难题；取得了一整套在严酷条件下混凝土的施工方法及养护工艺。
（7）首次研究了高原多年冻土隧道施工机械设备的选型、合理配套技术及维修保养方法，为风火山隧道的顺利建成提供了保障。
（8）通过对温度、压力、变形、冻融圈等施工信息的监测，根据数据指导施工，保证风火山隧道施工质量控制，提出了一套高原多年冻土隧道信息化施工方法及工艺。
（9）首次采用盐水水炮泥封堵炮孔的技术措施，达到降低工作面温度和降尘的效果，测试分析，在冻土边坡中的最大爆破振动速度控制在2～5cm/s为宜，在隧道掘进中对围岩最大爆破振动速度控制在5～10cm/s为宜。