隧道是修建在地下或水下或者在山體中，鋪設鐵路或修筑公路供機動車輛通行的建筑物。根據(jù)其所在位置可分為山嶺隧道、水下隧道和城市隧道三大類。為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱為山嶺隧道；為穿越河流或海峽而從河下或海底通過的稱為水下隧道；為適應鐵路通過大城市的需要而在城市地下穿越的稱為城市隧道。這三類隧道中修建最多的是山嶺隧道。
道路隧道的建設過程主要為隧道規(guī)劃、勘測、設計、貫通控制測量和施工等工作。為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱為山嶺隧道；為穿越河流或海峽而從河下或海底通過的稱為水下隧道；為適應鐵路通過大城市的需要而在城市地下穿越的稱為城市隧道。這三類隧道中修建最多的是山嶺隧道。
歷史沿革
自英國于1826年起在蒸汽機車牽引的鐵路上開始修建長770米的泰勒山單線隧道和長 2474米的維多利亞雙線隧道以來，英、美、法等國相繼修建了大量鐵路隧道。19世紀共建成長度超過 5公里的鐵路隧道11座，有3座超過10公里，其中最長的為瑞士的圣哥達鐵路隧道，長14998米。1892年通車的秘魯加萊拉鐵路隧道，海拔4782米，是現(xiàn)今世界最高的標準軌距鐵路隧道，目前國內(nèi)青藏鐵路風火山隧道為世界海拔最高的單線鐵路隧道。在19世紀60年代以前，修建的隧道都用人工鑿孔和黑火藥爆破方法施工。1861年修建穿越阿爾卑斯山脈的仙尼斯峰鐵路隧道時，首次應用風動鑿巖機代替人工鑿孔。1867年修建美國胡薩克鐵路隧道時，開始采用硝化甘油炸藥代替黑火藥，使隧道施工技術(shù)及速度得到進一步發(fā)展。
在20世紀初期，歐洲和北美洲一些國家鐵路形成鐵路網(wǎng)，建成的5公里以上長隧道有20座，其中最長的瑞士和意大利間的辛普朗鐵路隧道長19.8公里。美國長約12.5公里的新喀斯喀特鐵路隧道和加拿大長約 8.1公里的康諾特鐵路隧道都采用中央導坑法施工。其施工平均年進度分別為4.1和4.5公里，是當時最高的施工進度。至1950年，世界鐵路隧道最多的國家有意大利、日本、法國和美國。日本至20世紀70年代末共建成鐵路隧道約3800座，總延長約1850公里,其中5公里以上的長隧道達60座，為世界上鐵路長隧道最多的國家。1974年建成的新關門雙線隧道，長18675米,為當時世界最長的海底鐵路隧道。1981年建成的大清水雙線隧道，長22228米,為世界最長的山嶺鐵路隧道。連接本州和北海道的青函海底隧道，長達53850米,為當今世界最長的海底鐵路隧道。
20世紀60年代以來，隧道機械化施工水平有很大提高。全斷面液壓鑿巖臺車和其他大型施工機具相繼用于隧道施工。噴錨技術(shù)的發(fā)展和新奧法的應用為隧道工程開辟了新的途徑。掘進機的采用徹底改變了隧道開挖的鉆爆方式。盾構(gòu)構(gòu)造不斷完善，已成為松軟、含水地層修建隧道最有效的工具。
中國于1887～1889年在臺灣省臺北至基隆窄軌鐵路上修建的獅球嶺隧道，是中國的第一座鐵路隧道,長261米。此后，又在京漢、中東、正太等鐵路修建了一些隧道。京張鐵路關溝段修建的4座隧道,是用中國自己技術(shù)力量修建的第一批鐵路隧道。其中最長的八達嶺鐵路隧道長為1091米，于1908年建成。中國在1950年以前，僅建成標準軌距鐵路隧道238座,總延長89公里。自20世紀50年代以來，隧道修建數(shù)量大幅度增加，1950～1984年期間共建成標準軌距鐵路隧道4247座，總延長2014.5公里，成為世界上鐵路隧道最多的國家之一。中國標準軌距鐵路隧道修建數(shù)量[ 中國標準軌距鐵路隧道修建數(shù)量]。此外，中國還建有窄軌距鐵路隧道191座,總延長23公里。截至1984年,中國共建成5公里以上長隧道10座（[中國5公里以上的鐵路隧道]），最長者為京原鐵路的驛馬嶺鐵路隧道，長7032米?，F(xiàn)正在施工的京廣鐵路衡韶段大瑤山雙線隧道，長14.3公里。中國最高的鐵路隧道是青藏鐵路關角鐵路隧道,長4010米,海拔3690米。([大瑤山鐵路隧道施工])
中國鐵路隧道約有半數(shù)以上分布在川、陜、云、貴4省。成昆、襄渝兩條鐵路干線隧道總延長分別為342及282公里，占線路總長的比率分別為31.6%和34.3%。
隧道勘測
為確定隧道位置、施工方法和支護、襯砌類型等技術(shù)方案，對隧道地處范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)狀況，以及對地下水的分布和水量等水文情況要進行勘測。
在隧道勘測和開挖過程中，須了解圍巖的類別。圍巖是隧道開挖后對隧道穩(wěn)定性有影響的周邊巖體。圍巖分類是依次表明周圍巖石的綜合強度。中國在1975年制定的鐵路隧道工程技術(shù)規(guī)范中將圍巖分為 6類。關于巖石分類70年代以前常用泰沙基及普氏等巖石分類方法。70年代以后在國際上應用較廣并為國際巖石力學學會推薦的為巴頓等各種分級系統(tǒng)。此外，還有日本以彈性波速為主的分類法。圍巖的類別的確定，為隧道工程設計合理和施工順利提供了依據(jù)。
隧道設計
包括隧道選線、縱斷面設計、橫斷面設計、輔助坑道設計等。
選線 根據(jù)線路標準、地形、地質(zhì)等條件選定隧道位置和長度。選線應作多種方案的比較。長隧道要考慮輔助坑道和運營通風的設置。洞口位置的選擇要依據(jù)地質(zhì)情況。考慮邊坡和仰坡的穩(wěn)定，避免塌方。
縱斷面設計 沿隧道中線的縱向坡度要服從線路設計的限制坡度。因隧道內(nèi)濕度大，輪軌間粘著系數(shù)減小，列車空氣阻力增大，因此在較長隧道內(nèi)縱向坡度應加以折減。縱坡形狀以單坡和人字坡居多，單坡有利于爭取高程，人字坡便于施工排水和出碴。為利于排水，最小縱坡一般為2‰～3‰。
橫斷面設計 隧道橫斷面即襯砌內(nèi)輪廓，是根據(jù)不侵入隧道建筑限界而制定的。中國隧道建筑限界分為蒸汽及內(nèi)燃機車牽引區(qū)段、電力機車牽引區(qū)段兩種，這兩種又各分為單線斷面和雙線斷面。襯砌內(nèi)輪廓一般由單心圓或三心圓形成的拱部和直邊墻或曲邊墻所組成。在地質(zhì)松軟地帶另加仰拱。單線隧道軌面以上內(nèi)輪廓面積約為27～32平方米，雙線約為58～67平方米。在曲線地段由于外軌超高車輛傾斜等因素，斷面須適當加大。電氣化鐵路隧道因懸掛接觸網(wǎng)等應提高內(nèi)輪廓高度。中、美、蘇三國所用輪廓尺寸為：單線隧道高度約為 6.6～7.0米、寬度約為4.9～5.6米；雙線隧道高度約為7.2～8.0米，寬度約為8.8～10.6米。在雙線鐵路修建兩座單線隧道時,其中線間距離須考慮地層壓力分布的影響,石質(zhì)隧道約為20～25米，土質(zhì)隧道應適當加寬。
輔助坑道設計 輔助坑道有斜井、豎井、平行導坑及橫洞四種。斜井是在中線附近的山上有利地點開鑿的斜向正洞的坑道。斜井傾角一般在18°～27°之間，采用卷揚機提升。斜井斷面一般為長方形,面積約為8～14平方米。豎井是由山頂中線附近垂直開挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在鐵路中線上或在中線的一側(cè)（距中線約20米）。豎井斷面多為圓形，內(nèi)徑約為4.5～6.0米。平行導坑是距隧道中線17～25米開挖的平行小坑道，以斜向通道與隧道連接，亦可作將來擴建為第二線的導洞。中國自1957年修建川黔鐵路涼風埡鐵路隧道采用平行導坑以來,在58座長3公里以上的隧道中約有80%修建了平行導坑。橫洞是在傍山隧道靠河谷一側(cè)地形有利之處開辟的小斷面坑道。
此外，隧道設計還包括洞門設計、開挖方法和襯砌類型的選擇等。
控制測量
隧道測量是為了保證測量的中線和高程在隧道貫通面處的偏差不超出規(guī)定的限值。
中線平面控制 長隧道以往多用三角網(wǎng)，短隧道多用導線法，借以控制中線的偏差。自50年代以來，中國在 1公里以上長度的隧道測量中采用導線法也能控制隧道的貫通誤差。光電測距儀的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了量距的困難。山嶺隧道洞外及洞內(nèi)都采用主副閉合導線法，即在主導線上測角并用光電測距儀量距，在副導線上只測角不量距。由主副導線所組成的多邊形，只平差其角度，不平差其長度。這樣主副導線法比三角網(wǎng)法簡單實用，比單一導線法可靠。中國大瑤山雙線隧道即采用主副閉合導線法作為中線平面控制。
在隧道進行中線測量以前，就要考慮將來隧道打通后的偏差數(shù)值。根據(jù)隧道的長度和平面形狀，在地形圖上先行布置測點的位置和預計的貫通點，并在平面圖上量出必要的尺寸，再根據(jù)規(guī)范規(guī)定的極限誤差試算出測角和量距的必要精度，然后進行測量。這個過程叫做測量設計或叫做隧道貫通誤差的預計4公里以下的隧道中線貫通極限誤差為±100毫米;4～8公里的隧道中線貫通極限誤差為±150毫米。
高程控制短隧道應用普通水平儀，長隧道應用精密水平儀即能保證需要達到的精度。高程貫通極限誤差為±50毫米。
隧道開挖
開挖方法分為明挖法和暗挖法。明挖法多用于淺埋隧道或城市鐵路隧道，而山嶺鐵路隧道多用暗挖法。按開挖斷面大小、位置分，有分部開挖法和全斷面開挖法。在石質(zhì)巖層中采用鉆爆法最為廣泛，采用掘進機直接開挖也逐漸推廣。在松軟地質(zhì)中采用盾構(gòu)法開挖較多。
鉆爆法
在隧道巖面上鉆眼，并裝填炸藥爆破，用全斷面開挖或分部開挖等將隧道開挖成型的施工方法。
鉆爆法開挖作業(yè)程序包括測量、鉆孔、裝藥、爆破、通風、出碴、錨桿、立架、掛網(wǎng)、噴錨等工序。
①鉆孔：要先設計炮孔方案，然后按設計的炮孔位置、方向和深度嚴格鉆孔。單線隧道全斷面開挖，采用鉆孔臺車配備中型鑿巖機，鉆孔深度約為2.5～4.0米。雙線隧道全斷面開挖采用大型鑿巖臺車配備重型鑿巖機，鉆孔深度可達5.0米。炮孔直徑約為 4～5厘米。炮孔分為掏槽孔（開辟臨空面）、掘進孔（保證進度）和周邊孔（控制輪廓）。
②裝藥：在掘進孔、掏槽孔和周邊孔內(nèi)裝填炸藥。一般裝填硝胺炸藥，有時也用膠質(zhì)炸藥。裝填炸藥率約為炮眼長度的60%～80%，周邊孔的裝藥量要少些。為縮短裝藥時間,可把硝胺炸藥制成長的管狀藥卷,以便填入炮眼；也可利用特制的裝藥機械把細粒狀藥粉射入炮孔中。
③爆破：19世紀上半期以前用明火起爆。1867年美國胡薩克鐵路隧道開始采用電力起爆。此后，電力起爆逐漸推廣。在全斷面掘進中，為了減低爆破對圍巖的震動和破壞，并保證爆破的效果，多采用分時間階段爆破的電雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破，邊墻采用預裂爆破。近期發(fā)展的非電引爆的導爆索應用日益廣泛。
④施工通風：排出或稀釋爆破后產(chǎn)生的有害氣體和由內(nèi)燃機產(chǎn)生的氮氧化物及一氧化碳,同時排除煙塵,供給新鮮空氣，借以保證隧道施工人員的安全和改善工作環(huán)境。通風可分主要系統(tǒng)和局部系統(tǒng)。主要系統(tǒng)可利用管道（直徑一般為1～1.5米，也有更大的）或巷道（平行導坑等），配以大型或中型通風機；局部系統(tǒng)多用小型管道及小型通風機。巷道通風多采用吸出式，將污濁空氣吸出洞外，新鮮空氣由正洞流入。新鮮空氣不易達到的工作面，須采用局部通風機補充壓入。
⑤施工支護：隧道開挖必須及時支護，以減少圍巖松動，防止塌方。施工支護分為構(gòu)件支撐和噴錨支護。構(gòu)件支撐一般有木料、金屬、鋼木混合構(gòu)件等，現(xiàn)在使用鋼支撐者逐漸加多。噴錨支護是20世紀50年代發(fā)展起來的一種支護方法，其特點是支護及時、穩(wěn)固可靠，具有一定柔性，與圍巖密貼，能給施工場地提供較大活動空間。中國在一些老黃土隧道中應用噴錨支護也獲得成功。噴射混凝土工藝分為干噴和濕噴。現(xiàn)多采用干噴法，即將干拌混凝土內(nèi)摻入一定數(shù)量的速凝劑，用壓縮空氣將混凝土由管內(nèi)噴出。在噴口加水射到巖石面上，一次可噴3～5厘米厚度。在噴射混凝土中摻入一些鋼纖維，或在巖面掛鋼絲網(wǎng)可提高噴錨支護的強度。鋼錨桿安設在巖層面上的鉆孔內(nèi),其長度和間距視圍巖性質(zhì)而定,一般長度為2～5米，通常用樹膠和水泥漿沿桿體全長錨固。在巖層較好地段僅噴混凝土即可得到足夠的支護強度。在圍巖堅硬穩(wěn)定的地段也可不加支撐。在軟弱圍巖地段噴錨可以聯(lián)合使用，錨桿應加長，以加強支護力。
⑥裝碴與運輸：在開挖作業(yè)中，裝碴機可采用多種類型，如后翻式、裝載式、扒斗式、蟹爪式和大鏟斗內(nèi)燃裝載機等。運輸機車有內(nèi)燃牽引車、電瓶車等，運輸車輛有大斗車、槽式列車、梭式礦車及大型自卸汽車等。運輸線分有軌和無軌兩種。
由鉆孔直到出碴完畢稱為一個開挖循環(huán)。根據(jù)中國的經(jīng)驗，在單線全斷面開挖中24小時能作兩個循環(huán)，每個循環(huán)能進3.5米深度，每日單口進度可達7米。然而在開挖中難免遇到斷層或松軟石質(zhì)以及涌水等，不易保持每日的預計循環(huán)，所以每月單口實際進度多低于200米。中國成昆線蜜蜂箐單線隧道單口最高月進度曾達到 200米。日本大清水雙線隧道單口最高月進度曾達到 160米。開挖循環(huán)作業(yè)的特點是一個工序接一個工序必須逐項按時完成，否則前一工序推遲就會影響下一工序，因而拖長全部時間。其中最主要的工序為鉆孔及出碴，所用時間占全部作業(yè)時間比例較大。
鉆爆法開挖采用的方法有全斷面開挖法和分部開挖法。
①全斷面開挖法：一次開挖成型的方法。一般采用帶有鑿巖機的臺車鉆孔，用毫秒爆破，噴錨支護。還要有大型裝碴運輸機械和通風設備。全斷面開挖法又演變?yōu)榘霐嗝娣?。半斷面法是弧形上半部領先，下半部隔一段距離施工。
②分部開挖法：先用小斷面超前開挖導坑,然后,將導坑擴大到半斷面或全斷面的開挖方法。這種方法主要優(yōu)點是可采用輕型機械施工，多開工作面，各工序間拉開一定的安全距離。缺點是工序多,有干擾,用人多。根據(jù)導坑在隧道斷面的位置分為：上導坑法、中央導坑法、下導坑法以及由上下導坑互相配合的各種方法，另有把全斷面縱向分為臺階進行開挖，而各層臺階距離較短的臺階法。
上導坑法適用于軟弱巖層、襯砌順序是先拱后墻，曾于1872～1881年為圣哥達隧道采用。中國短隧道一般用這種方法。中央導坑法是導坑開挖后向四周打輻射炮眼爆破出全斷面或先擴大上半部。20世紀初美洲曾用這種方法，20年代美國新喀斯喀特隧道也用這種方法。下導坑法即下導坑領先的方法。其中包括：a.上下導坑法，利用領先的下導坑向上預打漏斗孔，便于開展上導坑等多工序平行作業(yè)。襯砌順序多用先拱后墻，遇圍巖較好時亦可改為先墻后拱。b.漏斗棚架法，適用于堅硬地層，以下導坑掘進領先，由下而上分層開挖，設棚架，先襯砌邊墻后砌拱。1961～1966年在中國成昆線關村壩鐵路隧道應用,1964年復工后取得平均單口月成洞152米的進度。c.蘑菇形法，同漏斗棚架法類似，也設棚架，但先襯砌拱部后砌邊墻。1971～1973年在枝柳線彭莫山單線隧道應用,取得平均單口月成洞132米的進度。d.側(cè)壁導坑法，兩個下導坑領先，環(huán)形開挖，最后挖掉中心土體，襯砌順序為先墻后拱，多用于圍巖很差的雙線隧道。也有采用上導坑領先及兩個下導坑成品字形的。更多相關題目：
全斷面開挖法和分部開挖法是鉆爆法開挖常用的方法，但隧道施工很復雜，時常遇到各種困難情況，如大斷層、流沙、膨脹地層、溶洞、大量涌水等，尚需采取相應措施。
盾構(gòu)法
采用盾構(gòu)作為施工機具的隧道施工方法。1825年在倫敦泰晤士河水下隧道首先試用盾構(gòu)，并獲得成功。此后，松軟地質(zhì)多采用盾構(gòu)法開挖。盾構(gòu)是一種圓形鋼結(jié)構(gòu)開挖機械，其前端為切口環(huán)，中間為支撐環(huán)，后端為盾尾。開挖時，切口環(huán)首先切入地層并能掩護工人安全地工作;支撐環(huán)是承受荷載的主要部分,其中安設多臺推進盾構(gòu)的千斤頂及其他機械；盾尾隨著上述兩部分前進，保護工人安裝鑄鐵管片或鋼筋混凝土管片。盾構(gòu)法適用于松軟地層，施工安全，對地層擾動少，控制圍巖周邊準確，極少超挖。日本丹那鐵路隧道曾采用盾構(gòu)法施工。
掘進機法
在整個隧道斷面上，用連續(xù)掘進的聯(lián)動機施工的方法。早在19世紀50年代初，美國胡薩克隧道就試用過掘進機，但未成功。直到20世紀50年代以后才逐漸發(fā)展起來。掘進機是一種用強力切割地層的圓形鋼結(jié)構(gòu)機械，有多種類型。普通型的掘進機的前端是一個金屬圓盤，以強大的旋轉(zhuǎn)和推進力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，圓盤上裝有數(shù)十把特制刀具，切割地層，圓盤周邊裝有若干鏟斗將切割的碎石傾入皮帶運輸機，自后部運出。機身中部有數(shù)對可伸縮的支撐機構(gòu)，當?shù)毒咔懈畹貙訒r，它先外伸撐緊在周圍巖壁上，以平衡強大的扭矩和推力。掘進機法的優(yōu)點是對圍巖擾動少,控制斷面準確，無超挖,速度快，操作人員少。
隧道襯砌
隧道開挖后，為使圍巖穩(wěn)定，確保運營安全，需按一定輪廓尺寸建造一層具有足夠強度的支護結(jié)構(gòu)，這種隧道支護結(jié)構(gòu)稱為隧道襯砌。常用的襯砌種類有就地灌注混凝土類、預制塊拼裝、噴錨或單噴混凝土、復合式襯砌。復合式襯砌是在噴錨或單噴支護之后，再就地灌注一層混凝土，形成噴錨支護同混凝土襯砌結(jié)合的復合式襯砌結(jié)構(gòu)。如遇有水地段可在兩層支護間加掛一層塑料板或做其他防水層。
發(fā)展趨勢
在隧道工程中，噴錨支護有可能取代構(gòu)件支撐。噴錨支護的主要優(yōu)點是支護及時,安全可靠,并能大量節(jié)約木材和鋼材。歐洲一些國家在較弱地層的大斷面爆破后，采用長錨桿結(jié)合噴混凝土做支護，已獲得成功。中國亦曾在老黃土隧道開挖中使用噴錨支護。自噴錨支護發(fā)展后，對較弱巖層也可進行全斷面開挖，以全斷面開挖取代分部開挖。
在巖石地層中采用全斷面開挖及噴混凝土襯砌，其質(zhì)量好壞首先取決于光面爆破。運用新奧法原理，考慮圍巖自身承載能力，可在坑道爆破后盡早采用單噴或噴錨作初期支護，隨即連續(xù)量測位移，判定圍巖基本穩(wěn)定時間，再進行二次支護，這樣可以建成較經(jīng)濟的襯砌結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)代高度競爭的地下采礦與隧道工程要求成本集約，安全開鑿與巖石加固等程序步驟。采礦的機器設備必須安全可靠，并緊密跟隨工業(yè)持續(xù)提高的生產(chǎn)力與飛速發(fā)展的經(jīng)濟步伐。掘進機開挖法正在不斷研究改進，并生產(chǎn)出各種新機械,其應用有廣闊前景。液壓鑿巖機不斷更新完善,使隧道開挖進度大大提高。光電測量儀器和激光導向設備的使用，使長隧道施工精確程度有所提高。目前，航空勘測、遙感技術(shù)、物探技術(shù)、巖層中應力應變的量測技術(shù)、電子計算機技術(shù)等的廣泛應用，使隧道勘測設計技術(shù)水平也有很大提高。精確爆破技術(shù)，水平鉆探技術(shù)和預灌漿技術(shù)的不斷提高，有可能提高隧道開挖過程的安全性，并能保證隧道工程的質(zhì)量。
