超大跨度公路隧道研究现状与面临的挑战

陈建勋，罗彦斌，万 利，刘同展

1. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064

2. 山东省交通规划设计院，山东 济南 250031

0 引言

21世纪是地下空间资源开发和利用的世纪，隧道作为地下空间利用的基本形式，在铁路、公路、城市地铁等交通路网中发挥着重要的作用。近年来中国倡导经济建设可持续发展，隧道及地下工程因具有节约能源和保护环境的优势，成为交通建设领域的先锋。截至2017年底，中国公路隧道总里程达到15 285.1 km，是2002年的24倍，以平均每年960 km左右的速度增长。目前，中国已是世界上隧道工程建设规模最大、数量最多、修建速度最快的国家。

随着人们生活节奏的加快和科学技术的进步，安全、舒适、快速、方便、经济的公路运输方式已经成为现代化交通的重要标志。由于交通量的迅猛增长，原有道路所承载的实际交通量已远远超过建设初期的设计通行能力，由此带来的交通阻塞、交通事故等问题，使现有的道路已经不堪重负，因此通过对原有道路进行改扩建来提高服务水平和通行能力，满足交通量迅猛增长的需求已成为必然。另外，车辆荷载和环境因素的持续作用导致高速公路使用性能逐渐降低，从而增加车辆的运输成本投入，造成交通事故逐年增多，道路损毁严重，运输效率降低等问题，通过对公路进行改扩建可以显著提高其使用性能，降低维护和运营费用。因此，从实施可持续发展战略出发，经济发达地区和城市周边地区已建的单洞两车道公路隧道已经不能满足目前交通运输和人们出行的需求，考虑到路线走廊带是不可再生资源，因而在高速公路新建和改扩建项目中，双洞六车道、八车道公路隧道工程日益增多。21世纪初期，在广州、深圳等一些发达城市陆续修建了单洞四车道超大跨度公路隧道，例如2005年修建的龙头山隧道、2006年修建的深圳南坪雅宝隧道、2009年修建的厦门大帽山隧道，以及2015年修建的福州金鸡山隧道等，见图1（a）～（d ）。近年来，国内涌现出一大批单洞四车道超大跨度公路隧道，例如2017年通车的济南绕城高速连接线老虎山隧道和小岭隧道，以及在建的山东滨莱高速公路淄博西至莱芜段改扩建工程樵岭前隧道和佛羊岭隧道等，见图1（e）～（h ）。

图1 超大跨度公路隧道

据不完全统计，目前国内外修建的超大跨度隧道有40座，其建设情况见表1。

超大跨度公路隧道结构具有扁平、大跨、薄拱等特点，其围岩荷载分布和支护力学特性复杂，结构稳定性差，尤其在施工期间受诸多工序的影响，围岩多次扰动，支护结构受力多变，极易发生围岩失稳和隧道衬砌结构开裂破坏等问题。在工程实践中，超大跨度公路隧道的支护形式五花八门，如初期支护加2层二次衬砌、2层初期支护加高强二次衬砌、高强初期支护加二次衬砌等，而且设计支护参数和施工方法各不相同。同时，由于可借鉴的工程经验有限，现行的规范和标准均无相关规定，给超大跨度公路隧道的设计和施工带来诸多困扰。目前，单洞四车道的公路隧道尚没有形成系统、适用的设计理论方法及相应的配套技术。因此，亟需围绕超大跨度公路隧道围岩变形规律与支护结构力学特性、支护结构设计参数和相应的施工方法等方面开展研究，以期提出一套系统完整的超大跨度公路隧道修建技术。

表1 国内外超大跨度公路隧道工程建设情况统计

1 超大跨度公路隧道围岩变形规律与支护结构力学特性研究

20世纪60年代，自从新奥法（New Austrian Tunneling Method，简写NATM）出现在隧道工程中以后，在国外施工中得到了广泛的应用和长足的发展。在20世纪80年代修建大瑶山铁路隧道时，王梦恕院士引进新奥法原理，并成功运用于该隧道的建设，自此新奥法在中国隧道建设中开始迅速推广，并迅猛发展。

续表1

1.1 隧道围岩变形研究

隧道开挖后的变形包括掌子面前方的先行位移，掌子面位移和掌子面后方的位移，这3种位移是同时产生的，而且是“动态”的。以往所说的量测位移只是掌子面后方位移的一部分，指的是从量测开始到结束时产生的位移。影响围岩变形发展的因素，一是由于开挖面的不断向前延伸，在围岩中形成新的空间，初始地应力重新分配，致使在某一监测断面上所量测到的围岩变形值不断增大，称之为“空间效应”；二是由于围岩的流变特性致使围岩变形随时间的推移而增长，称之为“时间效应”。国内外学者专家针对上述3种位移、2种效应，对隧道开挖后的变形规律进行了大量的研究，获得了众多结论与成果，并积累了很多宝贵的经验。

在时空效应的理论解析研究方面，常采用黏弹塑性有限单元法。孙钧院士在《地下结构有限元解析》一书中，详细论述了隧道工程中各种有限元模型、有限元解析理论以及数值解法[1]，对具有流变效应的隧道开挖问题起到了很好的理论指导作用。而后孙钧等[2]还进一步深入研究了时空效应理论，提出了广义虚拟支撑力法，通过在隧道洞周施加径向的“虚拟支撑力”，将隧道施工过程的复杂三维问题等效为二维平面应变问题，简化了分析过程。于学馥等[3]建议在平面应变法中采用释放系数模拟隧道施工过程，而后朱维申等[4]利用洞壁径向位移释放系数反映开挖面径向“虚拟支撑力”的释放。之后，三维黏弹塑性有限元分析和数值模拟进入快速发展期，金丰年等[5-6]应用非线性黏弹性模型，对隧道的全断面开挖过程进行了三维有限元计算，得到开挖面的影响范围约为洞室直径2倍的结论；张玉军等[7]运用三维黏弹塑性有限元理论分析了锚固正交各项异性层状岩体，对围岩的流变动态进行了详细研究；刘建华等[8]对小浪底工程地下厂房工程进行了三维黏弹性数值模拟，分析了开挖位移和围岩稳定性；赵旭峰等[9]对深部软岩隧道工程中施工力学性态和变形时空效应进行三维非线性黏弹性数值模拟，并将计算结果与现场实测数据进行了比较验证。随后，隧道开挖过程中围岩与支护结构相互作用的三维模拟计算及施工特性研究也逐步展开，并取得了一系列的成果。

在开挖面空间效应方面，也取得了十分有意义的成果。研究成果认为隧道围岩在横、纵断面上的支护作用称为“空间效应”，将空间约束作用视为对洞周的“虚拟支撑力”作用，并用“位移释放系数”来探讨开挖面的空间效应，得出位移释放规律。开挖面的空间约束作用可以使围岩在无支护的情况下自稳一段时间，位移释放系数越小，开挖面空间效应越大。朱维申等利用洞壁径向位移释放系数反映开挖面径向“虚拟支撑力”的释放。赵明阶等[10]将围岩变形全过程的位移时间关系曲线分为4个阶段——负空间效应段、正空间效应段、阻尼段和流变段，并认为空间效应段变形主要是由于岩体开挖后，周边岩体失去原有的位移约束，打破原有的平衡，使围岩土体产生向净空面移动的趋势，并发生一定的位移，牵动更深岩体的位移，如此延续下去，直到一定深度，对浅埋隧道可达地表，同时变形速率也随着开挖面与测点距离的变化而变化，这很好地描述了围岩变形的全过程。宋战平等[11]的研究认为隧道观测断面随掌子面推进而产生的位移可分为几个部分，即先期位移、瞬时位移和后期位移，并研究了溶洞对隧道先期位移以及瞬时开挖位移的影响。

1.2 隧道支护力学研究

国外关于支护结构的力学特性研究也越来越多。在二次衬砌的作用效果方面，米勒[12]认为“二次衬砌是在初期支护基本稳定的情况下施做的，以进一步提高稳定度”。日本岩石力学专家认为，二次衬砌只能起到加强安全度的作用，一般由于围岩具有自承能力及初期支护能作永久支护，所以二次衬砌是用来提高安全度的[13]。在二次衬砌力学计算模型方面，1985年半谷通过对复合式衬砌中二次衬砌的研究，提出了一种用弹簧来模拟衬砌之间相互作用的力学模型，该模型能很好地模拟出衬砌之间的压缩和剪切作用。1989年崛地纪行等通过隧道二次衬砌圆筒的轴向刚度研究，提出了一种以弹簧来代替隧道衬砌之间圆环接头的数值计算模型，该模型全面考虑了衬砌之间的环向压缩刚度和剪切刚度的作用。从1978年以来，日本一直在对具有二次衬砌的隧道圆管的纵向接头和环形接头的刚度进行研究，重点主要集中在管片纵向接头、环向接头、双层衬砌层间接缝等的接头性能模拟，但使用弹簧来模拟各种接头效应的基本格局无多大变化，可以看作是梁和弹簧模型的一种深化。

国内学者也做了不少关于隧道衬砌结构受力特征的研究。赵子龙等[14-15]对南岭隧道进行了现场试验，研究了复合式衬砌围岩压力的大小及分布规律，通过统计分析得出二次衬砌是受力的，其大小可按衬砌的刚度进行压力分配，二次衬砌是主要承载结构。程桦等[16]用运用数值模拟软件对复合式隧道衬砌进行计算，把初期支护与二次衬砌都看作是实体单元进行建模，通过计算分析了喷层、锚杆和二次衬砌所受的内力。杜守继等[17]对软岩隧道围岩收敛曲线和衬砌受力变形曲线进行了研究，并分别对一次衬砌和二次衬砌的作用效果进行了评价。王兵[18]通过数值模拟方法对某双车道公路隧道衬砌设计方案进行了比较，选取了最优的施工方案，并验证了新奥法施工的合理性和可行性。晏启祥等[19]以软岩小净距隧道为研究对象，重点分析了不同开挖方式下锚杆、喷射混凝土层和二次衬砌的受力特点，以及洞周围岩特征点变形和应力随施工的变化过程。刘志春等[20]通过对乌鞘岭隧道断层带进行监控量测，分析了围岩压力与位移的关系、实测数据与施工工序的关系、多量测项目发展趋势相互关系规律、位移的纵向分布规律、量测项目稳定值的预测、荷载侧压力系数、二次衬砌分担围岩压力比例、二次衬砌施作时机等进。莫勋涛等[21]结合中国铁路隧道中围岩压力与站立时间的概率分布相互独立的特点，提出了一种计算初期支护和二次衬砌各自承担压力大小的公式。李术才等[22]采用损伤力学原理得到加锚节理裂隙岩体的本构关系及其损伤演化方程，以此来评价此类岩体的稳定性和变形行为。来弘鹏等[23]以青土岘隧道为依托进行了现场测试，对围岩压力、格栅钢架钢筋轴力、初期支护和二次衬砌接触压力等变化规律及分布特性进行了研究。陈建勋等[24]基于刘家坪2#隧道对黄土隧道洞口段支护的受力状况进行施工监测，并采用有限元法进行了分析。《公路隧道设计规范》中认为：Ⅰ～Ⅲ级围岩，初期支护作为永久支护可使围岩更加稳定，二次衬砌只需按照构造要求选定厚度，作为安全储备；Ⅳ、Ⅴ级围岩二次衬砌分担围岩压力比例分别为20%～40%、60%～80%，但选用这些参数设计二次衬砌是否合理尚需验证。

目前，对于隧道变形与支护结构力学特性的研究大多集中于两车道等小跨度隧道，且研究方法多以数值模拟计算为主，研究成果不尽一致，而对于单洞四车道的超大跨度隧道的变形规律与支护结构力学特性的研究很少。因此，有必要对单洞四车道超大跨度公路隧道的变形规律与支护结构力学特性进行广泛且深入的研究。

2 超大跨度公路隧道支护结构设计参数研究

2.1 隧道支护结构的发展

根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求，公路隧道衬砌类型可分为喷锚衬砌、整体式衬砌和复合式衬砌。高速公路、一级公路和二级公路的隧道应采用复合式衬砌，由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成。

近些年来，上述初期支护已经由过去单一的支护形式发展形成了多种支护形式，如锚喷、锚网喷、锚喷网架、钢架网喷锁脚锚杆等。一般情况下，这些支护形式可以确保隧道的初期稳定性，但是对于跨度更大的三车道、四车道公路隧道，以及围岩具有蠕变特性的隧道，仅靠初期支护往往难以确保隧道围岩的稳定性。在确保隧道初期稳定性方面，意大利Pietro Lunardi[25]提出了岩土控制变形分析法，该方法强调掌子面和前方围岩的加固和支护，重视超前支护的作用，以控制隧道开挖后的早期变形。若将该方法应用到单洞四车道公路隧道中，其超前支护的效果以及控制早期变形的适用性尚有待进一步研究。何满潮等[26]提出了软岩巷道围岩关键部位耦合支护理论和锚网-锚索耦合支护技术，该理论和方法对深部软岩的巷道比较适用，但对于跨度更大的三车道、四车道公路隧道仍存在一定的局限性。陈建勋等[27-30]提出了钢架网喷锁脚锚杆（管）的软弱地层隧道初期支护组合结构，创新了隧道初期支护型式，有效控制了软弱地层隧道的拱部沉降。该结构型式已被广泛应用于两车道和三车道公路隧道工程中，但在单洞四车道公路隧道中的适用性还有待进一步研究。

二次衬砌一般采用模筑混凝土，在初期支护变形稳定后施作，初期支护承受全部围岩荷载，二次衬砌作为安全储备。但在软弱围岩中，仅靠初期支护承载往往难以确保隧道围岩稳定，此时需考虑二次衬砌的承载作用，并进行相应的结构内力计算及强度校核。对此，《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010）给出了不同围岩级别、单洞双车道和三车道隧道初期支护和二次衬砌的支护承载比例，但单洞四车道隧道二次衬砌承载比例并未涉及。因此，有必要对单洞四车道公路隧道二次衬砌的支护时机、承载比例进行研究。

另外，关于单洞四车道隧道的衬砌支护方案，《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010）提出应采用复合式衬砌方案，衬砌分两次或三次施作，其中Ⅱ级与Ⅲ级围岩宜采用二次支护方案，Ⅳ级和Ⅴ级围岩可采用三次支护方案，并初步给出了初期支护（包括钢架、喷射混凝土、锚杆、钢筋网）、二次衬砌和三次衬砌的设计参数。但是，这些参数的适用性和合理性有待进一步研究。

2 隧道支护的优化

随着优化理论在隧道及地下工程中的广泛应用，隧道支护结构优化方法大量涌现。H Lulttger等[31]研究了用应变控制法优化隧道支护设计。日本山地宏志等[32]根据隧道开挖过程中的量测结果，求出对应于发生应变的支护工程的感度系数，由此确定最佳支护工程量，并提出相应的计算方法，同时给出模拟计算的结果，实现了对支护工程的定量评价，其实质也是用应变控制法优化隧道支护设计。印度T.Amirsoleymani根据岩体的线弹性假定，讨论水工隧洞的椭圆形断面优选法，认为选择隧洞断面几何形状时不仅要考虑节理和不连续面的方位，而且要考虑岩体内总主应力的方向与大小，提出了一种使隧洞周边拉应力消除而压应力最小的隧洞最优几何形状的确定方法。挪威于1984年在奥斯陆举行的有关降低公路隧道造价的国际学术讨论会上提出了一些优化原则，这些原则包括：隧道应设在最好的地层中；应选用圆形断面或近似圆形的断面；岩石支护应能发挥岩体固有的自稳能力；采用造价最低的岩石支护等。G.Barla等[33]在研究洞室的开挖和支护等方面，使用不同程度的岩石加固，以3个地段组成1个“监测区段”，把监测到的开挖特性与模型分析推测到的开挖特性进行对比，经过对岩体参数的反分析得到最优支护设计。同济大学冯紫良[34]采用修正的内点罚函数法，结合有限元分析程序，编制了优化计算程序，对地下框架式结构进了优化研究。刘小兵[35-36]采用复合形法对地下洞室的断面形式以及复合式衬砌的轴线进行了优化研究。吴金木[37]对公路隧道衬砌结构的最优设计进行了探讨。吕爱钟[38]采用复合形法，假定围岩为弹性的情况，以孔边最大的切向应力（以压应力为正，拉应力为负）最小为最优准则，从理论上来寻找最优的洞室开挖形状。黄小华等[39]把优化设计归结为非线形规划问题，采用罚函数法，对公路隧道整体式衬砌进行了优化研究。彭立敏等[40]应用拉格朗日乘子法中不等式约束优化问题的基本理论，建立了隧道钢筋混凝土衬砌结构优化计算模型的目标函数，对隧道结构进行了优化，并对工程实例进行了分析比较。刘义虎[41]引入结构优化理论中的简易复合形优化方法，探讨了满足建筑限界、通风条件、受力状态约束等条件下公路隧道衬砌断面优化设计模型，提出了3种衬砌断面形状（单心圆、坦三心圆和尖三心圆）的优化选型方法。河海大学杨海霞[42]采用了任意离散度实数编码遗传算法对地下洞室群布置、开挖顺序及支护进行了优化设计研究，创建了考虑开挖过程和地应力方向的地下洞室群布局优化设计模型和地下洞室群开挖顺序动态规划模型，提出了布锚岩体均化力学参数的支护优化设计模型。安红刚[43]在系统科学思想的指导下，以有限元为基础，综合GA（遗传算法），ANN（人工神经网络），AI（人工智能）提出了综合集成的优化方法。河海大学徐瑞祥[44]建立了以洞周几何控制点的坐标或洞形特征尺寸的设计变量，以洞周特征点偏差位移值和围岩塑性区域面积的目标函数，且满足一定设计约束条件的多目标优化设计模型。此外，周玉宏、杨小礼、刘贵应、高一峰等[45～48]基于数值方法对隧道断面形式、支护结构参数、施工方法进行了优化分析。

隧道结构的复杂性给其支护结构的优化带来了一定的困难，也使得支护结构优化的结果更需要实践的检验。就隧道支护结构优化而言，可以优化的因素非常之多，例如围岩参数、支护结构的参数、施工中的决策选择等。但是，要同时将这么多因素全部进行优化几乎是不可能的。在现有计算手段和优化方法的限制下，只能在确定要优化的目标函数的情况下，确定几个合适的设计变量，通过对这些变量的搜索，来达到优化的目的；或者分阶段进行优化，即将优化分成几个阶段，每个阶段有各自的目标函数和设计变量，每个阶段确定几个设计变量，实践证明，这样进行优化能大幅提高搜索的效率，如果阶段目标函数选取得合理，能取得非常好的优化效果。因此，有必要采用上述先进的优化理论对单洞四车道公路隧道不同施工阶段的合理支护型式、支护设计参数以及二次衬砌支护时机与承载比例等进行研究，最终提出适用于单洞四车道公路隧道的支护设计方案。

3 超大跨度公路隧道施工方法研究

3.1 超大跨度隧道在国外的发展

在超大跨度隧道修建技术方面，日本、韩国等国家曾一度处于领先地位，并在超大跨度公路隧道中积累了一些宝贵经验。如日本早期修建的第二东名公路三车道隧道，开挖断面面积达115 m2。这些隧道多采用修筑超前导坑法修筑。另外，舞子隧道是神户至鸣门的一座公路隧道，紧急停车带开挖断面面积为186.51 m2，采用TBM超前导坑法、CD法修筑。20世纪80年代后期，韩国以首尔为中心，将四车道高速公路大规模地改扩建为八车道高速公路，出现了四车道超大跨隧道，其中最早完工的是1992年开始建设的清溪隧道，左右线平均长度为500 m，开挖断面面积达到186.42 m2，按隧道内衬砌轮廓线计算，最大开挖跨度为19.68 m，高度为10.43 m，采用三心圆扁平拱式断面。韩国京徽道赐牌山四车道隧道长度为3 993 m，最大开挖宽度和高度分别是19.69 m和10.2 m，是世界上最长的超大跨隧道，如图2所示。截至目前，韩国在建和己建成的四车道大跨度公路隧道己经有11座，均采用新奥法进行设计与施工。

3.2 超大跨度隧道在国内的发展

国内也陆续修建了一些超大跨度隧道，如贵州凯里市大阁山隧道于2000年4月开工建设，2001年8月贯通，为国内首座单洞双向四车道公路隧道，全长496 m，最大开挖宽度为22 m，开挖高度为18 m，净宽为18 m，采用侧壁导坑先墙后拱法施工。辽宁沈大高速公路韩家岭隧道（后改名金州隧道）于2002年8月开工建设，2003年4月上断面贯通，2003年9月主体工程结束，设计时速为120 km，全长521 m，最大开挖宽度为22.48 m，最大开挖高度为15.52 m，净宽为19.24 m，净高为10.39 m，采用台阶法施工。深圳南坪快速路雅宝隧道于2006年2月贯通，设计时速为80 km，左线长262.5 m，右线长225.5 m，最大开挖宽度为21.1 m，最大开挖高度为13.7 m，净宽为18.0 m，采用双侧壁导坑法与微台阶法施工。广东京珠国道主干线广州东环高速公路龙头山隧道于2007年6月贯通，设计时速为100 km，全长为1 010 m，最大开挖宽度为21.6 m，最大开挖高度为13.6 m，隧道净宽为17.5 m，净高为8.95m，采用双侧壁导坑法与台阶法施工。

通过以上超大跨度隧道的修建情况可以看出，目前国内外在超大跨度隧道修建技术方面虽然已取得较大成就，但总体来讲，四车道超大跨度公路隧道数量还不是很多，设计和施工经验还不够成熟。国内外采用过的施工方法有中隔壁法、双侧壁导坑法、TBM导坑法等工法，方法千差万别，导致工程材料、工期、人力物力财力投入等差异明显，设计和施工远没有达到标准化、系统化。

图2 韩国赐牌山隧道（超大跨度双向八车道公路隧道）

3.3 大跨度隧道施工方法的研究

在大跨度隧道施工方法的研究方面，国内外专家、学者开展了大量的工作，取得了许多有价值的研究成果，并总结了很多宝贵的经验。

2001年，张崇栋[49]成功处理了京珠高速靠椅山三车道公路隧道大型塌方，总结得出了大跨度隧道大型塌方的处理方案：首先对陷穴进行处理，利用注浆挂网喷混凝土对陷穴边坡进行稳定处理；然后利用多次深孔注浆对塌方漏斗松散体进行加固稳定；最后用双侧壁导坑开挖辅以超前小导管进行洞内施工，开挖后立即进行初期支护，并且二次衬砌紧跟。

2001年，李文江[50]研究了扁平率对大跨度隧道稳定性的影响以及隧道支护结构的弯曲分析，得出：应力重分布随着扁平率的减小而向着不利于洞室稳定的方向发展，随着拱顶受拉区的扩大，洞室两侧应力集中也随之增大；当扁平率为0.6时，洞室周边最大等效应力集中系数是相同跨度圆形洞室的1.5倍。同时，衬砌结构的内力随着扁平率的减小，其分布规律也向着不利于拱顶和跨中截面的方向发展。隧道结构的整体稳定性主要受围岩特性、材料性质和拱部矢跨比因素的影响。结构的极限承载能力随矢跨比的降低急剧下降。

2002年，朱亮来[51]以杭州绕城高速公路黄鹤山隧道为依托，针对浅埋进出口段落分别采用双侧壁导坑法及微台阶法进行研究，对比分析2种方法的优缺点，得到采用微台阶法施工可以有效控制超挖，并减少对围岩的破坏和影响，施工中及时施作初期支护，围岩变形得到了有效的控制，为二次衬砌的施作打下了良好的基础。

2003年，姚明会[52]结合广州地铁二号线公纪区间三线大跨度隧道（开挖跨度21.6 m）施工，阐述了城市地铁大跨度隧道施工方法及施工要点，分析了双侧壁导坑施工技术，提出施工中应做到“短进尺、早支护、勤量测、速反馈”，确保了结构安全，成功解决了工艺复杂、相互干扰大、工期紧张、微震爆破、地表沉降控制等难题。

2005年，郝哲等[53]以金州公路隧道为依托，对大跨度隧道施工中的开挖变形、稳定监测和主动控制等若干问题进行了探讨，分析了最合理的围岩应力和变形特征，以及一次支护的受力特征及最合适的二次衬砌支护时机。黄生文等[54]运用有限元的基本原理，对处于设计阶段的广东牛湖山三车道公路隧道的围岩应力进行了数值模拟分析，通过与一般隧道计算结果比较分析，给出了大跨度隧道围岩应力分布规律，为类似大跨度隧道的设计和施工提供了参考依据。肖林萍等[55]以京珠高速公路旦架哨单拱大跨度隧道工程为依托，通过现场监控量测，结合地表地质调查和隧道洞内地质观察等，对现场数据进行采集、处理和反馈，建立了隧道信息化施工地质灾害预报流程与模型，对重大地质灾害进行了成功的预报，使隧道工程的设计和施工运作纳入科学的动态管理中，保证了隧道施工的安全。王应富等[56]利用有限元方法对四车道公路隧道的完整开挖过程进行了动态模拟研究，对初期支护的剪力、围岩的位移、弯矩动态变化以及锚杆轴力进行了监控，提出了大跨度隧道施工中容易出现的问题，并针对此问题提出了相应的解决措施。

2006年，雷震宇等[57]以南京地铁鼓—玄区间渡线段眼镜法施工的隧道为例，利用增量法研究了大跨度隧道临时支撑拆除过程中初支结构内力的变化规律，分析了不同断面尺寸的大跨度隧道内力变化受拆撑顺序的影响，同时确定了合理的拆撑方案；通过三维拆撑计算，确定了纵向一次性拆撑长度。王海珍等[58]针对高跨比小、开挖跨度大、容易产生塌方和埋深浅特点的大跨度隧道，分析了不同级别围岩开挖后隧道的稳定特性，提出了不同级别围岩地段隧道开挖的施工方法，并选择了典型断面对拱顶下沉进行监测，其结果指导了隧道施工，保证了隧道施工安全。

2007年，霍玉华等[59]通过对郑西铁路客运专线凤凰岭、高桥、潼洛川3座大跨度湿陷性黄土隧道的施工分析，总结出大跨度湿陷性黄土隧道Ⅴ级围岩采用CRD法开挖的施工方法以及合理工序、步长、人员、机械设备配置；分析了水平收敛与开挖工序、黄土含水量、地表沉降、拱顶下沉、雨水的关系和变形规律。

2009年，周丁恒[60]以广州龙头山高速公路隧道为背景，介绍了四车道特大跨度隧道施工过程中支护体系应力现场监测的项目、方法及手段，对不同施工工序下隧道支护体系力学性态进行监测与分析，结果表明：隧道主要监测控制点为核心土上台阶、右导洞上台阶和左导洞下台阶；抑制隧道变形和改善结构受力的有效途径为封闭支护结构以及对受拉锚杆的使用，即应尽早施作仰拱和封闭成环。

2010年，杨锦峰[61]通过对平（凉）定（西）高速公路青岚隧道现场围岩情况的分析研究，制定了短台阶七步开挖法，并对其施工要点、施工工艺及施工优点等进行了总结，初步认为该方法可以降低成本，缩短掘进时间，提高工作效率。同时结合监控量测结果的分析，给出了大跨度高湿度黄土隧道的受力和变形特点。

可见，以上有关大跨度隧道施工方法的研究成果多集中于三车道隧道，而对于四车道超大跨度隧道的施工技术研究还很少。现有的适用于单洞三车道隧道的研究成果是否适应于单洞四车道超大跨度隧道还不得而知。因此，有必要对单洞四车道超大跨度隧道施工工法进行优化研究，提出一套适用于单洞四车道超大跨度公路隧道的施工方法以及相应的施工工艺与与质量控制标准。

4 结语

为了满足交通运输和人们出行的需求，新建和改扩建公路工程中出现了大量的双向八车道超大跨度隧道。超大跨度公路隧道具有开挖断面和跨度大、结构扁平、拱薄等特点，给工程建设带来了巨大的挑战，往往成为工程建设中的咽喉工程。

隧道围岩变形规律与支护结构力学特性、支护结构设计参数以及相应的施工方法是隧道设计与施工综合技术研究的主要方面。长期以来，国内外隧道科技工作者针对这些方面开展了广泛、深入的研究，取得了一系列研究成果，其中大部分已经被列入相应的规范和标准之中。同时也不难看出，这些成果大多适用于单洞双车道和三车道的公路隧道，适用于单洞四车道超公路隧道的内容很少。因此，迫切需要开展单洞四车道这类超大跨度公路隧道设计与施工的综合技术研究，尤其需要对隧道围岩变形规律与支护结构力学特性、支护结构设计参数和相应的施工方法等方面进行研究，为依托工程修正设计提供参考，为今后相似工程的设计提供借鉴，并为中国超大跨度公路隧道设计与施工规范和标准的制定提供依据。