钱江隧道

在加快交通强国建设的大背景下，中国隧道工程的建设取得了傲人的成就，工程装备技术和安全管理水平也持续提升。古有愚公移山，现有隧道穿山而行。当前，中国已成为世界上隧道工程建设规模最大、最多和难度最高的国家，这不仅体现在隧道长度、埋深和断面尺寸的增长方面，建设难度和技术创新也达到了新的高度。无论是隧道施工专用设备制造、隧道设计、施工技术、辅助工法、运营与养护等均已经跻身世界前列，盾构隧道施工领域已处于世界顶级水平。

毫无疑问，中国拥有目前世界上最大的地下空间利用规模，施工能力也位居高地。但从工程的实践中可以看出，隧道行业从“多”到“强”的前路还很漫长，许多国家优秀的规划理念、设计思路、施工工法，特别是运维和风险管控方式，依然值得我们借鉴。

近期，由于自然灾害原因，许多隧道工程事故频发，那么我们究竟该如何加强隧道行业优质发展，什么是运维管理中风险的有效管控？由此，本期《桥隧产业》采访了几位具有代表性的隧道行业专家，倾谈何为发展核心。

创新是一个行业发展的必经之路，现代化思维是创新浪潮里离不开的源动力。

进入21世纪以来，我国在山岭隧道工程积累了一定的建设经验。同时，城市轨道交通建设逐渐走上了快车道，隧道建设开始研究如何在人口密集的城市建成区安全可靠地实施，研究穿越江河和海峡的水下隧道工程技术。这其中，钻爆法的转型升级最为明显。不仅是技术的升级，相较于传统的钻爆法，更加先进和安全的盾构机也开始大量登上舞台，并逐步应用沉管隧道工法，同时也为装备的发展带来了巨大的提升空间。

浙江数智交院科技股份有限公司(浙江省交通规划设计研究院)党委书记、董事长、全国勘察设计大师吴德兴接受本刊采访时说道：“近些年，我国针对传统钻爆法隧道，在机械化、信息化、智能化方面进行了一定程度的推广应用。比如：长大隧道利用多臂钻孔凿岩台车上装备的智能化钻进参数采集系统、掌子面围岩信息摄像采集系统，能够对围岩状况进行动态辨识和分析，进而实现设计和施工的智能化动态管理；在传统隧道二衬台车上引入三维激光扫描处理、红外线夜视内窥镜等技术，可监控混凝土浇筑实时状态，实现了混凝土浇筑施工与信息化互通，全方位的直观可视，从根本上解决隧道二衬背后脱空、衬砌厚度不足等施工质量问题等。在养护方面，智能化的嵌入，让管理更加高效和精细化。目前智能化技术还处于探索和成长阶段，还有很大的上升空间，未来结合相关的标准规范，还需在实践中继续完善下去。”

伴随着科技的快速发展，更多更全方位的现代化新技术也正应用在隧道与地下工程领域。中交二航局技术中心副总经理杨钊向记者介绍道：“比如基于BIM的管理平台，可建立包含地质地形信息、结构信息、施工方案、施工机械、风险预警方案的3D可视化模型，将其应用在隧道设计、施工和运营维护的各个阶段，能够改善设计的准确性，加强施工的协同性，提高运维的效率，从而提高工程整体质量。再如智能化图像识别技术，即以计算机视觉代替人眼的立体观测，它通过人工智能算法不断对计算机进行训练，以实现计算机对图像的处理、分析和理解，使计算机能够识别各种不同模式的目标和对象，应用在地质识别、隧道变形监测、超欠挖智能识别等方面。”

相关数据显示，改革开放以来，我国在隧道工程建设领域蓬勃发展，正在逐渐从落后追赶者转变为突破领跑者，全球新建大直径隧道中，中国建造的隧道项目总数量占比超过一半。

美国AECOM公司大中华区交通运输基础设施副总裁杨文武博士介绍道：“过去，中国的工程装备制造业水平不高，大量先进的施工设备总是依赖于从西方发达国家进口。时至今日，越来越多的新型的先进工程机械用于隧道建设，隧道掘进机械和盾构机已实现了国产化，以中国标准自主设计生产的盾构机也出口应用到海外工程。中国工程界正努力成长为世界隧道建设的标杆和榜样。但是，在隧道和地下工程建设的成就面前，我们应清晰地认识到，在工程技术、安全质量和运维管理水平等方面与国际隧道发达国家和地区的差距。特别是欧美等发达国家，在现代化隧道工程建设和管理方面积累了丰富的经验、教训，值得我们借鉴。”

杨钊表示：“虽然在工程规划和设计中已运用了部分现代化、智能化技术，但我国的隧道智能化建造尚存在许多不足之处，如智能化普及度低、智能化建造不成系统等，许多隧道方面的智能化研究成果缺乏实用性。”

智能化是当今各行各业不可或缺的技术融合，对于隧道和地下空间来说，同样是转型升级的极好资源，然而如何更好地利用是关键所在。国际隧道协会前副主席白云接受采访时谈道：“近两年，马来西亚吉隆坡地铁和上海隧道股份地铁的盾构施工，都进行了人工智能技术取代人工掘进的尝试，并获得了更好的隧道衬砌施工质量。可以预期，在不久的将来，人工智能将会越来越多地取代部分人脑劳动。但是，基于目前的计算技术，更合理的结论应该是人脑和人工智能协同合作，发挥各自的优势。由于受计算强度的制约，人工智能的能耗远远高于人脑。将人工智能普遍替代人脑并不符合减排政策。未来，量子计算技术的成功应用也许可能改变今天这个结论。”

技术的升级是隧道行业发展的重要推手，然而后期的运维管理和风险管控，同样是全过程中不容忽视的头等问题。在“重建设、轻管理”的传统思想影响下，虽然我国隧道运营管理采用企业化方式取得了一定的成效，但还没有形成统一的运维模式。此外，城市隧道与山区、海湖隧道由于建造工艺不同，在管理时需要侧重的关注点也有所不同，需采取针对性的管养措施。

层层递进提升运维含金量

据了解，国内外的隧道运维管理模式主要包括委托运维模式、市场化运维模式和监管式运维模式。杨钊副总经理介绍道：“委托运维模式是以招投标的方式，将运营和维护工作委托给专业公司的运维管理模式；市场化运维模式是政府部门负责运维的主要工作，但具体的隧道养护等工作全部以招标形式委托给专业的技术公司；监管式运维模式是在政府部门的监督下，隧道运维管理业务单位负责的管理模式。三者比较而言，委托运维模式资金利用率高，但运维效果相对较差，监管式运维模式与其相反，而市场化运维模式则是兼具二者的优势。具体而言，城市隧道和山区、海湖隧道还存在一定的区别。城市隧道多为盾构隧道，不仅需要检查隧道本身的变形，还要关注隧道地面的变形。山区隧道相对更长，较封闭，具有安全管理难、应急处置难、运营养护难的‘三难’特性。穿湖穿海的水底隧道所处地质条件、内外部环境更为复杂，受力状态不明确，若运营期发生灾害，易造成重大的经济损失和不良的社会影响。”

吴德兴院长认为：“就城市隧道而言，一般以外包专业养护公司管理为主，而山区公路隧道以自营养护公司管理为主。因通行车辆交通特征不同、施工工法不同，导致的承载结构及空间布局的差异、结构破损的后果不同，具体的运维管理内容有所不同。比如以明挖、沉管、盾构法修建的城市隧道和海湖隧道，一旦结构破损，更易导致隧道坍塌甚至报废，且因人员集中，可能造成更大的人员伤亡损失，因而更加需要精细化、智能化和高效化的管理。随着国家智能化发展战略的实施推进，传统人工为主的隧道管养模式中，存在运维阶段数据不够、信息分散且整合利用率低的问题，不便于查询与共享。同时，高维海量数据处理困难、数据利用价值低，隧道结构复杂、设备众多，巡检问题追溯困难等问题，将通过搭建智慧隧道运维管理平台，形成一种高效、经济、舒适、安全、低碳的新型城市隧道管养模式。基于BIM模型的智慧隧道运维管理平台，可以集快速采集、快速检测、快速分析、系统评估、安全预警、数据挖掘于一体，实现隧道运维智能管理与决策，提高隧道运维管理效率。”

“无论是城市隧道、山岭隧道还是海湖隧道，在管理模式上的差异，更多的是取决于项目复杂性和重要性。其次，是在整体管理架构下，针对项目建设特性作出一些具体选择、规定和措施。中国香港的过海隧道采用BOT模式，是非常成功的案例。即施工单位在建设完毕后，由施工单位根据合同负责运营维护一定年限，在年限到期后再移交给建设方。AECOM共同参与建设的港珠澳大桥岛隧工程、上海崇明隧道工程和香港屯门至赤腊角海底盾构法隧道，均将系统化安全风险管理技术引入到了工程设计和建造过程中，是成功的典范工程案例。”杨文武博士如是说。

香港屯门至赤腊角海底隧道

香港屯门至赤腊角海底隧道

分厘毫丝筑牢安全的底线

在运维过程中，安全是管理者最倾注的问题，这其中最大的风险是结构的安全性和不可抗力灾害带来的风险。

“为了保证隧道内的行车安全,目前国内较长的隧道中一般都安装了通风、照明、防灾、监控、交通信号控制等附属设施，以减少事故，提高隧道的交通安全性。”杨钊副总经理介绍道，“因为城市隧道处于人员密集区，车流量大，发生风险时有可能人员伤亡较高，因此城市隧道和山区、海湖隧道应该区别对待，应该更加重视防灾减灾。虽然不可抗力难以预测，但是针对在隧道运营过程中发生率极高的风险，在隧道设计建设阶段就应考虑此类风险。在隧道前期设计中采取的防灾减灾措施包括，建造隧道间的联络通道、出入口设计要满足消防要求、隧道设计考虑地震荷载等。根据目前统计的隧道发生的事故类型频率与危害程度，建议在城市隧道内应侧重考虑城市内涝情况下的应对措施与应急救援。山区隧道应重点考虑地质灾害和隧道内火灾情况下的应对措施与应急救援。”

隧道的不可抗力灾害可分为火灾和水灾两大类。比较而言，火灾的损害程度大于水灾。

针对火灾风险的具体应对措施，吴德兴院长介绍道：“在隧道内部应配置消防报警与灭火设施、机械排烟设施、安全疏散通道三方面，还要辅以监控设施、应急照明、疏散引导标志等配套设施并保证其可靠使用，对城市隧道和海湖隧道还要考虑对承载结构的防火保护层（如防火板）。此外，对火灾事故需加强应急预案与火灾事故联合消防演练，在火灾发生时，可及时对火灾现场进行有效消防救援和人员疏导管理，对火灾损失和人员伤亡的控制将起到很大的作用。其中最重要的是，满足人员疏散需求的机械排烟系统对烟气蔓延的有效控制，保障隧道内的司乘人员处于无烟的安全环境，以及设有满足人员逃生的安全通道和专业消防进入的救援通道。隧道火灾消防的基本原则是以自救为主，外部救援为辅。城市或海湖盾构隧道因横向人行通道少，或仅有沿车道板纵向布置的疏散口，进入车道板下部空间纵向疏散，因而疏散与救援复杂，火灾风险相对较大。需要可靠及时的火灾检测与报警、加强排烟系统和灭火系统、设置逃生疏散引导等。对火灾控制的间接措施还包括，对隧道内的疏散人员进行控制，对长距离的车辆堵塞及时干预改善，对火灾后进入隧道的车辆进行管控。城市隧道还应对洞内外的交通信号实现联动控制，以便能够及时疏散隧道内滞留的车辆。”

隧道是重要的交通基础设施，安全性、可靠性和韧性是其核心指标。本着防患于未然的原则，前期的风险管理和防灾减灾预案，需以宏观性、战略性和系统性的思维，进行全面梳理、分析，建立隧道和地下工程全过程和全方位的安全风险管理体系，从而提升管理的水平。

南京纬三路过江隧道

南京纬三路过江隧道

近期发生的几起隧道突发事故，暴露出了一些我国在城市治理中的缺位和短板，也使业内开始反思地下工程在规划、设计、建造和运维等方面存在的阶段性割裂、系统性缺失等问题。专家们表示，地下工程在防灾减灾标准、技术和管理水平等方面亟待提升。

应急需要到位

“2021年7月20日，郑州地铁5号线车因雨水倒灌进入地铁线路导致列车被困，造成500余人被困、14人罹难的悲剧；2021年9月1日，在S10温州绕城高速公路往仰义方向江北岭隧道内，一辆重型半挂货车与一辆危化品运输车（空车）发生碰撞，造成货车轮胎部位起火，所幸无人员伤亡。从两起事故结果来看，虽然隧道在运营期间会不可避免地遇到各种事故，但只要处理得当，就能够最大限度降低损失。”杨钊副总经理分析道，“我们可以在隧道设计和建造阶段就加强隧道防灾减灾方面的考虑，比如是否可适当提高地铁车站入口标高，防止出现雨水倒灌进入地铁的情况。当出现较大的灾害时，根据现场情况及时停止隧道运营，并疏散隧道内人员，保证人民生命安全。隧道在运营期间，针对火灾、水灾、地震等难以预测的极端情况，运维负责单位根据隧道等级制定相应的应急预案，具体措施包括隧道内安装消防设施、紧急情况下人流疏散路线规划、灾害严重时停止隧道运行等。”

吴德兴院长认为：“在运营期间，为防止雨水积水或倒灌，城市隧道、地铁日常维护时，应确保排水泵供电可靠、工作性能稳定，对泵房内沉积物进行清理，同时配备挡水墙物资。当可能出现超预期的水量时，应及时预警，控制车辆、人员的进入，并及时疏散滞留车辆和人员。城市隧道的交通信号应与地面道路交通信号建立联动。可能发生水灾时，应启动联动应急响应，将隧道内的滞留车辆及时疏导出隧道，对车辆受困人员及时救援。地铁车站出入口标高应设置台阶防止雨水倒灌。存在雨水倒灌可能时，应及时关闭地铁运营。同时，采取可靠的挡水措施，防止雨水进一步的倒灌。实际上，在此之前，各级人员对隧道火灾一般比较重视，但对水灾还存在重视不足，缺乏有效的应急响应机制和应急管理预案，也存在应急演练不足等问题，应予以加强改进。今年河南省的重大水灾事故，对隧道水灾风险的认识、防范举措、工程建设和运营管理方面带来了警示，相信未来会有较大的完善。”

防患于未然

“最近几十年，全球气候发生了不利于基础设施运营安全的变化，水灾、地震和极端气温越来越频繁，比如我国原来干旱的北方地区也频现暴雨，由此带来了基础设施全寿命设计预测困难。为了应对这些挑战，我们必须采用综合措施，不能一味提高工程结构的安全系数，应积极研究如何从运营管理方面减轻气候极端灾害给基础设施带来的不利影响、快速恢复受灾后的基础设施、采用耐水浸泡和更耐火的材料及设备也是非常有价值的工作。”国际隧道协会前副主席白云说道，“隧道结构的防灾主要是防水灾和防火灾，当隧道标高低于水位或地下水位标高时，预防水灾是必须考虑的课题。比如连通丹麦和英国的大海峡隧道，采用在人工岛上永久抽水的方法确保海水不流入隧道，然而我们现在绝大多数情况还是通过抬高隧道口部标高，或设置应急闸门的办法来应对极端水害风险。任何一条交通隧道在运营期都有火灾的风险，与发达国家相比，我国隧道的防火灾标准还是偏低，比如对于通行货车的长大交通隧道，国际防火标准是100-200MW，而在我国最高仅达50MW。”

除了运维期间的安全问题，根据隧道工程高风险的特性，在工程建设期间，就应从组织架构、承包模式和运营模式等各方面，全方位地管理风险。杨文武博士凭借多年隧道咨询的经验而言：“对于具有高风险特性的隧道工程，尤其是大型跨江河和海峡的隧道工程，需要采用系统化风险管理的技术，从隧道工程全过程、全方位和全员参与模式，进行科学性和系统性的风险管理。全过程风险管理体系的理念，涵盖工程可行性研究阶段、工程设计阶段、招投标阶段和工程建造、验收和移交阶段。风险管理流程，包括风险识别、评估、分配、登记、量化及减轻措施等。将其落实到项目各阶段，为隧道工程的风险管理提供了科学的、规范的体系保障。”

除此之外，专家们表示，为了有效地落实全过程风险管理工作，还可成立风险管理委员会。风险管理委员会的主要任务是，建立项目风险管理体系，负责监察和检讨系统中的政策、措施和流程，确保隧道工程项目的风险管理体系可持续改进和完善性。隧道工程全过程风险管理模式，可通过与工程保险相互促进，将保险与工程风险管理的“消极”转变为“积极”。