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長大公路隧道建設(shè)往往受勘探地形或自然條件限制，特別是山區(qū)長大、深埋、復(fù)雜地質(zhì)條件下的公路隧道，如果在勘察中僅采用地質(zhì)調(diào)繪、鉆探等手段，很難在短時間內(nèi)查清其工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件。由此可見，傳統(tǒng)勘察技術(shù)已無法滿足現(xiàn)代建設(shè)工程的實際需求。

隨著隧道長度、斷面和跨度的增長，復(fù)雜的地質(zhì)條件和惡劣的氣候環(huán)境帶來了很多需要克服的技術(shù)難題，比如高寒高海拔、高地應(yīng)力軟巖大變形、強巖爆、高地溫、高瓦斯、富水巖溶等。

受地形地貌、地表構(gòu)造物及地下空間資源開發(fā)需求等影響，隧道改擴建和復(fù)雜結(jié)構(gòu)隧道工程逐年增多，超大斷面隧道、超小凈距隧道、疊層隧道、螺旋隧道、地下立交等帶來了許多需要進一步研究和突破的問題。

高速公路隧道交通組成客貨混雜、交通主體差異性較大、事故發(fā)生隨機性高，防災(zāi)救援存在狹長密閉空間，事故高溫和煙霧影響范圍大、外界救援難，以及到達并早期處理事故、管控和救援不及時易發(fā)生次生事故和二次災(zāi)害，隧道內(nèi)滯留人員多，疏散路徑長且途徑較少等特點。

在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，長大公路隧道建設(shè)和運維技術(shù)也需要快速提升，以新一代信息技術(shù)與行業(yè)深度融合為核心，實現(xiàn)對隧道日常監(jiān)控、事故應(yīng)急、安全監(jiān)測、節(jié)能減排、日常養(yǎng)護等業(yè)務(wù)的全方位管理。

超長距離“水平鉆”勘探技術(shù) 利用定向鉆沿設(shè)計隧道軸線鉆進，通過間斷取芯、全程巖屑采集、涌水量觀測、綜合測井、孔內(nèi)電視等方法，并綜合分析鉆進過程中的鉆壓、泵量、扭矩、鉆速等技術(shù)參數(shù)，獲取沿隧道軸線上各部位的相關(guān)參數(shù)，如巖石成分、完整性、抗壓強度、圍巖級別劃分等更為詳細(xì)的地質(zhì)資料。例如，G0711新疆烏魯木齊至尉犁高速天山勝利隧道在通過F6博羅科努—阿其克庫都克斷裂帶前，采用水平定向鉆長距離取芯勘察探測，最長鉆孔距離達2271米，巖芯采取率達84.6%。

“空、天、地”三位一體化綜合勘察新技術(shù) 三位一體化綜合勘察新技術(shù)采用高分辨率航天航空遙感、無人機勘測、多孔對井間電磁波成像、輕便型全液壓鉆探及超深孔多參數(shù)原位測試等勘察新技術(shù)。國道575線新疆巴里坤至哈密公路東天山隧道初步設(shè)計采用的綜合勘察技術(shù)，川藏鐵路雅安至林芝段融合應(yīng)用“空、天、地”三位一體化綜合勘察新技術(shù)，開創(chuàng)了高原復(fù)雜地質(zhì)條件工程勘察先河。

隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù) 隧道超前地質(zhì)預(yù)報是利用地質(zhì)勘察技術(shù)對掌子面前方的地質(zhì)情況及不良地質(zhì)體的性質(zhì)及位置進行探測、分析，并預(yù)測可能發(fā)生的風(fēng)險，提前做好防治措施，從而達到隧道施工防災(zāi)、減災(zāi)的目的。隧道施工的鉆爆法超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)已研發(fā)出多種技術(shù)方法，總體可歸納為地質(zhì)分析法類和物探法類。

傳統(tǒng)的地震波法設(shè)備（TSP、HSP、TGP、TRT）對地下水探測的能力非常有限，TGS360pro地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)解決了地震波法難以探測水文情況這一技術(shù)難題，相比于一般的地震波超前地質(zhì)預(yù)報法，其對含水體識別度有所提高。隧道瞬變電磁探測方法對含水體響應(yīng)敏感，國內(nèi)研究者已提出了隧道環(huán)境中瞬變電磁的解譯方法。

基于主動支護的高地應(yīng)力軟巖大變形處理技術(shù) 隨著長大隧道規(guī)模和埋深向2000米跨越，設(shè)計施工遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。

G75蘭海高速渭源至武都段木寨嶺隧道采用分離式設(shè)計，全長15226米，洞身最大埋深約629.1米。隧址區(qū)實測最大水平主應(yīng)力18.86兆帕，最大水平主應(yīng)力方向與隧洞軸線方向夾角很小，均為NEE（東北偏東）向。施工過程中遇到高地應(yīng)力軟巖大變形，初期支護頻繁出現(xiàn)鋼拱架扭曲、侵限等情況，最大變形3145毫米，最大變形速率每天831毫米。

為解決隧道大變形的問題，施工單位先后采取了系統(tǒng)長錨桿、圍巖后注漿加固、不對稱設(shè)計、大拱腳施工工藝、多層初支支護等多種措施改善了變形控制，但對大變形嚴(yán)重段落處置效果不佳。因此，參建各方以中國科學(xué)院院士孫鈞、何滿潮為核心的科研團隊提出改變既有主動支護不足的研究成果，構(gòu)建了基于“主動”和“主動—讓壓”支護理念的新型支護技術(shù)。主動（主動—讓壓）支護體系最終將由“預(yù)應(yīng)力錨索（預(yù)應(yīng)力讓壓錨索）+柔性勾花網(wǎng)+W鋼帶+鋼筋網(wǎng)+型鋼拱架+噴射混凝土+模筑混凝土二襯”組成，使圍巖變形速率得到大幅降低，圍巖形變能的釋放呈穩(wěn)定可控態(tài)勢，避免了支護體系因突發(fā)變形而可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損裂與整體失穩(wěn)的發(fā)生。木寨嶺隧道首次在全國公路隧道中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索主動支護體系，有效地改變了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，對軟弱圍巖大變形抑制效果良好。

大縱坡斜井單層襯砌設(shè)計的探索 秦嶺天臺山隧道1號斜井最大縱坡40.2%，采用有軌運輸系統(tǒng)，斜井以Ⅲ級圍巖為主，主要為中風(fēng)化中粗粒黑云母花崗巖。

斜井開挖施工采用聚能水壓爆破，開挖巖壁平整，成形規(guī)整。但是，斜井在澆筑二襯時因縱坡過大，導(dǎo)致模板臺車固定困難，并因混凝土澆筑后臺車上部荷載增加，進一步增大了二襯臺車下滑趨勢，導(dǎo)致臺車支撐構(gòu)件斷裂，施工風(fēng)險極大。因此，通過規(guī)范符合性核查和結(jié)構(gòu)安全性綜合分析，決定取消斜井二襯，并通過摩阻力測試及隧道通風(fēng)計算，滿足隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，既保證斜井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及耐久性，也滿足隧道通風(fēng)運營需要。

超深豎井硬巖掘進機技術(shù) 公路隧道豎井向著井筒深、斷面大的方向發(fā)展。在建的新疆烏尉高速天山勝利隧道豎井內(nèi)徑9米至10.5米，其中2號豎井最大井深約為700米，比秦嶺終南山高速隧道661米豎井還深39米。為解決新疆天山勝利隧道2號豎井工程快速施工難題，中交天和機械設(shè)備制造有限公司自主研發(fā)制造了國內(nèi)首臺高寒、高海拔、大深度、超大直徑豎向硬巖掘進機“首創(chuàng)號”，首次將全斷面巖石掘進機（TBM）破巖工藝與傳統(tǒng)鉆進完美結(jié)合，相當(dāng)于TBM呈豎向掘進，并實現(xiàn)超大直徑豎井一次成型?！笆讋?chuàng)號”刀盤直徑11.4米，豎向掘進深度達800米，采用全智能化掘進技術(shù)，可實現(xiàn)井下掘進無人化操作，零部件實現(xiàn)全國產(chǎn)化，滿足現(xiàn)代豎井建設(shè)機械化、自動化、智能化要求。

長大公路隧道規(guī)模的不斷增長，給隧道低碳運營和防災(zāi)減災(zāi)帶來了新的挑戰(zhàn)和難題?！半p碳”背景下，隧道通風(fēng)照明能耗巨大，傳統(tǒng)的工程方案越來越不適應(yīng)時代的需求。智慧公路建設(shè)理念的提出，也對長大隧道的防災(zāi)減災(zāi)運營管控提出了更高的要求。為解決上述問題，相關(guān)研究提出了一些新理念、新技術(shù)、新方案。

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新 通風(fēng)計算關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化方案：隧道通風(fēng)系統(tǒng)的需風(fēng)量計算參照《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細(xì)則》中“煙塵顆粒物”的基準(zhǔn)排放量以2000年為起點，按每年2%的遞減率計算，最大折減年限不宜超過30年，已不能滿足現(xiàn)有工程的實際需求。隨著《重型柴油車污染物排放限值及測量方法》（重柴“國六標(biāo)準(zhǔn)”）的實施和重載LNG貨車大量普及，機動車排放量將大幅下降。通過專項研究——基于污染物年折減率、折減年限和重載LNG貨車發(fā)展趨勢，根據(jù)目前我國機動車技術(shù)發(fā)展情況、國家對機動車排放的管控政策及當(dāng)?shù)亟煌拷M成，新能源車輛及載重LNG貨車占比，對煙塵顆粒物年折減率可綜合優(yōu)化為3%，折減年限至2035年。

通風(fēng)井自然風(fēng)道方案：G85銀昆高速陜西寶坪秦嶺天臺山特長隧道設(shè)計中提出在地下風(fēng)機房設(shè)置自然風(fēng)道，利用主隧道和通風(fēng)井口的溫度及氣壓差產(chǎn)生的自然風(fēng)氣流，輔助主隧道通風(fēng)，減少隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備運營臺數(shù)及功率，節(jié)約能源，降低運營費用。

照明系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新 物聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)已應(yīng)用于西藏S5線圭嘎拉隧道，其運用基于遠(yuǎn)距離無線電（Long Range Radio，LoRa）物聯(lián)網(wǎng)的智慧照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由洞內(nèi)外亮度檢測器、車流量檢測器、隧道進口攝像機、紅外感應(yīng)器、LoRa聯(lián)動控制器、LoRa網(wǎng)關(guān)、亮度可控型公路隧道LED照明燈具、通訊系統(tǒng)和上位機監(jiān)控管理軟件等組成。

消防智能自主滅火技術(shù)目前，公路隧道基本采用手動滅火模式，容易錯過最佳滅火時期，造成事故擴大，應(yīng)變手動滅火為自動滅火，迅速滅掉初期火災(zāi)。為解決以上問題，在西藏S5線圭嘎隧道設(shè)計了智能自主滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)將機器人技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，搭載移動消防滅火系統(tǒng)，在隧道異常時觸發(fā)預(yù)警信號，迅速到達事故點，自動滅火。

全方位路況雷達感知系統(tǒng) 秦嶺天臺山隧道設(shè)計實施了全方位路況雷達感知系統(tǒng)，通過相鄰雷達設(shè)備之間的組網(wǎng)，實現(xiàn)在長距離范圍內(nèi)對單一車輛行駛狀態(tài)的精準(zhǔn)感知，進一步檢測動態(tài)交通事件，實現(xiàn)長距離范圍內(nèi)動態(tài)交通流運行狀態(tài)感知、交通事件精準(zhǔn)監(jiān)測、交通運行狀態(tài)實時預(yù)警、通行誘導(dǎo)、交通流運行安全狀態(tài)分析和控制決策等多種功能。

公路隧道群智能行車誘導(dǎo)與預(yù)警系統(tǒng) 寶坪高速隧道群銀洞峽隧道、青石嶺隧道、天臺山隧道左線為32公里長大下坡段，設(shè)計實施了公路隧道群智能行車誘導(dǎo)與預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由交通事件感知系統(tǒng)、隧道內(nèi)行車安全誘導(dǎo)與預(yù)警裝置、現(xiàn)場控制器等組成。

秦嶺天臺山隧道具有“超長隧道、大交通量、客貨混行、單縱坡、多車道、接隧道群、駕駛環(huán)境差、運營養(yǎng)護要求高、救援通道少”等顯著特點。天臺山隧道防災(zāi)救援設(shè)計遵循“化整為零、回轉(zhuǎn)串聯(lián)、分區(qū)救援、及時響應(yīng)”設(shè)計原則，通過技術(shù)創(chuàng)新，從防災(zāi)、救援、疏散3個維度建立了超長高速公路防災(zāi)救援設(shè)計體系，結(jié)合研究總結(jié)可形成超長高速公路防災(zāi)救援設(shè)計指南，為類似工程項目尤其是超長公路隧道防災(zāi)救援設(shè)計提供相應(yīng)的參考和依據(jù)。

救援疏散設(shè)施隧道疏散通道：利用隧道施工斜井，建立“隧道微型互通”概念。天臺山隧道北側(cè)洞口和臨近的觀音山施工斜井，形成微型互通作為永久性通道，使G85銀昆高速與陜西省道212線連通，緊急情況下可將天臺山隧道中車輛疏散出高速公路至地方道路。

隧道救援站：天臺山隧道南側(cè)洞口設(shè)置秦嶺救援站，在北側(cè)洞口設(shè)置神沙河救援站，實現(xiàn)兩端洞口均能有效救援，可將天臺山超長隧道救援時間控制在8分鐘以內(nèi)。

隧道洞內(nèi)微型消防站：天臺山隧道設(shè)置洞內(nèi)消防站，可以放置消防摩托及簡易消防物資和設(shè)備，事故發(fā)生后可以第一時間到達現(xiàn)場引導(dǎo)疏散滯留人員，實現(xiàn)道路交通管制，以及小型事故救援和滅火。

交通轉(zhuǎn)換設(shè)施 隧道交通轉(zhuǎn)換帶和回轉(zhuǎn)車道基于天臺山隧道雙洞聯(lián)通不暢和洞外聯(lián)絡(luò)道縱向距離較遠(yuǎn)的特點，設(shè)置在隧道中部。在隧道主洞加寬段處設(shè)置“八字形”聯(lián)絡(luò)通道，共同組成交通轉(zhuǎn)換帶。一旦隧道局部區(qū)段發(fā)生較大事故需長時間封洞，則可以利用事故兩端的交通轉(zhuǎn)換帶，將事故區(qū)段對向隧道調(diào)整為雙向通行。通過交通轉(zhuǎn)換帶，將特長隧道轉(zhuǎn)換為多個較短區(qū)段，減少隧道事故影響區(qū)段，提高隧道疏散效率和通行能力。

隧道回轉(zhuǎn)車道是天臺山隧道考慮大型消防車輛掉頭需求，在隧道主洞布設(shè)3處回轉(zhuǎn)車道，車道寬8米，和主洞垂直布設(shè)，緊急情況下，可以滿足大型車輛雙向掉頭。利用回轉(zhuǎn)車道，將超長隧道分割成短距離疏散和救援區(qū)段。

防災(zāi)設(shè)施 視覺疲勞緩沖帶：天臺山隧道為克服隧道內(nèi)行車環(huán)境單調(diào)，緩解視覺疲勞問題，在隧道內(nèi)設(shè)置特殊燈光帶。特殊燈光帶與交通轉(zhuǎn)換帶統(tǒng)籌考慮，設(shè)置在隧道加寬段。通過隧道拱頂設(shè)置LED燈或者發(fā)光軟膜條等，實現(xiàn)不同顏色和圖案的變換效果，緩解駕駛員視覺疲勞問題。

事件監(jiān)控和定位系統(tǒng)：隧道運營監(jiān)測系統(tǒng)可具備對異常事件事故車輛和行人實時跟蹤定位監(jiān)測的功能，設(shè)備不受各類環(huán)境干擾和光線干擾，可有效解決傳統(tǒng)視頻事件檢測系統(tǒng)、微波車輛監(jiān)測器、多目標(biāo)雷達監(jiān)測器誤報高、漏報多、監(jiān)測精度低等諸多問題；對異常事件快速形成報警信息予以提示，系統(tǒng)監(jiān)測到異常事件時，驅(qū)動與雷達配套的遙控攝像機對異常車輛、行人或事故現(xiàn)場持續(xù)自動跟蹤、定位和查看，從而實現(xiàn)對隧道緊急事件的第一時間獲知并進行事件定位，便于隧道防災(zāi)救援組織。

疏散引導(dǎo)和救援系統(tǒng) 依據(jù)天臺山隧道防災(zāi)救援的硬件設(shè)施，將隧道劃分為幾個小的救援區(qū)段和消防分區(qū)，并通過智能引導(dǎo)和疏散系統(tǒng)，實現(xiàn)疏散路徑的明確化和清晰化，結(jié)合防災(zāi)救援預(yù)案將隧道災(zāi)害事故影響降至最低。

目前，我國西南、西北等地區(qū)公路建設(shè)往往面臨山大溝深、人跡罕至、作業(yè)困難等現(xiàn)實問題，新建隧道長度越來越長。東南沿海城市因市政化改造、公路改擴建的需求，隧道斷面（雙向八車道、十車道）、型式（地下立交隧道、分岔隧道、多層隧道結(jié)構(gòu)）超出以往經(jīng)驗，建設(shè)技術(shù)極其復(fù)雜，需要多層次、多領(lǐng)域聯(lián)合攻關(guān)，解決技術(shù)難題，滿足建設(shè)需求。

預(yù)制裝配式隧道是將隧道襯砌結(jié)構(gòu)分模預(yù)制、分塊安裝，關(guān)鍵接頭部件可靠連接的一種新型結(jié)構(gòu)體系。國內(nèi)公路隧道相關(guān)應(yīng)用非常少，相關(guān)的計算方法、設(shè)計規(guī)范欠缺，施工機械設(shè)備及智能化水平與鉆爆法隧道不配套，預(yù)制裝配化研究步伐亟待加強，構(gòu)建預(yù)制裝配式襯砌結(jié)構(gòu)體系，提升隧道預(yù)制裝配化水平。

當(dāng)前，我國長大公路隧道建造仍以鉆爆法為主，但從技術(shù)發(fā)展方向來看，應(yīng)逐步采用TBM法替代鉆爆法，形成以TBM為主、鉆爆法為輔的施工模式?，F(xiàn)階段，由于TBM法對地質(zhì)條件要求高，適應(yīng)性較差，即使隧道設(shè)計斷面相同，在不同地質(zhì)條件下也需要設(shè)計不同的掘進機，其選型往往是整個項目最關(guān)鍵的因素。近年來，一些單位也設(shè)計了對軟硬地層有一定適應(yīng)性的復(fù)合式掘進機，但是在施工中穿越軟巖或者斷層破碎帶的時候往往存在卡機等問題。因此，需要針對長大隧道不同的圍巖及各種不良地質(zhì)等，研發(fā)性能更為優(yōu)異、通用性更強的TBM設(shè)備。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、機器視覺、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)迅速發(fā)展，與公路隧道高度融合。然而，隧道智慧化、信息化的進程中仍存在許多制約因素，缺少較為權(quán)威的智慧隧道建設(shè)規(guī)范和細(xì)則，缺乏整體規(guī)劃，智慧隧道的設(shè)計內(nèi)容和涵蓋范圍難以明確，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、系統(tǒng)之間不能互聯(lián)互通。智慧隧道的建設(shè)作為一個長期戰(zhàn)略目標(biāo)，亟需從國家層面構(gòu)建合理的發(fā)展生態(tài)。

隨著行業(yè)技術(shù)日益的飛速進步，隧道工程應(yīng)尋求設(shè)計理念、工法、工藝突破，重視智慧隧道建設(shè)，堅持建、管、養(yǎng)技術(shù)協(xié)同發(fā)展，不斷實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，使我國從隧道建設(shè)大國邁向隧道建設(shè)強國。