隧道及地下工程

前言

廿一世紀人類面臨著人口、糧食、資源和環境的四大挑戰，這決非是危言聳聽、杞人憂天。它如晨鐘暮鼓，告誡人們必須從現在開始認真研究對策。“可持續發展”被作為國策提出來了，擺在每個學科、每個產業的面前，土木工程界也應順潮流而檢討自己。大量的土建工程拔地而起，每天都看到大片良田被鋼筋混凝土所取代，並且無法再生，居住、交通、環境的矛盾日益突出。把地面活土多留點給農業和環境，使地下空間成為人類在地球上安全舒適的第二個空間，是土木建築工作者的緊迫課題。國際上已提出把“廿一世紀作為人類開發利用地下空間的年代”，日本提出要利用地下空間，把國土擴大數倍。中國也開始重視地下空間利用的立法工作，各地區已開始進行地下空間的開發規劃。但由於技術立法不夠，在這方面出了不少問題，花費了許多不該花的工程費。本文不願多談成功的一面，僅將這些年來在地下空間開發所產生的問題進行思考，供廿一世紀參考。

隧道及地下工程也指在岩體或土層中修建的通道和各種類型的地下建築物，包括交通運輸方面的鐵路、道路、運河隧道，以及地下鐵道和水底隧道等；工業和民用方面的市政、防空、採礦、儲存和生產等用途的地下工程；軍用方面的各種國防坑道；水利發電工程方面的地下發電廠房以及其他各種水工隧洞等。

簡史

世界上第一座交通隧道是公元前 2180～前2160年在巴比倫城中的幼發拉底河下修築的人行通道。各文明古國曾修建過地下墓室，灌溉、給水、排水隧洞，採礦巷道及地下糧倉等。中國漢代在今陝西褒城修隧道時，曾用火煅石法（用柴燒炙岩石，然後潑以水或醋，使之粉碎）開通了長14米、寬3.95～4.25米、高4～4.75米的石門隧洞。19世紀20年代，蒸汽機的出現及鐵路和煉鋼工業的發展，促進了隧道及地下工程的發展。1826～1830 年英國修建了長770米的泰勒山單線鐵路隧道和長 2474 米的維多利亞雙線鐵路隧道；1860年開始修建倫敦地下鐵道。19世紀60年代以前，修建隧道都是用人工鑿孔和黑火藥爆破施工。1861年修建仙尼斯峰鐵路隧道時，首次使用風動鑿岩機。1867年修建胡薩克鐵路隧道時用硝化甘油炸藥。20世紀初採用中央導坑法施工，年平均進度達4.5千米。中國第一座鐵路隧道是 1887～1889年台灣省台北至基隆窄軌鐵路上的獅球嶺隧道，長261米。京張鐵路八達嶺隧道，長1091米，建於1907～1908年。1950年以前中國建成238座隧道，總延長8.9千米；1950～1984年共建成鐵路隧道4274座，總延長2014.5千米，至20世紀50年代，人們才總結出各類隧道及地下工程的規劃、設計和施工的基本原理，並在土木工程中形成一個獨立的工程領域。

學科發展

交通擁堵已經成為城市致命的瓶頸，人們在擁堵中等待、憤怒、絕望，也開始因為渴望速度而尋找方向。當一個名字叫捷運的尤物可以讓交通煩惱消卻、速度誘惑滿足時，幾乎所有的中國城市都愛上了她，開始了轟轟烈烈的捷運建設之旅。捷運的另類空間激發著人們的國際化大都會想像力和商業想像力，捷運天文數字般的投資令城市人痛並快樂著，捷運承載著所有都市人內心的柔軟和抒情，令那些對城市失望的人可能重新愛上城市。甚至可以說，捷運是都市生活不可或缺的道具，如果沒有捷運，你都不好意思自稱自己是大城市。