1 前言
生年不滿百，常懷千歲憂。
廿一世紀人類面臨著人口、糧食、資源和環(huán)境的四大挑戰(zhàn)，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(xiàn)在開始認真研究對策。
“可持續(xù)發(fā)展”被作為國策提出來了，擺在每個學科、每個產(chǎn)業(yè)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，我們每天都看到大片良田被鋼筋混凝土所取代，并且無法再生，居住、交通、環(huán)境的矛盾日益突出。把地面活土多留點給農(nóng)業(yè)和環(huán)境，使地下空間成為人類在地球上安全舒適的第二個空間，是土木建筑工作者的緊迫課題。目前國際上已提出把“廿一世紀作為人類開發(fā)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(shù)倍。我國也開始重視地下空間利用的立法工作，各地區(qū)已開始進行地下空間的開發(fā)規(guī)劃。但由于技術(shù)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。本文不愿多談成功的一面，僅將這些年來在地下空間開發(fā)所產(chǎn)生的問題進行思考，供廿一世紀參考。
2 隧道及地下工程建設的技術(shù)立法亟待加強
回顧二十世紀，應該講隧道及地下工程大發(fā)展是以80年代為真正的起點。當時是以大瑤山鐵路雙線隧道為契機、為范例，徹底改變了近100年隧道及地下工程的修建方法，是中國鐵路隧道修建史上的一次飛躍，被評為國家科技進步特等獎。隨著隧道及地下工程的大發(fā)展，尤其我國要在廿一世紀把中西部地區(qū)的交通、能源、水源等基礎設施抓緊早上、快上，要落實開發(fā)西部、移民2～3億的戰(zhàn)略，鐵路、公路長大隧道不斷在中西部規(guī)劃和建成。如陜西省正在籌建穿越秦嶺山脈，打通包頭—西安—安康—重慶—北海的西部大通道，其中秦嶺終南山特長公路隧道最長方案為18.4km，準備在近期開工。西安—安康線，西（安）寧（南京）、寶蘭、渝（重慶）懷（化）鐵路復線的相繼開工，都出現(xiàn)了大量的隧道群和長隧道。但對于支護結(jié)構(gòu)、防水處理、特長隧道服務通道設置、安全運行、通風、防災、洞門位置、環(huán)境保護等許多重大問題，沒有立法，隨意性很大，百年大計的思想不能在技術(shù)標準上體現(xiàn)出來。如地下結(jié)構(gòu)的構(gòu)造型式，公認復合式襯砌最適合地下工程特點的合理結(jié)構(gòu)型式，一次支護是施工安全的需要，也是巖土被擾動后進行力的調(diào)整、轉(zhuǎn)換、自趨平衡的需要，然而，不少設計院、建設方從短期行為出發(fā)，提出整體式單層混凝土襯砌的結(jié)構(gòu)型式，還提出施工臨時支護+模筑整體式襯砌結(jié)構(gòu)，還有減薄式襯砌等等，這樣做省不了多少圬工量，反而使建成后的隧道出現(xiàn)漏水、滲水、開裂等病害。又如特長隧道的維修很重要，在正洞旁邊設一服務隧道是完全正確的事，尤其超過10km的鐵路、公路隧道，及單洞雙向運行的長度超過5km的公路隧道，在通風、防災、維護方面都會帶來很大好處，但很難被人們接受。最近聯(lián)通法國和意大利的勃朗峰公路隧道長11.6km，由于失火造成41人死亡，36輛汽車被毀，隧道被迫關(guān)閉1年進行整修，人員死亡的主要原因是沒有撒離通道，沒有直接向外的通風口。只有通過技術(shù)立法，才能防止不規(guī)范的設計，規(guī)范建設方、業(yè)主的行為。
城市地下空間的開發(fā)更為混亂。城市人口急劇膨脹，生存空間擁擠，交通阻塞，環(huán)境惡化。地下空間的開發(fā)、城市地鐵的快速修建已列入市長們的議事日程。地下鐵道、地下停車場、地下倉庫、地下商業(yè)街等都在進行設計、施工，但很少統(tǒng)籌，處于無序狀態(tài)。如管道層一般在地下3～5m范圍，系統(tǒng)的共同溝可以避免反復破壞交通路面、影響市容、破壞環(huán)境，但不少城市對三通一平、設置共同溝缺乏足夠的認識，熱力管道、電力管道、通訊電纜、供水下水管道、燃氣管道以及各部門名目繁多的管線仍各自為政，天上、地下混亂無序地布設，發(fā)生事故就東挖一坑，西挖一溝，非常落后，呼吁市長們把這些嚴重影響城市社會效益和形象的管線統(tǒng)管起來，迅速建立城市共同溝。
城市地下設施很多，誰占什么標高，也需要技術(shù)立法。如共同溝的標高不能使地下鐵道的標高向深處降，共同溝不能從地鐵車站頂部通過，因車站造價與深度成正比，越深造價越高，也不利于運營成本的降低及乘客上下的方便。由于地鐵區(qū)間埋置較深，共同溝可從區(qū)間上部通過。目前一些城市規(guī)定地鐵車站頂板必須低于地面3m的做法是不合理的，以人為本的思想應貫穿在當前地下工程的設計中，以成本、造價做為設計標準的指導思想該取消了。
綜上所述，急需進行技術(shù)立法的有以下幾點：
�。�1）各類地下建筑物的設計規(guī)范。如地下鐵道車站、地下過街道、地下商業(yè)街、地下停車場、地下文體活動場所、地下倉庫、地鐵車站及區(qū)間、地下餐旅館、地下展覽館、地下試驗室、地下共同溝以及半地下室建筑等。
�。�2）各類地下結(jié)構(gòu)的設計、計算規(guī)范。如不同材料結(jié)構(gòu)的設計、不同地質(zhì)條件的荷載設計、水壓力及抗浮力設計、不同類型結(jié)構(gòu)建設過程中及建成后的內(nèi)力分析計算、結(jié)構(gòu)的防腐及耐久性設計、位移反分析的計算程序等。
（3）地下工程的環(huán)境、安全、防災設計規(guī)范。如防火設計、通風設計、防水設計、空調(diào)設計、照明采光設計、通信、供電設計等。
（4）地下工程施工規(guī)范。如明挖法施工，蓋挖法施工，暗挖、淺埋暗挖、超淺埋暗挖法施工，盾構(gòu)法施工，凍結(jié)法施工，降水排水法施工，沉管法施工，全斷面掘進機（TBM）施工，城市地下工程鉆爆法施工，地下圍護結(jié)構(gòu)施工（連續(xù)墻、鉆孔樁、挖孔樁、旋噴樁等）、地下支擋結(jié)構(gòu)施工（橫撐及錨索）等。
�。�5）地下工程的特殊材料的采用方面，如防水材料、地下防腐材料、注漿堵水材料、各類添加劑材料等。
（6）衛(wèi)生安全標準、環(huán)境保護標準。
�。�7）地下空間開發(fā)所用的各類設備、非標設備的標準規(guī)范。包括地鐵的全套設備等。
�。�8）地下工程勘察技術(shù)及勘察內(nèi)容方面。
愿在廿一世紀這些規(guī)范、技術(shù)標準、技術(shù)條例都能盡快研究編制出來，以改變不統(tǒng)一的混亂狀態(tài)。
3 降低隧道及地下工程造價的辦法需要加大力度進行研究
如何用合理的造價建成百年大計的優(yōu)質(zhì)工程，是每個建設單位都關(guān)心的問題。如何降價，降價的技術(shù)措施是什么，降低造價后所帶來的負效應是什么，都需要認真分析，區(qū)別對待。
�。�1）地下工程的襯砌結(jié)構(gòu)型式應優(yōu)先采用復合式襯砌，不能因追求低造價而改變。從防水要求考慮襯砌厚度不能小于30cm，不能隨意減薄襯砌厚度，如上海地鐵管片襯砌厚度30cm已是最薄極限厚度。從長遠考慮，從上海地質(zhì)條件考慮，上海近些年地陷量很大，不均勻沉降可能把現(xiàn)有地鐵管片拉裂。目前在地鐵兩邊建筑的深基礎都要受地鐵結(jié)構(gòu)的限制，這足以說明上海地鐵區(qū)間管片的強度、剛度、穩(wěn)定性是偏弱的。地鐵的土建工程費與設備費之比一般應為6∶4，因地下土建是永恒的、不可逆的，而設備的更換周期是較短的，一般5年，個別設備10年，必須注意設備的投入值和產(chǎn)出值以及今后的維修值。
�。�2）必須重視地下防水工程的投入。防、排、堵、截綜合治理的原則，材料剛?cè)峤Y(jié)合以柔為主的原則，不能片面修改。這是多年來經(jīng)驗教訓的總結(jié)。廣州一線地鐵的防水設計強調(diào)了堵死的辦法，不給水出路，其原因為怕引起地面下沉，實踐證明有限量的排放，使地下水的補給量大于、等于排走量，地下水位不會改變，也就不會引起地面、地中下沉。如德國慕尼黑市地鐵滲漏水量為0.07～0.20L/（㎡·d）；匈牙利布達佩斯地鐵為0.20L/（㎡·d）；新加坡地鐵為0.12L/（㎡·d）；我國上海延安東路隧道滲漏水量僅為0.024L/（㎡·d）。不讓有一點漏水，從施工、長期運營角度講是不可能的，防水板全包的做法實質(zhì)是把漏的水引到仰拱處，對結(jié)構(gòu)受力、運營不利。車站和圍擋結(jié)構(gòu)之間設平行剪力筋，是破壞二次內(nèi)襯防水保護層的笨辦法，大大減弱了襯砌的防水效果，也違背了兩層之間剪力為零的原則。兩者之間變形是不協(xié)調(diào)的，靠水平剪力筋不能形成共同作用。復合襯砌之間設柔性防水層，當時定名為防水隔離層，其含義一是防水，二是防裂。限量堵、排，沿全線進行分段截擋，可做到結(jié)構(gòu)干燥、無水，抗浮問題也得到解決。
�。�3）迅速組織力量進行地鐵運營設備的國產(chǎn)化。目前有些城市的運營設備，需高價從貸款國購置，車輛的價格比一般國際市場高出30%左右，通信、信號設備比國產(chǎn)設備高3～6倍。盲目引進國外設備造成很大被動，運營費也很高。如廣州地鐵的洋設備，每年需3000萬美元的養(yǎng)護維修費。上海一號線的96節(jié)車廂花了1.9億馬克，占德國政府對一號線項目貸款的1/3以上。而地鐵二號線運行所需的144節(jié)車廂也要全部從德國進口。一號地鐵運行第2年的配件消耗就達1500～2000萬元人民幣。當前國產(chǎn)地鐵車輛，國產(chǎn)供電、通訊、空調(diào)、通風設備性能非�？煽�。如北京復興門—八王墳地鐵購買國產(chǎn)車輛價格僅70萬美元左右。長春客車廠在1969年研制出我國第一代地鐵車輛，運營30多年，幾乎天天超載，可是車輛性能依舊。最近生產(chǎn)的變頻調(diào)速地鐵車輛，在伊朗德黑蘭地鐵車輛投標中，中標230輛，后來又追加訂貨174輛。但我國車輛與國外還有差距，應加強國產(chǎn)化的研究和開發(fā)，使地鐵所有設備的國產(chǎn)化率達到70%以上，以促進我國相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，降低地鐵的建設成本。
�。�4）加大地鐵行車密度，縮短列車編組長度；車站一般應采用1層，取消集散廳層，以降低土建費用。加大列車運行密度，1.5～2min開1列車，可以減少旅客在車站的滯留時間，這樣列車編組以6節(jié)1列為宜，改變8節(jié)1列的做法，可使車站長度減少20%左右。另外，據(jù)實地調(diào)查，地下集散廳很少有人在那里滯留，空曠無人，目前幾乎每個車站都搞雙層，造成浪費很大。建議取消雙層車站，對客流特大的車站當兩對出入口不夠時，可考慮設雙層車站，一般不設。這樣整個車站可降低建設費、運營費各30%以上。新建地鐵應對此予以考慮。
有關(guān)降低地下工程的造價的措施還有許多，如裝修的標準、通風的方式、空調(diào)是集中設置或分散設置等方面。地鐵、地下工程從人防上如何處理、防災上如何設置、城市綠地上如何設置地下工程等諸多問題，還需認真研究確定。
綜觀當今世界，有識之士已把地下空間開發(fā)利用作為解決城市資源與環(huán)境危機的重要措施，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑�？梢灶A測廿一世紀末地球上將有1/3的人口工作、生活在地下空間中。因此，我們從事隧道及地下工程的人們，應充分認識到自己的責任重大，精心設計，精心施工，創(chuàng)造精品，造福人類。
