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本帖被 wowoni 执行加亮操作(2021-05-07)
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当我们站在秦岭 7座超过10km的隧道在我们脚下贯穿群山其中最长的公路隧道长达18km如果以70km/h的限速行驶需要在地下穿行15分钟才能通过（请横屏观看，三座隧道组成的秦岭隧道群，摄影师@魏炜）▼当我们站在贵州 超过1400座隧道在我们脚下几乎将贵州全省打穿其中从贵州通往广州的贵广高铁857km的里程中有一半以上都在地下穿行这已经不是一条传统认知中的铁路分明是一条跨省“地铁”（贵广高铁沿线隧道，摄影师@刘慎库）▼而当我们放眼全中国 你可能更是无法想象在960万平方千米的大地之下超过35000座、总长约37000km接近赤道长度的隧道正在日夜通行为南来北往、东西穿梭的客货洪流构建起一个极为便捷的超级通道网而且这些隧道的绝大部分都集中建成于改革开放后的短短40多年目前总里程高居世界第一（本文仅讨论山区中的铁路和公路隧道，未涉及城市隧道和水下隧道。下图为全国公路隧道分布热力图，港澳台数据暂缺，制图@陈志浩&王申雯/星球研究所）▼从黄土高原 到太行山区（京原线上的货运列车正在通过十渡二号隧道，摄影师@王伟光 ）▼从青藏高原 到天山山脉（请横屏观看，独库公路哈希勒根隧道，摄影师@沈龙泉）▼隧道 正在改变着这个山峦遍布的国家中国人究竟是如何挖穿这一条条山岭的？01隧道的诞生中国的隧道样式多种多样它们或傍山而过上方构筑顶棚形成“明洞”（棚洞是一种特殊的隧道，下图为成昆铁路沿线的棚洞，摄影师@张普超）▼或挂于峭壁 每隔一段开出“天窗”形成挂壁公路（南太行郭亮挂壁公路，摄影师@石耀臣）▼或顺着山坡盘旋 时而隐没，钻入山中时而出露形成天梯一般的盘山道（请横屏观看，河南焦作云台山叠彩洞隧道，考眼力：图中有多少个隧道洞口？摄影师@沈龙泉）▼但是更多时候 它们都隐伏于山体之中只露出窄窄的出入口洞门一般的洞门墙体直立、造型粗犷（一堵直立的墙体便是洞门，称为端墙式洞门，也是最常见的洞门，下图为成昆铁路沿线隧道，摄影师@李昌华）▼“豪华”的洞门 则在两侧增设立柱形成柱式洞门美观且稳定性更强（八达岭隧道口的柱式洞门，摄影师@赵斌 ）▼与环境融合最好的则是 削竹式洞门好似一段竹竿被沿着山坡顺势切削造型干净利落（新疆赛里木湖公路隧道，摄影师@沈龙泉）▼还有一种更为特别的造型 它们分布在高铁隧道的洞口呈向外敞开的喇叭口状当列车高速通过时被推挤的气流会产生强烈的冲击压会引发噪声、造成乘客身体不适等问题而喇叭口状洞门则可以起到缓冲作用（穿越太行山的高铁隧道，摄影师@田卓然）▼当我们经由洞门 进入隧道内部时则是畅通无阻的通道无论它是漆黑一片（列车穿越铁路隧道，摄影师@李昌华）▼抑或灯火通明 （汽车穿越公路隧道，摄影师@沈噌噌）▼这些隧道畅通的背后 实则经历了数次“变身”首先人们通过凿孔爆 破和挖掘掏空山体凿出一条通道拥有数条“手臂”的凿岩台车如“三头六臂”般在洞内钻凿孔眼以便安放炸药（爆 破施工是目前山岭隧道中应用最广、也是最成熟的方式，下图为拥有3条钻臂的凿岩台车，位于郑万高铁的罗家山隧道，图片来源@视觉中国）▼精密控制的“爆 破” 可以按照预设的轮廓炸开岩体炸后的岩壁可谓是相当平整（爆 破后平整的岩壁，其中炮痕即为预先设计的隧道轮廓，摄影师@李锦勇）▼爆 破开挖之后 岩体出现空洞地层容易进入不稳定状态随时可能垮塌于是第二次变身立即开启即安全支护在过去人们使用木材或者钢材直接支撑起挖空的隧道后来发明了巧妙的新工艺工人们先在隧道岩体中打入锚杆再布设一圈钢筋网最后喷射一层混凝土这样便可以控制四周岩体的变形从而起到支护作用（这种隧道施工办法由奥地利学者拉布塞维奇首次提出，后来被国际土力学会议正式命名为新奥地利隧道修建方法，简称新奥法。下图为隧道内的工人正在喷射混凝土，图片来源@视觉中国）▼1970年代 这种方法开始传入中国并在中国隧道建设中广泛使用（请横屏观看，白罗山隧道中的梯架式凿岩台车，考眼力：图中有几位工人？摄影师@牛荣健）▼当然 除了稳定岩石结构隧道内还需要布设一道隔水层用于防水（银百高速庆阳段宁县隧道内的隔水层，摄影师@靳晰）▼最后 第三次变身登场人们在隧道内架起一座“模板车”再在壁面与“模板车”之间灌注混凝土有如在模具中浇铸金属一般加固支护的同时还能保证壁面整齐平顺这便是“二次衬砌”（郑万高铁罗家山隧道中的模板台车和已经完成二次衬砌的平整隧道，图片来源@视觉中国）▼再辅以通风和照明等必要设施 一座完整的隧道才得以诞生（牡佳客专七星峰隧道贯通后的庆祝仪式，摄影师@王利）▼隧道 连通起大山两侧的世界促进了彼此的沟通和交流以1950年代修建的宝成铁路为例北接陕西宝鸡，南连天府成都是沟通西北与西南的第一条铁路干线全线80%都是崇山峻岭借着304座隧道这条铁路通道才得以穿越秦岭山区改变了蜀道难的局面（宝成铁路上的客车正在驶出隧道，摄影师@武嘉旭）▼但是 受限于当时的技术水平宝成铁路沿线的隧道长度大都小于1000米最长的隧道也不过2300米一座接一座的短小隧道组成了壮观的隧道群而列车只能在隧道与展线组成的“盘山铁路”上缓慢爬升运行速度和运输效率都远远不够（列车为了爬升预定高程，常通过延长线路以实现缓慢爬坡的目的，这样的铁路便称为“展线”。下图为宝成铁路沿线观音山附近的隧道示意，请横屏观看，制图@陈志浩/星球研究所）▼所以 我们需要更长甚至超长的隧道02长、更长、超长1950年代当时中国最长的铁路隧道是凉风垭隧道全长4270米（渝黔铁路中段的凉风垭隧道，位于贵州省桐梓县，摄影师@张普超）▼到了1960年代 驿马岭隧道突破7000米1988年14295米的大瑶山隧道正式通车成为中国第一条超过万米的铁路隧道而且曾是最长的已建成双线电气化隧道（驿马岭隧道位于北京至原平的铁路线上，大瑶山隧道位于京广铁路衡阳至广州段，摄影师@管俊鸿）▼进入新世纪 乌鞘岭隧道的长度直接突破20000米（下图为乌鞘岭隧道，全长20050米，位于兰州至武威的铁路上，兰武铁路是中国铁路“八纵八横”中欧亚大陆桥的重要组成部分，是内地通往新疆等西部地区的重要通道，摄影师@张一飞）▼截至2019年 中国铁路隧道达到16084座总里程超过18041千米同时单座隧道的长度已经突破32000米（根据《铁路隧道设计规范（2016）》，铁路隧道按照长度可以分为：≤500m的隧道为短隧道，500-3000m的隧道为中长隧道，3000-10000m的隧道为长隧道，＞10000m的隧道为特长隧道。下图为目前中国已经投入运营的20km以上铁路隧道分布，制图@陈志浩&王申雯/星球研究所）▼而公路隧道 也已经达到19067座总里程超过18966千米其中秦岭终南山隧道长达18020米是目前最长的公路隧道（根据《公路工程技术标准（2014）》，公路隧道按照长度可以分为：≤500m的隧道为短隧道，500-1000m的隧道为中长隧道，1000-3000m的隧道为长隧道，＞3000m的隧道为特长隧道。下图为秦岭终南山隧道，摄影师@魏炜）▼长隧道乃至特长隧道的出现 让原本弯弯绕绕的山路得以“拉直”人们不再需要大量盘山、展线而是直接从山脚一洞贯穿以青藏铁路为例1970年代为了翻越关角山列车需要先通过展线爬升600米才能通过4200米的老关角隧道再盘山而下用时需要2小时（请横屏观看，气势恢宏的关角展线，摄影师@王璐 ）▼2014年 一条全长32千米的特长隧道贯通关角山列车仅需20分钟便可以穿越并且避开了暴风雪等恶劣天气（请横屏观看，青藏铁路新老关角隧道与展线对比，制图@陈志浩/星球研究所）▼这些长隧道、特长隧道 又是如何修建的呢？一般的隧道会从两端向中间同时掘进但对于长隧道继续采用这样的方式效率就会变得非常低下（宜万铁路龙鳞宫隧道内的施工场景，摄影师@文林）▼于是 人们将长隧道分割为若干个短隧道在多个点位同时施工这便是“长隧短打”例如在山谷的一侧寻找距离隧道较近的地表位置横向开挖一个施工洞即横洞施工人员及设备便可以通过横洞进入主洞施工（长隧道施工中的横洞结构示意，制图@王申雯/星球研究所）▼当隧道的埋深较大时 则可以在隧道上方的地层较薄处开挖与地面连通的坑道若坑道沿着侧上方延伸是为斜井若坑道沿着竖直方向则为竖井（长隧道施工中的竖井结构示意，制图@王申雯/星球研究所）▼有了横洞、斜井、竖井 隧道施工面的数量大大增加效率也得以快速提高但是当出现更加复杂的情况我们还需要一个更加高明的帮手平行导坑顾名思义这是一条与主洞平行的先导洞先于主洞开挖既可以为主洞提前探路探明前方的地质情况还能利用横向通道与主洞连接每个通道可以增辟两个工作面极大地加快施工进度（长隧道施工中的平行导坑结构示意，制图@王申雯/星球研究所）▼在个别情况下 一些平行导坑也会成功“转正”通过拓宽和砌筑成为一条真正的隧道比如连接西安与安康的西康铁路上的秦岭Ⅱ线隧道便是由平行导坑“转正”而来（雀儿山隧道，摄影师@熊可）▼通过以上种种方式 成千上万座长隧道终于有了建设的可能但是中国的地质条件如此多样地下工作环境又极为复杂隧道建设者们必须想尽办法破除前方的一切障碍03难关2008年8月8日举世瞩目的北京奥运会正式开幕千里之外的澜沧江畔名不见经传的大柱山隧道恰巧也在同一天开工它全长14.5千米位于云南大理至瑞丽的铁路线上原定工期5年半但工程的难度远远超出预期工期只能一延再延直到2020年4月28日隧道才得以贯通（建设者们坚守12年终于将大柱山隧道打通，摄影师@牛荣健）▼挖掘一条隧道 为何会历时12年之久？想回答这个问题需要放眼整个中国这里地形地貌多样、地质成因复杂在这样的土地上修建隧道建设者们将遭遇各种难题（中国地形图，制图@星球研究所）▼在黄土高原 这里地表残破、沟谷纵横而且黄土质地松软、极易垮塌受水浸湿后还会发生下沉（沟壑纵横的黄土高原，摄影师@李楷行）▼2005年 连接郑州和西安的郑西高铁动工沿线必须多次穿越黄土地层按照线路规划位于河南三门峡的张茅隧道是全线最长的隧道预计最大开挖断面超过160平方米是全球横断面最大的黄土隧道（张茅隧道全长8483米，下图为兰新铁路沿线的穿越黄土地层的隧道，摄影师@张一飞）▼想要在松软黄土中 进行大断面隧道施工必须想尽办法减轻扰动避免隧道垮塌为此建设者们采用了一种独特方式将断面自上而下分为三个台阶按七个施工面进行有序开挖（上述的开挖方式即为三台阶七步开挖法，制图@王申雯/星球研究所）▼在南方喀斯特地区 广泛分布着碳酸盐岩地层在长年累月的溶蚀下大地变得支离破碎（广西桂林的喀斯特地貌，摄影师@黄一骏）▼而峰峦起伏的地下 溶洞丛生、暗河交错这些壮美的景观同样是隧道工程的大敌（贵州双河溶洞内的奇异景观，摄影师@无影 ）▼所以钻遇溶洞、暗河时 涌水、涌泥屡见不鲜以位于湖南郴州的南岭隧道为例隧道沿线的溶洞密集成网施工中涌水涌泥多达24次其中一处溶洞内涌出的泥浆超过8000立方米堵塞隧道长达177米（隧道内的涌水场景，摄影师@史飞龙）▼有时 隧道还遇有大溶洞此时需要进行跨越处理以川黔铁路的瞎子河隧道为例为了通过一个巨大的溶洞建设者们只好在溶洞内建设起一座长达27.7米的桥梁“洞中建桥”可谓超越想象（下图为正在穿越溶洞的隧道，图片来源@视觉中国）▼在青藏高原 这里平均海拔超过4000米高寒缺氧，气候恶劣（冰雪覆盖的青藏高原，摄影师@刘珠明）▼隧道结构中的水分 在低温时固结成冰，体积膨胀随着气温升高冰化成水，地层坍缩这便是冻融作用循环往复的冻融作用增加了隧道结构开裂的风险（冻融作用示意，制图@王申雯/星球研究所）▼因此 防水措施尤为重要同时为了减小环境温度对隧道的影响在隧道结构中还会增设保温层2002年贯通的青藏铁路昆仑山隧道地处海拔4600多米的多年冻土区为了建造适应高寒区的隧道结构专家和建设者们不断进行试验全长仅有1686米的隧道历时一年才终于贯通（昆仑山隧道，图片来源@视觉中国）▼而且 在缺氧的高海拔地区他们还需要配备供氧设备（雀儿山隧道的建设者正在吸氧，摄影师@牛荣健）▼相较于分布集中的 黄土、岩溶、冻土等地质条件各种规模的断层才是隧道施工中最常见的难题尤其是地下水丰富地区的断层岩层破碎、极易透水施工难度极大人称“烂洞子”以大柱山隧道为例隧道全线需要穿越6条主要断层其中一处燕子窝断层仅仅156米的距离却耗费了26个月之久平均每天仅能掘进20厘米（大柱山隧道涌水场景，摄影师@史飞龙）▼而且整个隧道的施工期间 抽水工作从未间断源源不断的水流从洞口流出硬是在半山腰造出了一条人工瀑布（大柱山洞口的瀑布，摄影师@赵子忠）▼复杂的地质条件 不光带来工程技术的挑战洞内恶劣的工作环境同样考验着每一位建设者比如在煤层、油页岩等含瓦斯地层施工时必须借助通风设备稀释隧道内的瓦斯浓度（新平隧道内的通风管道，摄影师@陈畅）▼当然 隧道越掘越深空间也越发隐蔽再加上施工、运输等产生的粉尘严重污染了洞内的空气此时通风设备同样必不可少（新平隧道内恶劣的空气环境，摄影师@陈畅）▼还有 川藏铁路的桑珠岭隧道洞内温度可以达到89.3℃建设者们必须用冰块来降温（隧道内堆放的冰块，摄影师@牛荣健）▼总而言之 想要在中国的山地修建隧道凡此种种都不可避免而人们唯一能做的便是“神来杀神，佛挡杀佛”（笑对镜头的建设者们，摄影师@牛荣健）▼为了冲破重重难关 工程师们不断革新技术同时也研发了各种新型设备其中最值得一提的当属隧道掘进机它们如同巨型怪兽可以长达数百米一个标准足球场都无法安放作业时旋转坚固的爪子（刀盘）将前方岩石挖掘下来（旋转）相较于其他机械其挖掘速度大幅提升可谓是目前机械化程度最高的隧道挖掘设备目前中国已经自主研发了“月城凉山号”“彩云号”等隧道掘进机而且越来越多的自主化设备正在成为中国隧道机械化施工的有力武器（“月城凉山号”隧道掘进机，摄影师@贺锐）▼这就是 中国人的穿山之路凝聚着无数工程师的智慧也凝结了无数建设者的辛劳无论是青藏高原（阿尼玛卿山高速公路隧道，摄影师@在远方的阿伦）▼还是云贵高原 （318国道朝东岩隧道，摄影师@谭江弘）▼它们与太行山同框 （请横屏观看，侯月铁路穿越太行山，摄影师@邓国晖）▼与江河为伴 （请横屏观看，大渡河特大桥附近的隧道，摄影师@姜曦）▼与长城共舞 （请横屏观看，京张铁路沿线隧道，摄影师@姚金辉）▼隧道 正在帮助我们突破地形限制快速连接中国的各个角落2010年隧道穿越嘎隆拉雪山3年后墨脱公路通车中国最后一个不通公路的墨脱县终于成为了历史（嘎隆拉隧道，摄影师@李贞泰）▼目前在建中的亚洲第一长隧 高黎贡山隧道全长34.5千米建成后大理至瑞丽的通行时间将缩短一半以上（高黎贡山隧道示意，制图@王申雯/星球研究所）▼2020年9月底 川藏铁路全线获批21座4000米以上的雪山沿线坐落其中雅安至林芝段规划隧道72座，总长838千米占到全长的83%有如穿越横断山区和青藏高原的“地铁”未来将成为继青藏铁路后第二条进藏天路（请横屏观看，川藏铁路沿线10km以上隧道分布[雅安-拉萨段]，制图@陈志浩&王申雯/星球研究所）▼就这样 超过37000千米长的隧道正在穿越这片土地未来隧道的长度还将继续增长若干年后我们回顾历史一定会记起这一段中国隧道建设的黄金时代数十年如火如荼的隧道建设连接了这个国家连接了14亿人民连接了现在与未来本文创作团队撰文：艾蓝星图片：隧觉觉设计：王申雯地图：陈志浩审校：黄超、云舞空城、王长春专家审核中南大学土木工程学院 王树英 教授重庆大学土木工程学院 周小涵 博士【致谢】本文的图片内容得到了“中铁一局集团有限公司”和“基建通”的大力支持，特此感谢。
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