1.1.1 隧道的概述及发展历程
1.隧道的概述
隧道指的是在地下、水下或者山体中铺设铁路、修建公路，为方便机动车、列车通过的工程项目。根据类型划分，隧道可以分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三种类型。其中，山岭隧道指的是为缩短运输距离、绕行大坡道而从山岭和丘陵下穿越的隧道；水下隧道指的是为穿越海峡而在海底建设的隧道；城市隧道指的是为满足城市实际发展需求而在城市地下穿越的隧道。在我国，数量最多和规模最大的隧道为山岭隧道。
2.国外、国内隧道的发展历程
自18世纪20年代英国首次在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建隧道（著名的泰勒山单线隧道和维多利亚双线隧道）以来，法国、美国、瑞士等国开始紧跟其后，陆陆续续修建了大量的铁路隧道。隧道建设在19世纪取得了辉煌的成绩，其中超过5km的隧道有11座、超过10km的隧道有3座，而最长的隧道为瑞士的圣哥达铁路隧道，长度为14.998km。同时，在19世纪90年代末，建设完成并通车的还有秘鲁的加莱拉铁路隧道。该隧道修建于海拔约4782m的山体中，是当时世界上海拔最高的铁路隧道。
穿越我国青藏铁路的风火山隧道是目前世界上海拔最高的单线铁路隧道，在修建这条隧道时，由于技术条件的限制，施工人员都是采用人工凿孔与黑火药爆破相结合的施工方法。直到1986年，在建设处于阿尔卑斯山脉中的仙尼斯峰铁路隧道时，人们才首次使用风动凿岩机代替人工凿孔。随后1987年美国在修建胡萨克铁路隧道时，用硝化甘油炸药代替黑火药，隧道施工才取得了长足的进步。
20世纪初期，欧美地区的一些国家逐渐修建铁路网，建成的超过5km的隧道有20座。其中，超过19.8km的隧道为辛普朗铁路隧道，它是通往意大利和瑞士的重要隧道；新喀斯喀特铁路隧道是通往美国和加拿大的重要隧道，长约8.1km。以上隧道建设全部采用中央导坑法施工技术，年平均施工进度为4.1 km和4.5km，是当时施工进度最快的隧道。有统计数据显示：在19世纪中期，隧道建设最多的国家为英国、美国、日本和意大利。以日本为例，截至20世纪70年代末，日本共建成铁路隧道3800余座，总长度约为1850km，其中超过5 km的隧道就有60余座，是世界上铁路隧道最多的国家，比如1974年日本建成的新关门双线隧道，长约18675m，是当时世界上长度最长的海底铁路隧道，其次还有1981年建成的大清水双线隧道（长约22228m）、青函海底隧道（长约53850m）。
20世纪60年代以来，隧道机械化施工技术和水平得到了进一步的提升，全断面液压凿岩台车以及很多的大型机械设备被应用到隧道施工中，特别是喷锚技术的出现和新奥法施工技术的应用更是为隧道的建设开辟了新的路径。同时，随着掘进机的使用，彻底改变了传统隧道开挖的钻爆施工方式，加之盾构构造的不断优化和完善，使其迅速成了松软、含水地层隧道建设的有力工具。(https://www.daowen.com)
我国是一个多山的国家，在1887—1889年修建的台北省道基隆窄轨铁路上的狮球岭隧道，是我国当时第一座铁路隧道，长261m，随后又在京汉铁路（北京正阳门（前门）西车站到武汉汉口玉带门）、中东铁路（满洲里至绥芬河）、正太铁路（石家庄至太原）、京张铁路（北京至河北张家口）修建了屈指可数的隧道。其中，京张铁路关沟段建设的4座铁路隧道，是我国施工人员运用自己的技术修建完成的第一批铁路隧道，其中最长的隧道为八达岭铁路隧道，总长度1091m，在1908年建设完成。
在20世纪50年代，我国建设完成的标准铁路隧道有238座，总长89km。自50年代以后，隧道的建设数量和规模不断壮大，特别是在1950—1984年短短的34年时间里，我国共建成标准的铁路隧道共4247座，总长约2014.5km，是当时世界上铁路隧道建设数量最多的国家之一，同时还建设完成的有窄轨距铁路隧道共191座，总长23km。1984年以后，我国建成超过5km的铁路隧道有10座，包括京原铁路（北京至太原）的驿马岭铁路隧道，长为7032m；京广铁路（北京至广州）衡韶段大瑶山双线隧道，长为14.3km；青藏铁路关角隧道，长为4010m。
我国大部分的铁路隧道分布在四川、陕西、云南和贵州4个省份，其中成昆、襄渝2条铁路干线隧道总长为342km和282km，占全国铁路隧道总长的31.6%和34.3%。
自20世纪80年代以来，国外一些发达国家就开始修建超大断面隧道并积累了丰富的经验。其中欧洲的瑞士、意大利、德国，亚洲的日本、韩国等在大断面隧道建设技术研究方面一直位于领先地位。
20世纪末期，我国开始修建特大断面隧道工程，并取得不错的成绩。但在现阶段，对于浅埋特大断面隧道的建设仍然处于摸索阶段，主要根据工程类比相关经验指导其设计施工。
众多学者对特大断面隧道的施工方法进行了优化并讨论了优化可能性。叶勇以变形和围岩塑性区为指标研究了特大断面隧道进口段围岩受力特点，并指出在保证围岩稳定性的前提下三台阶法是最适合进口段的开挖工法。王春河等利用数值模拟讨论了上下台阶法和交叉中隔壁法（CRD法）在特大断面隧道施工中对软弱围岩的控制机制。胡云鹏研究了大跨隧道和小净距隧道稳定性机制并提出大跨度小净距分岔隧道双向施工技术。Sun的研究结果表明：在地表沉降较大时，双侧壁导坑法优于CRD法；在围岩收敛较大的情况下，CRD法为更优的施工方法。Jin等研究指出双侧壁导坑法可以更好地控制地表变形，并给出了相应地表变形规律。赵东平等应用有限元程序对比分析了中隔壁法（CD法）和CRD法在Ⅴ级围岩下深埋大跨度隧道的施工适用性，并给出二衬滞后最大距离不应该大于掌子面2倍洞径。张金柱对比分析了弧形导洞法、CD法、CRD法及双侧壁导坑法在特大断面隧道中的适用性。蒋坤的研究结果表明：双侧壁导坑法可以更好地控制隧道拱顶下沉、水平变形和围岩的稳定性。赵秋林等讨论了西康线分岔渐变特大断面隧道最佳施工方案：围岩较好地段采用上下台阶法或全断面法施工更为快速，而在围岩较差地段采用先墙后拱法或侧壁导坑法施工更为安全。拱盖法是近几年发展起来的一种工法，适用于上软下硬地层，该法要求先行分部开挖拱顶并施作衬砌，在拱顶的支护下继续开挖支护下部岩土体，主要应用于浅埋隧道。拱盖法开挖工序简单，爆破扰动小，在保证工程稳定性前提下避免了双侧壁导坑法、CD法、CRD法等引起的工程投入大、周期长的问题。围绕拱盖法开挖引起的围岩力学和变形特征，国内众多学者纷纷展开研究。研究指出，与双侧壁导坑法相比，单层初期支护拱盖法开挖引起的拱顶沉降量较小，水平位移较大。拱盖法具有很明显的空间效应，施工过程中，掌子面前方岩体变形大体经历3个阶段，即前期缓慢变形、中期急速变形及后期稳定变形阶段。某隧道工程现场监测数据表明左、右导洞开挖会相互影响，开挖间距不应小于2.5倍洞径。黄斐等指出现有研究多是针对特定地层，通过定义无单位参数拱脚岩跨比可以提高研究结论的适用性。熊田芳等的研究指出以往研究的多是单层初支的情况，不符合实际情况，第一道初支主要起支护作用，第二道初支作安全储备。