行业革新与趋势
隧道与地下工程行业发展至今，一直伴随着进化与革新——TBM直径越来越大，能够承受的压力越来越高，管片衬砌的适用性也越来越强……这些革新不但改善了基础设施的质量，更为城市可持续发展做出了贡献。
本期，小编为您请到了国际知名设计咨询公司HNTB的隧道业务负责人Mike Wongkaew博士，与他谈到了超大直径隧道、TBM技术革新及发展趋势等话题，来听听他口中隧道建设的未来吧！
放眼全球，各地新建隧道的直径存在不断增大的趋势。为何业主更容易接受使用大直径甚至超大直径TBM隧道的方案？
Wongkaew:
随着成功工程项目的经验积累，设计、咨询与建设方都对超大直径盾构愈发充满信心，将其视为大型城市隧道建设的理想方案。与传统双管隧道相比，超大直径单管隧道存在不少独到的优势。
超大直径单管隧道方案与传统较小直径双管隧道的方案相比，有何优点？
Wongkaew:
以西雅图SR99隧道为例，超大直径单管隧道可以有效地减少工程的占地面积，并且显著减少隧道建设对地面交通的影响；
再以圣何塞VTA轨交项目为例，采用“巴塞罗那法”将站台与轨道设置在大直径隧道内，将极大地减少车站建设的明挖需求。超大直径隧道内的连续空间还增加了车站定位的灵活性，便于后续换乘枢纽站的建设与使用，为建设与运营提供了双重便利。
在建设成本方面，大直径单管隧道与双管隧道相比是否有优势？在后续的使用与维护中呢？
Wongkaew:
若单纯计算隧道掘进的成本，超大直径单管隧道成本更高，因为其设备、衬砌与出渣成本都会随着隧道直径的增加而上升；然而，隧道掘进并非整个工程的一切——对于城市核心区的大型地下工程来说，翻交、道路封闭、地面征用、管线迁移及周边建筑扰动等同样会造成巨额成本，超大直径单管隧道在这些情况下便具备隐性优势。
由于每个工程项目都各自有其特点，因此较难得出普遍结论，但就本人参与的工程项目而论，若能结合整个工程的全周期成本进行综合考量，超大直径单管隧道方案都是具有竞争力的方案。
而对于超大直径隧道的后期维护，超大直径隧道内的检查维护受空间限制更小，并往往设立了独立检修空间，可以在隧道正常运营的情况下进行维护。
超大直径TBM隧道的建设中存在哪些挑战？
Wongkaew:
从设计角度来看，场地限制与物流是超大直径隧道建设的主要挑战，包括TBM始发与接收，材料运送，电力需求，渣土处理（特别是泥水TBM）都是重要因素。其他挑战还包括超大直径TBM刀盘的扭矩需求，刀具磨损与更换，开挖面压力变化以及管片拼装等。
此外，超大直径隧道内的空间利用优化也是一大挑战，目前的大直径隧道都需要额外的通风与逃生空间。
为了增强超大直径TBM的适用性，业内目前正在进行哪些研究？
Wongkaew:
目前业内正在攻克常压换刀，开挖舱渣土混合，开挖面压力控制，盾尾间隙润滑，壁后快速注浆等技术难题。这些技术革新未来将降低超大直径TBM的几项主要风险，并且进一步增强其控制沉降能力，促进快速施工。
超大直径隧道的建设需要考虑哪些安全因素？
Wongkaew:
超大直径隧道的更大截面，意味着施工期间需要更好的通风条件；横梯、脚手架、起重机与运输机等设备与人员的防坠措施也需要高度重视；同时，超大直径隧道内，开挖面压力控制、出渣平衡、壁后注浆、沉降管理等的风险都较小直径隧道更大，需要格外重视。
如何看待全球超大直径隧道的建设趋势？会继续呈增长态势吗？
Wongkaew:
随着隧道建设技术的不断成熟与革新，业内也在积极拓展大型地下空间的创新应用方案，因此我预计未来全球对超大直径隧道的需求仍然将不断增长。
超大直径TBM的效率与成本在哪方面存在瓶颈？
Wongkaew:
目前，渣土运输与管片拼装是限制TBM生产率的两项瓶颈：
除了缓慢的渣土运输速率外，它同样占据了TBM工程中重大成本。Elon Musk之前提出将隧道渣土再利用成为建筑材料，经济性暂且不论，其思路值得推崇。
管片拼装作为TBM作业循环中的一环，既费时费力，又需要人工干预。随着各种无螺栓管片与自动拼装设备的出现，未来该领域有望取得颠覆性的创新。
除了TBM设备之外，目前在隧道衬砌中存在哪些问题？
Wongkaew:
管片的边角损坏依旧是难以根除的问题，而管片边角的适当加固又存在一定的技术难度。钢纤维加固是一个可行的解决方案，但针对不同环境下的不同配比仍需要更多工程实践的验证。
就个人来说，我愿意看到管片的生产实现标准化，包括尺寸、厚度及细节设计等，标准化将降低成本、改善管片质量从设计到施工的多方都将从中受益。
衬砌设计如何适应高压下的隧道工程？
Wongkaew:
目前，高压隧道工程中大部分的挑战源于TBM掘进过程，仅仅依靠衬砌设计的改变难以让高压下的隧道掘进表现得以改善，仍需要与超前注浆、开挖面支护等手段配合，以保障水密性能。
适用于高压下的管片止水带已出现一段时间，与其配合的管片在受压止水带出现集中应力，以及受到较高的外部地层荷载时，才需要进行再设计。目前一些工程的实践中选用了双止水带作为解决方案。
衬砌设计如何适应地震区内的隧道施工？
Wongkaew:
目前，业内利用非线性时程分析与三维分析解地震对于管片荷载的影响，目前的工程案例中使用了双密封圈或混合密封圈（EPDM+亲水性材料）应对地震情况。
过去的隧道的止水带与密封圈都在静力学状态下进行试验，这一情况如今已经有所改善：以SR99隧道工程为例，管片止水带都经过了动载加压和卸载条件下试验，以验证其在地震条件的性能。
随着全球地下空间开发进程的不断加速，越来越多的技术革新也将不断涌现，攻克一个个隧道施工的难点，使地下空间的应用达到全新的高度。