出品：科普中國

作者：荊博（地質工程師）

監制：中國科普博覽

8月17日，位于廣西環江毛南族自治縣的貴南高鐵九萬大山四號隧道順利貫通，至此，貴南高鐵全線108座隧道全部貫通。建設中的貴南高鐵是我國“八縱八橫”高速鐵路主通道包頭至海口通道的重要組成部分，設計時速350公里，全線預計2023年底開通運營。

無人機鏡頭下的貴南高鐵橋隧

（圖片來源：新華社）

隨著中國高鐵和中國高速公路等交通工程的興建，中國成為世界上隧道和橋梁工程最多、最復雜的國家，修建了2萬多條隧道和超過100萬座橋梁，其中更是不乏長度超過3公里的超長隧道。那么這些動輒十幾公里幾十公里的隧道是怎樣實現分毫不差地貫通的呢？

測量——隧道能否如愿貫通的關鍵

一條隧道最終實現順利貫通，是整個隧道工程各個部門通力合作完成的，其中就包括了勘查、設計、施工、監理和驗收等。掌控隧道工程位置形態精度的便是測量部門，隧道能否按照預期的位置開鑿，測量是毫無疑問的核心。一般來說，隧道的測量分為平面和高程兩方面才能保證隧道的姿態。

測量工作從整個工程準備階段就開始了，測量部門從這時就要為道路設計部門提供相應線路的周邊地形情況。這將最終確定是否要修隧道，以及隧道的開口位置等。當隧道設計階段完成，施工階段開始，也是土方未動，測量先行。

施工隊伍會首先在工區內架設測量控制網，它起著銜接國家測繪控制網和工區測繪控制點的作用，并依據施工控制網的結構強度決定工區范圍內測量結果的精度。簡單講就是在正式施工之前，需要在工區周圍設置一些特殊的點，其分布既要滿足工區中快速的測量，又需要盡可能少受施工的影響。這些控制點通過國家基準點相聯系測得其相應的位置，后面的所有測量工作都是依據這些特殊點開始（起算）和結束（驗算）。

高精度測量離不開先進的測繪工具

架設好施工控制網后，就是相應的施工放樣了。放樣同木工彈墨線或者家中裝修時的劃線一樣，是引導施工隊伍進行施工的工作。在隧道掘進過程中既要指示掘進的方向，又要標定隧道的中線和腰線，這就限定了隧道施工的界線，也就是所謂指哪兒打哪兒。只不過，由于隧道的特殊環境，電磁波難以穿透厚厚的巖壁，所以不能用現代測量最常用的RTK（實時動態差分技術）等GPS測量方法，一般常用全站儀等光電測量設備，完成平面測量和水準測量。

在隧道中使用的全站儀

（圖片來源：作者）

全站儀利用了光是沿直線傳播的原理而設計，現實工作之中會受隧道中粉塵等影響產生測量誤差，同時由于儀器操作也要由工作人員完成，所以各種誤差無法從理論上避免。但通過多次測量平差計算和合理布設導線網或三角網，加上新式全站儀自帶的計算能力和高度自動化的光學設備，可以快速平差計算。現代全站儀將光學度盤換為光電掃描度盤，將人工光學測微讀數代之以自動記錄和顯示讀數，使產生的誤差最終非常微小，達到每公里只有幾厘米或者幾毫米的誤差。

而修建隧道工程中使用越來越廣泛，且效率更高的TBM（Tunnel Boring Machine隧道掘進機）更是配備了激光靶糾偏，保證工程設備能夠按照設計行進。

超長隧道積累誤差怎么辦？

那么修建超長隧道會不會隨著公里數上升進而使誤差積累呢？理論上這個情況確實會出現，但由于修建超長隧道時，隨著長度的增長，工程難度和修建成本的提升速度要遠高于控制測量誤差累積的速度。所以一般都會選擇長隧短打的方法進行修建——即在隧道中修建橫洞、斜井和豎井的方式，將長隧道分解成一段段的短隧道。這樣的施工方案雖然會提高修建成本，但也有隧道工期縮短、改善施工時通風排水條件等好處。施工過程中開挖的豎井斜井等在隧道建成后還可以擔當通風井、消防通道、維護和應急通道等，提升整個隧道的安全系數。

如我國已經修建完成的世界最長的高原隧道——青藏鐵路西寧至格爾木段及關角隧道，全長32.690公里（隧道進口高程為3380.75米，出口高程為3324.05米）。由于施工條件惡劣，為適應這種高原氣候，采用了斜井分割風道技術，即10座斜井輔助正洞施工，大幅增加了供風量，滿足了高海拔，長距離多工作面施工的需要。

關角隧道線路施工示意圖

（圖片來源：作者）

不僅如此，隨著隧道掘進過程中，已經完成的工段還需接受監理和測量的驗算工作，一旦發現與設計線路存在偏差，馬上就會補救，使得最終隧道按設計貫通，精度比你雙手食指對在一起都高得多。所以在現代修建隧道過程中，完全見不到隧道打偏了的新聞。

曾經的隧道建造真的會兩頭對不上

當然，如果沒有相應的測量工程則是另一番景象。測量技術作為一門應用數學技術，隨著計算科學和光電磁技術的進步而發展得異常迅速，幾乎每10年技術都會更新換代。

人類在上世紀初期還在使用經緯儀等發展了幾個世紀的測繪工具，測繪效率和精度都相當低下。那時修建隧道除了掘進技術上的不成熟，控制測量精度難以達到要求也是重要的原因。所以在早期線路設計中，寧肯多繞些路，也不會設計為隧道。故而，在上世紀上半頁中，鐵路的展線和公路中的盤山公路都異常活躍。而且由于這兩種翻山形式多建造在峻山深谷處，其周邊秀麗雄偉，往往成為一道重要的景觀。但隨著橋隧技術的發展，這種交通形式越來越少，反而正在逐漸消逝。

成昆鐵路中樂武展線景色

（圖片來源：作者）

除此之外，當修建隧道不可避免時，還可以使用明挖和蓋挖法，或者干脆開天窗等方式。這其中比較有名的就是壁掛公路，雖然名字帶公路，但它其實是隧道的一種。雖然這些方法將動用更多的土石量，增高修建成本，但它們的糾偏相對簡單易操作，使用非常簡單基本的測量工具就可以勝任測量要求。

雖然選擇不修建隧道既可以實現地表直接觀測，又可以在一定程度上降低施工難度，但對工程項目本身存在很大局限性。此外，設計隧道只使用直線方式也會降低在沒有很好測量能力下的貫通難度，容錯率比較大。曾經隧道施工時多使用單側打洞，這樣雖延長了工期但卻沒有了隧道對接的問題。上述這些辦法在早期道路建設中都發揮了重要的作用。

一刀一斧靠雙手打通的穽底掛壁公路

（圖片來源：作者）

中國在基礎設施建設上挑戰了一系列的不可能，中國工程人員一直在研究和突破，解決各種難題，這充分展現出了中國的強大基建實力和毅力。

來源: 中國科普博覽

內容資源由項目單位提供