随着综合国力的提升，国家在基础设施建设的大力投入，我国的交通和基建行业加快速度进行发展，一大批工程极大地推进了我国及世界土木工程技术的进步。

  铁四院是大国工程建设的参与者和见证者，四院隧道人有幸经历了这个时代，凭着一股滴水穿石的韧劲，用勤劳、勇敢、智慧书写着当代技术发展与进步的故事。

  四院隧道专业由上世纪80年代的40多人，增加至如今的110人；隧道从座数、长度、施工方法、技术方法得到了飞跃式的发展与跨越：

  曾经的主体业务是铁路山岭隧道勘察设计，如今隧道经营事物的规模涵盖铁路、公路、水下、城市道路、轨道交通、输水、煤矿斜井等领域；

  曾经施工方法主要是矿山法和放坡明挖法，如今熟练掌握了矿山法、浅埋暗挖法、盾构法、岩石掘进机法、沉管法、陆地基坑法、水上围堰明挖法；

  曾经设计修建的隧道最大长度为14.295公里（衡广复线铁路大瑶山隧道，为当时国内最长隧道），

  如今建成的最长山岭隧道长22.175公里（向莆铁路青云山隧道，目前国内已建成隧道中长度排第6）；

  已建成的水下隧道最大长度10.8公里（广深港高铁狮子洋隧道，为国内最长水下隧道）；

  设计最大直径盾构隧道15.2米（武汉三阳路过江隧道，世界首座公铁合建、内地最大直径的盾构隧道）；

  这些成就的取得，离不开改革开放国家良好的工程建设环境与政策，也是四院一代代人一起努力的结果。

  早在上世纪90年代，铁四院就结合京沪高铁开展了高铁隧道的设计研究。但由于京沪高铁隧道很少，因此全系统对高速铁路隧道的技术探讨研究都很少，主要为隧道净空面积的前期研究。

  2004年～2005年，铁道部着手修建第一批客专，其中我院承担了武广、郑西、合武、甬台温、温福、广深港等项目，隧道总长度约480公里，而且多条客运专线均以隧道作为先行开工的工点。

  一系列的技术问题“突然”出现在隧道设计人员面前，几乎给大家来了一个措手不及。怎么来实现高铁隧道的安全可靠、经济环保、技术先进，需要在较短时间内给出一个满意的答案。

  在初步设计阶段，我们尽快收集了国内外以往研究资料和文献，对隧道的关键技术和难点进行了分析，提出了长大隧道防灾救援、超大断面隧道支护结构参数与施工方法等一系列课题，与有关高校和研究机构合作进行研究，形成了专题研究报告，为初步设计的完成打下了较坚实的基础。

  时任铁道部总工程师何华武以敏锐的洞察力发现，为何隧道净空有效面积为100平方米，但每延米最大开挖量却达到160多方？

  经认真核查和专家会审，认为隧道仰拱过深、隧底填充过厚是造成开挖和回填量大的根源。

  初步设计的具体方案中仰拱结构参考德国高铁隧道断面进行设计，而德国为何要设计如此深的仰拱我们却回答不了。

  经多方查阅资料后才清楚，原来德国高铁隧道一般长度较短、埋深较浅，其规范要求埋深小于60米时一定要采用全封闭防水，使仰拱承受较高的水压力，因而从结构受力上需要加深加厚。而我国山岭隧道一直采用排水型衬砌，可大幅消减二次衬砌承受的水压力，结构断面相应有必要进行调整。

  为此，根据铁道部鉴定中心安排，我院隧道专业的几个人在初步设计审查会议现场（北京中土大厦）对结构断面来优化（期间西南交通大学协助完成了隧道结构的列车振动响应分析），经过整整一周的时间，研究了两个较优方案。

  紧接着，何华武总工组织了多方面专家对优化方案进行研讨，确定了推荐方案。其后，铁道部经规院又安排我院在现场完成了《时速350公里客运专线双线铁路隧道复合式衬砌通用参考图》的初稿，经随后的专家审查修改完善后，形成了报批稿。

  当时，斜切式洞门被公认为“环保洞门”，但与国内公路隧道不同，德国高铁隧道一般都会采用帽檐斜切式洞门，即在斜切式洞门的斜切面上增加了一个“帽檐”，这又是为何？

  经研究认为，由于高速铁路行车速度快，即使是很小的落石也可能对行车安全造成致命的危害，因此就需要较高的帽檐进行拦挡。考虑到我国隧道实施工程单位习惯于修建以往的挡墙式洞门，而帽檐斜切式洞门为空间曲面结构，为方便“按图施工”，在施工图设计中，我院首次对该种洞门进行了三维制图，并在图中列出了结构控制线的详细坐标，确保了结构完成后形状、位置、尺寸均契合设计要求。

  此后，该洞门施工图又上升为铁道部的通用参考图，并在参考图的编制过程中研究之后发现，其对缓解隧道空气动力学效应拥有非常良好效果。

  武广、郑西客运专线采用中外联合咨询的方式来进行施工图审查。虽然我们完成了隧道施工图设计，但交付施工前，还要得到咨询单位的确认。

  由于中外建设理念的差别，外方咨询单位坚持要求将双线隧道改为双单洞隧道，认为能增加运营安全性。

  此事引起了一场关于高速铁路隧道防灾疏散的大辩论。最终考虑日本、意大利等国高铁均采用双线隧道的案例、高铁列车本身的先进性和防火安全性以及工程经济性等因素，工程仍采用双线隧道，但在大瑶山隧道群地段设置防灾救援定点。

  该定点是我国高速铁路第一个半明半暗式防灾救援定点（即利用两洞口之间的明线停靠着火车厢，未着火车厢可以深入在隧道内）。

  还有一个空气动力学效应问题。经外方检算，大部分隧道洞口微气压波峰值超过技术规定要求，需要设置缓冲结构，而当时国内对此研究较少。我院及时与西南交大合作，对若干缓冲结构可以进行了模型试验与数值分析，对洞口附近有居民的部分隧道补充设置了缓冲结构。

  该隧道全长10115米，穿越长沙市星沙区和浏阳河。该段线路原设计为桥梁，由于线路与浏阳河的交角小，水利部门坚决不同意桥梁方案，因此被迫改为隧道方案。

  这是铁路第一次以隧道穿越城区和河流，如何确保工程的施工安全和运营安全，需要有更新的设计理念和更高的技术要求。

  在建设、设计、施工等多方的联合攻关下，工程攻克了超大断面隧道全封闭防水抗水压衬砌技术、敏感地段铣挖非爆破法实施工程技术、掌子面超前玻璃纤维锚杆加固技术等，成为了铁路以隧道方式进入城市的一个创新范例。

  伴随着我国高速铁路的发展，四院隧道人以扎实的理论功底、求知若渴的进取心、一丝不苟的工作作风和勇于自我完善的工作态度，为高速铁路隧道技术的发展与进步作出了突出贡献。

  《高速铁路隧道斜切式洞门设计通用参考图集》获2012年度湖北省优秀工程建设标准设计一等奖。

  1．在隧道气动效应方面，形成了三大技术创新：合理确定了隧道内净空有效面积，在国内首创帽檐斜切式洞门和缓冲结构缓解隧道气动效应和保护自然环境，采用纤维混凝土增强二次衬砌抗风压疲劳性能。

  2．在隧道防排水方面，形成了二大技术创新：在国内首创超大断面隧道防水型衬砌成套技术，优化了排水型隧道的防排水体系，实现了排水系统的运营可维护。

  3．在隧道结构设计与施工方面，合理确定了超大断面高速铁路隧道支护参数与施工方法，形成了我国第一套高速铁路隧道复合式衬砌通用参考图。

  4．在隧道运营防灾疏散方面，建立了我国铁路第一个半明半暗式隧道群防灾救援定点，提高了运营安全性。

  这些成就的取得是参建各方一起努力的结果。虽然该科学技术创新成果未能获得铁道部科技进步奖，但四院隧道人无愧于这个时代赋予我们的历史使命。

  自2004年以来，由铁四院设计的水下隧道几乎每年都有一至多座开工建设，不断创造着国内和世界纪录，不断推动着我国水下隧道修建技术的进步，也不断激励着铁四院在水下隧道领域的奋发图强。

  2007年12月，国内首座浅覆土暗挖隧道——长沙湘江大道浏阳河隧道开工建设；

  2008年10月，国内第一座人行海底隧道——舟山沈家门港海底隧道开工建设；

  2009年10月，国内首条穿越长江的地铁隧道——武汉轨道交通二号线长江隧道盾构始发；

  2010年10月，国内宽度最大、水深最大的围堰明挖隧道——澳门大学横琴校区海底隧道开工建设；

  2012年7月，国内首座城际铁路水下隧道——长株潭城际铁路湘江隧道盾构始发；

  2013年12月，国内最大直径盾构隧道、世界首座公铁合建水下隧道——武汉市三阳路过江隧道开工建设；

  2014年12月，国内直径最大的铁路水下盾构隧道——佛莞城际铁路狮子洋隧道开工建设；

  2014年12月，国内首条轨道交通跨海隧道——厦门轨道交通2号线跨海隧道开工建设；

  2015年5月，国内直径最大的地铁盾构隧道——武汉轨道交通8号线越江隧道开工建设；

  2016年6月，世界上电压等级最高、输送容量最大、国内水压力最高的盾构隧道——苏通GIL管廊工程盾构始发；

  2016年12月，五穿珠江、国内最长的城际铁路隧道——珠三角城际铁路广佛环线东环隧道开工建设；

  2017年4月，南京地区直径最大的盾构隧道——南京长江五桥夹江隧道开工建设；

  到目前为止，铁四院设计和研究的水下隧道多达50多座，地域分布于琼州海峡、渤海海峡、台湾海峡、长江、黄河、狮子洋、钱塘江、黄浦江等江海和北京、上海、武汉、广州、深圳、南京、杭州等城市，用途涵盖了铁路、公路、城市道路、地铁和核电输水，遇到了各种复杂地质与困难条件，盾构隧道最大直径15.4米、最大水压力高达80米、盾构段最大长度达9340米。

  铁四院是国内首个能设计、并拥有盾构法、沉管法、矿山法、围堰明挖法四种水下隧道修建工法实例的设计院，也是国内设计水下隧道业绩最多的设计院，还是国内唯一设计铁路水下隧道的设计院和国内唯一同时拥有公路、铁路、轨道交通、输水水下隧道业绩的设计院。

  铁四院传统设计地域地处河网密布、软土众多的地区，很早就孕育了修建水下隧道的思想。早在上世纪八十年代，老一代隧道人吴维、郭中岳等就研究了在武汉徐家棚修建长江隧道的方案。

  1993年，在京沪高速铁路越长江的方案研究中，铁四院中国勘察设计大师陈应先首先提出隧道越江方案，随后，在隧道专业吴维总工程师的带领下，四院隧道人开始了“十年磨一剑”的艰难征程。

  1998年，完成了京沪高速铁路南京上元门水下隧道方案初步设计；2001年，完成了该工程深化与补充研究。1999年，完成了武汉长江隧道工程的预可行性研究；2002年，完成了武汉长江隧道可行性研究；2004年8月，铁四院与兄弟单位组成联合体中标武汉长江隧道设计采购施工总承包，从此开始了在水下隧道建设领域发挥四院人的聪明才智。

  武汉长江隧道是万里长江第一隧，也是铁四院设计的第一座水下隧道，工程建设同时面临“高水压、强透水、水位差和河床冲淤变化幅度巨大、地层软硬交替、下穿密集建筑物”五大世界级难题，建设环境复杂、技术难度极高。

  在时任铁四院副院长蒋再秋的带领下，大家以“如临深渊、如履薄冰”的状态投入设计中。当时参与隧道整体的结构设计的人员年龄最大不超过35岁，平均岁数不足30岁。大家团结奋进，夜以继日，认真研究每一个方案与措施，仔细复核每一个数据与尺寸，探讨每一个细微的风险与成本，也创造了一项又一项技术进步。在整个工程项目施工期间，所有设计人员24小时保持手机畅通，工地上有任何需求或疑问，不管白天还是黑夜，均及时到场解决。经过4年的奋战，武汉长江隧道于2008年12月建成通车。

  工程的成功修建开创了我国在复杂环境条件下建设大型水下盾构隧道的先河，在水下隧道建设史上具有里程碑意义，对我国大型跨江海隧道的建设起到了引领和重要的技术示范作用。工程技术成果获2011年度湖北省科学技术进步一等奖，设计成果获2012年度湖北省优秀工程设计一等奖，该工程也获得了“2011年百年百项杰出土木工程”。

  南京长江隧道是铁四院设计的第二座水下隧道，以其超大直径（盾构机开挖直径14.93m、隧道外径14.5m）长距离浅覆土穿越强透水高磨蚀地层而闻名于世。

  当时南京市政府有领导对铁四院是否有能力设计该隧道持有疑问，时任铁四院副院长蒋再秋以诚恳的态度和理性的分析说服了对方。

  在随后的设计和施工中，铁四院副院长田要成多次深入现场了解设计和施工情况，号召设计人员一直在优化方案，制定完备的应急预案。工程施工图完成后交付施工时，争议最大的事情是“盾构能否以0.7倍洞径的覆土厚度安全穿越强透水的局部深槽部位”。

  为此，以中国工程院钱七虎院士、梁文灏院士为首的专家组多次对设计的具体方案和设计预案进行了研究，在理论分析和现场泥水劈裂试验的基础上，盾构机在没有一点地面辅助措施的情况下成功按设计穿越深槽，取得了超大直径盾构浅覆土施工的技术突破。

  工程于2010年5月建成通车，设计成果获2012年度江苏省优秀设计一等奖。该工程获得2014-2015年度国家优质工程金质奖、2015年第十三届中国土木工程詹天佑奖，依托该项目的科研成果获得两项国家科学技术进步二等奖。

  狮子洋隧道是广深港铁路客运专线的关键控制工程，是世界上行车速度最高（350Km/h）的水下隧道，也是国内最长（10.8Km）世界长度第二的盾构隧道，以及国内首次采用地中对接施工的隧道，被誉为“中国世纪铁路隧道”。

  工程采用4台复合式泥水平衡盾构穿越软土、粉细砂和全断面岩层，并在水下进行地中对接，这在世界上史无前例，能否成功建设备受各方关注。

  2005年12月，时任铁道部副部长卢春房和建设司司长安国栋在深圳听取了铁四院对隧道设计的具体方案、工程技术可行性、安全可靠性方面的全面汇报后，积极支持隧道技术创新，并感谢铁四院为高速铁路建设提出了如此好的设计方案。

  由于可供借鉴的工程经验极少，隧道施工中遇到了许多前所未有的技术难题，盾构机也多次陷入困境，在我院设计人员的积极配合和国内外专家共同研讨的情况下，左、右线月成功对接贯通。该隧道的建设成功为类似隧道发挥了重要的引领和示范作用， 为规划的琼州海峡隧道、渤海海峡隧道等超级工程起了先行先试的作用。

  该隧道是国家863项目“大型跨江海隧道结构力学特征及整体化设计方法研究”的示范工程，依托该项目的科技成果获得国家科学技术进步二等奖，中国铁道学会科学技术进步一等奖。该工程获得第十四届中国土木工程詹天佑奖、2015年FIDC优秀工程奖。

  何华武院士评价“是高铁技术与现代盾构技术完美结合的代表作，取得了水下隧道修建技术的重大突破，极大推进了技术进步”，在世界水下隧道中具备极其重大地位。

  武汉三阳路长江隧道是我院设计的当时国内直径最大的盾构隧道（外径15.2m），是世界上首座道路隧道和地铁区间同管合建的水下隧道，是我国水下隧道“超大直径+土岩复合地层”的里程碑之作，登上了中央电视台《超级工程Ⅱ》的记录片。

  设计中克服了接线道路宽度不足、盾构直径超大、江中地层软硬不均、工作井基坑超深、公铁合建隧道运营防灾难度大等难题。隧道采用公轨合建的型式，为集约化利用过江通道资源和城市地下空间提供了一个新思路。

  三阳路隧道涉及到市政道路和轨道交通两个系统，我院成立了城市道路隧道和轨道交通两个领域共18个专业组成的24人总体组，在集团公司领导的重视下，项目从2013年开展初步设计工作以来，我院参加该项目的设计人员合计超过了100人。

  通过该工程的设计与施工，极大地提高了我院水下隧道的业务技术水平和综合素养能力。三阳路隧道于2018年全线贯通，攻克了多项世界级难题。

  尽管铁四院采用不一样工法在各地修建了多座水下隧道，但每一座水下隧道由于其特有的建设条件和使用上的要求，均要求我们既认真学习国内外的先进经验，又需要广开思路，勇于创新。正是这种开拓者精神，使诸多标志性成果一一书写在铁四院水下隧道设计篇章上，也培养了一批充满了许多活力和富有创新精神的青年科技骨干。

  先进优良的设计离不开领先的科研，四院隧道人积极主持或参与了国家863计划项目、国家重点研发计划和20余项省、部级水下隧道重大科研项目，其中作为第一完成单位的《高速铁路狮子洋水下隧道工程成套技术》成果获2017年国家科学技术进步二等奖、《高水压浅覆土复杂地形地质超大直径长江盾构隧道成套工程技术》成果获2014年度国家科学技术进步二等奖，作为第二完成单位的《大型及复杂水下隧道结构分析理论与设计关键技术》成果获2011年度国家科学技术进步二等奖。依托工程研究与设计获发明专利40多项、实用新型专利110余项。此外还参与了多部国家级规范的编写。

  新时代开启新征程，放眼未来，工程建设环境更复杂，建设条件也更为苛刻，建设要求也慢慢变得高，不断突破现存技术制约、提高设计水平是技术发展的必由之路。

  今后的几年，我院将开展大量建设条件极为困难的山岭隧道设计，在不远的将来，有可能修建超长海底隧道，这将是一个又一个新的挑战，也需要四院隧道人不断地进步和拼搏。同时，作为开放型全球经济大国，我们还需要放眼世界，热情参加国际上重大工程的投标。