我國隧道及地下工程的歷史機遇、發展困局及若干建議

郭陜云

(中鐵隧道局集團有限公司， 廣東 廣州 511458)

0 引言

近40年來我國隧道及地下工程建設取得了令世人矚目的成就，無論是建設規模、建設速度，還是已經投入運營的工程數量等，皆為世界第一。同時，其技術水平及工程難度總體上也已跨入世界先進行列。尤其是進入21世紀以來，我國隧道及地下工程的進步是驚世駭目的。第1個10年，鐵路隧道長度從20世紀末的10 km級躍升到20 km級(石太鐵路客運專線太行山隧道)； 第2個10年，突破了30 km(青藏鐵路西格二線新關角隧道)； 區域性的調水工程隧洞長度從單座85 km(已建成的遼寧大伙房引水1期工程)到單座283 km(在建的新疆北部引水工程喀雙隧洞)； 2018年建成且投入運營的港珠澳大橋海底沉管隧道長達5 664 m。

但是，在樂道于這些輝煌成就的同時，近些年來一些隧道及地下工程建設項目存在的問題也必須引起各有關方面的重視。2019年5月22日，某微信公眾號發布的一篇網文《隧之道： 何因隧道虧損無盡頭》，引起了廣大隧道及地下工程建設者的關注和共鳴。如文所述，大家面對動輒虧損數億、數十億元的隧道項目，退避三舍、敬而遠之。因為攬得越多、干得越多、虧得也越多，誰粘上誰倒霉！這種現象已被業內行家調侃為隧道“黑洞”。筆者也做過一些調研，著實有相當數量的隧道工程項目出現嚴重虧損，巨額的成本困局使得不少施工單位債務叢生、難以為繼。其實，隧道巨虧絕不是單方面的成本問題，帶來的還有合同違約、質量事故、環境破壞以及阻礙隧道技術發展進步、瓦解隧道專業隊伍等諸多方面的問題。

當前國家傾力進行基本建設的大好時機，為隧道及地下工程的發展提供有力的支持，但要發揮更大的作用，取得更加宏偉的建設成就，則必須重視和解決當下的隧道困局，這已經到了刻不容緩的地步。

1 隧道及地下工程建設的歷史機遇

2013—2017年我國基建、地產、制造業3大下游行業投資占比見表1。縱觀國家基本建設的發展態勢[1]，當前仍處于高速期。其原因是： 1)國家對于基本建設的剛性需求。交通、能源、水利、采礦、市政、國防等各方面都會有長期的持續投入，以滿足人民不斷增長的物質生活需要，完善現代化社會服務的基礎功能。2)近些年來國民經濟發展主要依靠基本建設拉動的客觀事實。基建行業涉及多個行業領域，雄踞產業鏈之首，有著“一榮俱榮、一損俱損”的鏈環效應。3)我國正處于向城鎮化轉變的關鍵時期。大量的農村富余勞動力流向城市，基建行業為其提供了數以千萬計的就業機會，為社會大局穩定做出了重大貢獻。

表12013—2017年我國基建、地產、制造業3大下游行業投資占比

Table 1 Investment proportions of capital construction, real estate and manufacturing industry in China from 2013 to 2017

年份基建投資/萬億元地產投資/萬億元制造業投資/萬億元固定資產投資/萬億元3項占比/%20139.3614.7411.1443.5780.88201411.2216.6912.3750.1380.35201513.1318.0412.6755.1679.48201615.218.7813.5359.6579.65201717.3113.9719.3663.1780.16

2016—2018年我國交通基建重點工程規劃項目數及投資額見表2。在國家基本建設的許多領域，隧道及地下工程作為建設項目的重要組成，其地位和作用也日益突出，進而得到大家的高度關注。因此，隧道及地下工程的發展有著良好的歷史機遇。

表22016—2018年我國交通基建重點工程規劃項目數及投資額

Table 2 Major planning projects and their investments of China′s transport infrastructure from 2016 to 2018

工程類型2016項目數投資總額/億元2017項目數投資總額/億元2018項目數投資總額/億元鐵路347 803294 946236 994公路272 449141 309132 000水路3394503354機場161 745121 198221 664城市軌道交通519 098334 804192 576合計13121 1349212 7608013 288

從技術角度看，特長隧道及大型地下工程建設項目的實施是必然的：

1)特長隧道修建技術的突破為山區高速鐵路、高速公路的實現提供了可能。如高速鐵路要求線路平面曲線半徑為8 000～10 000 m，一般最小為7 000 m，個別最小為5 500 m； 高速公路要求設計運行速度為120、100、80 km/h時，最大線路坡度分別為3%、4%、5%。設計中必須采用的“截彎取直”“壓低線位”等措舉，也只能依靠加長隧道或增設隧道群來解決。換句話說，沒有隧道這個工程元素，就沒有山區的高速鐵路和高速公路[2-3]。

2)即使是在平原地區或市區，充分利用和發揮隧道優勢也應該引起政府部門和業界的重視。如國內許多城市的高鐵站遠離市中心，群眾出行很不方便，而且行程費用并不經濟、耗時長。若高鐵近市走入地下，效果會大不一樣； 不單是方便出行，還節約了土地，降低了噪聲干擾。在這種情況下，雖然隧道方案會帶來較高的建筑成本，但把土地成本、環保效益、高鐵車站與城市中心的連接設施建設費用和群眾的出行成本等加在一起綜合考慮，就可自見分明。

3)穿江越海的交通物流路徑主要由水下隧道成功實施。我國有多處海峽、眾多海灣和江河湖泊需要進行通道建設或完善通道設施，在穿江越海的諸多方案中，只有隧道方案能夠實現全天候運輸，而且安全可靠、方便快捷、節約土地、利于環保。就拿瓊州海峽和渤海灣的運輸通道來說，如有可能使用隧道連通，其優勢顯而可見； 如果采用橋梁方案，不但存在的技術問題多，且有海洋生態保護和民防的難題。

4)向廣闊的干旱及半干旱地區引水，改善窮困地區的生態環境，是我國基礎設施建設的又一重點。這些年大力興建的區域性調水工程多由隧洞構成，其長度已創造了世界隧道之最，且我國在這方面的需求量非常大，尚未實施的南水北調西線方案和西部更大規模的引水工程將把隧道建設成就推向更高的巔峰。

5)市政基礎設施規劃和建設的重點走入地下是必然趨勢。近些年來，各大、中、小城鎮急劇擴張，建設項目星羅棋布，施工場面熱火朝天。然而，城市土地資源稀缺，可開發的空間有限，最好的出路是向地下發展。除地鐵和地下管廊之外，地下道路、地下車場、地下商店、地下物流和地下倉儲等，都有較大的發展余地。國內外許多實例說明，成功的地下工程設施不但能夠更好地滿足人們的生活需求，而且在靚化城市、環境保護等方面有著舉足輕重的作用。

6)油氣能源和淡水資源的地下儲存在我國仍是弱項，或者說是處于起步狀態。雖然最近幾十年來我們引進了地下水封油氣(LPG)庫技術,也做了相當數量的工程，單個項目從幾十萬m3發展到了數百萬m3，但還遠遠不能滿足應對災害風險和國防戰備的需求。水資源的儲存在干旱地區尤為重要，我們經常看到和聽到的是雨季洪澇成災、旱季滴水難求。在這些地方，前人都知道修窖窨水，而如今卻是深受洪患之害，或任由可貴的水資源白白流失。所以，地下工程大有用處，不單應有地面上的水庫，還應有大量的“地下水庫”。

2 隧道發展困局的現狀和成因

2.1 何謂隧道困局？

以近些年來某些重點鐵路隧道工程為例，其成本統計分析見表3。

表3中27個鐵路隧道項目累計中標合同價額478.603 6億元，累計驗工計價收入430.712 7億元，累計總成本為 491.583 3億元，虧損總計60.870 6億元，虧損比率為收入的14.13%。其中，14個收尾項目是在合同外調價平均增加7.62%的情況下仍然虧34.797 1億元，虧損率為11.7%； 而13個在建項目累計虧損額26.073 6億元，虧損率高達19.56%。這是截至2019年5月底的統計數字，在建工程的累計虧損額隨著工程進展還在進一步地增長和累加。

從以上隧道工程的成本分析結果可知，在其表面異常光鮮、創造了多少個“XX第一”的名頭下，鐵路施工企業的日子該有多么難過。

遭遇以上困難情形的施工企業有不少，業內要求改變這一現狀的呼聲很高。如大理—瑞麗新建鐵路大理—保山段，以4座特長隧道(秀嶺隧道、大坡嶺隧道、杉陽隧道、大柱山隧道)為主的3個標段，由4個工程集團中標承包，截至2019年6月底，累計完成工程驗工收入49.39億元，實際成本支出71.83億元，累計虧損22.44億元，平均虧損率為收入的45.43%，共墊資約29億元； 再如已經投入運營的蘭新客運專線祁連山隧道項目，至今施工單位的3.75億元墊資仍呆在賬上，無從處理。看看近些年來那些工程所處條件復雜、長隧較多的一些新建鐵路(如云桂、蘭渝、鄭萬、衢寧、大瑞等)的被動局面，就會明白問題的嚴重性。

2.2 建筑工程中，為什么隧道困局尤為突出？

譬如，新建鐵路(也有其他行業的)隧道工程大量出現巨額虧損，且在不同的地區和單位普遍發生，其成因雖然復雜，但也有較多的共性。綜合起來有工程理念、技術運用、管理體制和實務操作等幾個主要方面。

2.2.1 處于主導地位的理念錯誤會造成專業領域建設指導思想的混亂

工程理念就是關于工程的“意識形態”，也可以說是工程建設的“價值觀”。它是建設者專業素養的高級體現，會影響到項目規劃、勘察設計、施工組織、現場管理、工程評估等整個建設流程的各個方面、各個階段和各個環節。近些年來，隧道及地下工程界的主流理念存在著以下問題。

2.2.1.1 低造價“王者稱霸”

不求工程綜合效益最大化，把片面壓價當律條：

1)所使用的工程定額長期脫離實際，連基本人工費和主要建材價都不能保證，且不能及時核算結清；

2)優質優價的公平法則在建筑市場蕩然無存，取舍承包商的最大砝碼為最低報價，肯定是壓價中標；

3)“重表輕里”，不惜浪費資財“裝面子”，卻不舍得在主體結構、“隱蔽工程”上下功夫。甚至為了降低造價導致局部工程布局不合理，或忽視及取消必要的功能設施。

我們的工程標準可以與國際接軌，但工程造價卻有著天壤之別，所帶來的后果可想而知。

2.2.1.2 “狂躁癥”害人害己

好大喜功，為新而新。新聞報道“XX之最”“厲害了，我的X”隨處可見,卻少有同別人比質量、比性能、比效益的。

表3 某些重點鐵路隧道工程成本狀況分析

注： 表中采用的概算編制辦法是鐵建設[2006]113號文，定額是鐵建設[2004]47號和[2010]223號。

一種“狂躁癥”的表現是自吹自擂、嘩眾取寵。說什么“以我們現在的技術能力，沒有打不通的隧道”，這種無畏于大自然的態度欺騙了某些無知者。隨意定調，吃盡苦頭，卻說是克服了“世界級難題”，創造了多少個“第一”。不顧實際情況，在十分軟弱、破碎的地層中也要堅持采用大斷面隧道通過；盾構直徑也越做越大，以大為榮。這些做派，不僅加大了工程成本，造成巨額浪費，還大幅增加了工程風險。最終，轉嫁給施工承包方來承受。

另一種“狂躁癥 ”表現是為“新”而“新”。不斷地花樣翻新，不斷地編造新名詞，能夠蒙住查新的眼睛,卻沒有多少實質性的創新內容,甚至于移花接木、弄虛作假。這些行為無非是為個別人撈取名利好處。所以，近些年來雖然出現了不少“重量級”的創新成果、發明專利，但是較為明顯的行業技術進步除盾構及掘進機的引進、使用和消化外，其他方面幾乎乏善可陳。現場施工一旦遭遇較大的困難或災害事故，則遲遲不能擺脫，費用消耗大幅增加。

2.2.1.3 舊思維難以生新

最為明顯的實例是隧道“新奧法”在本土的演繹過程。20世紀80、90年代，從引進新奧法到推廣使用，有關隧道建設的技術文件或新聞報導中經常會看到“擯棄了陳舊的礦山法，采用了先進的新奧法”等字眼，隧道新奧法成為了行業時髦。幾十年過去了，現在的一些人似乎不太喜歡新奧法這個名詞。譬如： 有許多設計文件又回歸到了“礦山法隧道”的稱謂； 現場的技術操作距離隧道新奧法的要求也越來越遠； 甚至于在國內某大學的校刊里有了“礦山法包括新奧法”“新奧法是礦山法的一個分支”這樣的論述； 個別技術刊物及媒體公然連篇累牘地把新的隧道技術操作硬塞進礦山法，用來“覆蓋”新奧法。所有這一切只能說明他們根本不知道新奧法新在哪里、它的實質是什么。

與礦山法對比，新奧法有著顯著不同的工程機理和“技術法則”[4-5]。新奧法視支護與圍巖為一體,共同承載地層壓力,要求減少擾動，及時支護，快速封閉,以盡可能地維護、提高和利用圍巖承載能力； 必須采用信息化動態管理手段掌控隧道工程建設，要求在現場建立完善的監控量測和信息處理體系，實行兩階段的地質調查和兩階段的施工設計； 并在現場成立建設、設計、施工、監理、監測等多方一體的項目聯合管理機構。實踐證明，新奧法貼合隧道工程的實際特點，是對隧道工程科技的重大貢獻，新奧法的推廣運用極大地提升了我國隧道建設的技術水平。

我們首先應該領會新奧法的實質內容，明了和熟悉新奧法的工程機理和技術法則，并在此基礎上有所發展。而非淺嘗輒止，自以為是。如果真正能夠按照新奧法的技術要點去做，就不會出現前面所列的那些被動局面。

更重要的是，我們要有不斷揚棄的科學精神。如果仍抱著礦山法死不丟手，認為它可以包羅萬象，尋找機會來“借尸還魂”，那么我們縱是建成了再多、再大的隧道工程，也難以產生像新奧法那樣舉世公認的技術突破和創新。

2.2.2 在技術方面，主要是工法運用不當帶來的嚴重后果

自從21世紀初“三臺階七部”成為國家一級工法，隧道施工被空前“簡化”。各大勘測設計院從新形勢下如何編制隧道概預算的迷茫中終于找到了“出路”。三臺階工法進度快、造價低、易操作，又是施工單位自己創造出來的，何樂而不為呢？大家可以去翻閱各條新建鐵路線的隧道設計資料，就會發現無論隧道斷面是單線、還是雙線，從Ⅱ級圍巖到Ⅴ級圍巖統統采用三臺階法。不過也有例外，一旦有富水及軟弱破碎帶的情況，就加上一句話“留核心土，加臨時仰拱”(豈不知一旦這樣做，就不能稱“臺階法”了)。設計中采用其他工法的隧道可謂是鳳毛麟角。

這樣一來，進入施工組織中的隧道施工平均進度與工法宣揚基本一致，即在Ⅴ級軟弱破碎地段，雙線斷面成洞速率也會是40 m/月上下(實際平均能達到20 m/月就不錯了)。那么在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級好一些的圍巖中，計劃施工進度不得而知。這種被“簡化”了的隧道工法，帶來的肯定是合同工期短、概預算造價低。事實上,被濫用的臺階法成了隧道行業的“新生魔咒”。

隧道施工臺階法本身并沒有錯，早在20世紀的50、60年代就有，翻一翻較早的隧道技術書籍就可以找到。比較權威的說法是“正臺階開挖法是全斷面開挖法在缺乏大型鉆眼設備時采用，適用于整體較好的堅固巖層(Ⅴ、Ⅵ類圍巖)，但不宜用于節理發達的巖層”[6]。進入了21世紀，絕大部分隧道掘進施工依然使用著20世紀就有的帶支腿手持風鉆，竟能“創造”出三臺階國家一級工法？莫不是在嘲笑隧道老前輩們智商太低？著實令人費解！

隧道掘進應極其慎重地選擇工法。業內人士都懂的一個道理是： 在軟弱地層中打隧洞就如同在豆腐塊中挖洞，隧道開挖方法和支護形式必須安全可靠。否則，圍巖被擾動破壞，就變成在“豆腐腦”中挖洞，風險劇增，事倍功半！

蘭渝新建鐵路線上的某隧道開挖工法由臺階法迫不得已變更后的造價對比統計見表4。原設計中該隧道除洞口及個別地段有特殊支護加固外，大部分為三臺階法施工，全隧原概算指標均價7.46萬/m。掘進嚴重受阻后要求設計變更，無非是CD、CRD或雙側洞工法，成本價卻需要26.41萬/m。更重要的是，隧道圍巖被強烈擾動，巖層位移和變形嚴重超限，成段支護拆除重做，這樣的工程質量該如何評判？

2.2.3 工程建設管理體制失調和管理實務操作失控不良后果明顯

由于隧道工程的介質是地層，影響工程進展的因素有較大的不確定性，所以隧道工程建設管理層應貼近于現場。否則，他就不能準確、及時地收集信息、發布指令。前面講到，盡管新奧法是技術法則，卻對隧道工程建設項目管理提出了相應的要求。現今的實際情況是有事權、物權(設計變更及費用結算)的管理者遠在后方，又沒有向現場工作人員有效授權，只能是等問題“成了堆”，才來召開所謂的“現場辦公會”，或搞什么“專家院士行”。實際上有相當多的項目，其工程投資、計劃工期和合同履行處于不同程度的失調、失控狀態。

目前多數隧道工程現場存在的主要問題是能力不足,其中部分工點可以說是十分薄弱，表現為管理能力不足、操作技能不足、資源配置不足。所謂的項目管理徒有虛名，本部資源缺位，“架子隊”應時而生，主要依靠工程分包，個別如同轉包。施工隊伍素質參差不齊，技術工人、專業人員奇缺。類似于過去在洞內帶工把關的“領工員”職務早已消失，工地上很難找到有高級職稱的技術人員，常因“低級錯誤”引發安全和質量事故。技工無來路，培訓跟不上。因此，隧道施工中一些專業性較強的操作方式(如有軌運輸、控制爆破)在多數工地難以實施。在這種情況下，不可能產出好的效益。

3 關于隧道及地下工程發展的建議

俗話說“冰凍三尺，非一日之寒”，要解決目前的隧道發展困局絕非易事，需要從上到下各方面的共同努力。本文僅從事業和產業進步的角度出發提些建議，供有關方面參考。

3.1建設管理體制改革

尊重工程建設事業管理體制的客觀規律，與國際接軌。特別是大型隧道工程，宜施行設計施工總承包。由于隧道工程建設在履行過程中不確定因素多，首先，要依據初步勘測資料做出預設計；開工后，需要對已暴露的地層進行調查、描繪或補充勘察，進而修正原設計。因此，設計與施工須穿插進行，關系密切。所以工程實施階段實行設計施工總承包是國際慣例，為了能夠順利進行，FIDIC條款還規定意外的地質風險應由建設方承擔。我們當前設計與施工分離的基建體制信息流程長，糾錯能力差，是不合適的。它的病根在于制人，而非治事。

3.2 加大對生態環境保護的投入

水土自然狀態與隧道及地下工程建設高度敏感。歷史上由于隧道及地下工程建筑使得地表徑流干枯、地下水位下降的案例多之又多，不勝枚舉[7]。其危害之巨，令人痛心。在國家經濟貧困、能力不足時，只能犧牲局部、顧全大局。而現在，犧牲環境就是大事，因為環境是大眾乃至國家更加長遠的利益。如今國家對生態環境保護極為重視，工程建設者更應積極響應。首先要堅決改正長期以來形成的“重建設、輕環保，出了問題再補救”的習慣思維。工程設計中對有可能造成水土流失、環境破壞的因素應予以回避或防范； 施工中應杜絕盲目蠻干，嚴格按照設計精益求精原則，全數達到環保要求。隧道嚴重漏水后全由施工單位負責的做法不可取。

3.3 隧道技術進步的路徑在于機械化、自動化和智能化

隧道及地下工程的發展史證明，施工手段一直處在主導地位。施工手段是工具和技術，與勞動者共稱為生產力。總體上看，除盾構、掘進機外，我們隧道建設的裝備十分落后，而且進步緩慢。在軟弱破碎地段開挖隧道，為什么大家不樂于接受較為安全的CD、CRD和雙側洞工法？因為工序復雜，舉步維艱。究其原因，是缺少與工法配套的機械設備。所以，應加大力度盡快改變目前隧道施工機械化程度低的落后面貌。在機械化程度沒有明顯提高的前提下，隧道工法不可能有大的進步。在隧道施工機械化方面我們還有很長的路要走，國家在這方面要予以扶持。但在當前這樣“隧道巨虧無盡頭”的困局下，談何隧道施工機械化？

3.4 培養和造就隧道建設專業隊伍

從目前國內特長隧道(洞)建設的總體進展情況來看，專業化的隧道建設隊伍必不可少，否則重點隧道工程將會成為國家基本設施建設的“絆腳石”。比較典型的實例就是在建的大理—瑞麗鐵路。何況更為艱巨和宏偉的隧道(洞)工程有待我們去完成。事實已經證明單靠目前的這種分包機制是要吃苦頭的，主要是工程建設能力低下。應當看到，已經嚴重存在的隧道發展困局會毀掉老前輩們幾十年嘔心瀝血培育出來的、為數不多的隧道建設力量。要“放水養魚”而不是“竭澤而漁”。隧道工程建設是項技術要求很高、非常艱苦且極具風險的事業，要按照現代化的標準來培養和造就能夠滿足國家建設需要的專業隊伍。

3.5 應該重視和提倡工程經濟學研究

評價工程項目及其實施方案是否能夠成立的重要依據是它的適用性和綜合效益。然而建立科學、合理的評價體系并據以實施難度很大。這些年來，項目越做越大，創新越來越多，贊譽之聲不絕于耳。但是，工程為什么要這樣做，實際效益又如何，卻少見于文。

給筆者思觸較深的是關于瓊州海峽的通道方案[8]。最早的報道是公鐵兩用大橋、通過能力世界第一、靜態投資1 400多億元人民幣。如此宏大的工程規模究竟是運量的需要，還是受制于技術方案，或是就需要這么個“第一”? 不得而知。 最近又聽說有可能是盾構隧道方案，公鐵兩用，其直徑又會是“XX第一”。曾試想，如果隧道方案成立，且海峽兩岸通路線位不受限制，為什么非要采用特大直徑盾構，而不優先考慮使用普通直徑盾構、多管分修單線鐵路隧道或雙線公路隧道呢？這樣做分期投資較為合理，工程建設風險相對較低，設備營運防災能力最強。所以何去何從，工程方案的取舍應當在工程經濟學中尋找答案。

4 結語

綜上，隧道及地下工程的發展前景是遠大的，破解和克服目前的發展困局是當務之急。其現實意義在于舉世關注、即將開工建設的川藏鐵路和更加宏偉的西部引水工程。那里有更多、更長、更大、更艱巨的隧道(洞)工程需要我們去建設。隧道工程建設者必須甩掉包袱才能夠輕裝前進。