绿色隧道建造技术研究与应用 黄俊l,张顶立2,郑晅3,史培新‘,张忠宇,刘杨4, 李志远',房倩2,李宏,邹大海1 (1苏交科集团股份有限公司,江苏南京2100002,北京交通大学,北京100044:3.长安大学,陝西西安710064: 4.苏州大学,江苏苏州215131) 摘要:随着城市建设规模和品质的不断提升,城市隧道在长度、宽度和维度上出现 了新的发展需求,地下环路、地下互通、公路-铁路两用隧道等成为城市地下空间发 展的热点。近年来城市隧道爆发式增长,在建设和运营中的节能、环保等问题日益 突出,绿色隧道建造技术的研究与应用迫在眉睫。本文通过对绿色建筑概念的延伸, 提出了绿色隧道概念,并结合隧道设计、施工、运营、维养环节的关键问题,从装 配式建造、噪声控制、通风环保、照明节能和数字化智慧维养等方面分析了绿色隧 道的现状和发展方向,以经济效益和社会效益为指标,提出了绿色隧道的发展目标 关镳词:绿色隧道;装配式;噪声控制;节能;智慧维养 中图分类号:U238 Study and application of green Tunnel construction technology Huang Jun, Zhang Ding-li" Zheng Xuan, Shi Pei-xin, Zhang Zhong-yu, Liu Yang Li Zhi-yuan, Fang qian, Li Hong, Zou Da-hai Jiangsu Transportation Institute, Nanjing, 210000; 2. Beijing Jiaotong University, Beijing 100044; 3. Chang an University, XIan, 710064; 4. Soochow University, Suzhou, 215131) Abstract: With the increasing scale and quality of global urbanization, recent decades have en dramatic development of urban tunnels in terms of length, width and dimensions Underground ring roads. interconnections and rail-and-road combined tunnels have become more and more popular. The fast development of urban tunnels caused many problems related to energy consumption and environmental pollution. The promotion of green tunnel technology has social and economic benefits. Derived from the concept of green buildings, this paper proposes the concept of green tunnels. Focusing on the cost of urban tunnel life-cycle, including design, construction, operation and maintenance, the state-of-the art of green tunnel technology are discussed, including prefabricated construction, noise control, ventilation lighting energy saving, and digital intelligent maintenance. The economic and social indices are proposed for the future development of green tunnels Keywords: Green tunnel; prefabricated; noise control; energy saving, intelligent maintenance 基金项目:国家自然科学基金(51778386 通讯作者:黄俊(1980-),男,浙江金华人,博士,研究员级高级工程师。主要从事隧道与地下工程设计 工作,E-ma15850164060@163com
绿色隧道建造技术研究与应用 黄俊 1 ，张顶立 2 ，郑晅 3 ，史培新 4 ，张忠宇 1 ，刘杨 4 ， 李志远 1 ，房倩 2 ，李宏 1 ，邹大海 1 （1.苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210000；2. 北京交通大学，北京 100044；3. 长安大学，陕西西安 710064； 4. 苏州大学，江苏苏州 215131） 摘 要：随着城市建设规模和品质的不断提升，城市隧道在长度、宽度和维度上出现 了新的发展需求，地下环路、地下互通、公路-铁路两用隧道等成为城市地下空间发 展的热点。近年来城市隧道爆发式增长，在建设和运营中的节能、环保等问题日益 突出，绿色隧道建造技术的研究与应用迫在眉睫。本文通过对绿色建筑概念的延伸， 提出了绿色隧道概念，并结合隧道设计、施工、运营、维养环节的关键问题，从装 配式建造、噪声控制、通风环保、照明节能和数字化智慧维养等方面分析了绿色隧 道的现状和发展方向，以经济效益和社会效益为指标，提出了绿色隧道的发展目标。 关键词：绿色隧道；装配式；噪声控制；节能；智慧维养 中图分类号：U238 Study and Application of Green Tunnel Construction Technology Huang Jun1 , Zhang Ding-li2 , Zheng Xuan3 , Shi Pei-xin4 , Zhang Zhong-yu1 , Liu Yang4 Li Zhi-yuan1 , Fang qian2 , Li Hong1 , Zou Da-hai1 (1. Jiangsu Transportation Institute, Nanjing, 210000; 2. Beijing Jiaotong University, Beijing, 100044; 3. Chang’an University, Xi’an, 710064; 4. Soochow University, Suzhou, 215131) Abstract: With the increasing scale and quality of global urbanization, recent decades have seen dramatic development of urban tunnels in terms of length, width and dimensions. Underground ring roads, interconnections and rail-and-road combined tunnels have become more and more popular. The fast development of urban tunnels caused many problems related to energy consumption and environmental pollution. The promotion of green tunnel technology has social and economic benefits. Derived from the concept of green buildings, this paper proposes the concept of green tunnels. Focusing on the cost of urban tunnel life-cycle, including design, construction, operation and maintenance, the state-of-the art of green tunnel technology are discussed, including prefabricated construction, noise control, ventilation & lighting energy saving, and digital intelligent maintenance. The economic and social indices are proposed for the future development of green tunnels. Keywords: Green tunnel; prefabricated; noise control; energy saving; intelligent maintenance 基金项目：国家自然科学基金（51778386） 通讯作者：黄俊（1980-），男，浙江金华人，博士，研究员级高级工程师。主要从事隧道与地下工程设计 工作，E-mail:15850164060@163.com
引言 随着城市化进程不断加快,快速交通和绿色交通要求日益提髙。与桥梁的视觉障碍和占 地面积大相比,隧道在城市交通建设中体现出极大的优越性,越来越受政府和百姓的青睐 建设规模和体量呈爆发式增长。隧道越修越长、断面越修越大、地下空间利用形式越来越复 杂,传统的建设理念与交通出行的安全、舒适性之间矛盾凸显,隧道预制化应用及洞内的噪 声、照明、尾气等要求需进行系统性研究,以满足节能、环保的绿色建造理念 我国上海、杭州、南京等城市已通车及在建隧道众多。以南京为例,目前已通车的城市 隧道40座,包括2条过江隧道和1条湖底隧道,在建城市隧道40座。如此大规模的隧道运营耗 电量巨大,且隧道洞口尾气环境以及洞口、洞内的行车环境,尤其是人车混行隧道的噪声, 严重影响出行的安全和舒适。这些隧道工程在建设和运营中正逐步探索一些节能、环保新技 术,如LED照明节能、长隧道顶部开口分段式通风环保和隧道内吸音板降噪技术等,但这些 探索均是单个隧道项目成果,较为零散、未成体系,难以综合推广应用。 随着全球能源的匮乏和居住环境的恶化,节能、环保、绿色的概念已成为全球共识。我 国建设部于2006发布《绿色建筑评价标准(GBT50378)》1,首次提出了绿色建筑的概念 并进行了一系列技术研究和工程应用,“十二五”期间完成新建绿色建筑10亿平方米,取得了 丰富的成果凹。推行绿色隧道理念,系统研究绿色隧道技术,提高城市隧道的服务水平,降 低隧道建造和运营能耗,实现节能环保,是目前隧道建设的迫切任务和发展目标。 二、绿色建筑发展理念 (一)绿色建筑的定义 20世纪60年代,美籍意大利建筑师保罗·索勒瑞把生态学( Ecology)和建筑学( Architecture) 两词合并为“ Arology",提出了“生态建筑”亦即“绿色建筑”的理念吲。2001年,清华大 学牵头研究并发布了《中国生态住宅技术评估手册》,成为我国第一部完整的绿色建筑体 系雏形。2006年国家标准《绿色建筑评价标准(GB/I50378)》Ⅵ1对“绿色建筑”的概念进行 了具体化定义:在建筑的全寿命周期内,最大限度地节省资源(节能、节地、节水、节材) 保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑 即可抽象化定义为“四节一环保” (二)绿色建筑发展理念 欧洲绿色建筑市场处于全球最高水平,但绿色建筑增长最快的区域在亚洲。我国于2016 年2月发布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出了 新的建筑评价八字方针:适用、经济、绿色、美观,直接把“绿色”放到了我国的建筑方针 中。绿色建筑的发展方向包括建筑施工装配式和标准化、运维智能化和科技化以及“四节 环保”内涵纵深化等方面。装配式建筑由干式作业取代了湿式作业,使施工现场作业量减少
一、引言 随着城市化进程不断加快，快速交通和绿色交通要求日益提高。与桥梁的视觉障碍和占 地面积大相比，隧道在城市交通建设中体现出极大的优越性，越来越受政府和百姓的青睐， 建设规模和体量呈爆发式增长。隧道越修越长、断面越修越大、地下空间利用形式越来越复 杂，传统的建设理念与交通出行的安全、舒适性之间矛盾凸显，隧道预制化应用及洞内的噪 声、照明、尾气等要求需进行系统性研究，以满足节能、环保的绿色建造理念。 我国上海、杭州、南京等城市已通车及在建隧道众多。以南京为例，目前已通车的城市 隧道40座，包括2条过江隧道和1条湖底隧道，在建城市隧道40座。如此大规模的隧道运营耗 电量巨大，且隧道洞口尾气环境以及洞口、洞内的行车环境，尤其是人车混行隧道的噪声， 严重影响出行的安全和舒适。这些隧道工程在建设和运营中正逐步探索一些节能、环保新技 术，如LED照明节能、长隧道顶部开口分段式通风环保和隧道内吸音板降噪技术等，但这些 探索均是单个隧道项目成果，较为零散、未成体系，难以综合推广应用。 随着全球能源的匮乏和居住环境的恶化，节能、环保、绿色的概念已成为全球共识。我 国建设部于2006发布《绿色建筑评价标准(GB/T50378)》[ 1] ，首次提出了绿色建筑的概念， 并进行了一系列技术研究和工程应用，“十二五”期间完成新建绿色建筑10亿平方米，取得了 丰富的成果[1] 。推行绿色隧道理念，系统研究绿色隧道技术，提高城市隧道的服务水平，降 低隧道建造和运营能耗，实现节能环保，是目前隧道建设的迫切任务和发展目标。 二、绿色建筑发展理念 （一）绿色建筑的定义 20世纪60年代，美籍意大利建筑师保罗•索勒瑞把生态学(Ecology)和建筑学(Architecture) 两词合并为“Arology”，提出了“生态建筑”亦即“绿色建筑”的理念[2] 。2001年，清华大 学牵头研究并发布了《中国生态住宅技术评估手册》[3] ，成为我国第一部完整的绿色建筑体 系雏形。2006年国家标准《绿色建筑评价标准(GB/T50378)》[ 1] 对“绿色建筑”的概念进行 了具体化定义：在建筑的全寿命周期内，最大限度地节省资源（节能、节地、节水、节材）， 保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑， 即可抽象化定义为“四节一环保”。 （二）绿色建筑发展理念 欧洲绿色建筑市场处于全球最高水平，但绿色建筑增长最快的区域在亚洲。我国于2016 年2月发布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出了 新的建筑评价八字方针：适用、经济、绿色、美观，直接把“绿色”放到了我国的建筑方针 中。绿色建筑的发展方向包括建筑施工装配式和标准化、运维智能化和科技化以及“四节一 环保”内涵纵深化等方面。装配式建筑由干式作业取代了湿式作业，使施工现场作业量减少
场貌更加整洁,采用高强度自密实混凝土大大减少了噪音、粉尘等污染,最大程度地减少了 对周边环境的污染,与传统施工方法相比,可减少建筑垃圾达83%。绿色建筑的运营维护 不能仅仅依靠硬件支撑,更需要软件的支持。这些软件即包括现代的人工智能、云计算、大 数据等,通过智能化系统管理,对已有资源进行充分整合与调配,最大限度降低建筑能耗。 同时随着新技术发展和成熟,各种节能、自产能设备大量运用,绿色建筑对能源的依赖性将 逐渐减少。“四节一环保”内涵纵深化则体现为土地资源的集约芇约使用、新能源的大规模 使用、水资源的回收利用、环保材料的使用以及室内环境质量的提高五个方面。 绿色隧道发展理念 隧道建设中要求对交通疏解、地下水流失、地基变形和周边建筑物的影响降到最低,同 时,实现隧道内的车、人安全舒适,周边环境影响小,养护成本可控的节能、环保指标,形 成绿色隧道建造技术。“绿色隧道”是指在隧道全寿命周期内,有效节约资源、合理保护环 境、减少可控污染,为人们提供畅通、高效、便捷、舒适的出行环境,与自然和城市和谐共 生的地下建筑。其发展方向主要包括以下几个方面 1.绿色隧道装配式建造技术 预制装配式技术是一种采用工厂标准化生产的预制构件,通过现场拼装形成整体结构的 技术。采用预制装配式技术建设隧道可提高工程质量、缩短工期、降低成本,提高工业化程 度,同时节能环保,是一种绿色生产方式。为解决城市核心区隧道建设中的快速施工问题, 应研究隧道与地下工程的装配式建造方法,结合耐久性、防水、抗震等方向进行理论和实验 分析,提出设计、施工和验收标准 2绿色隧道噪声控制技术 隧道属于半密闭空间,声音经过多次反射、叠加后产生更大的噪声值,对驾驶员或者维 护人员的健康造成危害;隧道内噪声的强烈混响会导致隧道内的广播系统在传达语音信息时, 出现声音资讯被干扰甚至被屏蔽的现象,从而造成无法估量的人员或者财产损失。为解决隧 道内噪声对人车的影响,隧道外噪声对周边环境的影响问题,应通过硏究隧道噪声污染现状、 噪声发展规律,提出设计、施工和验收标准 3.绿色隧道照明节能技术 在世界“低碳经济”发展和我国“节能减排”战略背景下,照明节能是当前关注的焦点 问题之一。公路隧道照明系统全天运行,耗费了巨大能量。为解决隧道照明中的节能问题, 应系统地分析不同形式、规模和用途的隧道照明系统组成和节能方案,结合隧道洞口建筑设 计和新型材料等方向进行理论和实验分析,并提出设计、施工和验收标准。 4.绿色隧道通风环保技术 隧道是个闭塞空间,污染物不能很快扩散,污染气体浓度会在隧道内逐渐积累,烟尘量 达到一定程度后,会使能见度下降,威胁行车安全,甚至造成人体中毒。为使隧道内的空气
场貌更加整洁，采用高强度自密实混凝土大大减少了噪音、粉尘等污染，最大程度地减少了 对周边环境的污染，与传统施工方法相比，可减少建筑垃圾达83%[4] 。绿色建筑的运营维护 不能仅仅依靠硬件支撑，更需要软件的支持。这些软件即包括现代的人工智能、云计算、大 数据等，通过智能化系统管理，对已有资源进行充分整合与调配，最大限度降低建筑能耗。 同时随着新技术发展和成熟，各种节能、自产能设备大量运用，绿色建筑对能源的依赖性将 逐渐减少。“四节一环保”内涵纵深化则体现为土地资源的集约节约使用、新能源的大规模 使用、水资源的回收利用、环保材料的使用以及室内环境质量的提高五个方面。 三、绿色隧道发展理念 隧道建设中要求对交通疏解、地下水流失、地基变形和周边建筑物的影响降到最低，同 时，实现隧道内的车、人安全舒适，周边环境影响小，养护成本可控的节能、环保指标，形 成绿色隧道建造技术。“绿色隧道”是指在隧道全寿命周期内，有效节约资源、合理保护环 境、减少可控污染，为人们提供畅通、高效、便捷、舒适的出行环境，与自然和城市和谐共 生的地下建筑。其发展方向主要包括以下几个方面： 1.绿色隧道装配式建造技术 预制装配式技术是一种采用工厂标准化生产的预制构件，通过现场拼装形成整体结构的 技术。采用预制装配式技术建设隧道可提高工程质量、缩短工期、降低成本，提高工业化程 度，同时节能环保，是一种绿色生产方式。为解决城市核心区隧道建设中的快速施工问题， 应研究隧道与地下工程的装配式建造方法，结合耐久性、防水、抗震等方向进行理论和实验 分析，提出设计、施工和验收标准。 2.绿色隧道噪声控制技术 隧道属于半密闭空间，声音经过多次反射、叠加后产生更大的噪声值，对驾驶员或者维 护人员的健康造成危害；隧道内噪声的强烈混响会导致隧道内的广播系统在传达语音信息时， 出现声音资讯被干扰甚至被屏蔽的现象，从而造成无法估量的人员或者财产损失。为解决隧 道内噪声对人车的影响，隧道外噪声对周边环境的影响问题，应通过研究隧道噪声污染现状、 噪声发展规律，提出设计、施工和验收标准。 3.绿色隧道照明节能技术 在世界“低碳经济”发展和我国“节能减排”战略背景下，照明节能是当前关注的焦点 问题之一。公路隧道照明系统全天运行，耗费了巨大能量。为解决隧道照明中的节能问题， 应系统地分析不同形式、规模和用途的隧道照明系统组成和节能方案，结合隧道洞口建筑设 计和新型材料等方向进行理论和实验分析，并提出设计、施工和验收标准。 4.绿色隧道通风环保技术 隧道是个闭塞空间，污染物不能很快扩散，污染气体浓度会在隧道内逐渐积累，烟尘量 达到一定程度后，会使能见度下降，威胁行车安全，甚至造成人体中毒。为使隧道内的空气
品质维持在一定的水平,为车辆驾驶员及隧道维护管理人员提供一个健康通道和工作场所, 应研究并解决隧道通风环保问题,提出设计、施工和验收标准。 5智慧管养技术 随着我国公路隧道大规模发展,隧道运营管理难度日益増大。隧道智慧管养技术是在新 一代信息技术环境下对传统公路隧道交通工程设施的全新演绎,是未来公路隧道运营管理的 发展趋势。通过云计算、大数据、物联网、互联网等技术,建立一套智慧化隧道管养平台, 以解决隧道管养护过程中隧道设备运行状态、环境、结构等管养监测不到位问题 6隧道地热利用技术 地热资源是一种无污染(或极少污染)的清洁绿色能源,集热能和水于一体,能源转化 率高,用途广泛。地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源的技术,相对于其他供热防冻 方式更加节能、环保。从理论、试验研究两方面确定冷热负荷并进行换热器设计,可有效解 决隧道中的温度调节问题。 四、绿色隧道建造技术与工程应用 (一)装配式建造技术 目前,装配式施工技术已广泛应用于桥梁、工业与民用建筑等,在施工效率、施工质量、 施工成本和安全环保等方面均体现出了巨大优势。随着隧道建设规模的不断扩大以及施工要 求的日益提高,将装配式施工技术用于地下工程将成为必然趋势 1.装配式建造技术的优势 随着绿色施工理念的不断深入,很多国家和地区将装配式施工的技术水平作为衡量建筑 施工行业水平的重要标准。构件预制拼装在地下工程施工中所带来的社会效益、经济效益和 质量效益十分明显。在社会效益方面,预制构件的工厂化生产大幅减少了现场作业量,从而 减少了粉尘和噪音污染,在降低对周围居民生活不良影响的同时,也最大限度的避免了对环 境的破坏。装配式施工不仅改善了劳动环境,也提高了施工现场的安全性。此外,预制构件 的定点化、流水线式的生产方式可有效节约资源、减少建筑垃圾和废弃物的排放。从经济 效益角度来看,装配式建造技术使施工机械化水平提高,降低了劳动成本,提升了建造速度, 减少了工期成本。就质量效益而言,装配式施工不受季节、天气条件限制,且可涉水作业 工程质量受外界环境影响较小。工厂统一标准化的生产方式使得构件在养护条件、制作精度、 材料选用及配比等方面都能得到严格控制,产品质量更有保证 2预制构件材料 目前在国内外隧道与地下工程中预制构件使用的材料主要有钢筋混凝土、铸铁、钢、钢 混复合材料等间。国外在饱水不稳定地层中修建隧道时较多采用铸铁管片,该管片质量轻、 耐蚀性好、管片精度髙,能有效地防渗抗漏。但其金属消耗量和机械加工量较大,且价格昂 贵。钢管片重量轻、强度高,但其刚度小、耐锈蚀性差,需进行机械加工以满足防水要求
品质维持在一定的水平，为车辆驾驶员及隧道维护管理人员提供一个健康通道和工作场所， 应研究并解决隧道通风环保问题，提出设计、施工和验收标准。 5.智慧管养技术 随着我国公路隧道大规模发展，隧道运营管理难度日益增大。隧道智慧管养技术是在新 一代信息技术环境下对传统公路隧道交通工程设施的全新演绎，是未来公路隧道运营管理的 发展趋势。通过云计算、大数据、物联网、互联网等技术，建立一套智慧化隧道管养平台， 以解决隧道管养护过程中隧道设备运行状态、环境、结构等管养监测不到位问题。 6.隧道地热利用技术 地热资源是一种无污染（或极少污染）的清洁绿色能源，集热能和水于一体，能源转化 率高，用途广泛。地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源的技术，相对于其他供热防冻 方式更加节能、环保。从理论、试验研究两方面确定冷热负荷并进行换热器设计，可有效解 决隧道中的温度调节问题。 四、绿色隧道建造技术与工程应用 （一）装配式建造技术 目前，装配式施工技术已广泛应用于桥梁、工业与民用建筑等，在施工效率、施工质量、 施工成本和安全环保等方面均体现出了巨大优势。随着隧道建设规模的不断扩大以及施工要 求的日益提高，将装配式施工技术用于地下工程将成为必然趋势。 1.装配式建造技术的优势 随着绿色施工理念的不断深入，很多国家和地区将装配式施工的技术水平作为衡量建筑 施工行业水平的重要标准。构件预制拼装在地下工程施工中所带来的社会效益、经济效益和 质量效益十分明显。在社会效益方面，预制构件的工厂化生产大幅减少了现场作业量，从而 减少了粉尘和噪音污染，在降低对周围居民生活不良影响的同时，也最大限度的避免了对环 境的破坏。装配式施工不仅改善了劳动环境，也提高了施工现场的安全性。此外，预制构件 的定点化、流水线式的生产方式可有效节约资源、减少建筑垃圾和废弃物的排放[5] 。从经济 效益角度来看，装配式建造技术使施工机械化水平提高，降低了劳动成本，提升了建造速度， 减少了工期成本。就质量效益而言，装配式施工不受季节、天气条件限制，且可涉水作业， 工程质量受外界环境影响较小。工厂统一标准化的生产方式使得构件在养护条件、制作精度、 材料选用及配比等方面都能得到严格控制，产品质量更有保证。 2.预制构件材料 目前在国内外隧道与地下工程中预制构件使用的材料主要有钢筋混凝土、铸铁、钢、钢 -混复合材料等[6] 。国外在饱水不稳定地层中修建隧道时较多采用铸铁管片，该管片质量轻、 耐蚀性好、管片精度高，能有效地防渗抗漏。但其金属消耗量和机械加工量较大，且价格昂 贵。钢管片重量轻、强度高，但其刚度小、耐锈蚀性差，需进行机械加工以满足防水要求
国外在使用钢管片时,一般会在其内浇注混凝土或钢筋混凝土内衬。钢-混复合材料可通 过合理的结构形式将两者有机结合,发挥各自的优越特性。常见的钢-混材料有波纹钢-混凝 土、钢管-混凝土等。浙江永康市三渡溪隧道采用波纹钢混凝土衬砌结构,取得了良好的工 程效果。钢筋混凝土管片采用工厂预制,主要有箱形管片和平板管片等类型。该管片在装配 式构件中使用最为广泛,其造价低廉、制作方便,具有较好的经济效益。随着特种混凝土的 不断出现,钢筋混凝土管片的种类越来越多,如钢纤维混凝土管片等也屡见应用⑧。 3预制构件形式 目前隧道及地下工程的预制结构主要分为全部预制和部分预制,两种结构形式在国内外 各项工程中均有应用。全部预制构件最常见的类型是成段预制(如图1(a)所示),其类似于 大直径地下水管管段,材质多为钢筋混凝土或钢结构。该类型构件往往应用于明挖法隧道及 城市综合管廊中,在施工过程中将各段衬砌首尾拼接即可形成完整的地下结构物。除了成段 预制外,全部预制还包括将城市隧道拱圈分解为若干部分分别预制,最终在施工现场完成拼 接的衬砌结构,其类型主要有双跨箱型结构(如图1(b)所示)門、整体管段式衬砌结构以及 单拱结构等。日本仙台市地下铁道工程即采用双跨预制矩形结构,整个结构分为顶板、底板、 侧墙及中柱等5个预制构件。部分预制是指城市隧道施工过程中部分位置采用预制,而其 他位置通过现浇形成的组合结构。我国秦岭Ⅰ线隧道0、大部分装配式地铁车站以及壳式 隧道结构均采用部分预制的结构形式 顶板 侧壁 侧壁 (a)成段衬砌结构示意图 (b)双跨箱型结构示意图 图1全部预制结构形式 4.装配式衬砌的应用 目前装配式隧道衬砌主要应用于综合管廊、地铁车站和矿山法隧道等。与传统现浇混凝 土综合管廊相比,装配式综合管廊(如图2(a)所示)不仅施工效率高,其施工成本也可降低 20%~30%。上海世博会整个园区地下公用管线以综合管廊形式为主,其中西环路长度451m 的综合管廊标准段管节为工厂预制,现场拼装,是国内首次进行的预制拼装综合管沟施工。 此外,还可采用波纹钢管涵代替常规的钢筋混凝土地下管廊。波纹钢管涵具有良好的横纵向 位移补偿功能,可有效消除地震、不均匀沉降等原因造成的应力。制作管廊的钢材在经过有 效的防水、防腐、防锈蚀处理后,可大大延长综合管廊的使用寿命
国外在使用钢管片时，一般会在其内浇注混凝土或钢筋混凝土内衬[7] 。钢-混复合材料可通 过合理的结构形式将两者有机结合，发挥各自的优越特性。常见的钢-混材料有波纹钢-混凝 土、钢管-混凝土等。浙江永康市三渡溪隧道采用波纹钢-混凝土衬砌结构，取得了良好的工 程效果。钢筋混凝土管片采用工厂预制，主要有箱形管片和平板管片等类型。该管片在装配 式构件中使用最为广泛，其造价低廉、制作方便，具有较好的经济效益。随着特种混凝土的 不断出现，钢筋混凝土管片的种类越来越多，如钢纤维混凝土管片等也屡见应用[8] 。 3.预制构件形式 目前隧道及地下工程的预制结构主要分为全部预制和部分预制，两种结构形式在国内外 各项工程中均有应用。全部预制构件最常见的类型是成段预制（如图1(a)所示），其类似于 大直径地下水管管段，材质多为钢筋混凝土或钢结构。该类型构件往往应用于明挖法隧道及 城市综合管廊中，在施工过程中将各段衬砌首尾拼接即可形成完整的地下结构物。除了成段 预制外，全部预制还包括将城市隧道拱圈分解为若干部分分别预制，最终在施工现场完成拼 接的衬砌结构，其类型主要有双跨箱型结构（如图1(b)所示）[9] 、整体管段式衬砌结构以及 单拱结构等。日本仙台市地下铁道工程即采用双跨预制矩形结构，整个结构分为顶板、底板、 侧墙及中柱等5个预制构件[7] 。部分预制是指城市隧道施工过程中部分位置采用预制，而其 他位置通过现浇形成的组合结构。我国秦岭Ⅰ线隧道[10] 、大部分装配式地铁车站以及壳式 隧道结构均采用部分预制的结构形式。 (a) 成段衬砌结构示意图 (b) 双跨箱型结构示意图 图 1 全部预制结构形式 4.装配式衬砌的应用 目前装配式隧道衬砌主要应用于综合管廊、地铁车站和矿山法隧道等。与传统现浇混凝 土综合管廊相比，装配式综合管廊（如图2(a)所示）不仅施工效率高，其施工成本也可降低 20%~30%。上海世博会整个园区地下公用管线以综合管廊形式为主，其中西环路长度451m 的综合管廊标准段管节为工厂预制，现场拼装，是国内首次进行的预制拼装综合管沟施工。 此外，还可采用波纹钢管涵代替常规的钢筋混凝土地下管廊。波纹钢管涵具有良好的横纵向 位移补偿功能，可有效消除地震、不均匀沉降等原因造成的应力。制作管廊的钢材在经过有 效的防水、防腐、防锈蚀处理后，可大大延长综合管廊的使用寿命
(a)装配式综合管廊 (b)长春地铁震家店站装配式施工 图2装配式衬砌的部分应用 在装配式地铁车站结构的研究和应用方面,俄罗斯最早采用装配式层间楼板单拱结构在 圣彼得堡修建了第一个地铁双层换乘枢纽。长春地铁二号线袁家店站是国内首例明挖式地 铁装配式车站,如图2(b所示。与传统工艺相比,其周转材料有大量节约,仅木材节省量就 达800m3,现场施工劳动力节省50%以上,建筑垃圾减少80%,工期缩短1至2个月。在矿山 法隧道建造过程中应用装配式衬砌的案例还未见诸报端,但新施工技术的应用及控制爆破技 术的提高为矿山法装配式隧道创造了有利条件。目前在隧道加固工程中已逐渐推广装配式衬 砌,陕西槐树关隧道加固工程、鞍山市玉佛山隧道维修工程均采用波纹钢-混凝土衬砌结 构,在减少能源消耗、大幅降低对环境的污染的同时,减少了施工现场工人的劳动强度,提 高了现场施工的安全性,且有利于保证施工质量和结构耐久性。 (二)噪声控制技术 隧道属于半封闭空间,噪声难以快速消散,并且经壁面多次发射和叠加,产生相对于开 放空间更大的噪声值,且混响时间长,极易使人产生烦躁和紧张等情绪,严重影响交通环境 和安全。此外,隧道洞口会产生“喇叭效应”,对隧道口附近交通和居民生活造成影响。城 市中采用隧道的区域都是闹市区,道路红线宽度小,建筑物紧挨道路,从现有为数不多的几 个隧道噪声治理案例来看,隧道建成后可采取的噪声控制手段有限,且大大影响隧道的通行。 因此,随着城市隧道的发展,在设计阶段进行噪声控制问题的研究非常具有意义。 1.噪声的预测与实测 文献[12]借鉴道路交通测量方法,提出了隧道内及噪声敏感目标的测试方法。隧道内噪 声测点应选择暗埋段中部位置,距车行道外边线20cm,高度1.2m-1.5m处。在规定的测量 时间段内,各测点每次取样测量20mn的等效A声级、累积百分声级L10、L5o、L9,同时记 录车流量(辆小时)及大、中、小型车辆比例,最后以20min的等效A声级Lm(隧道暗埋 段范围最大噪声级)作为隧道内噪声大小的评价量。该文献根据多座城市隧道的噪声实测与 理论研究提出了推荐性噪声预测公式。其中对于隧道内噪声,当隧道暗埋段长度小于100m 时,隧道内噪声可根据按道路交通噪声计算:当隧道暗埋段长度大于100m时,按下式计算:
(a) 装配式综合管廊 (b) 长春地铁袁家店站装配式施工 图 2 装配式衬砌的部分应用 在装配式地铁车站结构的研究和应用方面，俄罗斯最早采用装配式层间楼板单拱结构在 圣彼得堡修建了第一个地铁双层换乘枢纽[7] 。长春地铁二号线袁家店站是国内首例明挖式地 铁装配式车站，如图2(b)所示。与传统工艺相比，其周转材料有大量节约，仅木材节省量就 达800m3，现场施工劳动力节省50%以上，建筑垃圾减少80%，工期缩短1至2个月。在矿山 法隧道建造过程中应用装配式衬砌的案例还未见诸报端，但新施工技术的应用及控制爆破技 术的提高为矿山法装配式隧道创造了有利条件。目前在隧道加固工程中已逐渐推广装配式衬 砌，陕西槐树关隧道加固工程[11] 、鞍山市玉佛山隧道维修工程均采用波纹钢-混凝土衬砌结 构，在减少能源消耗、大幅降低对环境的污染的同时，减少了施工现场工人的劳动强度，提 高了现场施工的安全性，且有利于保证施工质量和结构耐久性。 （二）噪声控制技术 隧道属于半封闭空间，噪声难以快速消散，并且经壁面多次发射和叠加，产生相对于开 放空间更大的噪声值，且混响时间长，极易使人产生烦躁和紧张等情绪，严重影响交通环境 和安全。此外，隧道洞口会产生“喇叭效应”，对隧道口附近交通和居民生活造成影响。城 市中采用隧道的区域都是闹市区，道路红线宽度小，建筑物紧挨道路，从现有为数不多的几 个隧道噪声治理案例来看，隧道建成后可采取的噪声控制手段有限，且大大影响隧道的通行。 因此，随着城市隧道的发展，在设计阶段进行噪声控制问题的研究非常具有意义。 1.噪声的预测与实测 文献[12]借鉴道路交通测量方法，提出了隧道内及噪声敏感目标的测试方法。隧道内噪 声测点应选择暗埋段中部位置，距车行道外边线20 cm，高度1.2 m~1.5 m处。在规定的测量 时间段内，各测点每次取样测量20 min的等效A声级、累积百分声级L10、L50、L90，同时记 录车流量（辆/小时）及大、中、小型车辆比例，最后以20 min的等效A声级Leq,tin（隧道暗埋 段范围最大噪声级）作为隧道内噪声大小的评价量。该文献根据多座城市隧道的噪声实测与 理论研究提出了推荐性噪声预测公式。其中对于隧道内噪声，当隧道暗埋段长度小于100 m 时，隧道内噪声可根据按道路交通噪声计算；当隧道暗埋段长度大于100 m时，按下式计算：
L+△L (1) 7.5148(1-a) △L1=101g 式中:Lm为隧道暗埋段范围最大噪声级(dB(A);Lma为隧道暗埋段范围道路交通噪声 级(dB(A),根据道路交通计算,取屮+华仝=π;ΔL1为隧道引起的道路交通噪声级增量(dB(A); r为隧道行车道中心到隧道行车道外20cm处的水平距离(m);c为隧道横断面周长(m):a 为平均吸声系数 2.降噪技术 在道路交通中主要通过隔声、吸声和采用低噪声路面等方式进行噪声治理。其中,隔声 是目前最主要的手段之一,以目前城市高架桥上应用的各种声屏障为主(一些声屏障同时具 有吸声功能),上海新建路隧道还采用了全封闭的隔声棚(如图3(a)所示)。根据隔声原理, 全封闭隔声棚的效果远远优于一般声屏障,但造价及后期的维护费用较高。 吸声材料(结构)一直是隧道噪声治理的重要硏究方向。南京鼓楼隧道在隧道洞口以内 50m范围内采用金属穿孔板,敞开段侧墙采用穿孔铝板,取得了较好的降噪效果。随着城市 隧道对装修要求的提高,近年来吸声式搪瓷钢板、吸声砂岩板(如图3(b)所示)等一些新型 吸声材料也逐渐进入使用阶段。在低噪声路面研究方面,国内外已取得了丰富的成果,并已 在实际工程中投入使用。北京劲松路的改造工程中采用大孔隙沥青混凝土,经专家测试与普 通沥青路面相比平均降低4dB。考虑到隧道内路面使用环境与一般道路相比,温度、湿度变 化小,利于路面的维护,因此隧道内低噪声路面的研究和应用将存在更为广阔的前景 (a)新建路隧道洞口隔音棚 (b)某隧道采用的吸声砂岩板 图3隧道降噪措施 (三)照明节能技术 为有效降低隧道照明能耗,从前期设计到后期运营不同阶段均提岀或应用了照明节能技 术,包括照明光源、节能控制、洞口减光、灯具布置等。针对城市隧道特点,下列介绍2种 节能效果较妤的节能方法或措施。 1.导光管技术在隧道照明应用 城市隧道修建多采用明挖方法,且分布在城市道路下方,埋深较浅,为导光管的安装提
eq,tin eq,tra1 1 L =L + L∆ （1） 1 7 5 148 1 10 . () lg( ) - a L= + r ca ∆ （2） 式中：Leq,tin为隧道暗埋段范围最大噪声级（dB(A)）；Leq,tra1为隧道暗埋段范围道路交通噪声 级（dB(A)），根据道路交通计算，取Ψ1+Ψ2=π；∆L1为隧道引起的道路交通噪声级增量（dB(A)）； r为隧道行车道中心到隧道行车道外20 cm处的水平距离（m）；c为隧道横断面周长（m）；ā 为平均吸声系数。 2.降噪技术 在道路交通中主要通过隔声、吸声和采用低噪声路面等方式进行噪声治理。其中，隔声 是目前最主要的手段之一，以目前城市高架桥上应用的各种声屏障为主（一些声屏障同时具 有吸声功能），上海新建路隧道还采用了全封闭的隔声棚（如图3(a)所示）。根据隔声原理， 全封闭隔声棚的效果远远优于一般声屏障，但造价及后期的维护费用较高。 吸声材料（结构）一直是隧道噪声治理的重要研究方向。南京鼓楼隧道在隧道洞口以内 50 m范围内采用金属穿孔板，敞开段侧墙采用穿孔铝板，取得了较好的降噪效果。随着城市 隧道对装修要求的提高，近年来吸声式搪瓷钢板、吸声砂岩板（如图3(b)所示）等一些新型 吸声材料也逐渐进入使用阶段。在低噪声路面研究方面，国内外已取得了丰富的成果，并已 在实际工程中投入使用。北京劲松路的改造工程中采用大孔隙沥青混凝土，经专家测试与普 通沥青路面相比平均降低4 dB。考虑到隧道内路面使用环境与一般道路相比，温度、湿度变 化小，利于路面的维护，因此隧道内低噪声路面的研究和应用将存在更为广阔的前景。 (a) 新建路隧道洞口隔音棚 (b) 某隧道采用的吸声砂岩板 图 3 隧道降噪措施 （三）照明节能技术 为有效降低隧道照明能耗，从前期设计到后期运营不同阶段均提出或应用了照明节能技 术，包括照明光源、节能控制、洞口减光、灯具布置等。针对城市隧道特点，下列介绍2种 节能效果较好的节能方法或措施。 1.导光管技术在隧道照明应用 城市隧道修建多采用明挖方法，且分布在城市道路下方，埋深较浅，为导光管的安装提
供了有利条件。隧道内加强照明亮度指标完全受环境天气变化控制,环境亮度越亮,则隧道 内加强照明亮度指标要求越高,导光管可充分取代加强照明灯具。长江路隧道浦西匝道利用 导光管取代加强照明灯具,实现隧道进出口加强照明。其设计采用Φ530mm导光管,隧道 入口段采用棱镜漫射器,出口段采用梦幻漫射器,共安装45套,每天可提供10小时的自然光 照明。按取代LED灯具方案进行经济分析,共计取代了60套220WLED灯,每年可节电约482 万度,静态回收期约为3.6年。 2.基于减光设施的照明五段划分法 南京扬子江隧道减光设施类型为格状减光栅,长度为45m。实测隧道洞口最不利天空亮 度2500cd/m2,遮光棚起点位置亮度约为1000cdm2,与主洞衔接位置的亮度值为50cd/m2 港珠澳大桥海底隧道采用110m长格状减光栅,通过物理模型试验实测最不利天空亮度6500 cd/m2,遮光棚起点位置亮度约为3250cdm2,与主洞衔接位置的亮度值为85cdm2。无论从 已建项目实测数据还是物理模型试验来看,遮光棚均可以达到理想的遮光效果。 结合环境亮度与人眼识别关系、洞口光环境变化对视觉的影响、隧道洞口减光防眩等相 关研究成果,在现有的公路隧道照明设计标准基础上提出了一种城市隧道照明五段划分方法 (如图4所示)叫。此分段方法是基于隧道洞口光环境变化对人眼视觉的影响实验得出,对 隧道减光棚的减光效果提出要求:减光棚下最大照度值不应大于500cd/m2,且遮光棚长度 不小于相应设计车速的停车视距的一半。 减光设能 减光设 外是度 漏内亮度 亮度曲线 光段白 入口减光段 入口过渡段 山 图4单向交通隧道照明系统分段图 (四)通风环保技术 与公路隧道不同,城市隧道与主洞衔接的匝道较多,且主洞或匝道口周边均为居民或商 业区,其污染物排放也有标准限值。因此,通风环保技术对城市隧道尤为重要。 1.隧道气流流场特性 由于城市隧道匝道较多,隧道内部气流分布复杂。南京青奥轴线地下交通系统为国内最
供了有利条件。隧道内加强照明亮度指标完全受环境天气变化控制，环境亮度越亮，则隧道 内加强照明亮度指标要求越高，导光管可充分取代加强照明灯具。长江路隧道浦西匝道利用 导光管取代加强照明灯具，实现隧道进出口加强照明。其设计采用Φ530 mm导光管，隧道 入口段采用棱镜漫射器，出口段采用梦幻漫射器，共安装45套，每天可提供10小时的自然光 照明。按取代LED灯具方案进行经济分析，共计取代了60套220W LED灯，每年可节电约4.82 万度，静态回收期约为3.6年。 2.基于减光设施的照明五段划分法 南京扬子江隧道减光设施类型为格状减光栅，长度为45 m。实测隧道洞口最不利天空亮 度2500 cd/m2，遮光棚起点位置亮度约为1000 cd/m2，与主洞衔接位置的亮度值为50 cd/m2； 港珠澳大桥海底隧道采用110 m长格状减光栅，通过物理模型试验实测最不利天空亮度6500 cd/m2 ，遮光棚起点位置亮度约为3250 cd/m2，与主洞衔接位置的亮度值为85 cd/m2。无论从 已建项目实测数据还是物理模型试验来看，遮光棚均可以达到理想的遮光效果。 结合环境亮度与人眼识别关系、洞口光环境变化对视觉的影响、隧道洞口减光防眩等相 关研究成果，在现有的公路隧道照明设计标准基础上提出了一种城市隧道照明五段划分方法 （如图4所示）[13] 。此分段方法是基于隧道洞口光环境变化对人眼视觉的影响实验得出，对 隧道减光棚的减光效果提出要求：减光棚下最大照度值不应大于500 cd/m2，且遮光棚长度 不小于相应设计车速的停车视距的一半。 图 4 单向交通隧道照明系统分段图 （四）通风环保技术 与公路隧道不同，城市隧道与主洞衔接的匝道较多，且主洞或匝道口周边均为居民或商 业区，其污染物排放也有标准限值。因此，通风环保技术对城市隧道尤为重要。 1.隧道气流流场特性 由于城市隧道匝道较多，隧道内部气流分布复杂。南京青奥轴线地下交通系统为国内最
复杂交通枢纽系统之一,其地下交通的通风方案如图5所示。多匝道隧道内气流场受隧道外 自然风、交通量、匝道数量等影响,但充分利用进出主线隧道的匝道作为隧道自然送排风道 能大大降低隧道通风运营能耗。 左线隧道 回 右线隧道 m92 图5地下交通运营通风设计图 2.隧道通风方案比选 结合隧道实际情况提出适宜的通风方案是保障隧道正常运营的关键。隧道常见的通风方 式主要有纵向全射流通风、斜竖井分段纵向通风、半(全)横向通风以及竖井型自然通风等 纵向全射流通风方式通过在隧道主洞内安装射流风机,将隧道内污染气体通过洞口排出隧道。 该通风方式技术简单、能耗较低,且运营维护方便,目前在中、长城市隧道中应用最为普遍。 对于地理位置和周边环境较为特殊的隧道(如穿江河隧道),则适合采取竖井分段+重点排 烟纵向通风方式,城市隧道高峰时期交通流较大,需采取重点排烟措施,即在隧道内设专用 排烟道和排烟孔,避免事故烟气在隧道内蔓延。通过风塔将污染气体在高空排放可以有效解 决环保问题。埋深较浅的城市隧道更适合设置竖井型自然通风孔,结合隧道纵坡设计、位置 条件,通过在隧道顶部设自然通风孔,使隧道内污染气体以自然扩散方式排出隧道。此通风 方案无能耗产生,且不需要运营维护,是未来城市隧道建设推广的通风方式。 3静电除尘技术在隧道应用 随着城市隧道建设长度的増加以及环保要求的提高,在无条件设置高排情况下,隧道通 风需采用静电除尘技术,使污染气体在隧道内经净化处理后排放,该技术能够有效降低隧道 污染物排放,改善隧道洞口环境,但后期运营养护费用较高。其技术组成如图6所示。 现地再生 图6静电除尘技术组成图
复杂交通枢纽系统之一，其地下交通的通风方案如图5所示。多匝道隧道内气流场受隧道外 自然风、交通量、匝道数量等影响，但充分利用进出主线隧道的匝道作为隧道自然送排风道， 能大大降低隧道通风运营能耗。 图 5 地下交通运营通风设计图 2.隧道通风方案比选 结合隧道实际情况提出适宜的通风方案是保障隧道正常运营的关键。隧道常见的通风方 式主要有纵向全射流通风、斜竖井分段纵向通风、半（全）横向通风以及竖井型自然通风等。 纵向全射流通风方式通过在隧道主洞内安装射流风机，将隧道内污染气体通过洞口排出隧道。 该通风方式技术简单、能耗较低，且运营维护方便，目前在中、长城市隧道中应用最为普遍。 对于地理位置和周边环境较为特殊的隧道（如穿江河隧道），则适合采取竖井分段+重点排 烟纵向通风方式，城市隧道高峰时期交通流较大，需采取重点排烟措施，即在隧道内设专用 排烟道和排烟孔，避免事故烟气在隧道内蔓延。通过风塔将污染气体在高空排放可以有效解 决环保问题。埋深较浅的城市隧道更适合设置竖井型自然通风孔，结合隧道纵坡设计、位置 条件，通过在隧道顶部设自然通风孔，使隧道内污染气体以自然扩散方式排出隧道。此通风 方案无能耗产生，且不需要运营维护，是未来城市隧道建设推广的通风方式。 3.静电除尘技术在隧道应用 随着城市隧道建设长度的增加以及环保要求的提高，在无条件设置高排情况下，隧道通 风需采用静电除尘技术，使污染气体在隧道内经净化处理后排放，该技术能够有效降低隧道 污染物排放，改善隧道洞口环境，但后期运营养护费用较高。其技术组成如图6所示。 图 6 静电除尘技术组成图
(五)智慧管养技术 隧道管养技术利用新一代信息技术,在信息采集、信息传播、信息分析和信息展示方面 的优势,将云计算技术、大数据技术和物联网、互联网技术有机结合,构建出一套隧道全寿 命周期智慧管养技术平台,可以有效提高隧道运营安全,降低隧道运营成本,并能延长隧道 服役期限,具有显著的经济效益和社会效益14 1.基于BM技术可视化 通过建立基于BIM可视化的智能化隧道管理养护平台,将隧道内排水、消防、供配电 照明、监控、通风等系统的设备位置、运行状态、功能及设备信息均纳入平台,从管理中心 到现场设备均可直观的了解设备运行状态。通过三维可视化可以提高隧道交通事故、火灾事 故等应急指挥能力,减少人员事故人员伤亡和财产损失。 2.隧道智慧化管养 通过智能化隧道管理养护平台,可全面掌握设备运行状态,且能准确定位隧道故障设备 位置。结合设备信息、安装位置及在隧道运营功能定位,可以提出维修、更换时间表,方便 管理者智慧化决策。利用大数据技术对隧道设备状态评估,得到设备各种监测参数与健康状 态之间的对应关系,并通过分析其分布规律,提出隧道养护管理运维效果评价机制。通过平 台搜集、整理、分析隧道不同时段和不同交通流状态下的环境指标、隧道易发事故位置、不 同时段交通流和高峰时段交通流方向等数据,提岀髙峰时段交通疏解和管控措施,能够最大 化提升隧道通行能力、降低事故率 (六)隧道地热利用技术 地源热泵利用了岩土介质温度相对大气变化较为稳定这一特点,通过提取岩土介质中的 能量达到供暖或制冷的目的。地源能量属于清洁可再生能源,具有其高效节能环保的特点, 可有效缓解我国能源紧张的现状,符合国家提出的建设节约型社会的政策 1.地源热泵系统简介 地源热泵利用热力学卡诺循环原理,通过深埋于建筑物周围的管路系统,来提取自然界 中能量。该系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系 统、建筑物内系统组成的供热空调系统1s,如图7所示。根据地热能交换系统形式的不同, 地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。已有 资料表明[o,我国每年使用地源热泵系统的项目已超过2000个,建筑面积近8000万m。预 计到2020年,全国利用地源热泵供暖和制冷面积将达到2亿m2,到2030年预计为4亿m2,到 2050年将达到10亿m2
（五）智慧管养技术 隧道管养技术利用新一代信息技术，在信息采集、信息传播、信息分析和信息展示方面 的优势，将云计算技术、大数据技术和物联网、互联网技术有机结合，构建出一套隧道全寿 命周期智慧管养技术平台，可以有效提高隧道运营安全，降低隧道运营成本，并能延长隧道 服役期限，具有显著的经济效益和社会效益[14] 。 1.基于BIM技术可视化 通过建立基于BIM可视化的智能化隧道管理养护平台，将隧道内排水、消防、供配电、 照明、监控、通风等系统的设备位置、运行状态、功能及设备信息均纳入平台，从管理中心 到现场设备均可直观的了解设备运行状态。通过三维可视化可以提高隧道交通事故、火灾事 故等应急指挥能力，减少人员事故人员伤亡和财产损失。 2.隧道智慧化管养 通过智能化隧道管理养护平台，可全面掌握设备运行状态，且能准确定位隧道故障设备 位置。结合设备信息、安装位置及在隧道运营功能定位，可以提出维修、更换时间表，方便 管理者智慧化决策。利用大数据技术对隧道设备状态评估，得到设备各种监测参数与健康状 态之间的对应关系，并通过分析其分布规律，提出隧道养护管理运维效果评价机制。通过平 台搜集、整理、分析隧道不同时段和不同交通流状态下的环境指标、隧道易发事故位置、不 同时段交通流和高峰时段交通流方向等数据，提出高峰时段交通疏解和管控措施，能够最大 化提升隧道通行能力、降低事故率。 （六）隧道地热利用技术 地源热泵利用了岩土介质温度相对大气变化较为稳定这一特点，通过提取岩土介质中的 能量达到供暖或制冷的目的。地源能量属于清洁可再生能源，具有其高效节能环保的特点， 可有效缓解我国能源紧张的现状，符合国家提出的建设节约型社会的政策。 1.地源热泵系统简介 地源热泵利用热力学卡诺循环原理，通过深埋于建筑物周围的管路系统，来提取自然界 中能量。该系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系 统、建筑物内系统组成的供热空调系统[15] ，如图7所示。根据地热能交换系统形式的不同， 地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。已有 资料表明[16] ，我国每年使用地源热泵系统的项目已超过2000个，建筑面积近8000万m2。预 计到2020年，全国利用地源热泵供暖和制冷面积将达到2亿m2，到2030年预计为4亿m2，到 2050年将达到10亿m2