地下建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢與新型式及其帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)世界人口不斷增長，但是地球的陸地空間卻隨著溫室效應(yīng)造成的海平面上升而變得越來越小，人們?yōu)榱双@得更加廣闊的生存空間，在不斷地開發(fā)新的建筑結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造更廣闊的空間。為了實(shí)現(xiàn)拓展空間的目標(biāo)，我們首先想到的就是把房子蓋高一點(diǎn)，由此各國的高層建筑像雨后春筍一樣拔地而起，世界第一的迪拜哈利法塔更是達(dá)到了驚人的828米，雖然從理論上說我們可以建造更加高聳的建筑，但是考慮到安全性和便利性，一味地向上發(fā)展不是一個(gè)最優(yōu)化的解決方案。考慮問題有時(shí)要擁有逆向思維，向上發(fā)展有瓶頸，很自然地我們會(huì)想到向下發(fā)展，開發(fā)地下空間，雖然從建筑和設(shè)計(jì)難度都高于地上結(jié)構(gòu)，但是它可以提供更加獨(dú)立穩(wěn)定的環(huán)境，所以對地下建筑空間的開發(fā)是值得嘗試和探索的。有人說21世紀(jì)是地下空間的世紀(jì)，改革開放以后，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，而城市作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的沃土，吸引著大量勞動(dòng)力在城市落腳生活，但是城市的空間是有限的，這就造成了城市人口擁擠的問題，為了滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市在不斷地?cái)U(kuò)張，像攤大餅一樣，城市愈來愈大，隨之而來的便是交通擁擠問題。為了解決這些困擾已久的城市病，我們迫不及待地開發(fā)地下空間。國際經(jīng)驗(yàn)表明，人均GDP達(dá)到5000美元時(shí)，地下空間將進(jìn)入黃金開發(fā)期。我國經(jīng)濟(jì)增長連續(xù)多年高位運(yùn)行，已使北京、上海、廣州、深圳等許多城市的人均GDP遠(yuǎn)超5000美元。我國許多城市已進(jìn)入地下空間開發(fā)利用時(shí)期，并且經(jīng)濟(jì)的高速運(yùn)行也使得這些大城市患上了嚴(yán)重的城市病，是到了大力發(fā)展地下工程，提高城市運(yùn)營管理水平的時(shí)候了。首先要面臨的就是交通問題，每天幾千萬的人口出行就是個(gè)很棘手的問題，如何給市民提供一種方便便捷的公共交通方式是最優(yōu)化的解決方案，早在1843年英國人皮爾遜就想到了一種方便又快捷的方案那就是修建城市地鐵系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)他為倫敦市設(shè)計(jì)了世界上最早的城市地鐵系統(tǒng)，由于種種原因，10年后，英國議會(huì)才批準(zhǔn)在法林頓和主教路之間修一條長不足6公里的地鐵。經(jīng)過近十年的建設(shè)，地鐵初具規(guī)模。1863年1月，“大都會(huì)地區(qū)鐵路”正式開始營業(yè)。倫敦大都會(huì)鐵路開通。第一年這條鐵路運(yùn)送了950萬人次的旅客。由于當(dāng)時(shí)電力尚未普及，使用的是蒸汽機(jī)車作為牽引。再加上排風(fēng)不暢，乘客常常感到煙熏氣悶，有的人甚至昏倒在地鐵里。盡管如此，倫敦市民甚至皇親顯貴們都爭相乘坐這種地下列車。因?yàn)樵趽頂D不堪的倫敦地面街道上乘坐公共馬車，其條件和速度還不如地鐵。1896年，布達(dá)佩斯修建了歐洲最早的電氣化地鐵，解決了地鐵通道的空氣污染問題。從此，地鐵開始在全世界各大城市推廣使用。根據(jù)中國交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)城市軌道交通專業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2012年9月底，我國大陸范圍內(nèi)開通城市軌道交通運(yùn)營線路的城市共有15座，運(yùn)營線路總計(jì)59條，運(yùn)營長度總規(guī)模約1746公里，運(yùn)營車站總數(shù)1143座。目前上海軌交全網(wǎng)運(yùn)營線路總長首超500公里、增至567公里、車站共計(jì)331座（均含磁浮在內(nèi)），運(yùn)營規(guī)模列世界第一。近期規(guī)劃路達(dá)到660KM，遠(yuǎn)期規(guī)劃線路則達(dá)到970KM。同時(shí)通過最新消息報(bào)道工作日上海地鐵的客流量達(dá)到800萬人次，這接近上海人口2500萬的三分之一，由此可以了解地鐵對市民出行的貢獻(xiàn)非常重大。正是因?yàn)榈罔F在緩解交通壓力中有突出作用所以地鐵在中國前景十分廣闊，截至目前，中國已有35個(gè)城市與地鐵結(jié)緣，這些城市包括4個(gè)直轄市，深圳、廈門、寧波、青島、深圳5個(gè)計(jì)劃單列市，大部分省會(huì)城市，以及蘇州、東莞、無錫、常州等經(jīng)濟(jì)總量龐大的地級市，基本囊括了中國大部分的一二線城市。涉及總里程達(dá)993公里，總投資額達(dá)7283億元。據(jù)本不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國正在施工建設(shè)的地鐵線路超過70條，總投資額達(dá)8000多億，如果加上已經(jīng)獲批的項(xiàng)目，投資額達(dá)1.5萬億以上。雖然看起來地鐵建設(shè)在想著可謂是風(fēng)生水起，作為工程人員，有廣闊的空間讓我們施展才華，但是一個(gè)事物過快的發(fā)展勢必會(huì)產(chǎn)生一些人們忽視的隱患。首先是資金問題，每年上萬億的建筑資金勢必給國家財(cái)政帶來負(fù)擔(dān)，并且公共交通是社會(huì)公益事業(yè)，不能指望地鐵運(yùn)營產(chǎn)生的利潤填補(bǔ)建造費(fèi)用，當(dāng)國家財(cái)政出現(xiàn)問題時(shí)，地鐵的建設(shè)勢必受到影響。同時(shí)由于我們現(xiàn)在倉促的設(shè)計(jì)規(guī)劃，在市政規(guī)劃上沒有長遠(yuǎn)的目標(biāo)，這可能造成以后幾十年后出現(xiàn)大拆遷和重建的高潮，這顯然造成了極大的浪費(fèi)?，F(xiàn)在往往一個(gè)城市幾條線路同時(shí)開工，也存在一定的工程安全隱患，王夢?。壕€路工程太多，施工事故也會(huì)隨之而來。中國工程院院士王夢恕在接受《第一財(cái)經(jīng)日報(bào)》采訪時(shí)說到:“線路工程太多，施工事故也會(huì)隨之而來。一般在地下工程施工之前，應(yīng)留出足夠時(shí)間給施工和設(shè)計(jì)單位，對周邊管網(wǎng)等情況進(jìn)行調(diào)查，需3個(gè)月到半年時(shí)間。如果同時(shí)開通好幾條線，施工單位就工程中進(jìn)行過試驗(yàn)，20世紀(jì)70年代進(jìn)入工業(yè)性試驗(yàn)階段，20世紀(jì)80年代進(jìn)入實(shí)用性階段。但是，與國外掘進(jìn)機(jī)相比在技術(shù)性能和可靠性等方面還有相當(dāng)大的差距。自改革開放以來，已有甘肅省引大入秦工程、山西省萬家寨引黃工程和陜西省秦嶺鐵路隧道工程等項(xiàng)目引入國外大型TBM進(jìn)行隧道施工。于此同時(shí)，沉管隧道也在慢慢崛起，由于它于對地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)、隧道的覆蓋層薄，從而使隧道總長度減小，隧道斷面利用率高，防水可靠度高，施工周期短及工程造價(jià)合理等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。我國已建成沉管隧道有上海金山供水隧道、黃浦江寧國路隧道、天津海河隧道、寧波甬江隧道以及廣州珠江隧道。如今正在建設(shè)的港珠澳沉管隧道是世界上最大的沉管隧道，全長5664米的海底隧道，建好后是雙向六車道的公路隧道，將由33節(jié)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉管對接而成，在沉管的中間，將來的通風(fēng)、照明設(shè)施以及管線等都已經(jīng)預(yù)先安裝好。等待海上天氣適合作業(yè)的時(shí)侯出海、沉底、對接。大橋的深海隧道對接，是整個(gè)工程最難的部分，也是當(dāng)今世界上最難的海底隧道工程，被稱之與神九與天空一號太空對接比肩的“深海之吻”。整個(gè)“深海之吻”對接在環(huán)境復(fù)雜的海底進(jìn)行，受多種環(huán)境介質(zhì)影響，共需對接33次，耗時(shí)3年，“堪稱馬拉松賽跑”。從上述的資料可以看出，我國交通隧道的建設(shè)有3個(gè)非常明顯的趨勢：一是城市隧道和地下鐵道的建設(shè)將迎來高潮，由于隧道掘進(jìn)機(jī)和盾構(gòu)施工方法具有施工速度快、隧道成型好、機(jī)械化強(qiáng)度以及周邊環(huán)境影響小等顯著優(yōu)點(diǎn)，所以在城市隧道和地下鐵道的建設(shè)方面這兩種方法將得到廣泛的應(yīng)用；二是需修建的長隧道越來越多，長度越來越長；三是以隧道方式跨越江、河、湖、海水域的工程越來越多，由于沉管隧道適用于水底地形平坦、水深及跨度不太大的情況，所以沉管隧道以后在我國將有長足的發(fā)展。隨著隧道工程的規(guī)模以及技術(shù)不斷發(fā)展，我們所面臨的挑戰(zhàn)也越來越巨大。首先隨著隧道的長度越來越長，其對通風(fēng)以及救援的難度也相應(yīng)地提高。隧道是一個(gè)相對封閉的空間，一旦發(fā)生事故，應(yīng)急救援是一個(gè)十分棘手的問題，這是我們設(shè)計(jì)者要謹(jǐn)慎思考的問題，它不亞于工程本身的結(jié)構(gòu)安全。最近發(fā)生的山西“3·1”特別重大道路交通?；啡急鹿试斐傻膽K痛代價(jià)讓我們深思，3月1日，位于山西省晉城市境內(nèi)的晉濟(jì)高速巖后隧道內(nèi)發(fā)生兩輛甲醇車追尾相撞，導(dǎo)致前車甲醇泄漏，在司機(jī)處置過程中甲醇起火燃燒，隧道內(nèi)42臺車輛及煤炭等貨物被引燃引爆，事故造成31人死亡、9人失蹤。雖然事故原因初步分析表明:主要的問題是地方政府及其相關(guān)主管部門監(jiān)督管理不力，企業(yè)管理不嚴(yán)。但同時(shí)也顯露出另一個(gè)問題，那就是我們的隧道事故應(yīng)急處置工作存在薄弱環(huán)節(jié)，一條不足一公里長的隧道發(fā)生事故，處置不當(dāng)尚且發(fā)生如此嚴(yán)重的事故，試想一下如果一個(gè)數(shù)十公里的隧道發(fā)生同樣的事故，后果不堪設(shè)想。所以我們不能單單在設(shè)計(jì)隧道時(shí)考慮安全救援設(shè)備，同時(shí)在隧道的運(yùn)營的整個(gè)生命周期都要嚴(yán)格制定相關(guān)的應(yīng)急救援方案，一方面降低事故率，更重要的是加強(qiáng)應(yīng)急救援能力，確保隧道的安全運(yùn)營。中國作為一個(gè)發(fā)展中國家，基礎(chǔ)建設(shè)工作是一個(gè)持續(xù)且漫