长大公路隧道建设往往受勘探地形或自然条件限制，特别是山区长大、深埋、复杂地质条件下的公路隧道，如果在勘察中仅采用地质调绘、钻探等手段，很难在短时间内查清其工程地质、水文地质条件。由此可见，传统勘察技术已无法满足现代建设工程的实际需求。

随着隧道长度、断面和跨度的增长，复杂的地质条件和恶劣的气候环境带来了很多需要克服的技术难题，比如高寒高海拔、高地应力软岩大变形、强岩爆、高地温、高瓦斯、富水岩溶等。

受地形地貌、地表构造物及地下空间资源开发需求等影响，隧道改扩建和复杂结构隧道工程逐年增多，超大断面隧道、超小净距隧道、叠层隧道、螺旋隧道、地下立交等带来了许多需要进一步研究和突破的问题。

高速公路隧道交通组成客货混杂、交通主体差异性较大、事故发生随机性高，防灾救援存在狭长密闭空间，事故高温和烟雾影响范围大、外界救援难，以及到达并早期处理事故、管控和救援不及时易发生次生事故和二次灾害，隧道内滞留人员多，疏散路径长且途径较少等特点。

在物联网、大数据技术迅速发展的背景下，长大公路隧道建设和运维技术也需要快速提升，以新一代信息技术与行业深度融合为核心，实现对隧道日常监控、事故应急、安全监测、节能减排、日常养护等业务的全方位管理。

超长距离“水平钻”勘探技术 利用定向钻沿设计隧道轴线钻进，通过间断取芯、全程岩屑采集、涌水量观测、综合测井、孔内电视等方法，并综合分析钻进过程中的钻压、泵量、扭矩、钻速等技术参数，获取沿隧道轴线上各部位的相关参数，如岩石成分、完整性、抗压强度、围岩级别划分等更为详细的地质资料。例如，G0711新疆乌鲁木齐至尉犁高速天山胜利隧道在通过F6博罗科努—阿其克库都克断裂带前，采用水平定向钻长距离取芯勘察探测，最长钻孔距离达2271米，岩芯采取率达84.6%。

“空、天、地”三位一体化综合勘察新技术 三位一体化综合勘察新技术采用高分辨率航天航空遥感、无人机勘测、多孔对井间电磁波成像、轻便型全液压钻探及超深孔多参数原位测试等勘察新技术。国道575线新疆巴里坤至哈密公路东天山隧道初步设计采用的综合勘察技术，川藏铁路雅安至林芝段融合应用“空、天、地”三位一体化综合勘察新技术，开创了高原复杂地质条件工程勘察先河。

隧道超前地质预报技术 隧道超前地质预报是利用地质勘察技术对掌子面前方的地质情况及不良地质体的性质及位置进行探测、分析，并预测可能发生的风险，提前做好防治措施，从而达到隧道施工防灾、减灾的目的。隧道施工的钻爆法超前地质预报技术已研发出多种技术方法，总体可归纳为地质分析法类和物探法类。

传统的地震波法设备（TSP、HSP、TGP、TRT）对地下水探测的能力非常有限，TGS360pro地质预报系统解决了地震波法难以探测水文情况这一技术难题，相比于一般的地震波超前地质预报法，其对含水体识别度有所提高。隧道瞬变电磁探测方法对含水体响应敏感，国内研究者已提出了隧道环境中瞬变电磁的解译方法。

基于主动支护的高地应力软岩大变形处理技术 随着长大隧道规模和埋深向2000米跨越，设计施工遇到了前所未有的挑战。

G75兰海高速渭源至武都段木寨岭隧道采用分离式设计，全长15226米，洞身最大埋深约629.1米。隧址区实测最大水平主应力18.86兆帕，最大水平主应力方向与隧洞轴线方向夹角很小，均为NEE（东北偏东）向。施工过程中遇到高地应力软岩大变形，初期支护频繁出现钢拱架扭曲、侵限等情况，最大变形3145毫米，最大变形速率每天831毫米。

为解决隧道大变形的问题，施工单位先后采取了系统长锚杆、围岩后注浆加固、不对称设计、大拱脚施工工艺、多层初支支护等多种措施改善了变形控制，但对大变形严重段落处置效果不佳。因此，参建各方以中国科学院院士孙钧、何满潮为核心的科研团队提出改变既有主动支护不足的研究成果，构建了基于“主动”和“主动—让压”支护理念的新型支护技术。主动（主动—让压）支护体系最终将由“预应力锚索（预应力让压锚索）+柔性勾花网+W钢带+钢筋网+型钢拱架+喷射混凝土+模筑混凝土二衬”组成，使围岩变形速率得到大幅降低，围岩形变能的释放呈稳定可控态势，避免了支护体系因突发变形而可能导致的结构损裂与整体失稳的发生。木寨岭隧道首次在全国公路隧道中应用预应力锚索主动支护体系，有效地改变了围岩的应力状态，对软弱围岩大变形抑制效果良好。

大纵坡斜井单层衬砌设计的探索 秦岭天台山隧道1号斜井最大纵坡40.2%，采用有轨运输系统，斜井以Ⅲ级围岩为主，主要为中风化中粗粒黑云母花岗岩。

斜井开挖施工采用聚能水压爆破，开挖岩壁平整，成形规整。但是，斜井在浇筑二衬时因纵坡过大，导致模板台车固定困难，并因混凝土浇筑后台车上部荷载增加，进一步增大了二衬台车下滑趋势，导致台车支撑构件断裂，施工风险极大。因此，通过规范符合性核查和结构安全性综合分析，决定取消斜井二衬，并通过摩阻力测试及隧道通风计算，满足隧道通风标准，既保证斜井结构的稳定及耐久性，也满足隧道通风运营需要。

超深竖井硬岩掘进机技术 公路隧道竖井向着井筒深、断面大的方向发展。在建的新疆乌尉高速天山胜利隧道竖井内径9米至10.5米，其中2号竖井最大井深约为700米，比秦岭终南山高速隧道661米竖井还深39米。为解决新疆天山胜利隧道2号竖井工程快速施工难题，中交天和机械设备制造有限公司自主研发制造了国内首台高寒、高海拔、大深度、超大直径竖向硬岩掘进机“首创号”，首次将全断面岩石掘进机（TBM）破岩工艺与传统钻进完美结合，相当于TBM呈竖向掘进，并实现超大直径竖井一次成型。“首创号”刀盘直径11.4米，竖向掘进深度达800米，采用全智能化掘进技术，可实现井下掘进无人化操作，零部件实现全国产化，满足现代竖井建设机械化、自动化、智能化要求。

长大公路隧道规模的不断增长，给隧道低碳运营和防灾减灾带来了新的挑战和难题。“双碳”背景下，隧道通风照明能耗巨大，传统的工程方案越来越不适应时代的需求。智慧公路建设理念的提出，也对长大隧道的防灾减灾运营管控提出了更高的要求。为解决上述问题，相关研究提出了一些新理念、新技术、新方案。

通风系统设计创新 通风计算关键参数优化方案：隧道通风系统的需风量计算参照《公路隧道通风设计细则》中“烟尘颗粒物”的基准排放量以2000年为起点，按每年2%的递减率计算，最大折减年限不宜超过30年，已不能满足现有工程的实际需求。随着《重型柴油车污染物排放限值及测量方法》（重柴“国六标准”）的实施和重载LNG货车大量普及，机动车排放量将大幅下降。通过专项研究——基于污染物年折减率、折减年限和重载LNG货车发展趋势，根据目前我国机动车技术发展情况、国家对机动车排放的管控政策及当地交通量组成，新能源车辆及载重LNG货车占比，对烟尘颗粒物年折减率可综合优化为3%，折减年限至2035年。

通风井自然风道方案：G85银昆高速陕西宝坪秦岭天台山特长隧道设计中提出在地下风机房设置自然风道，利用主隧道和通风井口的温度及气压差产生的自然风气流，辅助主隧道通风，减少隧道通风系统的设备运营台数及功率，节约能源，降低运营费用。

照明系统设计创新 物联网照明系统已应用于西藏S5线圭嘎拉隧道，其运用基于远距离无线电（Long Range Radio，LoRa）物联网的智慧照明控制系统。该系统主要由洞内外亮度检测器、车流量检测器、隧道进口摄像机、红外感应器、LoRa联动控制器、LoRa网关、亮度可控型公路隧道LED照明灯具、通讯系统和上位机监控管理软件等组成。

消防智能自主灭火技术目前，公路隧道基本采用手动灭火模式，容易错过最佳灭火时期，造成事故扩大，应变手动灭火为自动灭火，迅速灭掉初期火灾。为解决以上问题，在西藏S5线圭嘎隧道设计了智能自主灭火系统。该系统将机器人技术和物联网技术相结合，搭载移动消防灭火系统，在隧道异常时触发预警信号，迅速到达事故点，自动灭火。

全方位路况雷达感知系统 秦岭天台山隧道设计实施了全方位路况雷达感知系统，通过相邻雷达设备之间的组网，实现在长距离范围内对单一车辆行驶状态的精准感知，进一步检测动态交通事件，实现长距离范围内动态交通流运行状态感知、交通事件精准监测、交通运行状态实时预警、通行诱导、交通流运行安全状态分析和控制决策等多种功能。

公路隧道群智能行车诱导与预警系统 宝坪高速隧道群银洞峡隧道、青石岭隧道、天台山隧道左线为32公里长大下坡段，设计实施了公路隧道群智能行车诱导与预警系统。该系统主要由交通事件感知系统、隧道内行车安全诱导与预警装置、现场控制器等组成。

秦岭天台山隧道具有“超长隧道、大交通量、客货混行、单纵坡、多车道、接隧道群、驾驶环境差、运营养护要求高、救援通道少”等显著特点。天台山隧道防灾救援设计遵循“化整为零、回转串联、分区救援、及时响应”设计原则，通过技术创新，从防灾、救援、疏散3个维度建立了超长高速公路防灾救援设计体系，结合研究总结可形成超长高速公路防灾救援设计指南，为类似工程项目尤其是超长公路隧道防灾救援设计提供相应的参考和依据。

救援疏散设施隧道疏散通道：利用隧道施工斜井，建立“隧道微型互通”概念。天台山隧道北侧洞口和临近的观音山施工斜井，形成微型互通作为永久性通道，使G85银昆高速与陕西省道212线连通，紧急情况下可将天台山隧道中车辆疏散出高速公路至地方道路。

隧道救援站：天台山隧道南侧洞口设置秦岭救援站，在北侧洞口设置神沙河救援站，实现两端洞口均能有效救援，可将天台山超长隧道救援时间控制在8分钟以内。

隧道洞内微型消防站：天台山隧道设置洞内消防站，可以放置消防摩托及简易消防物资和设备，事故发生后可以第一时间到达现场引导疏散滞留人员，实现道路交通管制，以及小型事故救援和灭火。

交通转换设施 隧道交通转换带和回转车道基于天台山隧道双洞联通不畅和洞外联络道纵向距离较远的特点，设置在隧道中部。在隧道主洞加宽段处设置“八字形”联络通道，共同组成交通转换带。一旦隧道局部区段发生较大事故需长时间封洞，则可以利用事故两端的交通转换带，将事故区段对向隧道调整为双向通行。通过交通转换带，将特长隧道转换为多个较短区段，减少隧道事故影响区段，提高隧道疏散效率和通行能力。

隧道回转车道是天台山隧道考虑大型消防车辆掉头需求，在隧道主洞布设3处回转车道，车道宽8米，和主洞垂直布设，紧急情况下，可以满足大型车辆双向掉头。利用回转车道，将超长隧道分割成短距离疏散和救援区段。

防灾设施 视觉疲劳缓冲带：天台山隧道为克服隧道内行车环境单调，缓解视觉疲劳问题，在隧道内设置特殊灯光带。特殊灯光带与交通转换带统筹考虑，设置在隧道加宽段。通过隧道拱顶设置LED灯或者发光软膜条等，实现不同颜色和图案的变换效果，缓解驾驶员视觉疲劳问题。

事件监控和定位系统：隧道运营监测系统可具备对异常事件事故车辆和行人实时跟踪定位监测的功能，设备不受各类环境干扰和光线干扰，可有效解决传统视频事件检测系统、微波车辆监测器、多目标雷达监测器误报高、漏报多、监测精度低等诸多问题；对异常事件快速形成报警信息予以提示，系统监测到异常事件时，驱动与雷达配套的遥控摄像机对异常车辆、行人或事故现场持续自动跟踪、定位和查看，从而实现对隧道紧急事件的第一时间获知并进行事件定位，便于隧道防灾救援组织。

疏散引导和救援系统 依据天台山隧道防灾救援的硬件设施，将隧道划分为几个小的救援区段和消防分区，并通过智能引导和疏散系统，实现疏散路径的明确化和清晰化，结合防灾救援预案将隧道灾害事故影响降至最低。

目前，我国西南、西北等地区公路建设往往面临山大沟深、人迹罕至、作业困难等现实问题，新建隧道长度越来越长。东南沿海城市因市政化改造、公路改扩建的需求，隧道断面（双向八车道、十车道）、型式（地下立交隧道、分岔隧道、多层隧道结构）超出以往经验，建设技术极其复杂，需要多层次、多领域联合攻关，解决技术难题，满足建设需求。

预制装配式隧道是将隧道衬砌结构分模预制、分块安装，关键接头部件可靠连接的一种新型结构体系。国内公路隧道相关应用非常少，相关的计算方法、设计规范欠缺，施工机械设备及智能化水平与钻爆法隧道不配套，预制装配化研究步伐亟待加强，构建预制装配式衬砌结构体系，提升隧道预制装配化水平。

当前，我国长大公路隧道建造仍以钻爆法为主，但从技术发展方向来看，应逐步采用TBM法替代钻爆法，形成以TBM为主、钻爆法为辅的施工模式。现阶段，由于TBM法对地质条件要求高，适应性较差，即使隧道设计断面相同，在不同地质条件下也需要设计不同的掘进机，其选型往往是整个项目最关键的因素。近年来，一些单位也设计了对软硬地层有一定适应性的复合式掘进机，但是在施工中穿越软岩或者断层破碎带的时候往往存在卡机等问题。因此，需要针对长大隧道不同的围岩及各种不良地质等，研发性能更为优异、通用性更强的TBM设备。

近年来，物联网、边缘计算、大数据分析、人工智能、机器视觉、数字孪生等新一代信息技术迅速发展，与公路隧道高度融合。然而，隧道智慧化、信息化的进程中仍存在许多制约因素，缺少较为权威的智慧隧道建设规范和细则，缺乏整体规划，智慧隧道的设计内容和涵盖范围难以明确，数据标准不统一、系统之间不能互联互通。智慧隧道的建设作为一个长期战略目标，亟需从国家层面构建合理的发展生态。

随着行业技术日益的飞速进步，隧道工程应寻求设计理念、工法、工艺突破，重视智慧隧道建设，坚持建、管、养技术协同发展，不断实现技术创新，使我国从隧道建设大国迈向隧道建设强国。