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隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版收稿日期：2024-03-26修回日期：2024-04-06基金项目：国家自然科学基金面上项目（72371171）；国家自然科学基金青年项目（72001148）；深圳市地铁地下车站绿色高效智能建造重点实验室2022年度开放基金（ZDSYS20200923105200001）.作者简介：陈湘生（1956-），男，博士，特聘教授，中国工程院院士，主要从事隧道与地下工程方面的研究工作，E-mail：.通讯作者：吴泽洲（1988-），男，博士，副教授，主要从事建筑可持续方面的研究工作，E-mail：.隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考陈湘生1,2,3,4何秋凤1,2,3,4吴泽洲1,2,3,4付艳斌1,2,4陈坤阳1,2,3,4（1.极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室，深圳 518060；2.海城市韧性基础设施教育部重点实验室（深圳大学），深圳 518060；3.深圳大学中澳BIM与智慧建造联合研究中心，深圳 518060；4.深圳大学土木与交通工程学院，深圳 518060）摘要：隧道及地下工程是我国工程建设行业的重要部分，厘清我国隧道及地下工程的可持续发展现状和面临的关键挑战，对抓住行业高质量发展的破解点、赋能行业绿色升级具有重要意义。对此，文章首先回顾了隧道及地下工程可持续发展的相关政策和发展历程，探索行业可持续发展的关键转折点。其次，基于全寿命周期视角，阐述了我国隧道及地下工程在统筹规划、绿色材料应用、绿色施工工法、智能低碳运维、工程废料资源化利用六个方面的可持续发展现状。最后，提出我国隧道及地下工程可持续发展面临的挑战，并给出相应的建议：（1）借助数字化技术，突破规划信息不全面壁垒；（2）持续研究新材料，增强结构抗扰性和防水性；（3）结合数字孪生技术，提升施工工序智能化水平；（4）基于工程物联网，加强工程监测智能化感知；（5）改良工艺和设备，提高建废利用率和附加值。研究以期为我国工程建设行业实现产业增值和绿色发展的良性循环提供有用的见解。关键词：隧道及地下工程；可持续发展；统筹规划；绿色建材；绿色施工；智能运维；资源化利用中图分类号：U45文献标志码：A文章编号：1009-6582（2024）02-0005-013DOI:10.13807/ki.mtt.2024.02.002引文格式：陈湘生，何秋凤，吴泽洲，等.隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考J.现代隧道技术,2024,61(2):5-17.CHEN Xiangsheng,HE Qiufeng,WU Zezhou,et al.Current Situation and Reflections on Low-carbon and Sustainable Development of Tunnels and Underground EngineeringJ.Modern Tunnelling Technology,2024,61(2):5-17.1引 言高质量发展是全面建设现代化国家的首要任务。在全球气候变暖以及世界各国提倡低碳理念的背景下13，绿色发展理念就是各行各业高质量发展的关键着力点。“十四五”全国城市基础设施建设规划 指出未来城市基础设施建设方式要朝着绿色低碳发展新模式转型，并提出要在2035年基本实现该目标4。“十四五”住房和城乡建设科技发展规划也同样谈到加强城乡建设绿色低碳技术的研发，形成绿色低碳的城乡建设模式5。可见，绿色、低碳、环保与可持续不仅是我国城乡现代化建设过程中的核心理念，更是推动传统工程建设行业生产技术与方式革新、促进工程建设行业形成新模态和新业务的核心驱动力。因此，坚持可持续发展理念，为工程建设行业高质量发展蓄势赋能。隧道及地下工程作为一种修建在岩体、土层、地底下的交通设施、市政基础设施以及建筑物6，有效缓解了我国城镇化进程中交通堵塞、土地资源紧缺等问题7，近年来得到了大规模的发展。截止2022年底，我国隧道总里程长达48 762.00 km8，地下综合管廊建成总里程长达7 093.95 km9，城市地下空间累计建筑面积达29.62亿m210。未来十年隧道及地下工程建设规模仍将持续增加11。按照现有建设模式，16 km长的公路隧道的碳排放量约为35 952.11 t14，7.7 km长的铁路隧道的碳排放量约为19 681.22 t13。明挖现浇地铁车站的碳排放量约为55 075.28 t14。以2023年我国68.15元/t的平均碳交易价格计算15，隧道及地下工程的碳成本高达上百万元。此外，大规模的隧道及地下工程的开发建设还带来了大量的渣土、建材废料等16，且现有工程废弃物的资源化利用低。当前我国城乡建设还面临劳动力不足、资源5隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024稀缺等问题。因此，面对未来稳步增长的城乡建设规模，我国迫切需要率先推动隧道及地下工程的绿色、低碳、环保和可持续发展。通过抓住绿色低碳这个关键抓手，破解工程建设行业发展的困境，培育壮大行业新模态、新业务，推动工程建设行业的转型升级，同时助力我国“双碳”目标和无废城市建设理念的实现。然而，当前隧道及地下工程的低碳和可持续发展尚处于起步阶段。尽管已涌现了部分绿色工艺、绿色材料等，但技术产业链尚不成熟，相关的行业标准体系尚不完善，现有发展模式还待进一步地朝着绿色低碳转型。基于此，本研究首先回顾隧道及地下工程的可持续发展相关政策，并梳理关键发展历程。其次，从全生命周期视角剖析当前我国隧道及地下工程可持续的发展现状。最后，为促进绿色可持续理念与隧道及地下工程发展的深度融合，本研究基于现状提出所面临的关键挑战，并给出未来可持续发展的一些建议，以期为我国工程建设行业实现产业增值和绿色发展的良性循环提供有用的见解。2隧道及地下工程可持续发展历程2.1隧道及地下工程可持续发展政策隧道及地下工程的可持续发展离不开政府与市场的协同发力。政策对行业的可持续发展具有举旗定向、提纲挈领的作用，同时也有助于加快可持续要素集聚，延伸产业链条，以及为可持续建设提供技术依据。近年来我国实施的与隧道及地下工程可持续发展相关的法规规章见表1。2013年，我国首次在法规规章文件中提出要全面落实绿色、低碳等生态文明理念，提高城市基础设施建设工业化水平，并建立相关标准和规范来提升节能减排水平17。2016年，装配式建造技术被提及，以期用于城市建设。但此时的关注点集中于民用建筑或公共建筑18。2017年，国土资源部提出未来要探索形成城市地下空间资源绿色化等开发利用模式，做好地下空间开发渣土生产、需求对接，鼓励渣土资源再生化利用19。2018年，国家生态环境部在颁布的轨道交通建设项目环境影响评价的文件中具体指出地铁等建设项目施工组织方案应具有环境合理性，对弃土（渣）场等提出水土流失防治和生态修复等措施20。表1 隧道及地下工程可持续发展相关政策Table 1 Policies related to the sustainable development oftunnel and underground engineering颁布时间2013年9月2016年2月2017年9月2018年7月2019年5月2021年10月2022年7月2023年5月政策名称关于加强城市基础设施建设的意见关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见关于加强城市地质工作的指导意见关于印发城市轨道交通、水利（灌区工程）两个行业建设项目环境影响评价文件审批原则的通知关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见关于推动城乡建设绿色发展的意见“十四五”全国城市基础设施建设规划城市地下综合管理建设规划技术导则发文机关国务院国务院国土资源部生态环境部国务院国务院住房和城乡建设部、发展改革委住房和城乡建设部2019年，统筹地上地下空间综合利用被首次写入国家级政策中。各地方政府陆续响应该文件，出台与城市国土空间一体规划建设相关的专项规划文件21。2021年，在“双碳”目标提出的背景下，我国就城乡建设中出现的资源浪费和环境污染等问题提出整改意见，指出要统筹地上地下空间综合利用，实现工程建设全过程绿色建造等22。2022年，我国继续提出未来要实现城市基础设施建设方式实现绿色转型，建立健全建筑垃圾治理和综合利用体系23。2023年，住房和城乡建设部对 城市地下综合管廊建设规划技术导则 进行修订，补充“绿色智慧”内容，提到要推广预制装配技术，采用绿色化建设和加强对能耗的监测和统计分析24。除以上政策外，一系列关于隧道及地下工程绿色技术实施的行业标准、地方标准、团体标准近年来也不断涌现，如 绿色城市轨道交通车站评价标准(T/CAMET 02001-2019)25、城市轨道交通工程地下车站装配式混凝土结构技术标准(DB22/T 5058-2021)26、绿色城市隧道评价标准(T/CECS 1453-2023)27、装配式综合管廊施工及验收标准(DBJ/T15-254-2023)28等。当前，我国已基本形成围绕6隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版“统筹规划、绿色建造、废弃物循环利用”等理念的隧道及地下工程可持续发展的政策体系。2.2隧道及地下工程可持续技术发展历程我国最早的隧道工程是在1907年由詹天佑主持修建的八达岭隧道29。到目前为止，我国铁路隧道、公路隧道、地铁隧道以及引水隧洞等隧道修建里程已长达数十多万公里。我国城市地下空间开发利用始于上世纪60年代的人防和地铁工程。进入21世纪，地下综合体、地下停车场、地下管廊、地下储气库等新型地下工程不断涌现30，地下工程正在以前所未有的增速修建。然而，我国隧道及地下工程可持续建设和发展的起步时间相对较晚。隧道及地下工程最早采用且最常见的可持续技术为预制装配式建造技术。随后在国家的提倡下开始进行渣土资源化利用。预制装配式建造技术相对于现浇施工具有资源浪费减少、施工进度加快等优点。隧道中采用预制装配式建造技术最先出现在海底或河底沉管隧道中。隧道管段被分段预制，然后浮运至隧道轴线处并沉放在地槽内，进行水下拼接。我国建成的沉管隧道最早是1993年的广州珠江隧道31，到目前为止已有20多座沉管隧道32。2004年，我国首次采用盾构法施工地铁隧道33，隧道衬砌环由数块预制钢筋混凝土管片组合而成。目前我国地铁隧道已实现从圆形盾构到矩形盾构的跨越，使得地下空间利用率提高20%以上34。随着盾构法等开挖技术的成熟，铁路隧道、公路隧道也逐步实现了预制装配式衬砌。同时，一些地下工程，如地铁车站，也陆续采用预制拼接技术。近年来，一些新兴的地下工程预制施工建造方式还包括永临结合建造、预制叠合建造等。渣土的资源化利用可以减轻对环境的污染，以及减少对新资源的需求。过去隧道及地下工程的盾构渣土通常被堆弃，造成大规模的耕地被占用，以及周边水资源被污染。同时，含水渣土不稳定，易发生滑坡、塌方等灾害。自我国开始鼓励渣土资源再生化利用后，盾构渣土资源化利用取得初步成就。地下工程明挖施工后的渣土被用于填海等工程需要，部分石料被回收再利用。直至最近，隧道及地下工程渣土资源化利用率进一步提升，渣土被泥水分离、脱水、破碎、筛分后，形成不同级配的砂石骨料；筛分后的泥浆再通过压滤设备，以及按一定配比添加固化剂、水泥等形成砖。截止2022年底，我国渣土等工程废料资源化利用率已达40%35。3隧道及地下工程可持续发展现状本研究从隧道及地下工程的全寿命周期视角出发，对现已形成的可持续发展现状进行总结。3.1可持续统筹规划过去我国地上地下、相邻项目之间缺乏统筹协调与规划，造成国土地资源浪费、环境污染严重、路面反复开挖等。目前地下工程的统筹规划得到普遍重视。我国就地上地下空间的“多规合一”颁布了多条法定条例，北京、深圳、上海、武汉、杭州等20多个城市编制了城市地下空间的专项规划。当前地上地下基础设施及建筑项目开发已逐渐朝着统筹规划方向发展。综合管廊是我国已形成较为成熟的一种地下管线工程统筹规划的具体体现。到2022年6月，我国已形成廊体3 997 km36,37。如位于武汉市的武九线综合管廊工程，该综合管廊全长约16.2 km38，容纳了电力、热力、给水、通信、中水等管线，有效解决了以往各类管线工程带来的“拉链马路”等问题，减少了多次管线工程带来的资源浪费和环境污染。为寻求更加集约、高效的地下空间开发，综合管廊与地铁合建是当前促进地下工程可持续发展的另一个方向39，如图1所示。北京王府井地下综合管廊与8号线三期地铁工程是我国首个综合管廊与地铁合建项目40。随后，广州、深圳等城市也陆续采用该方式进行城市轨道交通和市政基础设施的共同建设。目前我国也已形成了与综合管廊建设维护相关的技术导则和技术标准，为促进地下工程可持续发展提供了技术保障。图1 地铁与综合管廊共建Fig.1 Simultaneous construction of subway and utility tunnel地下综合体是地下工程与地上空间统筹规划的具体体现。通过与地铁建设同步规划、立体开发，将地下交通与商业服务集为一体。我国武汉光谷广场综合体项目是亚洲最复杂的地下综合体（图2），建7隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024筑面积约为16万 m2，最大开挖深度达34 m。广场区域下部包括2条市政下穿隧道和3条地铁线路41，实现了地下空间的整体开发。我国其他多数城市也已建设了不同规模的地下综合体，如北京中关村西村地下综合体、上海虹桥国际中央商务区地下综合体、南京新街口地下综合体等。图2 武汉光谷广场地下综合体项目42Fig.2 Wuhan Optics Valley Square underground complexproject423.2绿色低碳材料研发与使用与铁路隧道、地铁、综合管廊等隧道及地下工程相关的碳排放评估研究表明，80%左右的碳排放来源于材料生产阶段43,44，其中，混凝土和钢筋带来的碳排放量占比最大45，这主要因为在隧道及地下工程中两者的使用量最大。每建设1 km的隧道大约需要消耗1万 t的混凝土和45 t的钢筋46。因此，在隧道及地下工程中采用高强度钢筋和低碳混凝土可促进工程的碳减排。500兆帕级及以上高强螺纹钢筋的应用和推广已被纳入国家开展的节能减排、绿色建筑行动等工作中47。高强度钢筋相对于普通钢筋更具有经济效益和环境效益。若同体积的建设项目采用HRB500高强钢筋可节约钢材消耗10%以上48。在国家节能减排政策引导下，高强钢筋由于可减少施工中钢材用量，近年来正被快速得到应用。我国铁路隧道支护结构已普遍采用高强钢筋格栅49。地下工程也已广泛采用高强度钢筋（图3）。如青岛地铁6号线二期工程围护结构中大规模使用HRB500高强钢筋，节约钢筋用量14%50。广州地铁21号线金坑车站全部采用高强度钢筋，为整体结构的碳减排带来了巨大的效益。长沙地铁7号线项目主体结构也全部采用HRB600高强钢筋51。低碳混凝土是目前隧道及地下工程常使用的绿色建材之一，其相对于普通混凝土产品减少了70%以上的碳排放量53。国外已在地铁和隧道建设过程图3 高强钢筋在地下工程中的使用52Fig.3 Application of high strength steel bar in undergroundproject52中采用低碳混凝土，给项目带来了巨大的碳减排效益。当前我国隧道及地下工程常采用的低碳混凝土包括清水混凝土、低碳喷射混凝土、超高性能混凝土等。如青岛地铁7号线和15号线的车站建设均采用高性能的清水混凝土（图4），既提高了结构的承载性和防水性能，也减少了车站结构的抹平工作等，使得车站建设更加绿色环保。我国大瑞线江顶寺隧道和沪昆线格冲隧道在隧道衬砌过程中采用低碳喷射混凝土，所带来的减碳量分别为 515 t CO2和 98 tCO254。此外，超高性能混凝土已普遍应用于我国隧道及地下工程主体结构建设。对于同等功能的工程结构，使用超高性能混凝土建造，能显著减少材料消耗和实现减碳降排55。我国近年来已形成高性能混凝土应用技术规范56，为指导高性能混凝土在建筑中的应用提供了依据。图4 青岛地铁清水混凝土内装修57Fig.4 Qingdao Metro using fair-faced concrete573.3绿色施工工法实施“明挖法+现浇施工”是过去常用的隧道及地下工程施工工法，这种方法难度和造价都相对较低。随着城市轨道交通施工条件越来越复杂，以及可持续发展理念的需求，目前我国相继涌现了多种隧道及地下工程的绿色施工工法。例如明挖预制施工、机械化暗挖装配施工、内支撑体系装配施工、永临结8隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版合装配施工等。我国北京、长春、深圳、青岛、广州等多个城市的隧道及地下车站采用装配式施工法，为项目带来了极大的碳减排效益，同时也开启了地下工程结构发展的新模态。内支撑体系装配施工法利用大跨度预制构件接缝较少的特点，提高结构的防水性能和承载性能。同时，预制构件采用空腔设计，在预制厂施工，可显著减少材料消耗和机械耗油量。内支撑体系则减少了对地下空间的外占用，最大限度减少对周边复杂环境的影响，支撑体系还可重复循环利用。深圳轨道交通四期工程正是采用这种施工工法（图5）。研究表明，采用内支撑体系装配施工相对于传统明挖现浇施工可减少约7%的碳排放量58。图5 内支撑体系装配车站Fig.5 Internal support system assembly station永临结合装配施工又被称之为“两墙合一”装配施工。这种施工工艺提出采用预制墙同时作为围护结构和永久主体结构，避免了临时地连墙围护结构带来的资源消耗，同时使得地下空间利用率进一步提升，如图6所示。目前，我国深圳地铁8号线溪涌站以及广州地铁14号线鹤南站均采用永临结合装配施工工法修建，其相对于传统明挖现浇施工法减少约15%的碳排放量。但使用该施工工艺的成熟案例在国内并不多，相关研究尚处于起步阶段。“两图6 预制两墙合一地连墙Fig.6 Precast two-wall-in-one diaphragm wall墙合一”装配式结构的节点设计、结构防水性能和抗扰动特性等方面还需深入探索，相关的设计方法和技术标准尚属空白。机械化暗挖装配施工与上述两种施工工法不同的是其采用机械化暗挖法施工，避免了对地面开挖，减少了土方外运，适用于繁华市区隧道及地铁车站的建设。深圳地铁12号线沙三站即采用该施工工法修建，是国内外首例双洞组合顶管机械化暗挖车站，如图7所示。该车站的施工工法是首先利用该站的开孔段作为定制的超大型矩形顶管机的发射和接收轴，分两期开挖左、右线隧道。然后拆除左右线隧道之间的临时侧壁，而中间柱、横向梁和纵向梁被保留并建造，形成地铁站的整体结构。双洞组合顶管机械化暗挖施工相对于明挖现浇施工减少了约11%的碳排放量59。图7 双洞组合顶管机械化暗挖车站Fig.7 Mined excavation station with double holecombination and mechanized pipe jacking3.4智能低碳运维隧道及地下工程运维阶段的碳排放主要来源于能源消耗，以及结构、设施等维护修护所带来的材料消耗等。相对于以往的由人工维护的方式，当前已基本实现依托5G、物联网、传感器等先进技术的智能化运维。首先，通过结构性能监测与数据传输，实现对隧道及地下工程的结构健康监测，以延长其使用寿命同时减少因维修养护产生的碳排放量。其次，通过能源监测等手段，实现以安全、低碳、舒适为目标的隧道运营系统优化控制。隧道及地下工程结构自动化监测技术在我国已普遍得到应用。隧道结构常见的智能化监测包括沉降监测、裂缝监测和收敛监测。但这些监测较为简单，且自动化程度底。随着项目高精度监测需求上升，当前我国部分城市已依托具体项目展开新监测仪器的尝试。如武汉地铁研究团队围绕地铁隧道结9隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024构实时动态监测需求，融合图像处理、亚像素识别等技术，成功研制一种非接触式、布设灵活的高精度实时位移监测系统60，使得地铁隧道监测频率提高至“秒级”，同时解决了列车行驶震动影响等问题。广州地铁集团自主研发了国内全断面一体化隧道智能检测装备61，如图8所示。该设备以电动驱动平台为基础，集三维激光扫描装置、轨道道床表面检查装置等多功能于一体，在同步控制单元的协调下使各个传感器之间实现时空同步，同时还能实现数据信息的实时可视化反馈。该设备的作业效率优于常规运营监测设备。这些高精度仪器设备的研发和使用为隧道及地下工程结构维护起到了关键性作用，为推动工程可持续发展打下扎实的基础。图8 全断面一体化隧道智能检测装备61Fig.8 Full section tunnel intelligent inspection equipment61智能照明、智慧能源管理等是减少隧道及地下工程运营阶段碳排放量的另一举措。在我国碳排放双控政策下，近年来地铁等能耗大户工程已逐渐开始借助信息化技术实施各种节能减排措施。如构建“全面感知、智能物联、数据互通”的地铁车站能耗数据分析体系，通过智能网关、终端设备云端接入，实现能耗数据实时采集和综合分析，准确掌握和控制各线路的能源消耗。为降低地铁列车牵引能耗，目前我国地铁列车已进行车厢LED照明节能改造和变频空调改造工作。通过加装照明智能感光控制系统，列车能够通过感知外部光照强度“智能”调节客室亮度，降低列车整体照明能耗。此外，借助大数据分析城市客流量情况，来合理调配列车数据和运行速度，进而降低运维阶段的能源消耗。3.5工程废料资源化利用隧道及地下工程在开挖及建设过程中会产生大量的渣土、护壁泥浆、废弃混凝土等，处置不当会对生态环境造成严重破坏。因此，将这些渣土、泥浆、废弃混凝土进行原位工程处理或回收再利用是促进隧道及地下工程可持续发展的关键。废弃泥浆絮凝加固化技术是当前国内对废弃泥浆常使用的处理方式之一，如图9所示。首先通过加入絮凝剂和固化剂来显著降低淤泥的含水率，然后再通过低压压滤、高压压滤和挤压成型，形成填料，以作为地基回填材料、流动化填料和碾压路基材料等。此外，还可以在加入絮凝剂和固化剂后进行泥饼预处理和功能化处理，最后浇筑成型，形成轻质柔性体，以作为超轻质填料或柔性隔离填料。图9废弃泥浆处理方式Fig.9 Disposal method of waste mud适温煅烧渣土制备低成本的LC3水泥（图10）以及制备辅助胶凝材料是当前国内对盾构渣土的主要循环利用方式。通过适温煅烧促进黏土中活性矿物转换，最终可形成水泥或胶凝材料，用于制作建筑装饰瓷砖等。图10 适温煅烧渣土制备低成本的LC3水泥62Fig.10 Preparation of low-cost LC3cement by calcining slag atappropriate temperature62渣土或泥浆原位资源化利用也是常用的回收利用方式。渣土原位资源化利用是指通过开发智能化、集成化、模块化的渣土资源化装备技术，采用泥10隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版砂分离、固液分离等工艺，将渣土分离为粗骨料、细砂、泥饼和水，进行回收利用。护壁泥浆原位资源化利用则需要经过粗颗粒、旋流分离模块、高效沉淀模块和干化脱水模块，最终压制成免烧砖，实现资源的循环利用。4隧道及地下工程可持续发展面临的挑战与建议近年来随着我国基建项目急促增加，给隧道及地下工程的崛起和发展带来了新机遇。同时，在我国推动各行各业实现绿色赋能的背景下，隧道及地下工程建设和运营不断向可持续方向靠拢。目前在可持续规划与发展理论、绿色与高性能材料、预制施工工艺、智能化监测技术、工程废弃物资源化循环利用等方面取得了显著成绩。然而由于我国隧道及地下工程可持续发展正处于初期起步阶段，仍面临诸多挑战。现对相关的挑战和建议进行总结，以期为隧道及地下工程在未来取得新突破提供参考。4.1借助数字化技术，突破规划信息不全面壁垒隧道及地下工程统筹规划制定普遍滞后于城市建设发展实践是当前可持续发展面临的挑战之一。隧道及地下工程统筹规划专项文件的制定涉及到交通、建筑用地、市政、土地勘察等多个方面，制定过程中对任何方面的调研不清晰或勘察不彻底将导致规划的实用性降低。同时，随着日新月异的城市建设，规划通常滞后于城市建设发展。对此，隧道及地下工程的统筹规划需借助数字化技术，如地下三维扫描、地下空间仿真，以及城市信息模型等，对地下情况进行全面勘测，以及对周边建设情况进行实时摸底，为统筹规划提供真实可信的数据依据。4.2持续研究新材料，增强结构抗扰性和防水性适用于装配式结构的隧道及地下工程的新型材料和高性能材料有待进一步研究和应用。在绿色低碳理念下，我国基建设施越来越多使用装配式结构。装配式隧道及地下工程在设计建造阶段应广泛采用新型功能材料，实现结构材料功能一体化。如采用力学和化学性能均优于普通混凝土的纤维混凝土材料来提高隧道的抗震性能和耐久性。此外，装配式结构的关键部位在于节点和接缝处，未来应进一步开发适用于关键构件和部位，且兼具高韧性和高抗冲击性能的新型复合材料、新型记忆性材料、自修复材料和智能材料。同时应重视纤维抗裂混凝土、自密实混凝土、补偿收缩混凝土等高性能防水混凝土的研发工作，以增强隧道及地下工程的结构抗扰性和防水性。通过减少建设和维修过程中材料消耗和增长工程使用寿命来提高隧道及地下工程的可持续性。4.3结合数字孪生技术，提升施工工序智能化水平劳动力减少和施工管理模式落后亟需融入数字孪生技术来优化建设过程进而实现工程可持续发展。随着人口减少，未来我国劳动力会更加稀缺，这给隧道及地下工程的发展提出了巨大的挑战。同时，现有施工管理模式落后导致装配式建造减碳优势不明显。未来应引入数字孪生技术，充分发挥其对物理世界和信息数据之间的智能联动作用，实现智能运输决策、智能施工现场布局决策、智能开挖方法决策、智能支护决策、智能施工工序决策的建设全过程智能化。通过借助数字孪生实现对施工劳动力、当地预制生产能力、当地预制构件运输规定、施工环境条件、施工荷载、施工场地等多方面优化计算，进而减少不必要的施工机械和建材浪费。此外，还可以通过数字孪生技术实现从施工数据池中挖掘相关的环境污染数据、碳排放数据、废弃物产生数据等，来进一步实现以可持续理念指导施工进程。4.4基于工程物联网，加强工程监测智能化感知地下深层和复杂环境下安全监测缺乏和监测数据分析处理水平不足制约了工程自我监测和修复的能力。尽管当前我国已探索出了部分高精度和智能化的隧道及地下工程安全监测设备，但目前普遍的工程监测水平停留在表层监测以及监测智能化水平不足，无法做到全时监控、动态分析与辅助决策。未来应探索更多适用于地下深层隐蔽工程和复杂环境下的监测仪器，以适用于我国更多的隧道及地下工程实践场景，延长工程的使用寿命。同时，应加强多源异构数据的处理、分析能力。以及发挥政府和行业协会的调动能力，实现监测数据的资源共享，通过大规模的数据训练，做到监测的动态分析和决策，实现工程监测智能化感知。人工智能和信息技术为未来隧道及地下工程可持续发展注入了新的活力。4.5改良工艺和设备，提高建废利用率和附加值渣土及泥浆的资源循环利用率较低、再生产品附加值不高以及产业化程度低是当前建废资源化利用面临的关键挑战。受限于渣土和淤泥资源化处理成本高和处理过程复杂，当前我国大多数渣土和淤泥的处理方式主要遵循就地利用原则，通过地域内土方平衡消纳、堆山造景或余土外运填埋，资源化利用率低。此外，我国渣土资源化设施的布局不均衡，未形成规模的资源化利用市场，产业升级不足。未来应借助国家建设“无废城市”的政策条件，大力研11隧道及地下工程低碳可持续发展现状与思考现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024究新的渣土资源化利用工艺和设备，降低资源化利用成本，实现高附加值产品的输出，以及结合建筑垃圾资源化处理市场，逐步形成完善的产业链条，释放产能。参考文献References1 段宏波,汪寿阳.减缓与适应:中国应对气候变化的成本收益分析J.中国科学院院刊,2018,33(3):284-290.DUAN Hongbo,WANG Shouyang.Mitigation and Adaptation:Cost-benefit Analysis on Copping with Climate Change in ChinaJ.Bulletin of the Chinese Academy of Sciences,2018,33(3):284-290.2 LU Shibao,BAI Xiao,ZHANG Xiaoling,et al.The Impact of Climate Change on the Sustainable Development of Regional EconomyJ.Journal of Cleaner Production,2019,233:1387-1395.3 张梦楠,曹楠楠,朱雪莲.典型国家“双碳”目标实现路径解析及中国借鉴J.河北地质大学学报,2024,47(1):119-126.ZHANG Mengnan,CAO Nannan,ZHU Xuelian.Analysis of The Realization Path of the“Dual Carbon”Target in Typical Countriesand Chinas ReferenceJ.Journal of Shijiazhuang University of Economics,2024,47(1):119-126.4 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家发展和改革委员会.“十四五”全国城市基础设施建设规划EB/OL.(2022-07-31)2024-03-01.https:/ of Housing and Urban-Rural Development of the 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