本書可作為土木工程專業(yè)高年級(jí)學(xué)生開設(shè)的選修課教材，它克服了原先小專業(yè)知識(shí)覆蓋面窄的缺點(diǎn)，適應(yīng)社會(huì)對(duì)綜合素質(zhì)復(fù)合型人才的需求，是地下建筑專業(yè)方向?yàn)槠渌麑I(yè)方向?qū)W生專門開設(shè)的一門精煉型課程。本書可以用作巖土工程、工民建、鐵路工程、道路工程、橋梁與隧道工程、水利水電工程等專業(yè)科技工作者及大專院校師生、培訓(xùn)班學(xué)員的參考用書。

本書第一章概略介紹地下工程發(fā)展的歷史和前景、地下工程分類方法、地下工程設(shè)計(jì)計(jì)算理論的演變、地下工程施工、防災(zāi)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新技術(shù)。第二章通過(guò)工程實(shí)例介紹地下工程規(guī)劃設(shè)計(jì)，建設(shè)及室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)原理和方法，第三章重點(diǎn)闡述地下工程結(jié)構(gòu)選型，荷載計(jì)算，計(jì)算模型、斷面設(shè)計(jì)及構(gòu)造設(shè)計(jì)，并有工程實(shí)例。第四章簡(jiǎn)要介紹地下工程施工組織設(shè)計(jì)，施工技術(shù)管理知識(shí)，對(duì)地下工程各種施工工法及工藝作了較詳細(xì)的論述，附帶介紹了與施工相關(guān)的施工監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的方法及特點(diǎn)。第五章介紹地下工程監(jiān)理的概念、內(nèi)容和方法。第六章簡(jiǎn)要介紹了地下工程施工、使用階段的供配電、照明、給排水及通風(fēng)設(shè)備的設(shè)計(jì)。第七章介紹地下工程如何防御各種自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)和人為破壞。第八章介紹地下工程CAD、結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件應(yīng)用、施工多媒體信真監(jiān)

前言

第一章 緒論

1.1 地下空間開發(fā)的歷史與發(fā)展前景

1.2 地下工程分類

1.3 地下工程設(shè)計(jì)計(jì)算方法的進(jìn)展

1.4地下工程施工技術(shù)的進(jìn)展

1.5 地下工程防災(zāi)

1.6 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

復(fù)習(xí)思考題

第二章 地下工程的規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)

2.1 概述

2.2 地下工程（城市地下空間）規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.3 地下工程建筑設(shè)計(jì)

2.4 地下工程室內(nèi)環(huán)境和裝飾

復(fù)習(xí)思考題

第三章 地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理和設(shè)計(jì)方法

3.1 概述

3.2 地下結(jié)構(gòu)的荷載

3.3 地下結(jié)構(gòu)選型與構(gòu)造

3.4地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型與計(jì)算方法

3.5 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算原理和設(shè)計(jì)方法中的新進(jìn)展

3.6 工程設(shè)計(jì)實(shí)例

復(fù)習(xí)思考題

第四章 地下工程的施工

4.1 概述

4.2施工組織設(shè)計(jì)

4.3施工技術(shù)管理

4.4 巖石地下工程施工方法

4.5 軟土地下工程施工方法

4.6 地下工程的輔助工法

4.7地下工程施工監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)

復(fù)習(xí)思考題

全書共分10章，主要內(nèi)容包括地下空間資源及開發(fā)利、用價(jià)值、地下工程的工程地質(zhì)環(huán)境及圍巖分級(jí)、交通地下工程規(guī)劃、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論、交通地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)類型選擇及參數(shù)設(shè)計(jì)、地下工程施工、地下工程施工監(jiān)控量測(cè)、地下工程結(jié)構(gòu)防水等。

本書主要作為高等學(xué)校土木工程專業(yè)地下工程課程的教材或參考書，也可供從事地下工程研究、設(shè)計(jì)和施工的人員參考。

序

地下工程是北京交通大學(xué)的傳統(tǒng)強(qiáng)勢(shì)學(xué)科之一。在新世紀(jì)，面對(duì)國(guó)家工程建設(shè)的大發(fā)展，我校應(yīng)該保持這一優(yōu)勢(shì)，且更應(yīng)有所作為。為達(dá)此目標(biāo)，有賴于兩大方面的成就：一是優(yōu)秀的教學(xué)質(zhì)量，另一是突出的科研貢獻(xiàn)。

地下工程是理論性和實(shí)踐性俱強(qiáng)的學(xué)科。大學(xué)生要學(xué)好這門課程，我認(rèn)為有3點(diǎn)最重要：一是教材，二是學(xué)生的興趣和努力，三是教師的布道功夫，且這三者是關(guān)聯(lián)和統(tǒng)一的。

教材是基礎(chǔ)，是學(xué)生學(xué)習(xí)和教師組織教學(xué)的綱。教師教學(xué)好比牧羊。一本好的教材好比一片肥美的草原，能不能把學(xué)生引領(lǐng)到這片肥美的草原，那要看牧羊人的功夫；但前提是要有這片草原。

地下工程是土木工程專業(yè)重要的必修課程，我校的培養(yǎng)計(jì)劃凸顯了這一點(diǎn)。但由于客觀的緣由，尚沒(méi)有一本正式出版的教材，而國(guó)內(nèi)地下工程的高等學(xué)校教材很少，且大多內(nèi)容陳舊、過(guò)時(shí)，不適應(yīng)教學(xué)的需要?？上驳氖?，地下工程成為北京交通大學(xué)2004年出版基金資助的教材之一，這實(shí)為學(xué)校的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)之舉。我期待著這本教材盡快付梓。

主編賀少輝教授（博士生導(dǎo)師）是北京交通大學(xué)優(yōu)秀主講教師，一直在本科生、研究生教學(xué)第一線，并作為地下工程課程群的負(fù)責(zé)人主持這一專業(yè)方向的教學(xué)。教研相長(zhǎng)，他在科學(xué)研究和為重大工程提供技術(shù)服務(wù)方面，同樣出色。賀少輝、項(xiàng)彥勇、李兆平編寫的這本教材貫徹了這樣的編寫原則：貫穿地下工程是由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)體系這一主線，吸收地下工程學(xué)科領(lǐng)域的最新理論和工程技術(shù)成果，以基本原理、基本概念、基該方法的闡述為主，強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的系統(tǒng)性、完整性，在關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)上力求新、精、深。應(yīng)該說(shuō)，這是目前國(guó)內(nèi)全面反映規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)修訂成果的一本地下工程學(xué)科的高等學(xué)校教材，也是本教材區(qū)別于其他同類教材的顯著特點(diǎn)之一。值得大學(xué)生、研究生、從事地下工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)人員捧讀。

作為主審之一，審讀之余，很自然地為這本教材的出版作了上述感言。

中國(guó)著名隧道與地下工程專家 張 彌

2006年2月

于北京交通大學(xué)紅果園

前 言

迄今為止，國(guó)內(nèi)學(xué)者編著的地下工程學(xué)科的高等學(xué)校教材不出5種。與其他學(xué)科，尤其是一些土木工程基礎(chǔ)學(xué)科相比，顯得很不足，同時(shí)也與地下工程理論、技術(shù)和該學(xué)科的歷史、發(fā)展極不相稱。

20世紀(jì)50年代初，中國(guó)高等教育的學(xué)科、專業(yè)、課程的設(shè)置及教學(xué)要求學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)和一些東歐國(guó)家的模式。大學(xué)生在校期間的專業(yè)課學(xué)得精、深，到工作崗位后很快就能獨(dú)立擔(dān)負(fù)起某一方面的技術(shù)工作。以近50年高等教育所積累的成功經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，為適應(yīng)國(guó)內(nèi)外高等教育和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的形勢(shì)，自20世紀(jì)末至21世紀(jì)的最初幾年，中國(guó)對(duì)高等教育進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)整和改革，實(shí)行寬口徑培養(yǎng)的模式，較多地壓縮了專業(yè)課教學(xué)課時(shí)；但強(qiáng)調(diào)采用先進(jìn)的教學(xué)手段，對(duì)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)、技能的培養(yǎng)提出了新的、更高的要求。

本教材是為適應(yīng)高等教育改革的新形勢(shì)，并針對(duì)北京交通大學(xué)土木工程專業(yè)新的培養(yǎng)計(jì)劃而編寫的。

最近幾年，中國(guó)對(duì)地下工程學(xué)科領(lǐng)域的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)作了全面修訂，頒布實(shí)施了如下新的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)：

⑴《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50218-94）；

⑵《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB 50086-2001）；

⑶《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108-2001）；

⑷《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10003-2005）；

⑸《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70-2004）；

⑹《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157-2003）；

⑺《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 279-2002）；

⑻《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)函[2005]285號(hào)）；

⑼《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上、下）》（鐵建設(shè)[2004]157號(hào)）。

本教材完全做到了結(jié)合上述新修訂的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)編寫，對(duì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)修訂的新成果進(jìn)行充分吸收并加以解釋和闡述。同時(shí)，在地下工程施工方法方面，這是目前國(guó)內(nèi)全面反映規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)修訂成果的唯一一本地下工程學(xué)科的高等學(xué)校教材，也是本教材區(qū)別于其他同類教材的顯著特點(diǎn)之一。

讀者在讀完、學(xué)生在學(xué)完本書內(nèi)容后，可能有一個(gè)體會(huì)：我不僅了解了地下工程的基本概念、基本原理、基該方法，同時(shí)也會(huì)進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和指導(dǎo)地下工程施工。

眾所周知，地下工程種類繁多，本教材實(shí)難面面俱到。在地下工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，我們僅集中論述交通地下工程，這體現(xiàn)了內(nèi)容有所側(cè)重。

高等學(xué)校的根本任務(wù)之一是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。編寫出具有創(chuàng)新精神的教材是實(shí)現(xiàn)這一根本任務(wù)的具體體現(xiàn)。本教材就是按照求反映最新成果和學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)、求新的編寫思路和內(nèi)容框架的宗旨編寫的，盡管它還有不盡完美之處。

本書由北京交通大學(xué)隧道與巖土工程研究所的幾位從事較長(zhǎng)時(shí)間教學(xué)科研工作的教師集體編寫。賀少輝教授任主編，項(xiàng)彥勇副教授、李兆平副教授任副主編；張彌教授、劉維寧教授任主審。第1、2、3、7、10章由賀少輝編寫；第4、5、6章由項(xiàng)彥勇編寫，賀少輝編寫了這3章的部分內(nèi)容；第8、9章由李兆平編寫。賀少輝負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿。

兩位主審提出了許多寶貴的修改意見(jiàn)，為本教材添光加彩，在此深表謝意。

本書得到北京交通大學(xué)教材出版基金資助，在此表示由衷的感謝。

由于本書是3位編者合作的產(chǎn)物，又因主編水平有限，以及客觀條件和時(shí)間精力等限制，難以很好地履行上述基本思想，缺點(diǎn)與錯(cuò)誤在所難免，希望廣大讀者不吝賜教。

郵政編碼：100044

賀少輝

2006年2月

目錄：第1章 緒論1

第2章 地下空間資源及開發(fā)利用價(jià)值4

2．1地下空間利用的基本概念4

2．1．1 地下空間的涵義4

2．1．2地下空間利用的歷史沿革4

2．1．3 地下空間發(fā)展的宏觀背景8

2．2 地下空間資源的潛在與實(shí)際價(jià)值9

2．2．1 地下空間資源9

2．2．2 開發(fā)地下空間的戰(zhàn)略意義11

2．2．3 地下空間的城市功能13

2．2．4 地下空間的開發(fā)價(jià)值與綜合效益14

2．3 地下空間的防災(zāi)及環(huán)境特性16

2．3．1 地下空間抗御外部災(zāi)害的能力16

2．3．2 地下空間的內(nèi)部防災(zāi)要求19

2．3．3 地下空間與生態(tài)環(huán)境 20

2．3．4 地下空間的內(nèi)部環(huán)境要求22

2．4 地下空間開發(fā)的法律與政策問(wèn)題24

2．4．1 法律問(wèn)題24

2．4．2 政策問(wèn)題25

第3章 地下工程地質(zhì)環(huán)境及圍巖分級(jí)（類）27

3．1 概述27

3．2 圍巖結(jié)構(gòu)分類及其破壞特征28

3．2．1 巖體結(jié)構(gòu)分類29

3．2．2 地下工程圍巖失穩(wěn)破壞性態(tài)29

3．3 圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)30

3．3．1 圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)的組成--自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)31

3．3．2 圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律與影響因素31

3．3．3 圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)的確定方法34

3．4 圍巖穩(wěn)定性的影響因素及圍巖分級(jí)因素與指標(biāo)的選擇38

3．4．1 影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素39

3．4．2 分級(jí)（類）的因素指標(biāo)及其選擇42

3．5 國(guó)內(nèi)外主要地下工程圍巖分級(jí)（類）標(biāo)準(zhǔn)44

3．5．1 國(guó)內(nèi)主要地下工程圍巖分級(jí)（類）標(biāo)準(zhǔn)45

3．5．2 國(guó)外主要圍巖分類系統(tǒng)簡(jiǎn)介60

第4章 交通地下工程規(guī)劃65

4．1 地下工程投資分析65

4．2 交通地下工程規(guī)劃66

4．2．1 山嶺隧道的規(guī)劃67

4．2．2 水底隧道的規(guī)劃72

4．2．3 城市地下鐵道的規(guī)劃74

4．3 交通隧道的限界與構(gòu)造形式78

4．3．1 交通隧道結(jié)構(gòu)的限界與凈空要求78

4．3．2 鐵路隧道曲線地段斷面加寬80

4．3．3 交通隧道結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式83

第5章 地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法88

5．1 地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與目的88

5．2地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法89

5．2．1 容許應(yīng)力法90

5．2．2 破損階段法90

5．2．3 極限狀態(tài)法--按結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)92

5．2．4 支護(hù)設(shè)計(jì)的特征曲線法96

5．2．5 支護(hù)結(jié)構(gòu)的工程類比設(shè)計(jì)法98

第6章 地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算理論99

6．1 地下結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和力學(xué)計(jì)算模型99

6．2荷載結(jié)構(gòu)模型中荷載的計(jì)算方法101

6．2．1 荷載（作用）及其組合101

6．2．2 主動(dòng)圍巖壓力的計(jì)算104

6．2．3 圍巖被動(dòng)反力的計(jì)算110

6．2．4 地下水壓力和浮力的計(jì)算112

6．2．5 地震力的計(jì)算113

6．3 地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算方法115

6．3．1 荷載結(jié)構(gòu)法115

6．3．2 地層結(jié)構(gòu)法126

第7章 交通地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及參數(shù)設(shè)計(jì)138

7．1 地下工程圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用138

7．1．1 圍巖特征曲線（支護(hù)抗力（支護(hù)阻力）對(duì)圍巖位移的影響）138

7．1．2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)給曲線（支護(hù)特征曲線）140

7．1．3 圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用142

7．2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則143

7．2．1 對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本要求143

7．2．2 支護(hù)結(jié)構(gòu)類型的選擇和設(shè)計(jì)144

7．3 鐵路隧道支護(hù)類型的選擇和設(shè)計(jì)參數(shù)145

7．4 公路隧道支護(hù)類型的選擇和設(shè)計(jì)參數(shù)152

7．4．1 支護(hù)（襯砌）類型及其選擇152

7．4．2 分離式獨(dú)立雙洞隧道復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)152

7．4．3 小凈距及連拱隧道支護(hù)類型選擇及設(shè)計(jì)參數(shù)153

7．5 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)類型選擇與設(shè)計(jì)參數(shù)153

7．5．1 盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)類型選擇153

7．5．2 橫截面內(nèi)輪廓和結(jié)構(gòu)尺寸擬定158

7．5．3 盾構(gòu)法施工時(shí)特殊地段的襯砌160

第8章地下工程施工162

8．1 地下工程明挖法施工162

8．1．1 放坡開挖基坑的設(shè)計(jì)與施工162

8．1．2 有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑設(shè)計(jì)與施工167

8．2 地下工程逆作法施工190

8．3 山嶺隧道新奧法施工193

8．3．1 山嶺隧道工程特點(diǎn)193

8．3．2 隧道施工方法及其選擇194

8．3．3 新奧地利隧道施工法--巖石地層的新奧法施工194

8．4城市地下工程淺埋暗挖法施工202

8．4．1 地鐵區(qū)間隧道的淺埋暗挖法施工202

8．4．2 地鐵車站的淺埋暗挖法施工207

8．4．3城市地下工程暗挖法施工控制地層沉降的主要措施214

8．5 盾構(gòu)法施工214

8．5．1 盾構(gòu)法施工、盾構(gòu)概貌及其適用范圍215

8．5．2 盾構(gòu)選型216

8．5．3 盾構(gòu)法施工219

第9章地下工程施工監(jiān)控量測(cè)224

9．1地下工程施工監(jiān)測(cè)意義224

9．2 監(jiān)測(cè)方案的編制224

9．3地下工程施工主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目225

9．4 監(jiān)測(cè)資料的整理分析與反饋231

第10章 地下工程防水237

10．1 地下工程防水的重要性237

10．2 地下工程中常遇的地下水237

10．3 地下工程防水設(shè)計(jì)原則和要求239

10．3．1 設(shè)計(jì)原則239

10．3．2 設(shè)計(jì)要求240

10．4 地下工程防水等級(jí)和設(shè)防要求241

10．4．1 地下工程的防水等級(jí)241

10．4．2 地下工程的防水設(shè)防要求242

10．5 地下工程防排水系統(tǒng)244

10．6 地下工程防水材料244

10．6．1 卷材防水層244

10．6．2 涂料防水層245

10．6．3 塑料防水板防水層246

10．6．4 膨潤(rùn)土（納米）板（毯）防水層246

10．7 地下工程混凝土結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造防水248

10．7．1 變形縫防水248

10．7．2 施工縫防水構(gòu)造250

10．7．3 后澆帶防水251

10．8 盾構(gòu)法結(jié)構(gòu)防水252

10．8．1 管片防水252

10．8．2 管片接縫防水253

參考文獻(xiàn)259