緒論1
第1篇地下空間資源及開發利用價值
第1章地下空間資源及開發利用價值7
11地下空間利用的基本概念7
111地下空間的含義7
112地下空間利用的歷史沿革7
113地下空間發展的宏觀背景10
12地下空間資源的潛在與實際價值11
121地下空間資源11
122開發地下空間的戰略意義13
123地下空間的城市功能15
124地下空間的開發價值與綜合效益16
13地下空間的防災及環境特性18
131地下空間抗御外部災害的能力18
132地下空間的內部防災要求20
133地下空間與生態環境21
134地下空間的內部環境要求23
14地下空間開發的法律與政策問題24
141法律問題24
142政策問題26
第2篇地下工程設計
第2章地下工程地質環境及圍岩分級(類)29
21概述29
22圍岩結構分類及其破壞特征30
221岩體結構分類31
222地下工程圍岩失穩破壞性態31
23圍岩的初始應力場32
231圍岩的初始應力場的組成——自重應力場和構造應力場32
232圍岩的初始應力場的變化規律與影響因素33
233圍岩的初始應力場的確定方法35
24圍岩穩定性的影響因素及圍岩分級因素與指標的選擇41
241影響圍岩穩定性的主要因素42
242分級(類)的因素指標及其選擇44
25國內外主要地下工程圍岩分級(類)標準46
251國內主要地下工程圍岩分級(類)標準47
252國外主要圍岩分類繫統簡介62
第3章交通地下工程規劃67
31地下工程投資分析67
32交通地下工程規劃68
321山嶺隧道的規劃68
322水底隧道的規劃72
323城市地下鐵道的規劃75
33交通隧道的限界與構造形式77
331交通隧道結構的限界與淨空要求77
332鐵路隧道曲線地段斷面加寬79
333交通隧道結構的構造形式82
第4章地下結構的設計方法86
41地下結構的設計內容與目的86
42地下結構的具體設計計算方法87
421容許應力法87
422破損階段法88
423極限狀態法——按結構可靠度設計88
424支護設計的特征曲線法88
425支護結構的工程類比設計法90
43地下結構設計的方法論90
第5章地下結構計算理論92
5.1地下結構的受力特點和力學計算模型92
5.2荷載結構模型中荷載的計算方法94
5.2.1荷載（作用）及其分類、組合94
5.2.2主動圍岩壓力的計算97
5.2.3圍岩被動反力的計算103
5.2.4地下水壓力和浮力的計算104
5.2.5地震力的計算105
5.3地下結構內力的計算方法107
5.3.1荷載結構法107
5.3.2地層結構法116
第6章交通地下工程支護結構類型及參數設計127
61地下工程圍岩與支護結構的共同作用127
611圍岩特征曲線127
612支護結構的補給曲線（支護特征曲線）128
613圍岩與支護結構的相互作用130
62支護結構的設計原則131
621對支護結構的基本要求131
622支護結構類型的選擇和設計132
63鐵路隧道支護類型的選擇和設計參數133
64公路隧道支護類型的選擇和設計參數142
641支護（襯砌）類型及其選擇142
642分離式獨立雙洞隧道復合式襯砌設計參數142
643小淨距及連拱隧道支護類型選擇及設計參數143
65盾構隧道襯砌結構類型選擇與參數設計144
651盾構隧道襯砌結構類型選擇144
652橫截面內輪廓和結構尺寸擬定148
653盾構法施工時特殊地段的襯砌149
第7章地下工程防水151
71地下工程防水的重要性151
72地下工程中常遇的地下水151
73地下工程防水設計原則和要求152
731設計原則152
732設計要求154
74地下工程防水等級和設防要求155
741地下工程的防水等級155
742地下工程的防水設防要求155
75地下工程防排水繫統157
76地下工程防水層的材料158
761卷材防水層158
762塗料防水層159
763塑料防水板防水層159
764膨潤土(納米)板(毯)防水層160
77地下工程混凝土結構自防水162
78地下工程混凝土結構細部構造防水163
781變形縫防水163
782施工縫防水構造164
783後澆帶防水165
79盾構法隧道結構防水166
791管片防水167
792管片接縫防水167
710北京地鐵區間暗挖隧道復合式襯砌可穿刺自愈合材料防水新技術與新工藝173
7101地鐵暗挖隧道復合式襯砌防水技術及工藝發展歷史173
7102可穿刺、自愈合防水材料174
7103地鐵區間暗挖隧道復合式襯砌可穿刺、自愈合材料防水新技術及新工藝179
7104工程應用結論188
第8章地下工程結構設計示例189
81算例說明189
82明挖車站結構計算案例189
821工程概況189
822內力計算192
823計算結果分析203
83洞樁（柱）法車站結構計算案例204
831工程概況204
832內力計算207
833計算結果分析227
84盾構法區間隧道計算案例228
841工程概況228
842正常使用階段內力計算231
843計算結果分析238
85礦山法區間隧道計算案例238
851工程概況238
852內力計算242
853計算結果分析252
第3篇地下水控制
第9章地下水賦存及運動的基本理論255
91岩土中水的存在形式255
911氣態水255
912結合水255
913重力水256
914毛細水256
915固態水257
916礦物水257
92岩土的水理性質257
921容水性258
922持水性258
923給水性258
924透水性259
925毛細性259
93地下水的賦存260
931包氣帶與飽水帶260
932含水層與隔水層260
933不同埋藏條件的地下水261
934水文與水文地質邊界263
935不同岩土介質中的地下水265
94地下水的運移267
941地下水的滲流267
942滲流的基本定律269
95流向井的地下水運動270
951地下水的穩定井流270
952地下水的非穩定井流273
953地下水流向直線邊界附近完整井的運動277
954井群干擾的計算280
96地下水的滲透破壞作用281
961流砂281
962管湧282
963突湧282
第10章施工降水方案與設計計算284
101施工降水的特點、作用、原則和方法284
1011施工降水的特點284
1012施工降水的作用285
1013施工降水方案的制定原則285
1014施工降水方法的選擇286
102制定施工降水方案應掌握的資料286
1021地質、水文地質資料286
1022基坑支護結構設計資料287
1023工程場地周邊的環境狀況資料287
103水文地質勘察的內容及要求287
1031勘察孔布置287
1032抽水試驗288
1033水文地質參數計算289
104降水設計計算292
1041降水參數的確定292
1042基坑湧水量計算293
1043單井出水能力計算297
1044降水井數量及間距的確定298
1045水位降深檢驗298
第11章地下工程施工降水技術299
111管井降水299
1111管井降水及自滲降水的工作特性及適用條件299
1112管井設計300
1113管井施工302
1114管井降水維護管理307
1115工程實例308
112輻射井降水312
1121輻射井降水的原理及特點312
1122輻射井設計312
1123輻射井施工314
1124工程實例320
113輕型井點降水324
1131輕型井點降水原理及適用條件324
1132輕型井點種類及特點324
1133輕型井點布置325
1134輕型井點施工326
1135輕型井點降水維護管理329
114噴射井點降水329
1141噴射井點降水的原理及適用條件329
1142噴射井點施工330
115真空管井降水332
1151真空管井降水繫統的工作原理及適用條件332
1152真空管井降水設計332
1153施工工藝333
1154抽水繫統的自動控制334
1155工程實例334
116明排降水339
1161明排降水的特點及適用條件339
1162明排降水施工339
117降水監測與管理339
1171水位觀測339
1172水量觀測340
1173出水含砂量監測341
1174建、構築物及地面沉降監測341
第12章地下工程施工降水引起的環境問題及對策343
121降水引發的地面沉降343
1211地面沉降的發生機制343
1212地質環境模式與地面沉降345
1213地層的固結特性與地面沉降345
1214地面沉降預測計算346
1215降水引發地面沉降的一般規律347
122地下水回灌348
1221回灌井的布設348
1222回灌水質要求349
1223管井回灌技術350
1224回灌過程中經常出現的問題及處理方法351
123工程降水與水資源的再利用353
第13章水泥土攪拌樁帷幕354
131概述354
1311水泥土攪拌法的特點354
1312水泥土攪拌樁的作用354
132水泥土攪拌樁的加固機理355
1321水泥的水解和水化反應355
1322土顆粒與水泥水化物的作用355
1323碳酸化作用355
133水泥土的物理力學性質356
133１物理性質356
133２力學性質356
134水泥土攪拌樁施工357
1341施工順序和工藝流程357
1342施工要點358
1343施工質量控制措施359
1344改善攪拌樁強度的技術措施360
135水泥土攪拌樁新發展361
1351預鑽孔成樁方式361
1352TRD工法362
第14章凍結帷幕363
141概述363
142凍結制冷繫統363
1421氨（氟利昂）-鹽水凍結制冷繫統363
1422液氮凍結繫統364
143凍結溫度場364
1431凍結壁的形成364
1432凍結壁溫度場的影響因素365
144凍脹和融沉效應366
1441凍脹效應366
1442融沉效應367
145凍土強度367
1451凍土的抗壓強度367
1452凍土的抗拉強度369
1453凍土的抗剪強度370
146盾構隧道聯絡通道凍結法設計370
1461凍結壁設計370
1462凍結孔設計373
1463制冷繫統設計373
147凍結施工376
1471凍結鑽孔施工376
1472穿透孔施工378
1473凍結站安裝378
1474清水、鹽水泵及管路安裝379
1475保溫施工379
1476凍結器連接安裝379
1477儀器儀表安裝380
1478溶解氯化鈣和機組充氟、加油381
1479積極凍結與維護凍結381
14710結構充填注漿與融沉補償注漿383
14711凍結孔管封堵處理383
148凍結施工監測384
1481凍結站制冷繫統運轉監測384
1482凍結制冷鹽水溫度、流量、凍結器回路監測384
1483凍結溫度場監測384
1484洩壓孔壓力監測385
1485凍脹力監測385
149工程實例385
1491工程概況385
1492凍結方案設計388
1493凍結施工392
1494凍結效果392
1495結構充填注漿及結構滲漏注漿395
第15章高壓噴射注漿帷幕396
151概述396
1511高壓噴射注漿的分類396
1512高壓噴射注漿的作用397
1513高壓噴射注漿的特點397
152漿液材料397
1521漿液特性 397
1522水泥漿材398
153旋噴固結體的基本性狀399
154高壓噴射注漿施工400
1541設備和機具400
1542高壓噴射技術參數400
1543施工準備401
1544施工工藝401
1545質量檢驗403
155高壓噴射注漿技術的新發展403
1551全方位高壓噴射注漿技術（MJS工法）403
1552雙高壓旋噴注漿技術（RJP工法）404
1553水平旋噴技術404
第16章注漿帷幕407
161概述407
162注漿材料408
1621注漿材料的分類及要求408
1622注漿材料的主要性能409
1623常用注漿漿液411
1624注漿材料的選擇420
163注漿機理421
1631滲透注漿421
1632壓密注漿421
1633劈裂注漿421
164常用的注漿施工工藝422
1641全孔一次性注漿422
1642分段後退式注漿422
1643分段前進式注漿423
1644袖閥管注漿423
1645注漿順序424
165注漿試驗425
166注漿效果檢驗與評定427
1661分析類方法427
1662檢查孔類方法428
1663過程類方法428
1664物探類方法429
1665注漿效果評價標準429
第17章地下連續牆與水下澆築混凝土封底止水430
171工程概況430
172地質和水文條件430
173水下開挖技術432
174水下澆築混凝土封底技術434
第4篇地下工程施工
第18章地下工程施工方法437
181地下工程明挖法施工437
182地下工程蓋挖逆作法施工439
183山嶺隧道新奧法施工441
1831山嶺隧道工程特點441
1832隧道施工方法及其選擇442
1833新奧地利隧道施工法——岩石地層的新奧法施工443
184城市地下工程淺埋暗挖法施工449
1841地鐵區間隧道的淺埋暗挖法施工449
1842地鐵車站的暗挖法施工453
1843城市地下工程暗挖法施工控制地層沉降的主要措施463
185新意大利法隧道施工463
186盾構法及TBM法施工466
1861盾構法施工及其適用範圍467
1862盾構選型468
1863盾構法施工473
1864TBM施工簡介476
187沉埋管段隧道施工法477
18.8地鐵車站施工方法比選案例479
18.8.1車站工程概況479
18.8.2工程地質及水文地質概況480
18.8.3車站施工方法的論證與方案比選481
18.8.4地下水控制方案482
18.8.5明（蓋）挖部分的施工方案482
18.8.6暗挖部分的施工方案485
第19章地下工程施工監控量測489
191地下工程施工監測意義489
192監測方案的編制489
193地下工程施工主要監測項目490
194監測資料的整理分析與反饋496
參考文獻500

地下工程是北京交通大學的傳統強勢學科之一。在新世紀，面對國家工程建設的大發展，我校應該保持這一優勢，且更應有所作為。為達此目標，有賴於兩大方面的成就：一是優秀的教學質量，另一是突出的科研貢獻。
地下工程是理論性和實踐性俱強的學科。大學生要學好這門課程，我認為有三點最重要：一是教材，二是學生的興趣和努力，三是教師的布道功夫，且這三者是關聯和統一的。
教材是基礎，是學生學習和教師組織教學的綱。教師教學好比牧羊。一本好的教材好比一片肥美的草原，能不能把學生引領到這片肥美的草原，那要看牧羊人的功夫；但前提是要有這片草原。
《地下工程》於2006年2月出版，2007年3月被遴選為建設部普通高等教育土建學科專業“十一五”規劃教材，並於2008年3月出版了修訂本，2020年被遴選為北京交通大學首屆優秀教材。本教材自出版發行以來被國內30多所高校選作教材，並被眾多的專業技術人員選作參考書，發行量達2萬冊，受到了廣泛的歡迎！尤為欣喜的是，經過主編人員的共同努力，為反映教材出版發行十幾年來我國地下工程理論和技術的進展，將要出版發行《地下工程》（第2版）！我期待著教材第2版盡快付梓。
主編賀少輝教授(博士生導師)是北京交通大學優秀主講教師，一直在本科生、研究生教學第一線，並作為地下工程課程群的負責人主持這一專業方向的教學。教研相長，他在科學研究和為重大工程提供技術服務方面，同樣出色。賀少輝、曾德光、葉鋒、項彥勇、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岩和支護結構組成的結構體繫這一主線，吸收地下工程學科領域的最新理論和工程技術成果，以基本原理、基本概念和基本方法的闡述為主，強調內容的繫統性、完整性，在關鍵知識點上力求新、精、深。應該說，這是目前國內全面反映規範、標準修訂成果和地下工程最新進展的一本地下工程學科的高等學校教材，也是本教材區別於其他同類教材的顯著特點之一，值得大學生、研究生、從事地下工程規劃、設計和施工的技術人員捧讀。
作為主審，審讀之餘，很自然地為這本教材的出版做了上述感言。

中國著名隧道與地下工程專家張彌
2021年1月
於北京交通大學紅果園地下工程前言前言
《地下工程》出版於2006年2月，修訂於2008年3月。本教材自出版發行以來，除主編所在的北京交通大學一直將其用作本科生和研究生教材外，又被國內其他30多所院校選作本科生和研究生教材，可謂使用範圍廣，教材的生命力強。
截至目前，本教材的總印數合計達到了20 000冊。除高校師生購買該教材作為教學用書外，尚有為數不少的從事地下工程設計與施工的專業技術人員也購買了該教材作為參考資料。由此可見，該教材在業界的使用範圍也相當廣。
本教材於2007年3月被遴選為建設部普通高等教育土建學科專業“十一五”規劃教材，於2020年被評為北京交通大學首屆優秀教材。2021年，本教材又被遴選為住房和城鄉建設部“十四五”規劃教材。
本教材主編賀少輝，曾經接到過不少使用本教材的任課教師的來電。他們認為，本教材是國內最好用的教材。我們也經常聽到專業技術人員對教材的評價，他們認為本教材論述問題清晰、角度獨到、言簡意賅，能切中要害；讀後，對專業問題的理解，常有醍醐灌頂之感。同時，專業技術人員也認為，一本優秀教材的主編所在的高校，其與教材直接相關的學科的水平也是優秀的、領先的，北京交通大學土建學科的地下工程專業方向，是我國地下工程的優勢和強勢專業方向和該方向人纔培養、科學研究的排頭兵。因此，這本教材也是北京交通大學作為我國地下工程專業方向人纔培養和科學研究排頭兵的一個優秀的對外展現。
綜合上述，我們主編的教材《地下工程》，是一本可學性與可讀性好、可教性強、基礎厚、內容全、涵蓋學術性前沿發展的優秀教材，具有明顯的社會影響力。為反映近十幾年來我國地下工程理論與技術的發展，便於廣大讀者使用本教材，主編人員對本教材進行了再版。本教材第2版的突出特色及創新點主要體現在以下幾點。
（1）在編寫內容和架構上，形成了一條完整的主線。第1篇講授與論述地下空間資源及開發利用價值，這一篇在國內的其他地下工程類教材中，基本上是鮮有論及的。第2篇講授與論述地下工程設計，在這一篇的最後，增加了一章地下工程結構設計示例，將更加凸顯教材的實用性和指導性。第3篇講授與論述地下水控制，這一篇在國內地下工程類教材中是獨一無二的。第4篇講授與論述地下工程施工，該篇在補全了施工方法、反映施工技術最新進展的基礎上，與第2篇相呼應，也增加了城市地鐵工程施工方法比選的示例。本教材共19章，內容特別完整，學生可學性、教師可教性和專業技術人員的可參考性特別強。
（2）針對地下工程的特點，突出了兩大學術論點：一是強調了地下空間是一種意義重大、需合理開發利用的總量有限的資源的學術觀點；二是突出了地下工程是由地層（圍岩）和支護/襯砌結構構成的具有復雜相互作結構體繫的學術論點。以這兩大學術論點統領本教材的編撰，站在了學術的至高點上，同時也使得本教材的學術主線特別清晰。
（3）地下工程類型繁多，一本教材實難做到面面俱到，在闡明地下工程的共性概念、原理、基本理論與方法的基礎上，針對交通類大學的人纔培養特點，彰顯了鐵路、公路、城市地鐵等交通地下工程特色。
（4）貫徹了可持續發展的工程建設理念，將施工過程中的地下水資源保護和綠色、安全高效施工融入了教材的編撰。
（5）反映了近年來地下工程結構設計理論和施工關鍵技術的最新進展，例如，將主編主持的最新的淺埋超大跨四線高鐵隧道的設計與施工技術成果和近年來由我國科技人員創立的、具國際領先水平的、並廣泛應用於我國城市地鐵車站建設的洞樁法（PBA法）、棚蓋法的設計理論和施工控制關鍵技術寫入了本教材。
（6）展現了我國地下工程建設的歷史成就和新時代的重大進展。例如，我國建成了世界上最多的難度和規模大的鐵路、公路隧道；在新時代，我國建成了居世界之冠的城市現代化地鐵；在地下工程建設中，我國形成了城市地下工程淺埋暗挖法、洞樁法（PBA法）、棚蓋法的原創理論和技術。本教材強調了作為我國地下工程建設人員的光榮感、自豪感，主動地、恰當地融入了立德樹人、課程思政素。
讀者在讀完本教材的內容後，可能有一個體會：我不僅掌握了地下工程的基本概念、基本原理、基本方法，同時也會進行地下工程結構設計和指導地下工程施工了！
高等學校的根本任務之一是培養學生的創造精神和創新能力，將創造與創新精神融入所編寫的教材是實現這一根本任務的具體體現，本教材第2版在這一方面尤其下了功夫。
本教材由北京交通大學地下工程繫和北京城建設計發展集團、北京地礦工程建設有限責任公司的從事長期教學科研和工程設計施工的教師與高級工程技術人員集體編寫。賀少輝教授任主編，葉鋒教授級高級工程師（總工程師）、曾德光教授級高級工程師（所長）、項彥勇教授、李兆平教授任副主編；張彌教授任主審。張彌教授以九秩高齡，不顧勞累，擔任主審，並欣然作序，給予了熱情鼓勵，提出了寶貴的審稿意見，更為本教材第2版添光加彩，在此深表敬意。
本書的編輯與出版得到了北京交通大學出版社高振宇、嚴慧明的鼎力相助，在此表示由衷的感謝。

作者通信地址：北京市海澱區上園村3號院北京交通大學土建學院地下工程繫
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賀少輝謹識於北京交通大學紅果園2021年1月