《地下工程》（第2版）结合近年来地下工程设计理论与施工技术的发展，较为系统地介绍了地下工程规划与设计的基本概念、基本原理、主要理论和方法，以及地下工程主要施工方法的工艺过程和技术要点，力求系统、全面，且重点突出、有所侧重。全书共分4篇19章，主要内容包括地下空间资源及开发利用价值、地下工程地质环境及围岩分级、交通地下工程规划、地下结构设计方法、地下结构计算理论、交通地下工程支护结构类型及参数设计、地下工程结构防水、地下工程结构设计示例、地下水赋存及运动的基本理论、地下水对地铁等地下工程施工的影响、地下工程施工的地下水控制综合技术、地下工程施工方法、地下工程施工监控量测等。《地下工程》（第2版）主要作为高等学校土木工程专业本科生和研究生地下工程课程的教材或参考书，也可供从事地下工程研究、设计和施工的人员参考。
《地下工程》由北京交通大学优秀主讲教师贺少辉主编，获评住房和城乡建设部十四五规划教材、建设部普通高等教育土建学科专业十一五规划教材。本书第1版自出版以来，被国内不少高校选作教材，被众多专业技术人员选作参考书。为了全面反映规范、标准修订成果和地下工程最新进展，作者对教材进行更新而出版了第2版。第2版教材有两大特点。其一，本书为新形态教材，通过扫描扉页二维码可获取课件和教学视频资源。其二，本书内容丰富，篇幅超过500页，分为4篇19章，较为系统地介绍了地下工程规划与设计的基本概念、原理和施工方法等，值得大学生、研究生、从事地下工程规划、设计和施工的技术人员阅读。
地下工程是北京交通大学的传统强势学科之一。在新世纪，面对国家工程建设的大发展，我校应该保持这一优势，且更应有所作为。为达此目标，有赖于两大方面的成就：一是优秀的教学质量，另一是突出的科研贡献。
地下工程是理论性和实践性俱强的学科。大学生要学好这门课程，我认为有三点最重要：一是教材，二是学生的兴趣和努力，三是教师的布道功夫，且这三者是关联和统一的。
教材是基础，是学生学习和教师组织教学的纲。教师教学好比牧羊。一本好的教材好比一片肥美的草原，能不能把学生引领到这片肥美的草原，那要看牧羊人的功夫；但前提是要有这片草原。
《地下工程》于2006年2月出版，2007年3月被遴选为建设部普通高等教育土建学科专业十一五规划教材，并于2008年3月出版了修订本，2020年被遴选为北京交通大学首届优秀教材。本教材自出版发行以来被国内30多所高校选作教材，并被众多的专业技术人员选作参考书，发行量达2万册，受到了广泛的欢迎！尤为欣喜的是，经过主编人员的共同努力，为反映教材出版发行十几年来我国地下工程理论和技术的进展，将要出版发行《地下工程》（第2版）！我期待着教材第2版尽快付梓。
主编贺少辉教授(博士生导师)是北京交通大学优秀主讲教师，一直在本科生、研究生教学第一线，并作为地下工程课程群的负责人主持这一专业方向的教学。教研相长，他在科学研究和为重大工程提供技术服务方面，同样出色。贺少辉、曾德光、叶锋、项彦勇、李兆平编写的这本教材贯彻了这样的编写原则：贯穿地下工程是由围岩和支护结构组成的结构体系这一主线，吸收地下工程学科领域的最新理论和工程技术成果，以基本原理、基本概念和基本方法的阐述为主，强调内容的系统性、完整性，在关键知识点上力求新、精、深。应该说，这是目前国内全面反映规范、标准修订成果和地下工程最新进展的一本地下工程学科的高等学校教材，也是本教材区别于其他同类教材的显著特点之一，值得大学生、研究生、从事地下工程规划、设计和施工的技术人员捧读。
作为主审，审读之余，很自然地为这本教材的出版做了上述感言。
中国著名隧道与地下工程专家张弥
2021年1月
于北京交通大学红果园地下工程前言前言
《地下工程》出版于2006年2月，修订于2008年3月。本教材自出版发行以来，除主编所在的北京交通大学一直将其用作本科生和研究生教材外，又被国内其他30多所院校选作本科生和研究生教材，可谓使用范围广，教材的生命力强。
截至目前，本教材的总印数合计达到了20 000册。除高校师生购买该教材作为教学用书外，尚有为数不少的从事地下工程设计与施工的专业技术人员也购买了该教材作为参考资料。由此可见，该教材在业界的使用范围也相当广。
本教材于2007年3月被遴选为建设部普通高等教育土建学科专业十一五规划教材，于2020年被评为北京交通大学首届优秀教材。2021年，本教材又被遴选为住房和城乡建设部十四五规划教材。
本教材主编贺少辉，曾经接到过不少使用本教材的任课教师的来电。他们认为，本教材是国内最好用的教材。我们也经常听到专业技术人员对教材的评价，他们认为本教材论述问题清晰、角度独到、言简意赅，能切中要害；读后，对专业问题的理解，常有醍醐灌顶之感。同时，专业技术人员也认为，一本优秀教材的主编所在的高校，其与教材直接相关的学科的水平也是优秀的、领先的，北京交通大学土建学科的地下工程专业方向，是我国地下工程的优势和强势专业方向和该方向人才培养、科学研究的排头兵。因此，这本教材也是北京交通大学作为我国地下工程专业方向人才培养和科学研究排头兵的一个优秀的对外展现。
综合上述，我们主编的教材《地下工程》，是一本可学性与可读性好、可教性强、基础厚、内容全、涵盖学术性前沿发展的优秀教材，具有明显的社会影响力。为反映近十几年来我国地下工程理论与技术的发展，便于广大读者使用本教材，主编人员对本教材进行了再版。本教材第2版的突出特色及创新点主要体现在以下几点。
（1）在编写内容和架构上，形成了一条完整的主线。第1篇讲授与论述地下空间资源及开发利用价值，这一篇在国内的其他地下工程类教材中，基本上是鲜有论及的。第2篇讲授与论述地下工程设计，在这一篇的最后，增加了一章地下工程结构设计示例，将更加凸显教材的实用性和指导性。第3篇讲授与论述地下水控制，这一篇在国内地下工程类教材中是独一无二的。第4篇讲授与论述地下工程施工，该篇在补全了施工方法、反映施工技术最新进展的基础上，与第2篇相呼应，也增加了城市地铁工程施工方法比选的示例。本教材共19章，内容特别完整，学生可学性、教师可教性和专业技术人员的可参考性特别强。
（2）针对地下工程的特点，突出了两大学术论点：一是强调了地下空间是一种意义重大、需合理开发利用的总量有限的资源的学术观点；二是突出了地下工程是由地层（围岩）和支护/衬砌结构构成的具有复杂相互作用的二元结构体系的学术论点。以这两大学术论点统领本教材的编撰，站在了学术的至高点上，同时也使得本教材的学术主线特别清晰。
（3）地下工程类型繁多，一本教材实难做到面面俱到，在阐明地下工程的共性概念、原理、基本理论与方法的基础上，针对交通类大学的人才培养特点，彰显了铁路、公路、城市地铁等交通地下工程特色。
（4）贯彻了可持续发展的工程建设理念，将施工过程中的地下水资源保护和绿色、安全高效施工融入了教材的编撰。
（5）反映了近年来地下工程结构设计理论和施工关键技术的最新进展，例如，将主编主持的最新的浅埋超大跨四线高铁隧道的设计与施工技术成果和近年来由我国科技人员创立的、具国际领先水平的、并广泛应用于我国城市地铁车站建设的洞桩法（PBA法）、棚盖法的设计理论和施工控制关键技术写入了本教材。
（6）展现了我国地下工程建设的历史成就和新时代的重大进展。例如，我国建成了世界上最多的难度和规模大的铁路、公路隧道；在新时代，我国建成了居世界之冠的城市现代化地铁；在地下工程建设中，我国形成了城市地下工程浅埋暗挖法、洞桩法（PBA法）、棚盖法的原创理论和技术。本教材强调了作为我国地下工程建设人员的光荣感、自豪感，主动地、恰当地融入了立德树人、课程思政的教学元素。
读者在读完本教材的内容后，可能有一个体会：我不仅掌握了地下工程的基本概念、基本原理、基本方法，同时也会进行地下工程结构设计和指导地下工程施工了！
高等学校的根本任务之一是培养学生的创造精神和创新能力，将创造与创新精神融入所编写的教材是实现这一根本任务的具体体现，本教材第2版在这一方面尤其下了功夫。
本教材由北京交通大学地下工程系和北京城建设计发展集团、北京地矿工程建设有限责任公司的从事长期教学科研和工程设计施工的教师与高级工程技术人员集体编写。贺少辉教授任主编，叶锋教授级高级工程师（总工程师）、曾德光教授级高级工程师（所长）、项彦勇教授、李兆平教授任副主编；张弥教授任主审。张弥教授以九秩高龄，不顾劳累，担任主审，并欣然作序，给予了热情鼓励，提出了宝贵的审稿意见，更为本教材第2版添光加彩，在此深表敬意。
本书的编辑与出版得到了北京交通大学出版社高振宇、严慧明的鼎力相助，在此表示由衷的感谢。
作者通信地址：北京市海淀区上园村3号院北京交通大学土建学院地下工程系
邮政编码：100044
E-mail:shhhe@bjtueducn
贺少辉谨识于北京交通大学红果园2021年1月
贺少辉，北京交通大学教授、博导。北京交通大学优秀主讲教师，国际隧协（ITA）工作组成员/中国隧道与地下工程学会荣誉理事/北京市建设委员会专家组专家组长之一/北京市地铁建设专家组核心专家/核心期刊《隧道建设》编委。
绪论1
第1篇地下空间资源及开发利用价值
第1章地下空间资源及开发利用价值7
11地下空间利用的基本概念7
111地下空间的含义7
112地下空间利用的历史沿革7
113地下空间发展的宏观背景10
12地下空间资源的潜在与实际价值11
121地下空间资源11
122开发地下空间的战略意义13
123地下空间的城市功能15
124地下空间的开发价值与综合效益16
13地下空间的防灾及环境特性18
131地下空间抗御外部灾害的能力18
132地下空间的内部防灾要求20
133地下空间与生态环境21
134地下空间的内部环境要求23
14地下空间开发的法律与政策问题24
141法律问题24
142政策问题26
第2篇地下工程设计
第2章地下工程地质环境及围岩分级(类)29
21概述29
22围岩结构分类及其破坏特征30
221岩体结构分类31
222地下工程围岩失稳破坏性态31
23围岩的初始应力场32
231围岩的初始应力场的组成自重应力场和构造应力场32
232围岩的初始应力场的变化规律与影响因素33
233围岩的初始应力场的确定方法35
24围岩稳定性的影响因素及围岩分级因素与指标的选择41
241影响围岩稳定性的主要因素42
242分级(类)的因素指标及其选择44
25国内外主要地下工程围岩分级(类)标准46
251国内主要地下工程围岩分级(类)标准47
252国外主要围岩分类系统简介62
第3章交通地下工程规划67
31地下工程投资分析67
32交通地下工程规划68
321山岭隧道的规划68
322水底隧道的规划72
323城市地下铁道的规划75
33交通隧道的限界与构造形式77
331交通隧道结构的限界与净空要求77
332铁路隧道曲线地段断面加宽79
333交通隧道结构的构造形式82
第4章地下结构的设计方法86
41地下结构的设计内容与目的86
42地下结构的具体设计计算方法87
421容许应力法87
422破损阶段法88
423极限状态法按结构可靠度设计88
424支护设计的特征曲线法88
425支护结构的工程类比设计法90
43地下结构设计的方法论90
第5章地下结构计算理论92
5.1地下结构的受力特点和力学计算模型92
5.2荷载结构模型中荷载的计算方法94
5.2.1荷载（作用）及其分类、组合94
5.2.2主动围岩压力的计算97
5.2.3围岩被动反力的计算103
5.2.4地下水压力和浮力的计算104
5.2.5地震力的计算105
5.3地下结构内力的计算方法107
5.3.1荷载结构法107
5.3.2地层结构法116
第6章交通地下工程支护结构类型及参数设计127
61地下工程围岩与支护结构的共同作用127
611围岩特征曲线127
612支护结构的补给曲线（支护特征曲线）128
613围岩与支护结构的相互作用130
62支护结构的设计原则131
621对支护结构的基本要求131
622支护结构类型的选择和设计132
63铁路隧道支护类型的选择和设计参数133
64公路隧道支护类型的选择和设计参数142
641支护（衬砌）类型及其选择142
642分离式独立双洞隧道复合式衬砌设计参数142
643小净距及连拱隧道支护类型选择及设计参数143
65盾构隧道衬砌结构类型选择与参数设计144
651盾构隧道衬砌结构类型选择144
652横截面内轮廓和结构尺寸拟定148
653盾构法施工时特殊地段的衬砌149
第7章地下工程防水151
71地下工程防水的重要性151
72地下工程中常遇的地下水151
73地下工程防水设计原则和要求152
731设计原则152
732设计要求154
74地下工程防水等级和设防要求155
741地下工程的防水等级155
742地下工程的防水设防要求155
75地下工程防排水系统157
76地下工程防水层的材料158
761卷材防水层158
762涂料防水层159
763塑料防水板防水层159
764膨润土(纳米)板(毯)防水层160
77地下工程混凝土结构自防水162
78地下工程混凝土结构细部构造防水163
781变形缝防水163
782施工缝防水构造164
783后浇带防水165
79盾构法隧道结构防水166
791管片防水167
792管片接缝防水167
710北京地铁区间暗挖隧道复合式衬砌可穿刺自愈合材料防水新技术与新工艺173
7101地铁暗挖隧道复合式衬砌防水技术及工艺发展历史173
7102可穿刺、自愈合防水材料174
7103地铁区间暗挖隧道复合式衬砌可穿刺、自愈合材料防水新技术及新工艺179
7104工程应用结论188
第8章地下工程结构设计示例189
81算例说明189
82明挖车站结构计算案例189
821工程概况189
822内力计算192
823计算结果分析203
83洞桩（柱）法车站结构计算案例204
831工程概况204
832内力计算207
833计算结果分析227
84盾构法区间隧道计算案例228
841工程概况228
842正常使用阶段内力计算231
843计算结果分析238
85矿山法区间隧道计算案例238
851工程概况238
852内力计算242
853计算结果分析252
第3篇地下水控制
第9章地下水赋存及运动的基本理论255
91岩土中水的存在形式255
911气态水255
912结合水255
913重力水256
914毛细水256
915固态水257
916矿物水257
92岩土的水理性质257
921容水性258
922持水性258
923给水性258
924透水性259
925毛细性259
93地下水的赋存260
931包气带与饱水带260
932含水层与隔水层260
933不同埋藏条件的地下水261
934水文地质单元与水文地质边界263
935不同岩土介质中的地下水265
94地下水的运移267
941地下水的渗流267
942渗流的基本定律269
95流向井的地下水运动270
951地下水的稳定井流270
952地下水的非稳定井流273
953地下水流向直线边界附近完整井的运动277
954井群干扰的计算280
96地下水的渗透破坏作用281
961流砂281
962管涌282
963突涌282
第10章施工降水方案与设计计算284
101施工降水的特点、作用、原则和方法284
1011施工降水的特点284
1012施工降水的作用285
1013施工降水方案的制定原则285
1014施工降水方法的选择286
102制定施工降水方案应掌握的资料286
1021地质、水文地质资料286
1022基坑支护结构设计资料287
1023工程场地周边的环境状况资料287
103水文地质勘察的内容及要求287
1031勘察孔布置287
1032抽水试验288
1033水文地质参数计算289
104降水设计计算292
1041降水参数的确定292
1042基坑涌水量计算293
1043单井出水能力计算297
1044降水井数量及间距的确定298
1045水位降深检验298
第11章地下工程施工降水技术299
111管井降水299
1111管井降水及自渗降水的工作特性及适用条件299
1112管井设计300
1113管井施工302
1114管井降水维护管理307
1115工程实例308
112辐射井降水312
1121辐射井降水的原理及特点312
1122辐射井设计312
1123辐射井施工314
1124工程实例320
113轻型井点降水324
1131轻型井点降水原理及适用条件324
1132轻型井点种类及特点324
1133轻型井点布置325
1134轻型井点施工326
1135轻型井点降水维护管理329
114喷射井点降水329
1141喷射井点降水的原理及适用条件329
1142喷射井点施工330
115真空管井降水332
1151真空管井降水系统的工作原理及适用条件332
1152真空管井降水设计332
1153施工工艺333
1154抽水系统的自动控制334
1155工程实例334
116明排降水339
1161明排降水的特点及适用条件339
1162明排降水施工339
117降水监测与管理339
1171水位观测339
1172水量观测340
1173出水含砂量监测341
1174建、构筑物及地面沉降监测341
第12章地下工程施工降水引起的环境问题及对策343
121降水引发的地面沉降343
1211地面沉降的发生机制343
1212地质环境模式与地面沉降345
1213地层的固结特性与地面沉降345
1214地面沉降预测计算346
1215降水引发地面沉降的一般规律347
122地下水回灌348
1221回灌井的布设348
1222回灌水质要求349
1223管井回灌技术350
1224回灌过程中经常出现的问题及处理方法351
123工程降水与水资源的再利用353
第13章水泥土搅拌桩帷幕354
131概述354
1311水泥土搅拌法的特点354
1312水泥土搅拌桩的作用354
132水泥土搅拌桩的加固机理355
1321水泥的水解和水化反应355
1322土颗粒与水泥水化物的作用355
1323碳酸化作用355
133水泥土的物理力学性质356
133１物理性质356
133２力学性质356
134水泥土搅拌桩施工357
1341施工顺序和工艺流程357
1342施工要点358
1343施工质量控制措施359
1344改善搅拌桩强度的技术措施360
135水泥土搅拌桩新发展361
1351预钻孔成桩方式361
1352TRD工法362
第14章冻结帷幕363
141概述363
142冻结制冷系统363
1421氨（氟利昂）-盐水冻结制冷系统363
1422液氮冻结系统364
143冻结温度场364
1431冻结壁的形成364
1432冻结壁温度场的影响因素365
144冻胀和融沉效应366
1441冻胀效应366
1442融沉效应367
145冻土强度367
1451冻土的抗压强度367
1452冻土的抗拉强度369
1453冻土的抗剪强度370
146盾构隧道联络通道冻结法设计370
1461冻结壁设计370
1462冻结孔设计373
1463制冷系统设计373
147冻结施工376
1471冻结钻孔施工376
1472穿透孔施工378
1473冻结站安装378
1474清水、盐水泵及管路安装379
1475保温施工379
1476冻结器连接安装379
1477仪器仪表安装380
1478溶解氯化钙和机组充氟、加油381
1479积极冻结与维护冻结381
14710结构充填注浆与融沉补偿注浆383
14711冻结孔管封堵处理383
148冻结施工监测384
1481冻结站制冷系统运转监测384
1482冻结制冷盐水温度、流量、冻结器回路监测384
1483冻结温度场监测384
1484泄压孔压力监测385
1485冻胀力监测385
149工程实例385
1491工程概况385
1492冻结方案设计388
1493冻结施工392
1494冻结效果392
1495结构充填注浆及结构渗漏注浆395
第15章高压喷射注浆帷幕396
151概述396
1511高压喷射注浆的分类396
1512高压喷射注浆的作用397
1513高压喷射注浆的特点397
152浆液材料397
1521浆液特性 397
1522水泥浆材398
153旋喷固结体的基本性状399
154高压喷射注浆施工400
1541设备和机具400
1542高压喷射技术参数400
1543施工准备401
1544施工工艺401
1545质量检验403
155高压喷射注浆技术的新发展403
1551全方位高压喷射注浆技术（MJS工法）403
1552双高压旋喷注浆技术（RJP工法）404
1553水平旋喷技术404
第16章注浆帷幕407
161概述407
162注浆材料408
1621注浆材料的分类及要求408
1622注浆材料的主要性能409
1623常用注浆浆液411
1624注浆材料的选择420
163注浆机理421
1631渗透注浆421
1632压密注浆421
1633劈裂注浆421
164常用的注浆施工工艺422
1641全孔一次性注浆422
1642分段后退式注浆422
1643分段前进式注浆423
1644袖阀管注浆423
1645注浆顺序424
165注浆试验425
166注浆效果检验与评定427
1661分析类方法427
1662检查孔类方法428
1663过程类方法428
1664物探类方法429
1665注浆效果评价标准429
第17章地下连续墙与水下浇筑混凝土封底止水430
171工程概况430
172地质和水文条件430
173水下开挖技术432
174水下浇筑混凝土封底技术434
第4篇地下工程施工
第18章地下工程施工方法437
181地下工程明挖法施工437
182地下工程盖挖逆作法施工439
183山岭隧道新奥法施工441
1831山岭隧道工程特点441
1832隧道施工方法及其选择442
1833新奥地利隧道施工法岩石地层的新奥法施工443
184城市地下工程浅埋暗挖法施工449
1841地铁区间隧道的浅埋暗挖法施工449
1842地铁车站的暗挖法施工453
1843城市地下工程暗挖法施工控制地层沉降的主要措施463
185新意大利法隧道施工463
186盾构法及TBM法施工466
1861盾构法施工及其适用范围467
1862盾构选型468
1863盾构法施工473
1864TBM施工简介476
187沉埋管段隧道施工法477
18.8地铁车站施工方法比选案例479
18.8.1车站工程概况479
18.8.2工程地质及水文地质概况480
18.8.3车站施工方法的论证与方案比选481
18.8.4地下水控制方案482
18.8.5明（盖）挖部分的施工方案482
18.8.6暗挖部分的施工方案485
第19章地下工程施工监控量测489
191地下工程施工监测意义489
192监测方案的编制489
193地下工程施工主要监测项目490
194监测资料的整理分析与反馈496
参考文献500
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