地下工程的应用与发展

地下工程在我国的应用与发展

郑学雄30903278

摘要：21世纪地下空间的开发利用被人们所重视。本文讲述地下工程在我国的各类地下工程的开发现状和发展。

关键词：地下工程地下空间城市隧道

前言

地下工程是指深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程.地下建筑用途很广，如交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场、过街和穿越障碍的地下通道；工业与民用的各种地下车间、电站、矿井、储藏库、商店、人防与市政（城市下水道、电缆隧道）地下工程；文化、体育、娱乐与生活等方面的联合建筑体，还有军事等方面的地下设施。

由于快速的工业化和人口的高度城市集中化，为缓解或从根本上解决人口增长对城市环境的压力和威胁，修建各种城市隧道和地下构筑物在世界各国呈现急剧增长的趋势。在城市向现代化发展的同时，离开地下设施几乎不能够维持或者根本无法发展。一般规模的城市，其煤气供应管道、供水、排污、电、通讯、远距离的供热等是必须的地下设施，在超过50多万人口的大中城市，除以上外，还有市区轨道交通、郊区火车、汽车及电车和人行走道等的运输隧道，在人口超过数百万的大或特大城市，还有地下购物商店，地下文化设施(博物馆等〕、地下住宅、地下办公室、地下停车场、地下行人通道、储蔽室及废物处里地等集生活、储存、运艳及废物处置的地下设施。

国际上提出一种普遍接受的观点；认为19世纪是“桥”的世纪，20世纪是“高层建筑”的世纪，21世纪将是人类开发和利用“地下空间”的世纪。

地下空间开发利用与地上空间开发利用相比有其独到之处。地下空间恒温性、恒湿性、隔热性、气密性、安全性等诸多方面远远优于地上空间。

我国地下空间的开发和利用始于60年代。1965年北京建设地下铁道。70年代，我国修建了大量地下人防工程，其中相当一部分目前已得到开发利用，改建为地下街、地下商场、地下工厂和储藏库。

一．公路、铁路隧道

虽然比起欧美和日本，我们起步比较完。然而近几年铁路与公路隧道的大力建设，在全球的隧道发展速度都是最快的。1874年我国开始修建第一条上海至吴淞的窄轨铁路。1898~1904年修建了长度为3078米的兴安岭隧道，这是当时亚洲最长的宽轨铁路隧道。于1908年建成的还有我国自行修建的第一座越岭铁路隧道，著名的八达岭隧道。还有我国最长的铁路隧道：兰新铁路乌鞘岭特长隧道，长20.05千米。我国最长公路隧道：秦岭终南山隧道等等著名的隧道。

二．城市地铁隧道

据全世界的统计，在过去的30到40年间，人口超过50万的100多个城市修建或正要修建在地下运行的地铁、城市轨道或快速运输系统。截止1999年，世界上约有70个城市建有地铁运输系统。目前日本有运营地铁的城市达11个，共37条线长度约601km，其中282km在东京。东京的地铁发展异常迅速，这与人口的增长和城市交通的拥挤是直接有关的，例如东京乘坐地铁的人数从1955年的3.7%到今天的25%，1955年每天平均乘座人数大约在30万人左右，而1995年增长到每天约760万人。在德国，自1990年来，平均每年修建的运输隧道大约有25km，其中10到12km 为地铁、城市和快速运输系统隧道，约5km为长距离铁路隧道,10km为公路隧道，城市隧道占到40%左右。从这两个国家的城市修建隧道来看，一是在大城市，隧道的修建日益增长，二是在整个国家运输系统中城市输送的作用愈来愈起到重要的作用。

由于一般大都市的市区地皮价值高昂，将铁路建于地底，可以节省地面空间，令地面地皮可以作其他用途。铁路建于地底，不但节省地面空间，还大大减少地面的噪音；。而且地铁的行驶路线不与其他运输系统（如地面道路）重叠、交叉，因此行车受到的交通干扰较少，可节省大量通勤时间。在全球暖化问题下，地铁是最佳大众交通运输工具。由于地铁行车速度稳定，大量节省通勤时间，使民众乐于搭乘，也取代了许多开车所消耗的能源，一般的汽车使用汽油或石油作为能源，而地铁使用电能，没有尾气的排放，不会污染环境。

正因为地铁有如此多的好处，所以中国近些年大力开发地铁交通。中国目前是世界地下空间开发利用的大国。城市轨道交通建设速度位居世界首位，史无前例。据建设部统计，15个城市近期建设规划了61条路线，共长1700公里。目前已经开工建设1000KM线路，已建成运营581公里线路。预测到2020年，我国将有30个左右的城市发展以地铁为主的城市轨道交通。北京是作为首都是中国第一座拥有地铁线路的城市。北京地铁系统拥有14条线路，拥有车站191座，线路总长339.5公里。北京地铁日平均客流量510万人次，是中国第二，世界第五繁忙的地铁系统。另外还有3条路线正在建设中，4条线路还在规划中。北京常住人口就近2000万，正是因为有这庞大的地铁网才使得北京的交通没有瘫痪。

上海轨道交通，又称上海地铁，其第一条线路于1995年4月10日正式运营，是继北京地铁、天津地铁建成通车后中国内地投入运营的第三个城市轨道交通系统，也是目前中国线路最长的城市轨道交通系统。截止2010年4月20日，上海轨道交通线网已开通运营11条线、266座车站，运营里程达410公里（不含磁浮示范线），另有全线位于世博园区内，仅供世博园游客和工作人员搭乘的世博专线，近期及远期规划则达到510公里和970公里。目前，上海轨道交通的总长超过400公里，位居世界第一。

天津地铁是中国继北京后第2个拥有城市轨道交通系统的城市。始建于1970年4月7日。1976年1月，天津地铁既有线先期建设了3.6公里，1984年12月28日，西北角站和西站开通，天津地铁总里程达到了7.4公里。2010年地铁客运量4181.15万人次；轻轨客运量2251万人次。

广州地铁是中国广东省广州市的城市轨道交通系统，于1997年6月28日开通。广州地铁由广州市地下铁道总公司负责营运管理，现有1号线、2号线、3号线、4号线、5号线、8号线、广佛线及APM线，广州地铁总里程236KM（包括广佛线广州段），是中国第三大城市轨道交通系统。而广州地铁的远期规划长度是600公里。

深圳地铁是中国广东省深圳市的城市轨道交通系统。始建于1999年，于2004年12月28日正式通车。随着深圳地铁的开通，深圳已成为大中华地区继北京、香港、天津、上海、广州及台北后第七个拥有地铁系统的城市。截止到2011年6月，深圳地铁2期工程已全线开通，5条线路，全长共计178公里。

近些年南京、大连、重庆等一些大城市也相继开通了城市地铁。杭州、沈阳、成都、哈尔滨、西安、厦门、苏州、青岛、东莞、宁波、佛山、石家庄、郑州、长沙、兰州等33个城市正在建设、筹建或规划中。

三.城市地下市政建设

世界上有许多国家建设向地下发展，如地下商场、地下冷藏室、地下仓库、地下游泳池、地下车库等等。修建地下民用建筑，可以更充分利用城市面积；修建地下冷藏库有明显的优点，可以将十几、二十几米厚的地层冷冻起来，即使停电半个月，温度仍可保持在零度一下。地下体育馆、游泳池等都是因此而保温性好，受人们的青睐。

近十几年来，我过城市地下空间资源的开发利用，正逐步走向城市改造和建设相结合的轨道。一些大中城市相继开始或完成了城市地铁、商业街为主体的地下空间开发规划，并且已经拥有大型的地下设施。

国内地下空间开发利用特点：在人防工程建设方面，采用平战结合的形式，其主要方向是与城市建设结合，以提高地下空间的室友效率。

我国城市地下空间的总体规模和总量激将据世界首位。以北京，沈阳为例子，北京地下空间建成面积已达到3000万m2,近些年北京全市的地下空间平均每年增加的建筑面积约300万m2,占总建筑面积的约10%。地下空间中建设地下停车空间约占30%,地下交通集散空间约占30%,其余为商业设施、设备用房等。到2020年，北京地下空间讲达到9000万m2。沈阳市地下空间总面积已经超过1000万平方米。根据规划，至2020年，城市核心区地下空间开发总规模约为2700万平方米。

四．水利、水电地下工程

调水工程在我国已有若干工程实例，南水北调工程的开展，将会出现很多输水隧道。调水工程翻山越岭，必须打通隧道，如引大入秦修建的盘道岭隧道长10多公里、引黄入晋工程修建的21公里长隧道等。

地下水电站厂房设置在地下。它一般是由立体交叉的硐室群组成。其主要优点是厂房不占地面位置，与地面水工建筑物施工干扰较少，工期较短。采用这种厂房形式的首要条件是地质上能满足硐室对稳定性的要求，厂房位置要避开地质上大断裂；对地应力大的地方要考虑厂房硐室处于最有利的地应力方向，并比较各种硐室的断面形式（一般为城门洞形、椭圆形等），改善硐室的周边应力条件。硐室的跨度大小反映出开挖技术上的难度。中国鲁布革水电站地下式厂房采用水轮机平面扭转一角度的布置方式，使硐室跨度大为减小；同时对硐室采用喷锚技术，并用岩石力学和弹塑性理论、有限元法、模型试验方法等进行设计，从而降低了工程造价。

据统计，目前世界上已经有400多座地下电站，而我国只有40余座。可以想象，对于我们这样国土辽阔、人口众多、发展迅速的国家，在今后几十年内必然要建造大量的地下水电站。

结语

当今时代，可持续发展作为国策摆在每个学科和产业面前，人类应顺应这一潮流，开拓新的空间资源。地下空间是迄今尚未被充分利用的一种自然空间资源，具有很大的开发潜能。因此，有理由认为，地下工程与地下建筑在未来相当长的时间内有着非常广阔的前景。