0、山言

        本章节的主要内容是关于地下工程与桥梁工程的概述，共有六部分内容：为什么要开发地下空间；何谓地下工程；地下工程如何建造；从独木桥到跨海大桥；丰富多彩的桥梁形式；桥梁的设计与施工。

        开启地下之门『地下工程』——徐学燕教授（哈尔滨工业大学）——31:10。

        天堑变通途『桥梁工程』——王玉银教授（哈尔滨工业大学）——18:45。

1、为什么要开发地下空间 

        开发地下空间，可以保护耕地、保持交通顺畅、改善居住环境、给子孙留下绿荫。因此我们必须开发城市地下空间以开拓新的土地资源。

2、何谓地下工程

        地下工程的定义——地面以下土层或岩体中修建的各种类型的地下建筑物或结构的工程，称为地下工程。

        地下工程古已有之。我国秦汉时期的陵墓、地下粮仓和引水渠道，均为地下工程的典范。

（1）地下公共交通

        山岭隧道、水下隧道。例如，青岛胶州湾隧道与重庆大坪隧道（三层隧道重叠叠罗汉）。

        地铁由区间隧道，地铁车站和区间设备段等设施组成。其中，隧道占据地铁的很大比重。1970年世界经合组织（OECD）对隧道定义——在地面以下按规定形状和尺寸修筑的横断面积大于2m^2的硐（dong4）室。

（2）地下商业中心

        地下商业中心有效利用地下空间实现人、车分流，有重要的社会作用和良好的经济效益。并且战备时地下商业中心的地下工程可改成人防地道。

（3）巨大的地下储库

        地上油库需设隔离带，而地下可采用水封油库，从而减少隔离带面积。

        坎儿井是荒漠地区一种特殊的灌溉系统，普遍分布于我国新疆吐鲁番地区。山麓地带地下水富集，修凿竖井是为了方便人们疏通暗渠。暗可以使水在直流过程中避免大量蒸发。地下水顺着倾斜的地势，通过暗渠输送到盆地里，维持绿洲的生存。

（4）城市地下综合体

        随着城市集约化和程度的不断提高，单一功能的地下单体公共建筑需要逐渐向多功能和综合化发展。而城市地下建筑空间要在不同条件下适应多种功能的需要，即成为多功能建筑。这种由多种不同功能的地下建筑空间组合在一起的建筑，即为城市地下综合体。

 3、地下工程如何建造

（1）基坑支护

        基坑的四周是松散的土体，为保证挖土工程人员的安全，进行支挡或加固侧壁的结构，称为支护结构。支护结构常采用水泥土桩墙、土钉墙、地下连续墙、桩墙在地下空间四周形成支护深度大，变形相对较小的结构。 

（2）地下通道

        对于较浅的地下通道可以采用明挖法，施工步骤是，开挖、建造、封盖。例如电缆沟施工。

        对于地下管道的铺设可以采用顶管法，例如，西气东输工程。

        对于隧道的挖掘则一般采用盾构法。即集开挖、推进、衬砌、安装等多种作业于一体，从而建成隧道空间的盾构施工方法简称为盾构法。

        对于水下隧道则一般采用沉管法，即沉管隧道。水下隧道常采用沉管隧道施工，就是将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，然后将相邻管段连接，使各节管段连通成为整体。

（3）人工冻结技术

        基坑支护结构是利用钢筋混凝土建成。因此在地下建筑物竣工后，钢筋混凝土就残留在土中，形成了污染。人工冻结技术利用土体自身材料形成支护体系很好地解决了污染问题。

        冻结法是将低温盐水通过冻结管向土层中输入冷能，使得冻结管侧壁周土体形成冻土柱，冻土柱不断向外扩展交接后形成连续封闭的冻土墙。冻土墙可抵抗土压カ，阻隔地下水侵入，形成无水的地下工程施工空间。其主要构造有进液管、回液管、冻结管、排水井等。进行支护时，结构主要包括保温层、冻结管以及冻土墙。

        人工冻结技术古已有之。据《三国志》记載，曹操西征马超时，因沙土之地，筑垒不成。后谋士娄子伯献“泼水结冰”之计，令兵士于夜晚担土波水，随筑随冻。等到天明土城筑就，成功抵御了马超的进攻。 

       人工冻结技术广泛应用于城市土木工程、矿山竖井工程、地铁、输水管道、地下隧道及液化石油气等地下仓储工程。其在国际上已有130年的历史，是比较成功和成熟的技术。在我国深圳、广州、上海、南京、北京、天津地铁中得到广泛的应用。

        目前我国地下工程规模大，技术复杂，需要解决的困难都是史无前例，世无先例！我们必须加倍努力学习，踏实工作，勇于创新，从而去创造不愧于时代的地下工程以及灿烂的未来！

4、从独木桥到跨海大桥

（1）古代桥梁

        梁桥、索桥、拱桥、浮桥、独木桥、石桥、树桥。

        攀藤而渡——索桥（吊桥）。公元前251年四川益州李冰，笮桥、竹索桥。

        乘船过河——浮桥。

        拱架桥——古罗马输水桥。

（2）现代桥梁

        铸铁桥、链杆柔式悬索桥、钢结构桥、钢混凝土桥、斜拉桥、预应力混凝土桥（大跨度）。

        1937年，茅以升，钱塘江大桥；1957年，武汉长江大桥；1968年，南京长江大桥；2009年，朝天门大桥（钢桁架拱桥）；2008年，苏通长江大桥（双塔斜拉桥）；2009年，西堠门大桥（钢箱梁悬索桥）；2011年，青岛海湾大桥（跨海大桥）。 

5、丰富多彩的桥梁形式

（1）桥梁的组成

        ①上部结构：a、桥跨结构——直接承担使用荷载；b、支座系统——支承桥跨结构并传递荷于墩台上。

        ②下部结构：a、桥墩桥台——将上部结构的荷载传递到基础；b、墩台基础——将桥梁结构的反力传递到地基。

        ③附属设施：桥面铺装、排水防水系统、栏杆、伸缩缝和灯光照明等。

（2）桥梁结构类型分类

        ①固定式桥梁——梁桥、拱桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥。

        ②非固定式桥梁——开启桥、浮桥、漫水桥。

（3）梁式桥——主梁受弯

        用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。其上部结构在竖向荷载作用下，支点只产生竖向反力。（简支梁桥、连续梁桥）。梁桥又称平桥，独木桥属于梁桥。由于实腹梁不经济，因此常用桁架桥。主梁的静力体系包括简支梁、连续梁以及双悬臂梁桥。

（4）拱桥——拱券或拱肋受压

        在以承受轴向压力为主的拱券或拱肋作为主要承重构件的桥梁，其在拱脚处将产生水平推力。（两铰拱、三铰拱、无铰拱）。拱桥可分为上承式、中承式、下承式。

（5）刚架桥——构件受压弯

        刚架桥是一种介于梁与拱之间的结构体系，它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下部柱（或墩）整体结合在一起的结构。（例如门式刚架桥）。刚架桥受力状态及跨越能力介于梁桥与拱桥之间，因此截面尺寸小于梁桥（需要净空或建筑高度受限情况下可以考虑刚架桥）。

（6）斜拉桥——缆索受拉

        斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，由承压的塔受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。主要包括，主塔、拉索及桥面系。

（7）悬索桥——缆索受拉

        悬索桥是通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。主要包括，主缆、主塔、吊杆及锚碇。 悬索桥的特点是，刚度小、跨越能力强。

 6、桥梁的设计与施工

        桥梁设计需依据——合理性、造价、社会价值、与环境的和谐、跨度、水文条件等。桥梁设计需要确定结构形式、场地条件、从而初步确定施工方案。

        桥梁设计前，先确定桥梁的用途（用途分类包括，人行桥、城市立交桥、公路桥、铁路桥、公铁两用桥、管线桥、运水桥）；然后确定桥梁的材料（例如拱桥按材料可分类为木、石、钢筋混凝土、钢、钢管混凝土拱桥等）；再确定桥梁的跨径（特大、大、中、小、涵洞等）。之后才可以根据确定后的形式进行设计。

        100m和1000m拱桥在设计方面难度相差不大，但施工方面难度差距悬殊。并且不同的桥梁设计，需要的施工方法也不同，例如，钢管混凝土拱桥常见的施工方法有支架法、转体法、整体吊装法、缆索吊装法、混合吊装法等。最后，桥梁的设计施工，最好需同周围形成和谐之美。