第三节 地下工程的分类、组成及构造

一、地下工程的分类

(一)按地下工程的用途分类

地下工程按用途分为：地下交通工程、地下人防工程、地下国防工程、地下贮库工

程、地下工业工程、地下商业工程、地下农业工程、地下居住工程、地下旅游工程、地下

宗教工程、地下市政管线工程等。

(二)按地下工程的存在环境及建造方式分类

1.岩石中的地下工程

岩石中的地下工程包括如下三种形式，一是现代城市在岩石中建设的各种地下工

程;二是开发地下矿藏、石油而形成的废旧矿井空间加以改造利用而形成的地下工程，

如改造利用已没有价值的废旧矿井，用作兵工厂、军火仓库等，相对来说投资少，见

效快，变废为宝，是充分利用空间资源的好途径;三是利用和改造天然溶洞形成的地

下工程。 ：4

2.土中地下工程

根据建造方式分为单建式和附建式两类。单建式地下工程是指地下工程独立建在土

中，在地面以上没有其他建筑物;附建式地下工程是指各种建筑物的地下室部分。

(三)按地下工程的开发深度分类

按开发深度分为三类：浅层地下工程、中层地下工程和深层地下工程。

1.浅层地下工程。

一般是指地表至一10m深度空间建设的地下工程，主要用于商业、文娱和部分业务

空间。

2.中层地下工程。

是指一10～一30m深度空间内建设的地下工程，主要用于地下交通、地下污水处理

场及城市水、电、气、通信等公用设施。

3.深层地下工程。

主要是指在一30m以下建设的地下工程，如高速地下交通轨道，危险品仓库、冷库、

油库等。

.主要地下工程组成及构造

(一)地下交通工程

1.地下铁路

随着城市交通的发展和地下铁路的建设，近年来，一些城市形成了城市快速轨道交通

系统，其定义为：凡以电能为动力，采用轮轨运行方式的交通系统，旅行速度大于

30km7h，单向客运能力超过1万人?次/h的交通系统称为城市快速轨道交通系统。城市

快速轨道交通系统主要由地面铁路、高架铁路和地下铁路组成。

地下铁路有很多优点，如运行速度快、运送能力大;准点、安全;对地面无太大影响

(噪声小，无震动，不妨碍城市景观);不存在人、车混流现象，没有复杂的交通组织问

题;不侵占地面空间;环境污染小。但是，地铁建设在地下，施工条件困难，工期长，工

程建设费用较地面高。因此，对地下铁路建设必须做好可行性研究。

(1)地下铁路建设的前提条件分析。

地铁建设投资巨大，往往一个地铁车站就需要耗资人民币十几亿‘，而利用相同资金建

设高架道路，至少能修2km，因此，真正制约地下铁路建设的因素是经济性问题。城市

地下铁路建设必须考虑以下三点：

①城市人口。按资料统计分析，城市人口100万，应作为城市地铁建设的宏观前提。

②城市交通流量。按城市人口多少评估该城市是否需要修建地铁只能是一种宏观前

提，我国人口超过100万的特大城市已有近60个，其中一些省会城市，是在新中国成立

后的40年中发展起来的，道路系统较完善，机动车辆不多，地面上各种原有的交通方式

的潜力尚未充分发挥出来，虽然人口已超过百万，但除市中心区交通问题较多外，从总体

上看，交通问题并未严重到必须修建地铁才能解决的地步。因此，有些专家认为，城市交

通干道是否存在单向客流量超过2万人?次/h的情况(包括现状和近期预测)，是判断是

否修建地铁的“分水岭’’o同时，即使存在这一情况，也只能是在采取增加车辆或拓宽道

路等措施仍无法满足客流量的增长时，才有必要考虑建设地铁。

③城市地面、上部空间进行地铁建设的可能性。我国城市与发达国家的大城市相比，

在交通等问题上存在如下不同点：国外发达国家城市中心区促使交通问题加剧的主要原因

之一，是城市中心区土地的超强度开发，建筑容量、商业容量、业务容量过分膨胀，原有

遁路框架/卜胜重负，兵地回、上邵至『T日j已在rIJ胃邑的投木杀仟卜冗分升友，调整余地/卜大。

我国城市中心区在交通问题上往往表象上与国外发达城市相似，但实质上存在一点不同，

我国的地面、上部空间并未充分开发，地面存在很大的改造调整余地，大多数发展中国家，

都有这种特点。

(2)地下铁路路网的基本类型及其布置原则。

1)地下铁路路网的基本类型。

①单线式。仅在客运最繁忙的地段重点地修一、二条线路。

②单环式。在客流量集中的道路下面设置地铁线路，并闭合成环，便于车辆运行，减

少折返设备。

③多线式。城市具有几条方向各异或客流量大的街道，可设置多线路网，这几条线路

往往在市中心区交汇，这样，便于乘客自一条线路换乘另一条线路，也有利于线路的延长

扩建。

④蛛网式。该路网由多条辐射状线路与环形线路组合，其运送能力很大，可减少旅客

的换乘次数，又能避免客流集中堵塞，还能减轻多线式存在的市中心区换乘的负担。

⑤棋盘式。地铁线路沿城市棋盘式的道路系统建设而成，线路网密度大，客流量分

散，但乘客换乘次数增多，增加了车站设备的复杂性。

2)地下铁路网布置的基本原则。地下铁路的路网规划应满足城市交通对地铁的要求，

并考虑城市发展的远景、人口、交通运输量的增长趋势和城市的地面、地下建筑状况等因

素。地下铁路路网布置的基本原则是：‘

①基本走向要满足城市交通的需要。路网应贯穿城市中心和城市人口集中区域及城市

的重大枢纽，如城市中心区、居住区、工业区、事业区、商业区、旅游区及体育场、火车

站等。

②要充分利用城市现有道路网。地铁路网的布置要充分利用现有主要干道，沿城市主

要街道布置，这样，城市道路可为地铁提供工程场地，防止城市地面建筑与地下埋设物的

过多拆迁，同时，还可满足地铁线路通过城市交通客流量集中地带的要求。

③必须考虑城市的发展远景。在地下铁路规划时，除了更好地掌握城市市区内的交通

需要外，还要从城市未来发展的全面观点出发，充分考虑城区的改造与郊区的发展，作出

科学判断与决策。

④应考虑技术水平和施工能力。在地下铁路选线时，应该充分研究城市地形、地貌、

水文和地质条件，考虑可能遭遇的施工困难，要预测好河流通过各种城市地下工程韵可

能性。

2.地下公路

(1)地下公路的形式。

1)地下越江(海)公路。当城市中有较大的江、河贯穿时，越江隧道是城市地下

交通体系的重要组成部分。我国上海早在20世纪70年代就已经在黄浦江下修建了第一

条地下越江公路，越海隧道在日本等国家很普遍，日本四岛已由地下交通系统连成

一体。

2)地下立交公路。当公路与铁路相交时，或两条公路交叉又都需具较快速度、大容

量交通特定点时，需要考虑利用地下立交公路来解决。地下立交公路一般距离短，在我国

较为常见。

3)地下快速公路。现代城市的发展，对快速交通容量有不同程度的需求，为了保证

城市交通的正常运营，就需要建设地下快速公路。它具有如下优点：改善相邻环境，有利

于公路景观的保护;利用街道与公路之间的地下空间，修建停车和其他公共设施，实现快

速公路地下空间的多功能用途。

4)半地下公路。半地下公路有两种结构形式：堑壕构造和U形构造，主要特点是：

有利于减少噪声和排放的废气;能得到充足的日照和上部的开敞空间;在绿化带有自然气

息较足的地区，能与周围环境较好地和谐共存;造价介于全地下公路与地面公路之间。缺

点主要是排水、除雪不易j

(2)地下公路的线路与断面特点。

地下公路与普通道路一样，根据公路规范设计。地下公路的平面线形一般采用直线，

避免曲线。综合排水、通风等各方面要求，地下公路隧道的纵坡通常应不小于0.3%，并

不大于3%o

地下公路隧道净空是指隧道衬砌内廓线所包围的空间，包括公路的建筑限界、通风及

其他需要的断面积。

道路建筑限界是为保证车辆和行人正常通行，规定在道路一定宽度和高度范围内不允

许有任何设施及障碍物侵入的空间范围。地下公路的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、

人行道等的宽度以及车道、人行道的净高。公路隧道的横断面净空，除了包括建筑限界之

外，还包括通过管道、照明、防灾、监控、运行管理等附属设备所需的空间，以及富裕量

和施工允许误差等。

公路隧道净空断面的形状，即为衬砌的内轮廓形状，其形状的确定，应使衬砌受力合

理、围岩稳定。在浅埋和深埋公路隧道中，多采用矩形或近椭圆形断面。

(1)地下停车场。

按设置形态、利用方法、设置场所等分类如下：

1)公路式地下停车场。设置于公路下方，形态狭长，多为汽车自行方式，规模较大，

日本停车场60%属此类型。

2)公园式地下停车场。占用公园的地下空间建造车库，规模较大，规划设计容易，

但原则上应保持公园的功能，更好地保护好地面园林。

3)广场式地下停车场。充分利用广场的地下空间，可与地下街、地下商场一起规划，

修建地下停车场。

4)建筑物地下室式停车场。利用建筑物的地下室部分作为停车场。

(2)汽车停车场的构造基准。

’ 停车场的构造基准是设计的基础尺寸，包括车道宽度、梁下有效高度、弯曲段的回转

半径、斜道坡度等。

1)车道宽度。双向行驶的汽车道宽度应大于5.5m，单向行驶车道可采用3.5m

以上。

2)梁下有效高度。指梁底至路面的高度，在车道位置要求不低于2.3m，在停车位置

应不低于2. 1m.

3)弯曲段回转半径。为使汽车在弯道顺利行驶，单向行驶的车道有效宽度应在3.5m

以上，双向行驶在5.5m以上进行设计。

4)斜道坡度。斜道的纵坡，一般规定在17%以下。如与出人口直接相连时，应尽可

能采取缓坡，如13%～15%o

(二)地下市政管线工程

1.市政管线工程的分类

市政管线工程一般应包括供水、能源供应、通信和废弃物的排除等四大系统。市政管

线工程按性能与用途、敷设方式、管线覆土深度和输送方式的不同分为若干类型。

(1)按性能与用途分类。可分为铁路、道路、给水管道、排水沟管、电力线路、电信

线路、热力管道、城市垃圾输送管道、可燃和助燃气体管道等。这些是常见的管线工程，

此外，还有空气管道、液体燃料管道、灰渣管道、地下建筑线路及工业生产专用管道等不

常见的管线工程。

(2)按敷设形式分类。可分为架空架设线路，如电力、电信、道路照明等;地下埋设

线路，如给水、排水、燃气、热力、电信等线路。各种工业管道则根据工艺需要和厂区具

体情况进行敷设;电力和照明线路，也可能采用地下敷设。

(3)按管线覆土深度分类。一般以管线覆土深度超过1.5m作为划分深埋和浅埋的分

界线。在北方寒冷地区，由于冰冻线较深，给水、排水，以及含有水分的煤气管道，需深

埋敷设;而热力管道、电力、电信线路不受冰冻的影响，可以采用浅埋敷设。在南方地

区，由于冰冻线不存在或较浅，给水等管道也可以浅埋，而排水管道需要有一定的坡度要

求，排水管道往往处于深埋状况。

(4)按输送方式分类。各种输送管道，按承压情况可分为压力管道(如给水、燃气、

热力、灰渣等管道)、重力流管道(如排水管道)o

市政管线中的地下管线工程主要有：各种给水、污水排放、供热、煤气、原料供应、

运输等管道工程，供电、通信等电缆工程及用来敷设各种工程管网和专门管道的综合

管道。

2.市政管线工程的布置方式与布置原则

多数市政管线工程是随着城市的发展逐步形成的，因此，往往自成体系、分散布置，

互相之间缺乏有机的配合。例如，排水能力与供水能力不相适应;在一个系统内部，各个

环节之间也可能不够协调，如在排水系统中处理能力往往小于排污能力等。

市政管线工程的布置，到目前为止，除少数管道布置在管沟中外，大部分管线均直接

埋设在土层中。为了避开建筑物的基础，多沿城市道路敷设，不但维修困难，还占据了道

路以下大量有效的地下空间，缺乏适应发展的灵活性。

设计地下工程管网，要综合考虑到远景规划期的发展。工程管网的线路要取直，并尽

可能平行建筑红线安排。城市工程管网基本上是沿着街道和道路布置，为此，在道路的横

断面中必须考虑有敷设地下管网的地方。

一些常规做法是：建筑物与红线之间的地带用于敷设电缆;人行道用于敷设热力管网

或通行式综合管道;分车带用于敷设自来水、污水、煤气管及照明电缆;街道宽度超过

60m时，自来水和污水管道都应设在街道内两侧;在小区范围内，地下工程管网多数应

走专门的地方。此外，地下管网的布置，还应符合相应的建筑规范要求。

(三)地下工业工程

1.地下工业工程分类

(1)地下轻工业与机械工业工程。由于地下空间的封闭性和热稳定性及其防震、防磁

等性能，特别有利于某些轻工业、手工业、精密性生产等工业的生产。实践证明，把这些

建筑设在地下是完全合理的，腾出极宝贵的地面做绿化、运动、休息之用，地面、地下结

合获得了很大的综合效益。

(2)地下能源工业工程。地下空间具有防火、防盗等优点，对于能源开发和合理利用

及贮能、节能，对于应付日趋严重的能源危机，潜力巨大。目前，世界各国利用地下空间

贮能、节能的方式主要有：开凿洞室的贮备方法;利用废旧矿井系统;利用岩盐溶淋洞室

和含水层贮藏等。

(3)地下食品工业工程。由于地下温度稳定，在此自然低温下冷藏冻肉、蔬菜、水果

等，保鲜效果好;消耗能源少，经济效益显著。此外，某些要求恒温、恒湿的食品生产车

间，将之放在地下空间也十分容易，往往只要除湿就可达到要求，如营养价值和药物价值

都很高的竹参、银耳、木耳、天麻等均可在地下空间中生产。

(4)地下电力工业工程。在电力工业方面，利用地下空间建设地下发电站、变电站

等，正在不断发展，以期收到良好的经济效益。可以预见，燃料的地下储备、原子能发电、

站的地下选址等地下工程将会有较大的发展。也可以利用地下空间采用管路的形式作为输

电设备。

2.地下工业工程的布置

(1)遵循厂房工艺流程的基本要求。合理的工艺流程要求做到短、顺、不交叉、不逆

行。因此，从保证生产的合理和提高生产效率出发，要求安排好各主体厂房，各主要通道

在相互位置和高程上的关系，使这一关系适应工艺流程的要求，并经过洞口，把地下部分

的生产与地面上联系起来。这种布置方式与现场的地形、地质等具体结合起来，就基本上

确定了地下厂房的总体布置方案。

1)工艺流程比较简单，对厂房布置没有严格的要求。例如，没有固定产品的生产，

为科研服务的生产或新产品的研制等，常常没有固定的工艺流程，可以更多地从地质、结

构和施工等方面考虑厂房的合理布置。

2)工艺流程有严格的顺序，但厂房布置的灵活性仍较大。这种情况在机械制造类的

生产中比较明显。从原料运人，到机械加工和装配，由各种运输方式互相连接，形成一条

比较严格的生产流水线。

3)工艺流程有固定的程序或主要在大型设备或管道中进行，像发电、核能利用、

贮油和某些化工生产，往往属于这种情况，其特点是厂房必须适应严格的工艺流程，

因而布置方式比较定型。几个大型主厂房之间的关系必须首先满足工艺流程短、顺等

要求，所以，必然形成主厂房布置集中或尽量靠近的状况，以减少通道中的能量损失。

这个要求与从地质、结构和施工等角度出发，希望大型洞室不要过于集中，特别是大

型洞室直接相交，对岩石稳定和结构处理等都有影响，必须根据具体条件把这两方面

统一起来。

(2)满足要求的交通运输条件。在运输工具确定以后，可根据运输量和装货后的

车辆宽度确定运输通道的宽度。通道可根据需要区分为主要的和次要的，单行的和

双行的。主通道一般布置在厂房的中部，也可以根据工艺流程布置在车间的一侧或

两侧。要注意通道所占的面积与车间的总建筑面积保持适当的比例，比例过高是不

经济的。

当两条或几条通道相交时，由于在相交处要保持一定的转弯半径，转角处的岩石需适

当扩挖，这些都使顶部的岩石稳定性受影响，衬砌也复杂。有的工程采用在交叉点做一个

高出通道的圆形洞室，使各通道都交在这个洞室的拱脚之下，再在衬砌外回填，顶住岩

石。车间之间的转运对厂房布置提出一定要求，洞室之间的连接方式很可能影响到转运是

否方便。如果两洞室纵向连接，地面又在同一高程上，两车间的转运比较简单;如果洞室

垂直相交，情况就比较复杂。在进行厂房布置时，可能由于其他条件的限制，使两个洞室

与通道不在同一高程上，这样使两者之间的运输也比较困难。由此可见，除保证其他条件

外，不能忽视创造较为有利的运输条件。

此外，在厂房总体布置时，组织人流路线时，必须着重考虑安全疏散问题。

(3)根据生产特点进行合理分区。地下工业厂房的布置，还必须按生产特点进行分区

布置。在某些生产过程中，有发生火灾或爆炸危险的，或者产生大量余热、余湿、烟尘、

有害气体、噪声、震动等;而另一些生产过程，有可能要求清洁、安静、恒温、防震等。

这些生产上的特殊问题和要求，都应在总体布置中加以解决，否则可能造成生产上的混乱

和互相干扰，还会影响生产人员的安全。对于这些问题，应按生产特点和使用要求分区布

置，即用建筑设计中常用的功能分区方法加以解决。

对于余热、余湿、烟尘和有害气体等，基本上可以用同一方法处理，即加强通风，将

其及时排走(有害气体要用专门的管道直接排出地面)，并补充以新鲜空气，因此把这些

车间布置在总排风通道或竖井附近是比较有利的，但是要注意把这些部分与其他车间密闭

隔离，在所有与其他连通的部位，如门、孔洞等，都要有密封装置，以防有害物逸出;对

于发散有害气体的设备，可以设置密封罩并通过密封管道排走。

有些精密的生产，要求恒温、恒湿、防尘、防震、防磁、安静等环境，这时可把精密

生产区尽可能单独布置，远离有害的或有干扰的生产区，充分利用岩石的特点，分别采取

一些技术措施，就可以比较容易的满足要求。为了使精密生产部分与其他部分联系方便，

可以在两者之间布置通道或辅助性生产作为缓冲或过渡。