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本文系用户投稿,不代表机核网观点
前段时间听了徐老师在机核做的有关航空工程的节目,瞬间就有了写下这篇文章的冲动。本人还是一个正在学习地下工程相关学科的研究生,斗胆写下这篇科普性质的文章,如有不妥的地方还请各位朋友批评指正!

地下工程究竟是什么?

说起地下工程大家可能会觉得陌生,也很难想到与之相关的具体的事物,有可能是地铁?地下车库?或是种种深埋在地下的不为人所知的陌生事物。但其实地下工程就在我们身边,甚至是融入了我们生活的方方面面。如果说航天工程是人类对未知探索所迸发出的美丽光彩,那与之相对的地下工程就像是空气。它是如此的平常,也是如此的不可或缺。举一个更为恰当的例子,地下工程就像工作单位大门口的看门大爷或者保洁阿姨。你从未去刻意的了解他,但他是单位里不可或缺的人,也许也有着自己精彩的故事。
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。其实说白了,就是在地底下造建筑。而建筑多种多样,也就造成了地下工程的形式也是多种多样的。像是地下房屋、地下构筑物、地下铁道、公路隧道、水下隧道和过街地下通道等等都可以算作地下工程所涵盖的范围。这里需要跟大家明确一个事情,就是所谓的地面以下是一个相对的概念。
大家可能感觉公路隧道这货也没有建在地面以下,这怎么能算地下工程呢?正如我所说的,地面是一个相对的概念。隧道是在山体之中开挖支护形成的,所以隧道的上方仍然存在相当一部分的岩体结构,而这部分的岩体结构就可以称为这条隧道的“地面”。由此,我们可以得到一个更加概括性的说法:如果一个土木结构所在空间的上方存在一定负载,它就变为了地下结构。(这只是帮助大家理解什么是地下工程,并没有什么科学道理……)。

地下工程起源从何而来?

人类运用地下工程最早的原因就是生存。在那个人类还被远古猛兽当作鲜美刺身的时代,为了找寻一个安全的庇护所,为了找到一个遮风避雨的温暖港湾,我们的祖先找到了存在于大自然的天然庇护所——洞穴。而这也是最为天然原始的地下工程。隐藏在山体之中的隐蔽洞穴,为人类的繁衍、进化提供了重要的保障。

古代的地下工程

随着火的出现,人类文明飞速发展。四大古代文明的出现,更是将地下工程的的发展推向了远方。在这个古代时期,人类制造出了无数的地下工程瑰宝。大家最为熟悉的就是帝王陵墓,其实陵墓正是对地下空间的充分利用。以古人建造陵墓为例,现代中国人对于殡葬的习俗是入土为安,古人也是如此。但为纪念有功德的圣贤,更多的是帝王将相想要后世子孙铭记自己,因此出现了陵墓棺椁一说。《路史 后纪五》有所记载:“棺椁之作,自黄帝始。”正是棺椁的使用,陵墓的建设将殡葬这件习以为常的事情发展成为了早期的地下工程。秦始皇陵恰恰就是一个古代地下工程的奇迹。
根据汉代的礼制, 梓宫、便房、外藏椁、金缕玉衣以及黄肠题凑都是帝王陵墓中的重要组成部分。黄肠题凑实际上是秦汉时期一种专门的葬式,主要用于帝王及其妻妾和皇帝特许的臣子,所用规格最高。不仅仅彰显陵墓主人的身份,而且其结构严密也可保证在地下复杂的环境下保持棺木的完整性。关于黄肠题凑最早见于《汉书 霍光传》:“光薨,赐梓宫,便房,黄肠题凑各一具。”由此可知汉代辅佐幼主实现昭宣中兴的霍光就被皇帝赐予了黄肠题凑这一殊荣。自然而然,反推至秦始皇陵必然也是运用了这种葬式。
当然,黄肠题凑的这种形式只能体现陵墓中帝王棺椁的绝伦构造。但想要谈得上宏伟,单单一具黄肠题凑还是远远不够。秦始皇陵总共分为四层,总占地8平方千米。设想一下,这样的建制在当时的社会生产力的水平下是多么的不可思议。更为令人惊叹的是,秦始皇陵的防盗掘系统。
陵室严密的防盗系统。秦始皇陵的地宫中有防盗机关,其中暗弩有明确记载,司马迁在《史记》记载:秦始皇陵中设有暗弩,当盗贼进入秦陵触动机关时,就会被强弩射死。与暗弩配合的机关还有陷阱等等。盗墓者即使不被射死,也会掉入陷阱中摔死。此外,秦陵地宫中有大量的水银,水银蒸发的气体中含剧毒,无孔不入防不胜防。 ——百度百科
若想实现如此复杂的防盗系统,势必要对地下环境足够的了解,而且也要掌握相应的地下工程的支护技术。像是古人常用的在挖据大型陵墓或厚层状矿体时,常故意留下一部分矿体用作支柱,以支撑井巷顶部,防止坍塌的留石柱支护方法。再像是使用木材作为支撑体来对长距离的开挖进行支护的木支护等等。这个时候的人类已经掌握了基本的土方开挖方法以及支护方法,地下工程也在飞速发展。

中世纪时期的地下工程

时光飞逝,转眼就来到了中世纪。玄奘西天取经将佛教带到了中国,与此同时出现的正是大大小小的佛龛与石窟。大型石窟由于室内空间高大,一般窟中又有大佛,往往成了一个容有大佛的空井。如北魏早期的云岗昙曜五窟,窟内空间高达20米左右。
而此时出现在古人面前的问题不再是如何开挖,雕砌这样宏伟的建筑,问题转变为了如何让这些建筑尽可能地保存下去。崩坍与风化作用对石窟危害最大。导致崩坍与风化的主要原因是岩性和水作用。含碳酸钙的岩洞受水侵蚀能使岩石变成松散的粘土矿物,加速岩石解体,造成窟洞崩坍与风化。因此,古人需要解决建筑物的排水问题。在这里,举出唐代龙门奉先寺佛龛这一例子,该佛龛采用了典型的排水沟将大佛顶部的水引流从而减少水对石雕的损害。
唐代龙门奉先寺佛龛,曾在峭壁的上方与两则修筑了一条长120米,宽1~2米,深1~2米的排水沟,把窟顶的水引开,减少水对裂隙渗透,有效地保护了佛龛。
这个时候的人类在掌握了不仅掌握了最基本的地下工程建造技术,同时也掌握了早期的地下工程维护技术以及排水技术,地下工程的技术依旧马不停蹄的向新时代迈进。

近代时期的地下工程

历史的车轮滚滚向前,转眼就来到了15世纪,欧洲航海业的发展再加上工业革命所带来的技术爆炸时代,让人们对于能源的渴求越发的强烈。因此世界上第一座现代化商业煤矿位于美国维吉尼亚州的 Midlothian 正式开采。 煤炭的成功商业化让工业更容易发展,也让地下工程这一门学科在这个时代逐步成为人们日常生活中离不开的事物。1867年,赫赫有名的瑞典工程师诺贝尔注册炸弹专利之后,隧道建设得以迅猛发展。
1927 年荷兰隧道(Holland Tunnel)开始使用通风系统来排除废气。Hudson 河的两岸,分别有位于4个不同建筑里的84枚风扇为隧道换风。隧道内空气每90秒钟完全更新一次。
说到隧道就不得不提起隧道历史上的伟大工程——海峡隧道。在192年的谋划以及6年的建设之后,海峡隧道终于贯通了英吉利海峡,连接了英国与法国。造价210亿美元的海峡隧道,是迄今成本最高的建设工程。
从英国福克斯通,穿越英法之间的最窄部多佛尔海峡,抵达法国加来的一条铁路隧道。全长50.5km,其中海底部分有38km,处于海底面以下40m的白垩层中。 ——百度百科
工业的迅猛发展也让过去的那种车马很慢,书信很远的生活方式一去不复返,便捷快速的交通方式势必要取代过去的出行方式,于是1863年英国在伦敦建成世界第一条城市地下道。地铁时代正式的拉开了帷幕。
当然在地铁这种地下工程的探索中也不乏一些实验性的工程,像是1988 年日本建设的33英里长,连接了本州与北海道的青函隧道,是世界上最长也是最深(位于海平面下787英尺)的隧道。由于建造的地质环境恶劣导致成本非常高,因此运营所收取的票价也会非常的昂贵,而且会浪费很多时间,精明的旅客都选择了飞机。
由此可见,近代的地下工程问题不再是技术方面的问题,而是向追求经济效益,便利人们生活的方面发展了。
说在最后,地下工程是伴随着人类社会发展需要而逐渐发展起来的,它所建造的工程设施应反映出各个不同年代社会经济、文化、科学技术发展的面貌与水平。它真真切切融入了我们的生活,或者说它那种不起眼的性质像极了生活本身。
参考:地下工程的绪论历史—百度文库



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