本书共六章：第1章主要介绍本书所研究课题的国内外研究现状；第2章对土体本构模型作了简单的介绍和总结，同时重点介绍了近年来地铁施工项目多采用的土体小应变本构模型；第3章详细介绍了土体小应变本构模型参数的室内试验方法及试验结果；第4章分析地铁盾构隧道下穿高铁梁桥对桥墩的影响；第5章研究复杂群基坑开挖对地铁及周边环境的影响；第6章总结归纳了本书的研究内容和成果，并对后面的研究内容进行了展望。地铁施工运营环境安全评估与防护会受到施工工况、地质条件、地下水等众多因素影响，不同的环境下所呈现的结果往往各不相同，因此本书的研究内容难免有一定的局限性。本书适用于从事地铁工程设计、施工、运营、管理的人员，为地铁工程施工运营中可能出现的工程风险管控及安全性评定提供一定的参考；同时本书适用于从事地下工程研究的科研人员，书中的室内土工试验、数值计算和安全性评价研究成果可供从事类似研究的人员借鉴。
自1965年北京建成我国第一条地铁以来，我国城市轨道交通经历了从无到有、从单一线路到网络化运营的跨越式发展。截至2025年，我国内地已有50余座城市开通地铁，运营总里程突破1万公里，稳居全球首位。地铁作为高效、低碳的公共交通方式，已成为缓解城市交通压力、优化空间布局的核心载体。
如此大规模的建设，带来的不仅仅是轨道交通建设的机遇，也意味着地铁工程安全面临着巨大的挑战。这种挑战一方面体现在地铁工程本身的复杂程度和难度上，另一方面表现在地铁车站施工和隧道施工对周围建筑物以及土层中埋设的构筑物的影响上。由地铁施工引起的房屋塌陷、管线破坏等事故时有发生，给城市的正常运行造成极大的危害。
地铁工程的建设主要包括地铁车站的建设和隧道的施工，而地铁工程的危害防治主要由两方面组成:一方面是地铁车站基坑和隧道在施工过程中对周边环境的影响；另一方面则是周边环境变化对既有运行中的地铁车站和隧道的影响。本书的主要研究内容包括:地铁盾构隧道下穿高铁梁桥对桥墩的影响分析；复杂群基坑开挖对地铁及周边环境影响研究。
在地铁施工阶段，地铁隧道施工多采用盾构法施工，而盾构法施工经过200多年的发展由当初的手掘式盾构发展到如今的机械盾构，盾构法施工越来越机械化，越来越成熟，同时对周围土体的扰动也越来越小。但是针对要求较高的建筑，如高层建筑、桥梁等结构，小的扰动也可能带来大的安全隐患。受地铁与地下工程建设的特点和水文、地质等多方面不确定性因素的影响，地铁与地下工程的建设不可避免地存在许多工程建设风险。本书研究的是地铁盾构隧道下穿梁桥施工对桥墩的影响，为保证桥墩的变形在安全值之内，保证桥梁正常使用时的安全，研究盾构法施工引起的地表变形规律以及下穿施工对桥墩的影响十分重要，所获得的成果对后来的类似工程有着重要的参考和指导意义。
在地铁运行阶段，地铁沿线的建设过程中，复杂的群基坑开挖难以避免，这一工程引发了与环境保护相关的重要问题。群基坑开挖与周边环境之间的关系复杂且深远。群基坑开挖过程中，其对周边环境的影响既具有负面效应，又带来一系列积极影响。一方面，这一开挖过程可能导致地下水位下降，引发地面沉降，并对地下管线造成潜在破坏，构成对周围自然环境、土壤和水资源的潜在威胁。同时，开挖过程中产生的噪声、振动、粉尘等环境污染问题引发了社会广泛担忧，可能对市民的生活质量和健康状况产生长期的负面影响。然而，在另一方面，群基坑工程为城市的扩建提供了必要的地下空间，既有助于减缓地上空间的用地压力，也有助于缓解城市交通拥堵压力，从而减少了尾气排放和改善了空气质量。针对这种城市发展与环境保护之间需要精细平衡的挑战，需要深入的研究和科学的管理来解决。
常州作为长三角地区重要的工业与现代化城市，其地铁建设起步较晚，但发展迅速。2012年《常州市城市轨道交通近期建设规划》获批，2019年9月常州地铁1号线正式开通运营，标志着常州迈入地铁时代。目前，常州已建成2条地铁线路，总里程约54公里，日均客流量超30万人次，初步形成十字形骨架网络。
本书依托常州地铁1、2号线实际工程项目，开展一系列系统研究，采用资料调研、现场监测、室内试验和数值模拟计算等方法，分析盾构隧道施工在试验段对地表变形的影响、在下穿段对京沪高速铁路桥墩的影响以及地铁周边群基坑开挖顺序对地铁及周边环境的影响。
本书的研究意义不仅在于深化对地铁工程与周边环境之间关系的理解，更在于凸显优化施工工艺对周边环境的积极影响。通过合理设计开挖顺序，优化保护措施及方案，有望在降低工程对周边自然环境的负面影响的同时，最大限度地发挥其积极作用，为城市规划者、环境保护机构和工程师提供实用建议，朝着更为环保和可持续的城市发展方向迈进。通过科学的管理策略和优化方案，可以实现在城市基础设施建设中取得平衡，在满足城市交通需求的同时最大限度地降低环境影响。不仅拓展了人们对地铁工程的认知，还为解决城市发展与环境保护之间的平衡问题提供了新的视角。期望研究的成果能够为解决类似城市基础设施建设中的环境问题提供实质性的支持，为创造更健康、更可持续的城市生活环境做出积极贡献。
本书由江苏城乡建设职业学院居尚威、山东省临沂市临沭县住房和城乡建设局朱崇熙、常州工程职业技术学院李雄威、江苏常州地质工程勘测院有限公司刘涛、铜陵有色铜冠房地产集团有限公司王月中著。
由于时间紧，工作量大，书中难免会出现不足之处，恳请读者批评指正。
著者
2025年5月
第1章 绪论 001
1.1 隧道施工对周边环境变形影响研究现状 001
1.2 盾构隧道下穿对桥墩变形影响研究现状 005
1.3 基坑工程开挖对周边环境的影响研究现状 005
1.4 群基坑工程开挖对周边环境影响研究现状 008
第2章 土体本构模型 011
2.1 摩尔-库仑模型 012
2.2 土体硬化模型 012
2.3 土体小应变模型 013
第3章 室内土工试验 016
3.1 试验方法 016
3.1.1 标准三轴排水试验 016
3.1.2 标准固结试验 017
3.1.3 共振柱试验 018
3.2 常州城区典型土层室内试验 018
3.2.1 试验土样 018
3.2.2 试验过程 019
3.2.3 试验结果 020
第4章 地铁盾构隧道下穿高铁梁桥对桥墩的影响分析 026
4.1 PLAXIS有限元软件 026
4.2 工程概况 027
4.2.1 项目概况 027
4.2.2 地质与水文条件 028
4.2.3 工程特点 031
4.2.4 施工对策 031
4.2.5 盾构施工总体流程 031
4.3 现场监测方案 032
4.3.1 盾构试验段监测方案 032
4.3.2 盾构下穿段监测方案 034
4.4 试验段监测分析 036
4.5 试验段盾构施工数值模拟分析 038
4.5.1 盾构模拟地层损失率选取 038
4.5.2 几何模型及计算参数 039
4.5.3 数值模拟结果分析 040
4.5.4 0.8%地层损失率 046
4.5.5 本节小结 047
4.6 盾构隧道下穿京沪高铁连续梁桥现场监测与数值模拟分析 048
4.6.1 几何模型与计算参数 048
4.6.2 施工工况模拟 049
4.6.3 盾构下穿数值模拟结果分析 050
4.6.4 盾构隧道下穿引起桥墩变形监测分析 052
4.6.5 隔离桩设计方案优选 054
4.6.6 本节小结 057
4.7 盾构施工参数建议及突发事件预防措施 058
4.7.1 盾构施工参数建议 058
4.7.2 盾构施工突发事件预防措施 063
4.7.3 本节小结 064
第5章 复杂群基坑开挖对地铁及周边环境影响研究 065
5.1 工程概况 065
5.1.1 项目概况 065
5.1.2 常州轨道交通2号线简介 066
5.1.3 基坑支护方案 067
5.1.4 施工方案 068
5.1.5 工程地质与水文概况 069
5.2 现场监测分析 071
5.2.1 监测方案 071
5.2.2 监测内容 072
5.2.3 监测结果 072
5.2.4 本节小结 088
5.3 群基坑开挖数值模拟 088
5.3.1 模型概况 088
5.3.2 模型参数 089
5.3.3 群基坑开挖对基坑围护结构的影响 090
5.3.4 群基坑开挖对地铁车站及隧道的影响 101
5.3.5 群基坑开挖对周边地表的影响 107
5.3.6 本节小结 109
5.4 群基坑工程开挖顺序对地铁及周边环境影响研究 109
5.4.1 开挖工况设置 109
5.4.2 对地铁车站围护结构的变形影响 110
5.4.3 对盾构隧道的变形影响 112
5.4.4 对周围地表沉降的影响 114
5.4.5 群基坑工程综合变形评价方法 116
5.4.6 本节小结 117
第6章 结论、不足与展望 119
6.1 结论 119
6.2 不足 121
6.3 展望 121
参考文献 124
书单推荐
