摘　要　地下工程的設計過程實際上是一個決策過程，是最能綜合反映設計人員的知識、經(jīng)驗、創(chuàng)造力甚至審美觀念的一項工作。闡述了地下工程的設計步驟及方法。

    地下工程設計是采礦、建井及其它巖土工程領域最能綜合反映設計人員的知識、經(jīng)驗、創(chuàng)造力甚至審美觀念的一項工作。

    目前，我國有關的各個行業(yè)部門幾乎都頒布了與其相關的地下工程設計規(guī)程，設計人員所要做的工作似乎僅僅是根據(jù)地質(zhì)勘探資料和業(yè)主提出的任務照本（規(guī)程）操作，其工作成果通常也僅體現(xiàn)設計者的專業(yè)技術水平和對規(guī)程的現(xiàn)解和掌握程度。根據(jù)多年從事煤礦井巷及采礦技術和管理工作經(jīng)驗，筆者認為，地下工程的設計過程實際上是一個決策過程。在此過程中，設計者要進行目標確定、條件分析、背景資料檢驗和評價、工程項目的實施方案制定等項工作。完成這些工作不僅要求設計者必須掌握相關的技術知識，而且還須考慮社會、經(jīng)濟、法律及美學等因素。因此，不應將地下工程設計視作單純的技術工作。

    1　地下工程的設計步驟

    地下工程設計是一項包涵多種因素的工作。為了使所設計的地下工程結構在穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟效益3個方面均達到理想的效果，設計應按以下步驟進行：

    （1）設計目標及問題的確定。在著手設計之前，設計人員應首先確定擬設計工程應達到的目標，或者說，設計人員應全面了解業(yè)主建此工程的目的和需求。此外，設計者還須了解擬建工程在建設和運營階段可能會出現(xiàn)的困難。

    （2）信息收集。這一階段工作包括對有關信息的收集、處理和篩選，以找出待處理問題的典型特征。要收集的信息是多方面的，既包括礦產(chǎn)資源勘探成果信息和水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察成果信息，也包括待建工程的環(huán)境現(xiàn)狀、同類工程建筑經(jīng)驗等信息。

    （3）方案設計。在此階段，設計人員根據(jù)工程委托方的需求和已收集到的信息設計出數(shù)個初步方案。在設計初步方案時，設計者可以提出一定的假設，或嘗試不同的模式（數(shù)學模型或物理模型）。

    （4）方案比較和綜合。本階段也可理解為決策階段。在本階段，設計人員根據(jù)業(yè)主及其他專家對各初步方案的反饋意見，總結各初步方案的優(yōu)缺點，提出1個可供實施的具體方案。該實施方案應包括設計思想、計算模型、計算依據(jù)、計算方法、成果預測、成本估計、工程進度安排、實驗結果等項內(nèi)容。

    （5）方案評價和檢驗。設計方案提出后，設計人員必須會同業(yè)主和其他有關專家一起對方案進行評價，即將所提出的方案與原始假設、設計說明、現(xiàn)場實際情況、業(yè)主要求和限制條件等進行比較。設計方案評價應當運用工程學的觀點。如果在評價中發(fā)現(xiàn)設計有缺陷或有更好的方案，設計人員則須返回到前面的某個階段，重新開始設計。

    （6）提出建議。結論和建議是整個設計的精髓，其中對問題的解決方案要有明確的闡述，指出設計的局限性，并指出應如何實施所設計的方案。

    2　地下工程的設計方法

    地下工程的設計內(nèi)容包括工程選址、工程規(guī)模的確定、工程建筑結構方位與排列布置方式的選擇、掘進程序安排、掘進方式與支護結構的選擇等。

    與地面工程建筑結構設計所不同的是，地下工程結構設計不僅要考慮應力、應變等可量化的因素，而且還需考慮巖性、時效等多種難以量化的因素。因此，地下工程設計所使用的方法往往是多種方法的綜合。常涉及3種方法：理論分析法、觀測比擬法、經(jīng)驗類比法。

    理論分析法用于分析和確定硐室圍巖及支護結構的應力和應變。該方法包括解析法、數(shù)值法（有限差分法、有限單元法、邊界元法、離散元法等）和相似模擬法等。

    觀測比擬法主要用于驗證已執(zhí)行設計的可靠性，為設計的調(diào)整或修改提供依據(jù)。

    經(jīng)驗類比法是通過對已建成的地下工程結構的觀測結果和穩(wěn)定性條件分析，歸納出對工程有利或不利的條件類型，然后根據(jù)待建工程的條件類屬提出相應的結構措施。目前，經(jīng)驗類比法是地下工程設計最常用的方法。例如，根據(jù)工程巖體的結構類型確定掘進和支護方式就屬于經(jīng)驗類比法。

    應當指出的是，任何設計方法都是建立在工程地質(zhì)信息基礎之上的。工程地質(zhì)信息包括巖體的巖性和結構特征、待建工程所處位置的原始應力場、地下水的賦存和逕流條件等。

    3　結　語

    一份優(yōu)秀的設計是地下工程結構安全、高效建設和運行的基本保障；而設計人員的扎實基礎知識，豐富的實踐經(jīng)驗以及清晰、正確的設計思想是優(yōu)秀設計的基本保障。我國的地下工程界今后在培養(yǎng)設計人員的過程中，不僅要重視知識和經(jīng)驗的培養(yǎng)，而且更應重視設計思路的培養(yǎng)。