提到城市，你可能会想到繁忙的街道和高耸的摩天大楼。但城市不仅上触天际，还在向地下延伸。隐藏在建筑物和道路下的复杂电线和管道网络为居民提供电力、水和天然气，同时也排走废弃物。地下隧道容纳地铁系统、仓库或其他结构。对于许多城市，地面上的空间如此珍贵和拥挤，工程师因此正在寻找新的、创造性的方法来利用地下空间。新加坡就是这样一座城市。在这里，地下空间已被用于多种目的，市政府正在研究建造更多地下建筑的方法。“你可以往上建，但这是有限制的，”新加坡建筑和建设管理局的首席执行官约翰·强说，“唯一出路是去地下。”

层层的泥土和岩石

不过，在地下建造任何东西之前，你必须知道下面有什么。地下由泥土、黏土、沙子和砾石组成，它们都覆盖在基岩——环绕地壳的固态岩石之上。但是这些层的组成和深度(也叫底土剖面)在地球上的任何地方都不相同。甚至在同一个城市的不同地区，底土剖面也可能相差很大!有些地方，基岩非常接近地表，甚至裸露在外。在另一些地方，基岩则非常深。基岩上面的岩层可能含有非常松散的物质(如沙子或砾石),也可能是非常坚硬的黏土。水可以渗入很多层。甲烷等危险气体会被困在岩石或土壤构造中。如果处理不当，这些气体会引起火灾、爆炸或使人窒息。布拉德·考尔斯监管了华盛顿州西雅图市地铁隧道的建设。他说：“在这里挖隧道，你总能知道所处的环境是怎样的——仅限这里!三英尺(0.9米)外，(情况)可能就完全不同了。”

每一种底土剖面都会带来独特的挑战。虽然在泥土或沙土中挖掘更容易，但这些松散的材料不像坚硬的黏土或岩石那样可以支撑结构体。在新加坡，降雨和高温已经削弱了一个地区的岩石和土壤，削弱深度达40米。为了在这些薄弱的土层上进行建筑施工，工程师必须 使用更复杂的支撑系统。例如，他们可能不得不将水泥泵入地下，以使土壤更加坚固。