土木工程概論-第8章-地下工程

1、第八章地下工程,簡述,地下工程 指地面以下土層或巖體中修建各種類型的地下建筑物或結(jié)構(gòu)的工程。它包括：交通運輸方面的地下鐵道、隧道、停車場、通道等；軍事方面和野戰(zhàn)軍事的地下指揮所、通訊樞紐、掩蔽所、軍火庫等； 工業(yè)與民用方面的地下車間、電站、庫房、商店、人防與市政地下工程；文化、體育、娛樂與生活等方面的聯(lián)合建筑體。,上海楊浦電廠取水工程,香港東區(qū)海底隧道,簡述,類型：按使用功能分為工業(yè)建筑工程（如工廠、電站）、民用建筑工程（

2、如人民防空工程、地下商店、地下劇場）、交通運輸工程（如地下鐵道、鐵路和公路隧道）、礦山建筑工程（如礦井）、水工建筑工程（如輸水道）、軍事工程（如指揮所、通訊樞紐、軍火庫）和各種服務(wù)性設(shè)施。,匈牙利布達佩斯地鐵候車室,,,儲藏室,巖石中的地下建筑,簡述,地下廠房,利用天然巖洞地下工廠,簡述,東京八重洲地下街。分三層，左右兩側(cè)上層為商場、中層為車庫，底層為機房，中部為地下鐵道。,埋入土中的地下街道,,簡述,結(jié)構(gòu) 形式：地下建筑物可以構(gòu)筑成隧

3、道形式，也可以和地面房屋相似，在平面布局上采用棋盤式和房間式的布置，并可建成多層多跨的框架結(jié)構(gòu)。,平頂直墻式隧道,簡述,北京天外天地下商場主要采用了：五連拱多跨梁柱柱結(jié)構(gòu)施工方法，雙層導(dǎo)洞轉(zhuǎn)向技術(shù)。平頂直墻田字型開挖施工技術(shù)；暗挖拱型結(jié)構(gòu)與明挖框架結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)施工技術(shù),簡述,五連拱效果圖,簡述,地下建筑物的橫斷面有各種不同形狀。最常見的有圓形、矩形、拱頂直墻（包括厚拱薄墻）、拱頂曲墻、落地拱、穹頂直墻等,簡述,地下建筑物的特點：可作為有

4、效的防空、防炸設(shè)施，形成恒溫恒濕防震防振的環(huán)境，并能節(jié)約地面建筑占地。但地質(zhì)條件要求較高，施工困難、投資較高。,簡述,地下建筑物的結(jié)構(gòu)特點：與巖（土）接觸處必須有襯砌結(jié)構(gòu)。,襯砌結(jié)構(gòu)的作用：承受巖（土）層和爆炸等靜力和動力荷載，并防止地下水和潮氣的侵入。,簡述,襯砌結(jié)構(gòu)。材料為鋼筋混凝土或磚、石。,簡述,發(fā)展概況：,古代地下建筑：人類在原始時期就利用天然洞穴作為群居、活動場所和墓室。我國的地下儲糧已有5000多年歷史，敦煌、云崗、龍門三

5、大石窟群也是我國古代杰出的地下建筑工程。,這個歷史時期所謂地下建筑工程多局限于帝王貴人的陵墓和人類居住的窯洞。,簡述,簡述,近代地下建筑從英國1860年修建、1863年運營的第一條地下鐵道算起，至今也只有140多年的歷史。由于戰(zhàn)爭頻繁、城市人口增加、環(huán)境污染日益嚴(yán)重以及能源危機等因素的影響，地下建筑工程在一些國家得到迅速發(fā)展。,——日本60年代建造地下工程總量近1億立方米，70年代為3億立方米。,——法國巴黎地下交通規(guī)劃為上下兩層。,—

6、—美國已建成4000多座人防指揮所。,——瑞典建成埋在地下210m深的地下巖石中的熱水庫。,我國自50年代初開始，修建了大量的防空地下建筑工程。這些工程可作為地下餐廳、商店、醫(yī)院等。戰(zhàn)爭時期則可改建為人防指揮所和民房掩蔽所。,8.1 地下電站,地下水力、核能、火力發(fā)電站和壓縮空氣站，均屬于動力類地下廠房。無論在平時或戰(zhàn)時，都是國民經(jīng)濟的核心部門。,一、地下水電站,8.1 地下電站,地下水電站劃分為兩種主要類型 1、利用江河水

7、源的地下水力發(fā)電站 2、循環(huán)使用地下水的抽水蓄能水電站 地下水電站包括水壩和電站兩大部分 龍灘水電站的地下廠房系統(tǒng)是目前國內(nèi)在建工程中最大、世界第二大的地下工程。,8.1.1地下水電站,小浪底水利工程地下廠房,二、地下抽水蓄能水電站,具有地上、地下兩個水庫。 供電時，水由地上水庫、經(jīng)水輪發(fā)電機發(fā)電后流入地下水庫；供電低峰時，用多余的電力反過來將地下水庫的水抽回原地面水庫，以便循環(huán)使用。,8.1.2

8、地下抽水蓄能水電站,一、地下抽水蓄能水電站的蓄能原理 供電時，水由地上水庫經(jīng)水輪發(fā)電機發(fā)電后流入地下水庫；供電低峰時，用多余的電力將地下水庫的水抽回原地面水庫，以循環(huán)使用。 二、地下抽水蓄能水電站的優(yōu)點 1、有利于解決電網(wǎng)負(fù)荷不均問題； 2、生產(chǎn)平穩(wěn)、成本低、不占土地、不污染環(huán)境。,三、地下原子能發(fā)電站,原子能發(fā)電站的優(yōu)點 1、選址容易 2、巖體對地下放射物質(zhì)有良好

9、的遮蔽效果 3、耐震、有良好的防護性 原子能發(fā)電站的形式 1、半地下式 2、完全地下式,原子能發(fā)電站形式,8.2 地下倉庫,一、為何要建造地下倉庫？ 1、地下環(huán)境對于許多物質(zhì)的貯存有突出的優(yōu)越性，地下環(huán)境的熱穩(wěn)定性、密閉性和地下建筑良好的防護性能，為在地下建造各種貯庫提供了十分有利的條件。 2、人口的增長、集中和都市化，世界各國都面臨能源、糧食、水的供應(yīng)和放射性以及其它廢棄物的處理問題。,水封油庫（變動水位法）

10、,二、地下燃料貯庫可分為以下幾種類型,1、開鑿硐室貯庫 2、巖鹽溶淋洞室油庫 3、廢舊礦坑油庫 4、其它油庫,儲藏室,地下倉庫,,,8.3 城市地下綜合體,一、地下綜合體定義 為建設(shè)沿三維空間發(fā)展的，地面地下連通的，結(jié)合交通、商業(yè)貯存、娛樂、市政等多用途的大型公共地下建筑。二、地下綜合體特點 多重功能、空間重疊、設(shè)施綜合。,上海人民廣場地下綜合體,三、結(jié)構(gòu)形式 地下建筑物可以構(gòu)筑成隧道形式，也可以和

11、地面房屋相似，在平面布局上采用棋盤式和房間式的布置，并可建成多層多跨的框架結(jié)構(gòu)。,平頂直墻式隧道,北京天外天地下商場主要采用了五連拱多跨梁柱柱結(jié)構(gòu)施工方法，雙層導(dǎo)洞轉(zhuǎn)向技術(shù)。平頂直墻田字型開挖施工技術(shù)；暗挖拱型結(jié)構(gòu)與明挖框架結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。,五連拱效果圖,地下建筑物的橫斷面有各種不同形狀。最常見的有圓形、矩形、拱頂直墻（包括厚拱薄墻）、拱頂曲墻、落地拱、穹頂直墻等。,平頂直墻,曲頂直墻,四、地下綜合體的特點 可作為有效的防

12、空、防炸設(shè)施，形成恒溫恒濕防震防振的環(huán)境，并能節(jié)約地面建筑占地。但地質(zhì)條件要求較高，施工困難、投資較高。,五、地下綜合體的結(jié)構(gòu)特點 與巖（土）接觸處必須有襯砌結(jié)構(gòu)。,襯砌結(jié)構(gòu)的作用：承受巖（土）層和爆炸等靜力和動力荷載，并防止地下水和潮氣的侵入。,襯砌結(jié)構(gòu)材料：鋼筋混凝土或磚、石。,8.3.1地下街,一、地下街定義 在各種建筑物的地下層之間建立地下連通道，或獨立單建，形成總體形態(tài)狹長的旁邊設(shè)店鋪、事務(wù)所、停車等設(shè)施的

13、地下道路。,日本東京車站八重州地下街,8.3.1地下街,二、地下街在我國的城市建設(shè)中起著多方面的積極作用：1、有效利用地下空間，改善城市交通。2、地下街與商業(yè)開發(fā)相結(jié)合，活躍市場，繁榮了城市經(jīng)濟。3、改善城市環(huán)境，豐富了人民物質(zhì)與文化生活。,東京八重洲地下街。分三層，左右兩側(cè)上層為商場、中層為車庫，底層為機房，中部為地下鐵道。,埋入土中的地下街道,,地下街,8.3.2地下商場,中國式的大中型地下綜合體、地下商場在一些城市建成，以下

14、是開封相國寺地下商場平、剖面圖：,開封相國寺地下商場平剖面圖,開封相國寺地下商場平剖面圖,地下商場,8.3.3地下停車場,我國若干大城市的停車問題已日益尖銳，對有組織的公共停車的需求已十分迫切。 以下所示為城市地下停車庫的形式之一：,附建在高層住宅樓的裝配式地下停車庫,附建在高層住宅樓的裝配式地下停車庫,地下停車場,8.4開發(fā)和利用地下空間,8.4.1開發(fā)和利用地下空間是城市建設(shè)的迫切需求 合理開發(fā)和利用

15、地下空間是解決城市有限土地資源和改善城市生態(tài)環(huán)境的有效途徑。 以下列舉美國波士頓地下空間開發(fā)利用對城市的發(fā)展所起到的積極作用。,8.4.1開發(fā)和利用地下空間是城市建設(shè)的迫切需求,中央大街規(guī)劃方案——線路圖及已建成的通向,波士頓地下空間開發(fā)利用,波士頓地下空間開發(fā)利用,1959年中央大街建成時交通狀況與現(xiàn)在的比較,8.4.1開發(fā)和利用地下空間是城市建設(shè)的迫切需求,穿越波士頓港通向機場的4車道隧道,波士頓地下空間開發(fā)利用

16、,8.4.2 合理開發(fā)利用地下空間有利于提高城 市的防空抗毀及防災(zāi)能力,1、地下空間具有極高的抗爆性能； 2、地下空間具有良好的抗震能力。,發(fā)展地下工程的意義,1、為人類的生存開拓了廣闊的空間。 2、地下空間具有恒溫性、恒濕性、隔熱性、遮光性、氣密性、隱蔽性、空間性、安全性等優(yōu)點。 3、社會、經(jīng)濟、環(huán)境等多方面的綜合效益良好。 4、節(jié)省城市占地、節(jié)約能源、克服地面各種障礙改善城市交通、減少城市污染

17、、擴大城市空間容量、節(jié)省時間、提高工作效率和提高城市生活質(zhì)量。,,,,,5.4 隧道工程 了解掌握各類隧道工程的結(jié)構(gòu)特點及施工方法。,5.4 隧道工程——概述,世界經(jīng)濟發(fā)展合作組織（OECD）對隧道所下的定義為：以某種用途，在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺寸，修筑的斷面積大于2m2的洞室。,通俗講是修筑在巖體、土體或水底的，兩端有出入口的，供車輛、行人、水流及管線等通過的通道。包括交通運輸方面的鐵路、道路、水（海）底隧道和各種水

18、工隧道等。,隧道的種類很多，按用途分,有鐵路隧道、公路隧道、公鐵兩用隧道、引水隧道等；按斷面形狀分,有圓形隧道、拱形隧道、卵形隧道、矩形隧道等；按位置分，有傍山隧道、越嶺隧道、水底隧道和地下隧道等；按襯砌結(jié)構(gòu)分，有直墻式襯砌隧洞、曲墻式襯砌隧道、曲邊墻無仰拱襯砌隧道等；按隧道內(nèi)鐵路線路數(shù)分，有單線隧道、雙線隧道和多線隧道等。,隧道結(jié)構(gòu)：洞門、洞身、洞內(nèi)排水通訊設(shè)施等附屬設(shè)施,洞身：隧道結(jié)構(gòu)的主體部分。分為初期支護、二次襯砌、防排水設(shè)施。

19、初期支護：主要指錨噴支護二次襯砌：承受地層壓力，維持巖體穩(wěn)定，阻止坑道周圍地層變形的永久性支撐物。它由拱圈、邊墻、托梁和仰拱組成。 洞門——位于隧道出入口處，用來保護洞口土體和邊坡穩(wěn)定，排除仰坡流下的水。它由端墻、翼墻及端墻背部的排水系統(tǒng)所組成。,5.4 隧道工程 ——概述,英吉利海峽隧道視頻,5.4 隧道工程——概述,隧道內(nèi)的線路可用單向坡或雙向坡,,,隧道襯砌的橫斷面,施工原理與方法：,新奧法(NATM):新奧法的概念是奧地利

20、學(xué)者拉布西維茲教授于1948年提出的，它是以既有隧道工程經(jīng)驗和巖體力學(xué)的理論基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的一種施工方法。挪威法（NMT）：是20世紀(jì)90年代在西北歐隧道工程中發(fā)展起來的一種新方法，該法根據(jù)隧道質(zhì)量指標(biāo)Q值進行圍巖分類并選定支護，是對新奧法的完善、補充和發(fā)展。,5.4 隧道工程 ——施工方法,礦山法：也叫暗挖法，尤其是指在堅硬的巖石層中采用的礦山巷道掘砌技術(shù)的開鑿方式。,暗挖法：適用于各類隧道施工,

21、主要方法：盾構(gòu)法、注漿法、鉆眼爆破法、沉管法和頂管法等,盾構(gòu)法：盾構(gòu)為一鋼制圓筒，周邊設(shè)置千斤頂推向前方。,鉆眼爆破法（適用于硬巖中開挖隧道）,沉管法：多用于水底隧道。,明挖法(基坑法或圍堤明挖法)：從地面向下開挖，并在欲建地下鐵道結(jié)構(gòu)的位置進行結(jié)構(gòu)的修建，然后在結(jié)構(gòu)上部回填土及恢復(fù)路面，主要方法有：敞口放坡明挖、板樁法、地下連續(xù)墻施工法,IBM機法：多用于長大隧道。,頂管法：常用于半徑較小隧道。,注漿法：在施工范圍布置注漿孔，灌入水泥

22、砂漿或其它化學(xué)漿液，以使土層固結(jié)，甚至不加支撐開挖豎井或隧道。,5.4 隧道工程 ——施工方法,施工的主要程序:,5.4 隧道工程 ——施工方法,盾構(gòu)施工法的示意圖,5.4 隧道工程 ——施工方法,盾構(gòu)拼裝出洞的順序,5.4 隧道工程 ——施工方法,隧道內(nèi)路面施工,5.4 隧道工程 ——施工方法,龐大的隧道施工設(shè)備,5.4 隧道工程 ——施工機械,頂管法施工示意圖,5.4 隧道工程 ——施工方法,5.4 隧道工程,連續(xù)板墻法施工示意圖,

23、5.4.1 公路隧道,一、公路隧道線路,公路隧道的各種主要斷面形狀,隧道凈空斷面的形狀，即是襯砌的內(nèi)輪廓形狀。確定的形狀應(yīng)使襯砌受力合理、圍巖穩(wěn)定。襯砌的形狀可采用圓拱直墻。圓形斷面利于承壓和盾構(gòu)施工。在淺埋、深埋公路隧道采用矩形或近橢圓形斷面。 分為單向車道、雙向車道,5.4.1 公路隧道,5.4.1 公路隧道,5.4.1 公路隧道,公路隧道 二次襯砌配筋,公路隧道 開挖斷面,公路建筑限界,公路隧道橫斷面凈空,5.4.1

24、公路隧道,建筑限界是指隧道襯砌等任何建筑物不得侵入的一種限界。公路隧道的建筑限界包括車道、路肩、路緣帶、人行道等的寬度，以及車道、人行道的凈高。隧道襯砌的內(nèi)輪廓線所包圍的空間稱為隧道凈空，除了包括建筑限界之外，還包括通過管道、照明、防災(zāi)、監(jiān)控、運行管理等附屬設(shè)備所需要的空間，以及富裕量和施工允許誤差等。,二、公路隧道通風(fēng),公路隧道空氣污染造成危害的主要原因是一氧化碳。通風(fēng)方式的種類：,5.4.1 公路隧道,5.4.1 公路隧道

25、,射流式縱向通風(fēng),豎井縱向通風(fēng),,5.4.1 公路隧道,,半橫向式通風(fēng),橫向式通風(fēng),5.4.1 公路隧道,,半橫向式通風(fēng),橫向式通風(fēng),5.4.1 公路隧道,三、公路隧道照明,隧道照明與一般部位的道路照明不同，其顯著特點是晝間需要照明。防止司機視覺信息不足引發(fā)交通事故。應(yīng)保證白天習(xí)慣于外界明亮寬闊的司機進入隧道后仍能認(rèn)清行車方向，正常駕駛。隧道照明主要由入口部照明、基本部照明和出口部照明與接續(xù)道路照明構(gòu)成?！　∪肟谡彰魇侵杆緳C從適

26、應(yīng)野外的高照度到適應(yīng)隧道內(nèi)明亮度，所必須保證視覺的照明。它由臨界部、變動部和緩和部的三個部分的照明組成。　　臨界部是為消除司機在接近隧道時產(chǎn)生的黑洞效應(yīng)所采取的照明措施所謂“黑洞效應(yīng)”是指司機在駛近隧道，從洞外看隧道內(nèi)時，因周圍明亮而隧道像一個黑洞，以致發(fā)生辨認(rèn)困難，難以發(fā)現(xiàn)障礙物。變動部是照度逐漸下降的區(qū)間。緩和部為司機進入隧道到習(xí)慣基本照明的亮度，適應(yīng)亮度逐漸下降的區(qū)間?！　〕隹谡彰魇侵钙噺妮^暗的隧道駛出至明亮的隧道

27、外時，為防止視覺降低而設(shè)的照明。應(yīng)消除“白洞效應(yīng)”，即防止汽車在白天穿過較長隧道后，由于外部亮度極高、引起司機因眩光作用而感不適。,5.4.2 鐵路隧道,一、地鐵隧道結(jié)構(gòu)的形式：,A、淺埋區(qū)間隧道　　多采用明挖施工，常用鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)。下圖顯示的是淺埋明挖施工的區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)型式。,(a)單跨矩形 (b)雙跨矩形 (c)單跨雙層 (d)單拱形,B、深埋區(qū)間隧道　　深埋隧道多采取暗挖施工，用圓形盾構(gòu)開挖和鋼筋混凝土管片支護。

28、,鐵路隧道由洞口路塹（或引道）、洞門、洞身襯砌結(jié)構(gòu)和隧道內(nèi)外附屬構(gòu)筑物（道床、避車洞、水溝、照明、設(shè)置電氣化設(shè)備的洞室等）組成。,5.4.2 鐵路隧道,5.4.3 水底隧道,在有大噸位船舶航行的水域，或穿越水域的鐵路運量和輸密度很大，或在城市內(nèi)河流兩岸建筑物密集區(qū)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，可考慮修建水底隧道。水底隧道一般由岸邊敞口段，岸邊暗挖段和水底暗埋段三部分組成。,一、水底隧道埋置深度的影響因素1、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件 2、施工方法要

29、求 3、抗浮穩(wěn)定的需要 4、防護要求 二、水底隧道的斷面形式 圓形斷面、拱形斷面、矩形斷面,5.4.3 水底隧道,三、隧道防水,1、防水混凝土2、壁后回填3、圍巖注漿4、雙層襯砌,5.4.3 水底隧道,5.4.3 水底隧道,水底隧道一般分水底段和河岸段，后者又有暗埋、敞開及出口部分。,施工方法：盾溝法、沉管法；,用盾溝法建造的水底隧道，自兩端至洞口，一般為槽形敞開式引道段，穿越水底的暗埋段，斷面大多為圓形。,引道段,用沉管

30、法建造水底隧道除有引道段外，穿越水底的沉管有時是由幾個通道組成的矩形管段組成。,發(fā)展情況：見世界幾個大海底隧道有關(guān)數(shù)據(jù),四、世界著名的隧道工程,日本青函海底隧道世界上最長的隧道,5.4.3 水底隧道,英吉利海峽隧道,5.4.3 水底隧道,5.4.3 水底隧道,海底隧道立體示意圖,仙尼斯隧道：連接法國、意大利兩國，長12900米，雙線，建于1857—1871年。圣哥達隧道：位于瑞士境內(nèi)，長15000米，雙線，建于1872—1882年