第三章地下工程的利用形态

1、第三章第三章 地下工程的利用形态地下工程的利用形态 第一节第一节 为人类生存、确保安全加以利用的地下工程为人类生存、确保安全加以利用的地下工程 第二节第二节 伴随城市发展而加以利用的地下工程伴随城市发展而加以利用的地下工程 第三节第三节 伴随科学技术发展而利用的地下工程伴随科学技术发展而利用的地下工程 第四节第四节 大规模国土的有效利用的地下工程大规模国土的有效利用的地下工程 第五节第五节 防御和减少灾害的地下设施防御和减少灾害的地下设施地下工程的利用形态是多种多样的，归纳起来大致有以下几种：(1)为人类生存、确保安全的：如各种储藏设施、地下住宅等；(2)伴随城市的现代化发展而利用地下空间的：

2、如城市有轨交通系统、上下水道等；(3)伴随科学技术的发展而利用地下空间的：如地下水力发电站、地下能源发电站以及地下工厂等：(4)大规模国土的有效利用：如城市间、国家问的交通设施等；(5)防御和减少灾害的地下设施：如人防工程、各种储备设施、防御洪水灾害的地下河、地下坝等。第一节 为人类生存、确保安全加以利用的地下工程一、生活设施-住宅等地下住宅利用发展的背景：(1)城市土地利用：由于城市人口激增、建筑物过密、空地减少、地价话涨就要求对有限的土地高度利用。(2)对住宅的“质”的要求：随着生活水平的提高，对居住空间的要求多样化起来了，不仅要求具有最低限度的居住功能、而且要求有更丰富的功能和更富裕的空

3、间，也提高了对自然环境的要求。(3)积极利用地下空间的特性：地下空间的隔热、隔音、遮蔽等特性，对节能和生活多样化是有意义的。二、地下储藏设施（一）能源储藏目前利用地下空间进行储藏的能源有：石油、液化石油、液化天然气、压缩空气、超导能等。1地中式贮槽（竖型地下贮槽）竖型地下贮糟的施工大体分为开挖、躯体建设及附属设备的施工。2横型地下贮槽地面的雨水渗透到土中，成为层间地下水的一部分，通过节理渗入岩体深处，充满岩体内的空隙。这种含在岩体内的水称为岩体内地下水。在这种岩体内开挖空洞，空洞中充满地下水，而在这样的空洞中储藏石油类的物质，由于地下水的压力比石油压力大，可防止石油的泄漏。这就是水封的优点。水

4、封式岩洞贮槽的一般构造图水封式岩洞贮槽视储藏的燃料类别、使用目的的不同而有各种构造。储藏方式的选择视燃料的性质及数量等而定。3其他能源储藏（1）压缩空气储藏这里指把原子能发电站等多余的夜间电力以压缩空气形态加以储藏的方式 储藏压缩空气的容器可以是岩盐空洞、岩体空洞等（2）热水储藏热水储藏是把发电站的剩余电力、太阳能以及其他排热等，以热水形态加以储藏的系统。下图为利用含水层进行热能储藏的设计概念。（二）用水储藏设施（1）地下坝-农业用水（2）饮水储藏挪威、布拉吉尔等都曾在岩体中建造饮用水储藏设施；实际效果表明其经济上较地面型优越。（三）放射性废弃物处理设施 放射性废弃物视放射性水平的高低，在处理

5、方法上各不相同见图3.13。地下的处理设施，一般都设在地下5001000m深处。地下方式，即从地面开挖竖井达到良好岩体后，修建水平的隧道群放入废弃物后加以埋没。（四）粮食储藏设施 我国在5000年前就开始对粮食进行地下储藏。地下储藏的成本低，可保护环境、节约能源等，具有较多优点。尤其是地下冷库、近几年发展极为迅速。第二节 伴随城市发展而加以利用的地下工程地下空间作为城市重要资源，得到了多方面的利用，如办公楼、地下街、地下停车场、交通系统、能源供给设施、通信设施、上下水道、废弃物处理设施、文化设施等。这些设施与地面建筑一道，构成了城市的立体空间网络。图3-14是日本东京都地下空间利用的构思。一、

6、地下（商业）街地下街的类型：(1)广场型(2)街道型(3)复合型（一）修建地下街的原则(1)考虑社会经济利益(2)考虑紧急情况避难问题(3)作为城市的一个环节来进行规划和修建(4)避免地下街与其他地下建筑相连接(5)考虑防火要求（二）地下街的规划1.考虑地区的土地利用：在考虑交通规划或商业区条件时应该掌握包括地点在内的周围地区的土地利用现状并预测其以后的动向。2.周围地区的交通：掌握该地区周围交通并预测未来对明确地区的性质及其在城市中的地位进而建立该地区的交通方案是很重要的。3.周围地区的商业：应掌握周围地区的商业实态。4.现场的状况：(1)与地表公共设施的关系：地下街设置不应对地表上的设施管

7、理有所妨碍，即要与地表上公共设施相互配合、协调，形成一个体，以充分发挥其功能。(2)与公共地下人行道的关系：地下街总规划中公共人行道的布置，应考虑使用者的方便以及易于紧急时避难，公共人行道的宽度由下式决定。其值不满6m时应采用6m(3)与公共地下停车场的关系：联系地下街的地下停车场，多为两层以上，形成一个大规模的地下结构物，且通风、排水等机械设备的设置较地下街本身的设置更为庞大。应该指出地下街的出人口及汽车的出人口应有明确标志，以利使用者的识别。(4)与地下铁道的关系：设在闹市区的地铁车站，与地下街之间的规划可一并考虑。(5)与周围建筑物的关系：地下街是一个大型商业中心在规划时应充分研讨该城市

8、的商业发展以及地下衔周园地点的商业网点分布。(6)各项设施布置的基本要求(安全性、便利性、舒适性、健康性)。（三）地下街设计中的注意事项(1)公用地下通道；(2)台阶；(3)地下广场；(4)店铺；(5)防灾中心；(6)附属设施。二、地下停车场（一）地下停车场的规划和设计1.停车场的类型：(1)公路地下停车场；(2)公园式地下停车场；(3)广场型地下停车场；(4)建筑物地下停车场；2.地下停车场与地面的连接（二）地下停车场规划1.停车场规划的基本流程；2.停车场内汽车的动线规划：(1)汽车的交通动线；(2)利用者的步行动线；(3)停车场管理者的动线。（三）地下式停车场设计的基本原则1.汽车停车场

9、的构造基准：车道宽度、梁下有效高度、弯曲段的回转半径、斜道坡度2.地下停车场的平面设计：(1)汽车尺寸；(2)柱的布置；(3)停车形式；(4)停车室、车道的布置；(5)步行者使用的台阶和通道；(6)附属设施；3.地下停车设备：(1)停车场管制设备；(2)通风设备；4.地下停车场的维修管理：(1)建筑物的维修管理；(2)各种设备的维修管理三、地下铁道地下铁道在大城市公共交通中起到了越来超重要的作用，其优越性主要为：(1)运量大，其运量为公共汽车的68倍； (2)行车速度快；(3) 运输成本低；(4)安全、可靠、舒适；(5)地下铁道的大部分线路修在地下，能合理地利用城市的地下空间保护城市景观。（一

10、）地下铁道的规划1.输送量的预测：(1)交通圈总体交通量预测；(2)路线输送量的预测2.路网类型的选择3.线路的选择：(1)线路的平面位置；(2)线路的平断面位置（二）车站及其他各种设施1.区间隧道区间隧道内要设置列车运行及安全检查用的各种设施。其中主要有：轨道、电车线路线路标志、通讯及信号用电缆、安全及列车诱导的通讯线、待避洞及待避空间、灭火栓等设施。地下铁道区间隧道的断面，一般分为箱形和圆形两种。明挖法多采用箱形断面；盾构法则采用圆形断面。其类型有单线、双线。2.车站地下铁道车站设施要具有集中面有效地处理高峰期(79时1621时)旅客的功能。车站的设备是为方便旅客设置的，主要有：(1)站务

11、系统；(2)电气关系； (3)其他。（三）通风空调设施(1)自然通风 是利用隧道内的温度与地面大气温度间的温差和列车的活塞作用进行的、不使用机械的通风称为自然通风。这种通风方式的特点是：站间列车行驶速度高，活塞作用大，风量大；在到达车站附近时，车速减低，活塞作用风量也随之减小；在断面扩大地段活塞作用小，风量也小，因而风量不能稳定。通风距离短。通风口数量多时，对风量需要大。由于列车向长大化和大密度方向发展，隧道内湿度上升很快，相应的通风效果要求也高。因此，一般采用自然通风都较难满足要求。 (2)机械通风 机械通风是在车站或区间安装送风机(给风)或排风机(排风)。进行隧道内通风的方式。目前地下铁道

12、中采用的主要通风方式。（四）防灾设施防灾设施包括防止灾害发生、灾害救援和阻止灾害扩大等设施。（五）施工方法及其选择具有代表性的地下铁道施工方法有明挖法和盾构法。一般说，埋深大时，盾构法有利；埋深小时，明挖法有利。 在近几年的城市隧道中，浅埋暗挖法得到应用，而且有逐渐扩展的趋势。这个方法比盾构法有利之处在于，易于适应断面变化，能有效地控制地表下沉。右图为其施工顺序。四、城市地下管道设置通讯电缆、电气、瓦斯、上下水道等两种以上地下埋设物的隧道，称为市政地下管道，这些埋设物一般都设在道路路面之下的隧道中。共同管道大体分为干线管道和供给管道两类：(1)干线管道是以间接为沿管道地区服务为目的的收容干线电

13、缆(如电力线和连接电话中继站的电缆)和下水道的空间，主要设在车道的下面。目前修建的管道，大都属于这种类型。 (2)供给管道是收容沿管道地区直接服务的电缆和管路的设施。（一）地下管道的结构 共同管道由下述几部分组成：本体：包括管道的一般地段和特殊地段。附属设备：排水、通风、照明、防灾安全等设备。为保证共同管道内的通风需设置通风口（二）地下管道调整与整顿在一个城市的发展过程中，已修建的地下埋没物常造成路面下的地下空间利用混杂和不合理，为了解决这个问题，修建集中设置的共同地下管道是有效的途径。五、能源供给设施（一）电力供应设施(1)送、配电线地下化(管路式、管道式)；(2)地下变电站（二）瓦斯供给设

14、施瓦斯供给设施与上、下水道一样，也是利用地下空间最多的设施之一。瓦斯供给的管道通常有高压和低压之分，后者一般用于向家庭供给瓦斯。一般来说干管多埋于地面下0.61.5m处，其他导管埋在地面下0.61.2m处。目前，多数国家将瓦斯供给导管安置在共同市政管道中。（三）地区性冷暖房采用地区暖房的主要目的是为了减少对大气的污染。目前国外修建的地区冷暖房，几乎都是利用石油以及城市瓦斯为燃料，今后将向利用废热或复合能源的冷暖房发展。前者是利用工厂或垃圾燃烧厂等的废热为主要热源的系统，后者则是利用高效瓦斯、燃料电池等。六、上、下水道设施（一）上水道设施上水道设施包括水源设施、取水设施、净化设施和供水设施等。（

15、二）下水道设施下水道的基本作用是：防止降雨时市区积水、改善环境卫生，城市生活用水和工厂污水排放、粪便处理。防止水质污染，保护水资源，下水的再利用。第三节 伴随科学技术发展而利用的地下工程一、地下生产工厂一般说，把地上卓有成效的生产设施移到地下是有其原因的。1.选址上的经济效果2.利用防止噪音公害的效果3.利用恒温和恒湿等物理效果4.利用防灾效果5.保护景观的效果6.己建空洞的地下利用二、地下水力发电站利用地下空洞的发电设施有水力发电站和原子能发电站等。地下水力发电站多设在山区坚硬的岩石层中，其特点是：(1)不受地形的制约，可自由选择位置能充分利用落差；(2)不担心雪害和冰害以及落石的危害，在寒

16、冷气候条件下，也能正常运转；(3)构造物不露出地面，对自然环境损害小；(4)与天气、气温无关，可全年进行施工；(5)在地下修建大串洞，地质条件对建设费用影响很大。三、原子能发电站地下原子能发电站有地下式和完全地下式两种：地下式原子能发电站的优点有：(1)选址条件的范围大，不需要宽阔的平坦地，海岸或山区均可修建；(2)修建在地下，对景观的影响小；(3)地下空洞周围岩体对放射性有良好的遮蔽效果，并可容纳放射性物质；(4)抗震性好；(5)防御外部下落物有利。不利之处有：(1)为了开挖大型空洞，需坚实岩体；(2)扩建、改建困难。四、废弃物地下处理设施废弃物处理设施包括废弃物的排除、收集、运输、处理、处

17、置等一系列作业设施。必须合理有序地分配地下空间，使上述各种设备各得其所，发挥其功能是很重要的。对一个新兴城市的建设更为重要。第四节 大规模国土的有效利用的地下工程一、概述人和物的移动，即输送问题，是一个国家经济发屉不可缺少的。古代是以人的步行和移动来进行输送的，随着生产力的发展和进步，出现了船、马车、汽车、火车以及飞机等交通工具更新了入和物的输送手段。输送范围也从地区内、地区间迅速扩展到国与国之间。大规模国土的有效利用，多数是以跨省和跨国家的交通建筑，如大规模的铁路、公路、管道运输设施以及国际间的联络通道工程等。二、铁路设施（一）铁路隧道的规划设计1.隧道位置的选择：(1)越岭隧道平立面位置选

18、择；(2)傍山隧道位置选择；(3)不良地质条件下隧道位置的选择；(4)隧道洞口位置的选择2.隧道平、纵断面规划设计 ：(1)隧道平面设计；(2)隧道纵断面设计（二）铁路隧道净空1.直线隧道净空2.曲线隧道的净空加宽（三）洞门及附属建筑物1.洞门。铁路隧道洞门形式一般主要有环框式、端墙式、翼墙式等几种。2.隧道内附属建筑物：(1)避车洞；(2)防排水设施；(3)电缆槽（四）铁路隧道规划设计实例秦岭隧道、大瑶山隧道秦岭隧道是中国最长的铁路隧道，位于在建的西安-安康铁路青岔车站和营盘车站之间，由两座基本平行的单线隧道组成，两线间距为30米，其中线隧道全长18460米；线隧道全长18456米。秦岭隧道

19、穿越地段地质条件十分复杂，经多种手段测试，施工时有高地应力、岩爆、地垫、断裂带涌水、围岩失稳等不良地质灾害发生，工程建设任务十分艰巨。大瑶山隧道全长14.3km，该隧道位于广东省境内坪石乐昌之间。经方案比选，采用长隧道方案。该方案从线路角度看，较沿河方案缩短线路长度约11km，改善了运营条件；从地质角度看，避开了沿河水文条件恶劣及岸坡的坍塌、错落、滑坡等不良地质地段。三、公路交通设施（一）公路隧道的规划设计1.选址2.平纵断面设计3.公路隧道内空断面设计4.公路隧道路面（二）公路隧道的洞门与装修公路隧道不同于铁路隧道的主要特点是对环境要求高，除了作为车辆的通道外，一般还作为人行的通道因此，应考

20、虑环境的美观性。（三）公路隧道的防排水当公路隧道修建在有地下水的地区时要进行防排水设计。一般常用的方法有堵水、隔水和排水。堵水的办法比较困难所以山区隧道常采用后两者。（四）公路隧道的通风与照明1.公路隧道通风2.公路隧道的照明：(1)基本照明；(2)入口照明；(3)出口照明和接续道路照明（五）公路隧道的防灾设施1.通报装置；2.非常报警装置；3.消防装置；4.其他非常设施四、海峡通道工程第五节 防御和减少灾害的地下设施一、灾害及防治措施（一）灾害的种类（二）防灾对策大地震等大灾害的防护设施。视灾害类型不同所需的设施也不相同，大致如表3-31所。二、防护建筑防护建筑是作为城市防御自然和人为灾害修

21、筑的暂时避难设施，其基本要求是： 容积为1000人左右为宜； 考虑灾害延续的时间，需与外界隔绝至少6h； 考虑到二氧化碳(CO2)浓度随人的数量和时间的增加而上升、不小于7700m3，最好在12500m3以上；应保证避难空间最低不小于700m2； 底面积以1000m2为准，最好为200m2，最低应不小于700m2； 应设有不同方向的两个以上的出入口，为了避免避难者的混乱，要有确保避难者安全的二重或三重的设备、情报收集、传递等功能。 地下的暂时避难设施、不仅在紧急时可利用平时也可加以使用，如用来作为仓库、停车场、体育设施等这是很重要的。因此，这里介绍以利用中、小学的体育设施，体育中心，地区中心的地下空间，作为暂时避难设施的规划设计。（一）利用学校的体育设施（二）利用体育中心三、储备设施 灾害发生时，作为维持人生命的水和粮食是必不可少的。为了保证灾害发生后的饮用水、粮食等物资，在规划避难设施时应考虑储备措施。（一）日本东京都的水储备规划日本东京都的上水道利用者约1145万人水道普及串达998。水源主要为河水及地下水，一天最大供水量约5738300 m3