地下工程第一篇汇总课件

1、地下工程授课教师：姚贝贝第一篇 地下工程概况第一章 概 述第二章 地下空间工程的特性第三章 地下工程的利用形态第一章 概 述1.1 什么叫地下空间？ 在地球表面以下的土层或岩层中天然形成或经人工开发而成的空间为地下空间； 在城市规划范围内的地下空间称为城市地下空间； 在城市以外山区岩层中开发的地下空间称为山岭地下空间； 在江、湖、河、海水下开发的地下空间称为水下地下空间； 地下工程：在地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。1.2 地下空间利用的发展过程（1）原始时代：以居住洞穴为主（2）古代时期：以陵墓建造为主（3）中世纪时代：以陵墓和满足宗教特殊要求为主（4）近代时期：以

2、隧道建设为主（5）20世纪以后：以交通、地下能源储库建造为主，城市以地铁、地下管线建设为主。第一章 概 述1.3 为什么要利用地下空间第一章 概 述1.4 古今国内外地下工程第一章 概 述天然洞穴古希腊萨摩斯隧道第一章 概 述秦岭隧道第一章 概 述第一章 概 述第一章 概 述地下货仓第一章 概 述城市交通第一章 概 述厦门跨海半桥半隧方案第一章 概 述1、国外地下工程的发展趋势（1）大型建筑物向地下的自然延伸发展到复杂的地下综合体；（2）地下市政设施的建设从地下供、排水管网发展到地下大型供水系统，地下大型能源供应系统等等。1.5 地下空间的利用现状第一章 概 述2、我国地下空间利用发展的过程6

3、0年代人防工程；70年代后期，随着社会发展的需要，主要致力于人防工程的平战结合，公路隧道、地下商业及地铁建设（北京地铁）；90年代后，我国才真正走入城市地下空间利用的时期；2000年后，在交通、商业、物流等方面进入了新的发展时期。第一章 概 述1、水工隧洞可提供城市给水、排污水， 对环境保护起重要作用；2、地下可提供贮藏空间和其它空间，使 土地利用面积倍增；3、交通隧道可提供安全、准时、快速、 经济的交通手段；第一章 概 述1.6 地下空间的作用地下工程的合理开发和立法；工程环境的特殊性；洞室结构体系的组成；设计、施工的一体化；地下工程施工作业；地下工程结构设计；周边环境控制；地下工程防排水第

4、一章 概 述1.7 地下工程研究的内容第一节 地下空间工程结构的特性第二节 地下空间工程的优缺点第二章 地下空间工程的特性第一节 地下空间工程结构的特性构造特性：空间性、密闭性、隔离性、耐压性、耐寒性、抗震性；物理特性：隔热性、恒温性、恒湿性、遮光性、难透性、隔声性；化学特性：反应性。 这些特性对不同的使用目的，有的是有利的，有的是不利的，应充分理解这些特性而加以有针对性的利用。一、地下空间工程的优点限定视觉开放地面空间和土地的有效利用地下流通和输送环境和利益能源利用的节省和气候的控制相对稳定的温湿度自然灾害的保护安全防卫噪声和振动的影响维修管理第二节 地下空间工程的优缺点第二节 地下空间工程

5、的优缺点二、地下空间工程的缺点获得眺望和自然采光的机会有限进入和往来不便环境能源利用上的限制第一节 人类生存和安全而利用的地下工程第二节 城市现代化发展而利用的地下工程第三节 科学技术发展而利用的地下工程第四节 大规模国土有效利用的地下工程第五节 防御和减少灾害的地下设施第三章 地下工程的利用形态1.1 地下住宅利用发展的背景土地利用条件对住宅“质”的要求地下空间特性的利用第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.2 地下住宅空间的分类第一节 人类生存和安全而利用的地下工程第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.3 地下空间的用途第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.4 地下住宅的利用形

6、态1、地中式贮槽（竖型地下贮槽） 一般是以圆筒形混凝土壁和底板作为贮槽壁，内设有保证液体密闭性的钢板。贮藏对象为常温常压下的石油类。 贮藏基地设施包括：贮藏设施、服务设施、出入荷载设施、排水处理设施、事务管理设施等。第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.5 能源贮藏地下式贮槽构造图第一节 人类生存和安全而利用的地下工程2、横型地下贮槽和水封式贮槽系统 横型地下贮槽用以贮藏石油等。开始是在空洞内放入钢罐，后改为张挂钢板并在钢板与岩壁间充填砼 ，进一步开发了无衬砌的岩洞贮藏方式，即水封式岩洞贮藏方式。 水封式的优点：岩体内开挖空洞充满地下水，地下水的压力比石油压力大，防止石油的泄漏。第一节 人

7、类生存和安全而利用的地下工程水封式岩洞贮槽构造图第一节 人类生存和安全而利用的地下工程3、其它能源贮藏（1）压缩能源贮藏 将原子能发电站等多余的电力以压缩能源形态贮藏。容器一般有岩盐空洞、岩石空洞。（2）热水贮藏 将发电站的剩余电力、太阳能及其他排热等以热水形态加以贮藏的系统。主要用于地区暖房及工厂供热。第一节 人类生存和安全而利用的地下工程地下贮水坝条件：地层透水性好，降雨量大，充足的地下水，水具有良好的循环性，季节变动显著。饮用水贮藏条件：在干燥和半干燥、季节性缺水地区建造。第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.6 用水贮藏设施地下处理设施维修管理容易，易于接受，结构坚固，造价适宜，一

8、般都设在地下500-1000m深处。第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.7 放射性废弃物处理设施地下贮藏粮食主要利用地下恒温这一特点。地下贮藏成本低，保护环境，节约能源 ，尤其是地下冷库，由于能耗低，近几年发展较为迅速。第一节 人类生存和安全而利用的地下工程1.8 粮食贮藏设施地下办公场地地下街地下停车场地下交通系统地下能源供给设施地下通信设施地下上下水道地下废弃物处理设施地下文化设施第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2.1 地下空间在城市现代化建设中的利用有：第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2.2 地下（商业）街地下街在城市建设中的作用主要体现在：改善城市交通，减少地面人员交

9、叉流动，实现人车分流；地下街与商业开发相结合，解决地面购物与服务设施的不足，繁荣市场经济；改善城市环境，建立交通枢纽及各建筑物之间的联络通道，满足战备要求。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程广场型 多修建在火车站的战前广场或附近广场的下面，与交通枢纽连通。街道型建在城市中心区较宽广的主干道之下复合型第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2.3 地下街的基本类型第二节 城市现代化发展而利用的地下工程第二节 城市现代化发展而利用的地下工程以公用通道或停车场为中心来修建应考虑利用者在紧急情况下的避难和逃生等问题应与地面道路或战前广场等相配合禁止地下街与其他建筑物的地下室相连接与一般建筑相比，地下

10、街防火要求较高第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2.4 修建地下街的原则1、地下街的规划 包括：周围地区的土地利用、周围地区的交通、周围地区的商业、现场的状况等。2、规划应重点考虑以下几点：（1）与地表公共设施的关系相互配合、协调，形成一个整体第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2.5 地下街的规划与设计（2）与公共地下人行道的关系应考虑利用者的方便以及易于紧急时避难（3）与公共地下停车场的关系（4）与地下铁道的关系（5）与周围建筑物的关系原则上不应与其他建筑物的地下室连接。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程（6）各项设施布置的基本要求安全性便利性舒适性健康性第二节 城市现代化发展而

11、利用的地下工程2、地下街的设计第二节 城市现代化发展而利用的地下工程（1）平面布置 矩形布置：多用于大中跨度的地下空间，一般位于城市干道的一侧。带形平面：一般为坑道式，中间不设立柱，跨度较大圆形和环形平面：用于大型商场横盘式平面：用于综合型的地下商业街第二节 城市现代化发展而利用的地下工程（2）横断面和纵剖面设计第二节 城市现代化发展而利用的地下工程横断面（3）结构设计明挖法结构形式：直墙拱、矩形架和梁板式结构暗挖法（4）环境设计（5）细部设计第二节 城市现代化发展而利用的地下工程纵剖面设计：纵向坡度必须满足自然排水要求，一般不得小于3.1、地下停车场的类型第二节 城市现代化发展而利用的地下工

12、程2.6 地下停车场地下停车场的类型按使用性质分类公共停车场专用停车场按设置场所分类道路地下停车场公园式地下停车场广场型地下停车场建筑物地下停车场按与地面的连接分类2、地下停车场规划（1）停车场规划的基本流程第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2、停车场内汽车的动线规划 进出口位置和构造；车道的设计；进出车口和停车室间的距离；停车场层数对动线的影响；设施管理与动线设计；利用者的步行动线第二节 城市现代化发展而利用的地下工程3、地下式停车场的设计（1）地下停车场的构造 基本构造有车道宽度、有效高度、弯曲段的回转半径、斜道坡度等。（2）地下停车场的内部设计 平面设计主要是对停放汽车的停车室、各种

13、动线及各项设施的设计与布置规划。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程 地铁为轴重相对较重、单方向输送能力在3万人次/时以上的城市轨道交通系统。1、地铁的规划第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2.7 地下铁道（1）交通输送量的预测 交通圈总体交通量的预测；地铁路线输送量的预测（2）路网规划主要考虑路网规划要与客流预测相适应，符合城市发展的规划，贯通城市中心及其他主要地点，并均匀布置；第二节 城市现代化发展而利用的地下工程与周围地区和城市业务地区以最短时间联络力求多设换乘地点，方便出行客流；合理布置车站间距，提高列车的运行效率；为了最大限度吸引沿线路面交通量，应沿干线道设置；应与周围地区已成

14、铁路线相联络第二节 城市现代化发展而利用的地下工程路网的类型第二节 城市现代化发展而利用的地下工程（3）线路规划 地铁线路是由路基、隧道、地铁车站、轨道组成的一个整体工程结构。按其运营中的作用分为正线、辅助线、车场线。 正线为载客运营线路；辅助线为保证正线运营而配置的线路；车场线是场区作业的线路。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程线路的平面 考虑沿线的地下埋设物和地铁隧道的关系，施工时对沿线居民的影响等。尽可能使地铁隧道位置位于对沿线影响较小的道路中心线上。 当地铁隧道中心线为曲线时，尽量选择大曲线半径。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程 线路的纵断面 埋深越浅越便宜，明挖法费用与埋深

15、成正比，盾构法费用与埋深无关。 坡度的设置要求列车能从最大坡度上启动，最大坡度阻力和附加阻力之和，不宜大于列车牵引力的一半。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程2、地铁区间隧道及车站（1）区间隧道明挖法：箱形断面盾构法：圆形断面第二节 城市现代化发展而利用的地下工程（2）车站 车站在线路的起终点和中心地区的任务是不同的，车站分为郊区站、城市中心站、联络站和待避站。 郊区站间距一般较长；城市中心站间距不宜太长；联络站的规模较大。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程 站台宽度由客流乘降人数、升降台阶的位置和宽度等决定。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程3、通风空调设施 要建立一个能满足乘客

16、、工作人员生理和心理上要求的人工环境。分为：开式系统、闭式系统和屏蔽门系统。4、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。第二节 城市现代化发展而利用的地下工程城市中采用明挖法，山区采用暗挖法。利用地址上的经济效果利用防止噪声公害的效果利用恒温和恒湿等物理效果利用防灾效果保护景观的效果第三节 科学技术发展而利用的地下工程3.1 地下生产工厂多设在山区坚硬岩石层中优点：不受地形制约，自由选择位置，充分利用落差不担心雪害和冰害以及落石的危害对自然环境损害小与气候、气温无关缺点：地质条件对建设费用影响很大第三节 科学技术发展而利用的地下工程3.2 地下水力发电站地下原子能发电站的结构

17、形式优点：选址条件范围大；对景观影响小；对放射性有良好的遮蔽效果；抗震性好；防御外部下落物。缺点：需坚实岩体，建设费用高，工期长，扩建、改建困难。第三节 科学技术发展而利用的地下工程3.3 原子能发电站4.1 铁路设施隧道的优越性：大幅度地缩短线路长度，降低线路标高，改善通过不良地质地段的条件，降低铁路造价等。秦岭隧道(18.4km)，乌鞘岭隧道（20.5km）,太行山隧道（27.8km）。第四节 大规模国土有效利用的地下工程1、铁路隧道的规划设计 影响隧道位置的选择主要因素有工程和水文地质条件、地形地貌条件、工程难易程度、投资和工期、施工技术和运营条件等。越岭隧道平面和立面位置的选择傍山隧道

18、位置选择第四节 大规模国土有效利用的地下工程2、铁路隧道的平面、纵断面设计（1）隧道平面设计 中心线水平投影越直越好。隧道平面线形应尽量采用直线或大半径曲线，避免小半径曲线。第四节 大规模国土有效利用的地下工程（2）隧道纵断面设计 中心线展直后在垂直面上的投影。设计主要包括对线路坡度形式、坡度大小和折减、坡段长度和坡段间的衔接等内容。单坡：线路紧坡地段或展线地区，可以争取高程；人字坡：长隧道，越岭隧道无需争取高程。第四节 大规模国土有效利用的地下工程 隧道坡度设计应尽量采用较缓的坡度，一般不小于3隧道内线路的限制坡度要进行折减 相邻两换坡点间的距离为坡段长度。纵断面设计为尽可能长的坡段，通常坡

19、段长度最好不小于列车长度。第四节 大规模国土有效利用的地下工程3、铁路隧道净空（1）直线隧道净空铁路隧道净空：隧道衬砌内轮廓所包络的空间。建筑界限铁路隧道净空比隧道建筑界限稍大一些。（2）曲线隧道的净空加宽 为保证列车安全通过曲线隧道，需将隧道净空作适当加宽第四节 大规模国土有效利用的地下工程1、洞门 设置在隧道两端和地面接壤处，保持洞口边坡的稳定和仰坡的安全，引离地表水流，减少洞口土石方开挖量，装饰洞口。端墙式洞门：适用于洞口两边挖方、端墙承受背后全部土压力的情况突出式洞门：适用于洞口周边地质不良，需要填土的情况第四节 大规模国土有效利用的地下工程4.2 洞门及附属建筑物2、隧道内附属建筑物

20、避车洞防排水设施下锚段衬砌电缆槽运营通风设施第四节 大规模国土有效利用的地下工程一、公路隧道的规划与设计1、选址 满足道路规划的技术条件要求，考虑地形地貌、工程地质和水文地质、洞口设置条件和施工条件、隧道的线形和道路的连接、工期和投资情况等综合分析、比较、确定最优方案。第四节 大规模国土有效利用的地下工程4.3 公路交通设施2、平纵断面设计 一般原则上采用直线，避免曲线；必须设置曲线时，尽量采用大半径曲线，并保证行车视距。曲线半径不宜小于不设超高的平面曲线半径。线路最小半径的确定应保证曲线隧道在平面上具有必要的限界、车辆的侧向滑移稳定和行驶通顺等因素。第四节 大规模国土有效利用的地下工程3、公

21、路隧道净空断面设计 要满足隧道建筑限界，考虑洞内排水、通风、照明等附属设施需要的空间。一般应研究路面宽度的构成和建筑限界、有无内装饰和洞内特殊设备、有无监视员和行人通道、对建筑限界和铺装覆盖层的富裕量。第四节 大规模国土有效利用的地下工程 净空断面的形状根据土压的性质可使用圆拱直墙或曲墙的组合形、全断面圆形或接近圆形等形式。地质条件好的地层采用圆拱直墙式断面，浅埋、深埋公路隧道采用矩形或近椭圆形断面。第四节 大规模国土有效利用的地下工程4、公路隧道路面水泥路面（刚性路面）：普通砼板，钢筋混凝土板沥青路面（弹性路面）：高级沥青路面，简易沥青路面刚性路面：路面表层使用刚性的砼板来承受车轮荷载产生的

22、弯曲应力弹性路面：路面表层是富有弹性的沥青混合层。第四节 大规模国土有效利用的地下工程二、公路隧道的洞门与装修洞门：隧道与明线部分的连接点，保持洞门周边地层的稳定和安全、引离地表水、保证行驶车辆安全顺利出入。贴壁式：考虑抵抗土压力的能力突出式：不考虑承受的土压力。第四节 大规模国土有效利用的地下工程三、公路隧道的防水四、公路隧道的通风与照明1、公路隧道通风第四节 大规模国土有效利用的地下工程2、公路隧道的照明不分昼夜均需照明，解决白天照明问题。基本照明：为适应急剧的明亮度变化后驾驶员在隧道中运行能保持视觉条件所必须的照明。入口照明：驾驶员从适应野外高照度到适应隧道内明亮度时，必须保证视觉的照明

23、。出口照明：防止视觉降低而设置的照明。第四节 大规模国土有效利用的地下工程五、公路隧道的防灾设施通报装置：按钮式通报装置、非常电话和火灾传感器。非常报警装置：为告知通行者隧道内发生火灾等事故而设在隧道入口处的装置。消防设备：灭火器和消防栓第四节 大规模国土有效利用的地下工程4.4 海峡通道工程第四节 大规模国土有效利用的地下工程 厦门翔安海底隧道是我国大陆第一条海底隧道，隧道最深在海平面下约70m，工程总投资约36亿元人民币。它是一座兼具公路和城市道路双重功能的隧道。翔安隧道不仅是我国内地第一条海底隧道，也是第一条由国内专家自行设计的海底隧道，隧道采用钻爆法施工，按双向6车道设计，行车速度为8

24、0km/h。第四节 大规模国土有效利用的地下工程1. 工程概况厦门大桥海沧大桥厦门东通道（翔安隧道）翔安区厦门岛金门鼓浪屿漳州翔安隧道地理位置图 厦门翔安海底隧道工程主要包括五通互通，跨海翔安隧道和西滨互通三部分工程。线路总长8.695km，翔安隧道全长6.05km，其中海域段长4.2km，为双向6车道双洞海底隧道，采用三孔隧道形式穿越海域，两侧为行车主洞，中间一孔为服务隧道。隧道沿线设通风竖井两座，车行横洞5处，人行横洞12处，翔安西滨侧设收费、服务、管理区。52m22m翔安隧道横断面示意图第四节 大规模国土有效利用的地下工程1）V形纵剖面，下坡施工，施工排水量大 海底隧道洞口高，中间低，纵

25、剖面呈V形，下坡施工，水（围岩渗水和施工用水）不能自流排出，施工中必须制订完善的排水方案，采用足够的排水设备不间断地排水，施工供电也必须安全、可靠、不间断。第四节 大规模国土有效利用的地下工程2. 工程特点 2）国内第一，技术含量、标准要求高 隧道穿越海底施工过程中遇到很多技术难题，其中有多项世界级的技术难题，因而在施工中必须进行必要的科研试验，以解决施工中的关键技术问题，这充分体现了海底隧道科研先导的施工理念。第四节 大规模国土有效利用的地下工程2. 工程特点3）地质条件复杂，水量大，水压高，施工难度大 该隧道经过陆域、浅滩带及海域三种地貌。在陆域和浅滩地带，基岩全-强风化带厚度较大；在海域

26、，三条隧道共同穿越F1-278m、F2-220m、 F3-255m、 F4-212.5m、 F5-153m、累计穿越风化槽总长度为1118.5m。此类全-强风化岩体强度低、自稳能力差。另外，隧道轴线上海水最深为30m，而且受岩石风化节理、裂缝、风化槽的影响，分段最大涌水量为6.2m3/（dm），在0.7MPa高水头压力下，开挖扰动后，极易发生涌水和塌方，给隧道正常施工带来很大的安全隐患。第四节 大规模国土有效利用的地下工程4）断面大，工法多 主隧道按3车道设计，最大开挖断面尺寸为17.04m12.55m(170m2)；根据隧道区域地质条件，主要采用CRD工法、双侧壁导坑法、上下台阶法施工。第四

27、节 大规模国土有效利用的地下工程I II III IV CRD工法双侧壁导坑法台阶法施工CRD法（交叉中隔壁法）将大断面隧道上、下、左、右分块开挖，并施作初期支护和临时横撑（临时仰拱），每台阶纵向长度35m，步步封闭成环。适用范围：围岩稳定性差，跨度较大，竖向变形大 ，横向变形大大跨隧道双侧壁导坑法施工适用范围：浅埋大跨度隧道，围岩条件特别差严格控制地表沉降5）隧道结构防腐、抗渗要求高 本工程使用年限按照100年设计，采用复合式衬砌结构，陆域隧道二次衬砌为C30防腐蚀混凝土，抗渗等级为P8，海域隧道二次衬砌为C45高性能防腐混凝土，抗渗等级为P12，同时采用具有抗海水侵蚀的喷射混凝土，钢筋网为

28、V级，风化槽采用钢拱架组成初期支护，取消系统锚杆，钢拱架接头处设锁脚钢管，在初期支护和二次衬砌之间，选择PVC防水板和系统盲管做排水系统，确保满足隧道设计使用年限的要求。第四节 大规模国土有效利用的地下工程6）施工风险大 地下水是海底隧道施工中的最大风险。海底隧道与一般山岭隧道最明显的差异，就是其水源是无限的海水。由于本工程大部分区域是在水下，地质条件具有较强的多变性和不可确定性，稍有不慎，很有可能在施工中发生涌水、突水、造成隧道持续坍塌或严重进水，如采取措施不当，将对施工人员和机械设备造成极大的威胁，甚至导致工程报废，造成无可挽回的损失。第四节 大规模国土有效利用的地下工程7）环保、水保、文

29、明施工要求高 厦门岛是国内著名的海滨旅游城市，风景优美，地域特色明显，翔安隧道设计施工理念新颖，隧道建设的社会意义重大，对环保、水保、文明施工要求高。第四节 大规模国土有效利用的地下工程第四节 大规模国土有效利用的地下工程 1）超前预报预测3. 工程重点施工用到的RPD-180C多功能地质钻机 2）隧道结构防水施工 在陆域段，隧道二次衬砌混凝土抗渗等级为P8；在浅滩和海域段，隧道二次衬砌混凝土抗渗等级为P12。施工中，隧道上受海水威胁，下受地下水的影响，地下水以基岩裂隙水为主，大气降水和海水为补给源，地下水沿裂隙渗入隧道而出现滴水或溢流，甚至会出现涌水现象。如何保证本工程的防水质量及达到防水效