《地下建筑结构》(1)ppt课件

1、绪 论第一讲地下建筑构造同济大学土木工程学院地下建筑与工程系隧道及地下工程研讨所.本讲内容1地下建筑构造的开展现状2地下建筑构造的概念、作用和方式3地下建筑构造的设计程序和内容4本课程包括的内容5地下建筑构造面临的挑战.一、地下建筑构造的开展现状铁路隧道：2500km(解放后建筑)，其中： 大遥山隧道1987为14.295km，居世界第10位； 秦岭隧道(1999)由两座根本平行的单线隧道组成，间距30米，各全长18.46公里，居亚洲第2位，世界第6位。最大埋深1600米，为目前世界之最。 公路隧道水下：打浦路隧道第一条，2761m甬江、珠江、上海外环江底沉管隧道上海长江隧道琼州海峡隧道、台湾

2、海峡隧道未来能够的 铁路和公路隧道.绥芬河北京乌海临汾洛阳荣成丹东锡林浩特乌兰浩特满洲里珲春青岛连云港宁波厦门汕头河池瑞丽霍尔果斯石家庄太原济南长春哈尔滨郑州上海杭州福州武汉长沙南昌合肥南京广州南宁贵阳昆明成都重庆西安银川乌鲁木齐天津9纵 18横国家高速公路网规划方案沈阳海口兰州.在山岭，全国各省，特别是西部地域，将建立众多隧道工程。在沿江，宁波、广州、上海、南京、武汉、重庆等越江通道工程。 在沿海，有渤海湾跨海工程、大连湾跨海工程、青-黄海底隧道工程、上海崇明越江通道、港-珠-澳跨海工程、琼洲通道工程、台湾连线工程、厦门东通道工程等。.东、西部高速公路隧道工程.同三国道主干线沈阳至海口国家高

3、速琼州海峡.世界主要跨海工程 国外：日本开展最快，建筑达2000km。其中：圣哥达隧道16.5km；水下隧道开展较快，港九海底隧道、青函隧道53.85km), 为世界之最；英法海峡隧道49.6km，直布罗陀海峡隧道拟建，衔接欧非大陆；对马海峡隧道拟建，衔接日本与南朝鲜，230km.瑞士圣哥达大隧道全长16.5Km，是穿越海拔2Km多的阿尔卑斯山、衔接瑞士南部和意大利北部的主要公路干道，为世界第二长公路隧道。 图片为2001年10月24日因车辆相撞发生大火，死亡14人。在英吉利海峡底开凿隧道的规划是19世纪初拿破轮战争期间初次提出的。英吉利海峡隧道耗资100亿英镑，接通英国肯特郡的福克斯通和法国

4、的加来，建造工程于1987年12月开场，到1990年12月终了。1994年5月6日由英国女王伊丽莎白二世和法国总统密特朗正式剪彩通车。这条双轨隧道长49.94公里，直径7.6米。.水中隧道悬浮隧道技术.山岭隧道新奥法.越江公路隧道沉管法.城市地下工程 在地铁方面，法国巴黎高速地铁横贯东西，全长50km余；日本东京地铁更有假设干层好几条线；我国的上海、北京、广州等地铁正如火如荼。 多层次综合开发利用地下空间，是城市地下工程建立的一个特点。如日本东京的上层地下工程，便多作为地下街、商场等；瑞典、挪威、美国等更把地下工程用于民用住宅、图书馆等。我国有利用人防工程改造的商场、地下人行街、车库等。.上海

5、徐家汇地铁站广州越秀公园站明珠二期上体馆车站冰冻法共同沟.黄浦江行人隧道我国第一条观光隧道 ，盾构法山区城市隧道 新奥法打浦路隧道盾构法.地下广场明挖法.地下车站盖挖、逆作法.最新盾构技术盾构隧道.排水隧道顶管法.地下通道管棚法.地下通道管幕箱涵顶进技术.水电站及航运地下工程 水电站包括：引水隧道、泄水隧洞及大跨度、高边墙的地下厂房等地下工程。据统计，我国建国后建成的大中小型水电站引、泄水隧洞约140座，全长120km；最长的为四川渔子溪一级电站有压发电隧道，长8429m。天生桥水电站，有压发电隧道三座，内径9.0m，各长11.34km。 航运地下工程: 世界最大的航运隧道为法国马赛至罗那航运

6、线上的罗佛隧道，全长7km，断面宽24.5m,高17.5m。天生桥水电站龙滩水电站.坝高 277m表孔 6-12.518.5深孔 7-58泄洪洞 4-1411.3厂房 2-8750水电地下厂房.主副厂房洞主变洞尾调洞母线洞尾水主洞交通洞出线洞引水发电系统设计 白鹤滩水电站装机容量13050MW，多年平均发电量564.9亿kWh。是西电东输骨干电源点之一 .广西龙滩水电地下厂房.其他 各类物资的储库，如瑞典佛斯马克海底核废料储库系统；我国柳州大型天然洞室作冷藏库；以及地下油库、大型跨江海桥梁的根底、地下物流系统、地下防卫设备等。新日本石油公司的海上油库串木野基地的地下油库.地下石窟洞室小隧道棚大

7、跨洞室开挖法 .桥梁锚碇工程基坑法典型桥梁锚碇施工.开挖中的低温气体贮藏隧洞新奥法地下防卫设备新奥法.二、地下建筑构造的概念、作用和方式一地下建筑构造的概念 地下建筑是建筑在地层中的建筑物。它可以分为两大类：建筑在土层中和建筑在岩层中的 。广义上讲，任何构造物都是建筑在相应的介质中的，如上部构造是建筑在空气介质中，地下建筑构造普通建筑在土层中、岩层中或水中。 本学科所要研讨的一切问题都可归为“构造与介质的相互作用问题。 。 表示图.二地下建筑构造的作用地下建筑构造，即埋置于地层内部的构造。按照运用要求在地层中发掘洞室沿洞室周边建筑永久性支护构造即衬砌构造。内部构造与地面建筑的设计根本一样 作用

8、：衬砌构造主要是起承重和围护作用。承重，即接受岩土体压力、构造自重以及其它荷载作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。.地下建筑与地面建筑构造的区别 1计算实际、设计和施工方法 2地下建筑构造所接受的荷载比地面构造复杂。 3地下建筑构造埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑构造上，而且约束着构造的挪动和变形。 计算实际上最主要差别：在地下建筑构造设计中除了要计算要素多变的岩土体压力之外，还要思索地下构造与周围岩土体的共同作用。.三地下建筑构造的型式首先由受力条件控制，即在一定地质的围岩压力、水土压力和一定的爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的构外型式 ；其次由地下建筑的

9、功能要求和施工技术要求等确定。主要有： 地下建筑构造的几种方式.土层地下建筑构外型式一浅埋式构造：平面成方形或长方形，当顶板做成平顶时，常用梁板式构造。地下指挥所可以采用平面呈条形的单跨或多跨构造。为节省资料，顶部可做成拱形。二附建式构造：是房屋下面的地下室，普通有承重的外墙、内墙地下室作为大厅用时那么为内柱和板式或梁板式顶底板构造。三沉井构造：沉井施工时需求在沉井底部挖土，顶部出土，故施工时沉井为一开口的井筒构造，程度断面普通做成方形，也有圆形，可以单孔也可以多孔，沉毕后再做底顶板。四地下延续墙构造：先建造两条延续墙，然后在中间挖土，建筑底板、顶板和中间楼层。.土层地下建筑构外型式五盾构构造

10、：盾构推进时，以圆形为最宜，故常采用装配式圆形衬砌，也有做成方形和半圆形的。六沉管构造：普通做成箱形构造，两端加以暂时封墙，托运至预定水面处，沉放至设计位置。七桥梁根底构造：桥梁根底构造可分为浅根底、深根底及深水根底三大类，目前常用的根底方式是桩根底和沉井根底。八其它构造：还包括顶管构造和箱涵构造等。在城市管道埋深较大、交通干线附近和周围环境对位移、地下水有严厉限制的地段常采用顶管构造施工更为平安和经济。而在铁路和公路交叉口，为了不影响交通，需建立交桥和立交地道，普通采用箱涵构造。.岩石地下建筑构造方式 型式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形等。此外，还有一些其它类型的构造，如喷锚构造、穹顶构造

11、、复合构造等。最常用的是拱形构造，这是由于它具有以下优点：一地下构造的荷载比地面构造大，且主要接受垂直荷载。因此，拱形构培育受力性能而言比平顶构造好例如在垂直荷载作用下弯矩小。二拱形构造的内轮廓比较平滑，只需适当调整拱曲率，普通都能满足地下建筑的运用要求，并且建筑布置比圆形构造方便，净空浪费也比圆形构造少。三拱主要是承压构造。适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等资料构筑。资料造价低，耐久性良好，易维护。.岩石地下建筑构造方式常用的几种拱形构造、喷锚构造以及穹顶构造等。一、拱形构造1贴壁式拱形构造1半衬砌构造2厚拱薄墙衬砌构造3直墙拱形衬砌 4曲墙拱形衬砌构造2离壁式拱形衬砌构

12、造二喷锚构造三穹顶构造四连拱隧道构造 五复合衬砌构造.补充：地下建筑工程分类地下建筑工程亦简称地下工程有许多分类方法：按运用功能分类按四周围岩介质分类按设计施工方法分类按施工资料和断面构外型式分类按重要程度、防护等级、抗震等级等分类最常用的是按运用功能分类.1、按运用功能分类 可分为：地下交通工程、地下市政管道工程、地下工业建筑、地下民用建筑、地下军事工程、地下仓储工程、地下文娱体育设备等。1地下交通工程：地下铁道、公路隧道、过街人行道、海河、湖底隧道 2地下市政管道工程：输水隧道、地下给排水管道、通讯、电缆、供热与供气道、共同沟。3地下工业建筑：地下核电站、水电站厂房、地下车间、地下厂房地下

13、渣滓熄灭厂。.4地下民用建筑：地下商业街、地下商场、地下商业购物中心、地下医院、地下旅馆、地下学校5地下军事工程：人防掩蔽部、地下军用品仓库、地下战斗工事、地下导弹发射井、地下飞机舰艇库、防空指挥中心6地下仓储工程：地下粮、油、水药品等物资仓库、地下车库、地下渣滓堆场、地下核废料仓库、危险品仓库、金库7地下文娱文化设备：图书馆、博物馆、展览馆、影剧院、歌舞厅8地下体育设备：篮球、乒乓球、网球、羽毛球场，田径场，游泳池，滑冰场等.2、按周围地层介质分类 软土地下工程 岩石硬土地下工程 海河、湖底或悬浮工程 按照地下工程所处围岩介质的覆盖层厚度，又分为深埋、中埋、浅埋不同埋深工程。.3、按照施工方

14、法分类明挖法放坡、支护、降水盖挖法、逆作法浅埋暗挖法沉箱、沉井、沉管法盾构法SM, TBM顶管法(大口径与微型顶管)新奥法NATM、钻爆法.4、按构外型式分类 地下建筑和地面建筑结合在一同的常称为附建式，独立建筑的地下建筑称为单建式。地下构外型式可以隧道式，横断面尺寸远远小于纵向长度尺寸，即廊道式。平面规划上也可以构成棋盘式或者如地面房间布置，可以为单跨、多跨，也可以单层或多层，常用浅埋地下构造为多跨多层框架构造。地下构造横断面可根据所处部位地质条件和运用要求，选用不同的外形，最常见的有圆形，口形人张开嘴，马蹄形，直墙拱形，曲墙拱形，落地拱，连拱塔拱，穹顶直墙等等。 .5、按衬砌资料和构造分类

15、衬砌又称被覆或支护，它是在地下工程周围构筑的永久性的支护构造。其主要作用：承重：即接受围岩压力，地下水压力，构造自重以及其它荷载作用；围护：除用来防止围岩风化与崩塌外，必需做到防水和防潮；足够的刚度，耐腐蚀性，稳定性：衬砌构造资料主要有砖、石、砌块混凝土、钢筋混凝土、钢轨型钢、格栅拱、锚杆、放射混凝土，铸铁、钢纤维混凝土，聚合物钢纤维混凝土等。 .6、按现场浇筑施工方法分类衬砌构外型式分为：1模筑式衬砌2离壁式衬砌3装配式衬砌4喷锚支护衬砌 三峡、南水、新咏春部分、龙滩 ./mtltimedia/structure/.tjgeo/tumu/.三、地下建筑构造的

16、设计程序和内容初步设计的内容主要包括：一) 工程等级和要求，以及静、动荷载规范确实定；二)确定埋置深度与施工方法；三) 初步设计荷载值；四选择建筑资料；五选定构外型式和布置；六估算构造跨度、高度、顶底板及边墙厚度等尺寸；七 绘制初步设计构造图；八估算工程资料数量及财务概算。 .技术细节的主要内容是：一计算荷载：按地层介质类别、建筑用途、防护等级、地震级别、埋置深度等求出作用在构造上的各种荷载值；二计算简图：根据实践构造和计算工具情况，拟出恰当的计算图式；三内力分析：选择构造内力计算方法，得出构造各控制设计截面的内力；四内力组合：在各种荷载内力分别计算的根底上，对最不利的能够情况进展内力组合，求

17、出各控制界面的最大设计内力值；五配筋设计：经过截面强度和裂痕计算得出受力钢筋，并确定分布钢筋与架立钢筋；六绘制构造施工详图：如构造平面图、构件配筋图、节点详图，风、水、电和其他内部设备的预埋件图；七资料、工程数量和工程财务预算。.四、本课程包括的内容请参见教材大纲.地下建筑构造的特点 荷载的不确定性 水、土压力，岩体压力，地下构造与地层共同作用问题等 计算方法的不成熟 阅历类比法、荷载构造法、数值分析法、动态反响分析法指点思想 实际计算导向、监测数据定量、阅历总结判别五、隧道及地下工程面临的挑战.五、隧道及地下工程面临的挑战城市地下工程面临的挑战1实际研讨集中在地下构造和地层的相互作用上；集中

18、在地层损失上及其损伤机理上；2岩土力学本构实际与地层适用性研讨；3开发观测方法，自动报警系统的研讨；4加固地层的各种类型注浆法、冻结法和地下水位降低法等；5开发可以自动控制掌子面功能的隧道掘进机；6复杂环境下的设计和施工技术；7隧道前方妨碍物的探测与排除。.隧道及其他地下工程面临的挑战1长大隧道的设计、施工技术；通风防灾技术；2特殊地质地层的设计和施工技术；3非延续岩体的大变形和破坏分析；4大型跨江海桥梁根底、其他深水根底设计和施工问题；5隧道的超前地质预告问题；6固、液、气的耦合问题；7真正适宜岩膂力学的实际和分析方法；8隧道及地下工程的精细化实验及数值模拟技术；9新概念、新资料在隧道及地下工程中的运用；10IT技术数字化技术在隧道及地下工程中的运用.21世纪地下空间开发遐想 城市可继续开展的要求 二十一世纪是地下空间的世纪。 开辟生存空间抑制城市病人口拥堵、交通阻