《城市地下工程》第1章：绪论

第1章：绪论1.1城市地下工程的意义、特征及属性

1.1.1城市地下工程的涵义1、城市地下工程是从事研究和建造城市各种地下工程的规划、勘察、设计、施工和维护的一门综合型应用科学与工程技术，是土木工程的一个分支。2、城市地下工程包括交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场、过街或穿越障碍的各种地下通道等；工业与民用方面的各种地下制作车间、电站、各种储存库房、商店、人防与市政地下工程，以及文化、体育、娱乐与生活等方面的联合建筑体等等。1.1.2城市地下工程的特征1、可为人类的生存开拓广阔的空间2、具有良好的热稳定性和密闭性3、具有良好的抗灾和防护性能4、社会、经济、环境等多方面的综合效益好5、施工条件复杂，造价较高1.1.3城市地下工程的历史沿革人类对地下空间利用大体可以分为四个时期：1、远古时期：从出现人类到公元前3000年。初始人类已开始利用天然洞穴作为防风雨，避寒暑的居住场所。2、古代时期：公元前3000年至5世纪。公元前2200年的巴比伦河底隧道；公元前312～226年的罗马地下输水道及储水池；公元前208年完工的我国秦始皇陵等地下陵墓工程。3、中世纪中期：5世纪至14世纪。我国隋朝（7世纪）在洛阳东北建造了面积达600m×700m的近200个地下粮仓；宋朝时期在河北峰峰建造的军用地道（长约40km）。4、近代时期（国外）：1613年英国建成伦敦地下水道；1681年修建了地中海比斯开湾长170m的连接隧道；1843年伦敦建成越河隧道；1863年英国在伦敦建成世界第一条城市地下铁道；1871年穿越阿尔卑斯山，连接法国和意大利的隧道长达12.8km的公路隧道开通。

20世纪90年代初，世界上已有近100多个城市修建地下铁道。5、近代时期（国内）：我国于1969年在北京建成第一条地下铁道。随着国民经济的提高，我国各大城市相继出现大量的城市地下结构。北京地铁规划图上海地铁规划图南宁地铁规划图

南宁轨道交通，也称南宁地铁，2008年8月国家发改委正式批准。南宁的轨道交通线路由8条线路组成，线路全长252.1千米，总投资约1500亿元。

1.1.4城市地下工程的基本属性1、综合性规划、设计与施工需要运用工程测量、岩土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑结构、建筑设备、工程机械、技术经济等专科知识和洞室施工技术、施工组织等领域的知识以及电子计算机和工程测试等技术。2、社会性城市地下工程是伴随着人类社会发展需要而逐渐发展起来的，它所建造的工程设施应反映出各个不同年代社会经济、文化、科学技术发展的面貌与水平。3、实践性在某种意义上，城市地下工程的工程实践常先行于理论。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验；即使衬砌结构的设计，以工程类比为主的经验法，至今仍在广泛应用。4、技术、经济、建筑艺术和环境的统一性人们力争最经济地建造既安全、适用又美观的地下建筑工程，但工程的经济性和各项技术活动密切相关。首先表现在工程选址、总体规划上，其次表现在工程设计与施工技术是否合理先进上。工程建设的总投资、工程建成后的社会效益与经济效益以及使用期间的维护费用多少等，都是衡量工程经济性的重要依据，这些都与技术工作密切相关，必须综合全面考虑。1.2城市地下工程的结构施工与建筑环境1.2.1城市地下工程的结构形式与衬砌1、结构形式：附建式、单建式2、衬砌

衬砌是地下建筑物周边构筑的永久性支护结构。它的主要作用：一是承重，即承受围岩压力、地下水压力、结构自重以及其他荷载的作用；二是围护，除用来防止围岩风化与崩塌外，必须做到防水和防潮。根据施工方法不同，大体可以将衬砌分为以下四种：（1）模筑式衬砌（2）离壁式衬砌（3）装配式衬砌（4）锚喷衬砌右图为管片安装地下工程设计计算方法

地下工程的衬砌设计和施工的要旨在于尽可能地发挥和利用围岩的自持能力．使衬砌设计更经济合理。衬砌设计计算理论经历了若干个发展阶段，目前衬砌设计计算方法可归纳为四种方法：

(1)以工程类比法为主的经验法

(2)收敛——约束法

(3)作用——反作用模型，又称荷载——结构模型

(4)连续介质模型1.2.2城市地下工程的施工方法

■城市地下工程成败的关键是施工问题。

■施工方法的选择应根据工程性质、规模、土岩层条件、环境条件、施工设备、工期要求等要素,经技术、经济比较后确定。

■应选用安全、适用，技术上可行，经济上合理的施工方法。1、对埋置较浅的工程，在条件许可时，应优先采用明挖法施工；2、近年常采用“地下连续墙”，盖挖逆筑法施工，可避免打桩，的噪声与振动，减少明挖法对地面的影响；3、当埋深超过一定限度后，常采用暗挖法施工，暗挖最初多用传统的矿山法，20世纪中叶创造了新奥法，该法是尽量利用围围岩的自承能力，用柔性支护控制围岩的变形及应力重分布，使其达到新的平衡后再进行永久支扩，目前应用较广；4、对于松软含水地层可采用泥水加压或土压平衡式盾构施工有时亦可采用顶管法施工；5、修建水底隧道除采用盾构法外，还可采用沉埋法，此法主要工序在地面进行，避免了水下作业，优点显著，应用日益广泛；6、在坚硬的岩层中可以用掘进机施工。目前我国城市地铁施工中多采用盾构法。盾构机双圆盾构机DOT（双圆盾构）工法在城市轨道交通中应用城市地下工程具体施工方法明挖法盖挖逆筑法浅埋暗挖法矿山法水域施工法辅助施工法（注浆加固法,降低水位法，冻结法）1.2.3城市地下工程的建筑环境环境是指围绕着人群的空间，及其该空间中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种自然因素的总体(此处不含社会因素)。在任何情况下，都不允许地下建筑环境出现对人体产生致病、致伤、致死等危险的极限标准。

1、空气环境

评价地下建筑空气环境的指标有舒适度和清洁度。其中温度、湿度、二氧化碳浓度等是衡量空气冷热、干湿和清洁程度的主要指标。2、光环境与声环境

光与声环境可称为视觉环境与听觉环境，衡量光环境质量的指标有照度、均匀度、色彩的适宜度等。3、地下建筑的心理环境

建筑内部环境在人的心理上引起一定的反应，积极方面的反应是舒适、愉快等；不适、烦闷等则属于消极方面的反应。1.3城市地下空间利用与发展前景

城市地下工程的开拓应遵循：人在地上，物在地下；人的长时间活动在地面，短时间活动在地下；先近后远，先浅后深，先易后难等已被实践证明是正确的原则。1、浅层和次浅层空间应全面、充分地开发利用2、在次深层和深层空间建立城市公用设施的封闭性再循环系统3、在地下空间建立水和能源存储系统,以及危险品存放系统第2章城市地下空间规划理论与建筑设计城市规划的基本任务是：以城市社会经济发展目标为依据，进行城市空间布置，使之更好地促进生产力发展，提高人民生活质量。城市规划应包括城市地下空间的开发利用。2.1.1地下空间规划基本理论1、城市容量、空间利用及规划范围2、地下空间生理与心理学3、地下工程理论与技术右图为某地铁车站2.1.2城市地下空间总体规划与专项技术1、城市地下空间总体规划的主要原则（1）规划应符合国家有关方针、政策（2）规划应为生产力发展创造有利条件（3）规划应从实际出发，符合国情，贯彻建国方针（4）规划应考虑地下与地面的功能协调，贯彻建设与环境保护结合的原则（5）规划应体现城市艺术品味，具有一定先进性和超前性右图为某地铁站与地下商业街结合设计2、规划主要内容（1）规划依据与原则；规划任务与目的（2）基础资料（3）城市地下空间发展方向与开发需要预测（4）城市地下空间的总体布局（5）城市地下空间各功能、设施规划（6）城市地下空间详细规划（7）城市地下空间规划实施控制2.1.3地下空间系统规划程序城市地下空间规划涉及专业多，具有较强的政策性，是一项综合性、整体性、专业性、艺术性很强的工作。2.1.4城市地下空间规划的关键问题1、城市地下空间规划应做到点、线、面结合2、规划中以地下交通工程为依托，连接各个中心的地下综合体3、规划应充分利用地面建筑的地下空间部分4、地下空间使用功能规划应与地面城市建设环境及特点协调5、地下空间规划，同时要考虑到防灾、减灾及对战争的防护要求2.2城市地下工程建筑设计2.2.1建筑组成1、地下街组成（1）地下步行道系统（2）地下营业系统（3）地下机动车运行及存放系统（4）地下街设备系统（5）其他辅助用房右图为某地下商业街2、地下停车场建筑组成（1）出入口（2）停车库（3）服务用房（4）管理用房（5）辅助用房3、地铁车站的建筑组成（1）为乘客服务部分（2）运营管理用房部分（3）技术用房部分（4）生活辅助部分4、地下人防建筑组成地下人防建筑通常由指挥所、掩蔽部、通信、水库、存款、医院、交通运输干线，通风、供电、出入口等部分组成。2.2.2建筑设计要点1、地下工程建筑设计大体步骤：选址→总平面布置（平面组合）→竖向组合→选择结构形式、柱网布置→装修装饰→环境艺术处理2、建筑设计的原则及要点：（1）城市地下建筑设计，原则上应与城市规划、地面建筑相协调相适应；（2）总平面布置，即平面组合应使功能紧凑，分区合理、明确；（3）竖向组合应根据分层需要利于人员通行、上下、进出、疏散安全、方便；（4）结构安全经济合理；（5）装修应简洁、明快，具有一定的艺术性；（6）强大环境保护意识及人性化观念2.2.3环境与装饰1、城市地下建筑装饰重点在各类建筑入口部、商娱营业主体、地铁车站、厅、步行通道等部位；2、建筑装饰风格，商娱营业主体的装饰应以现代风格为主；3、步行通道应强调光照度，简洁明快，有利于引导人流走向，宜采用安静舒适的色调；4、地铁车站厅装饰风格：①古典风格②现代风格③民族风格④地方风格⑤个人风格5、地下建筑出入口部位是进入地下的毕竟之路，应根据入口的位置及该地段条件进行设计，设计应融入周围环境，有利于环境景观的改造，并能起到人流引导作用，具有较强的标志性。2.3城市地下工程防灾与安全2.3.1防灾与安全工作的重要性1、地下建筑所遇到的灾害课分为发生在建筑外部和发生在建筑内部的灾害。2、地下工程安全危险因素主要有火灾（设备故障、人为违章操作、用电用火不慎、电焊切割、易燃易爆物品存放、人为纵火等）；建材中有毒有害物质、燃烧产生的毒气、放射性元素；水灾、爆炸、触电、列车脱轨、结构垮塌，帽落、地质灾害、隧道失效、地表移动与塌陷等。3、地下建筑与外部联系孔洞少、面积有限、气热交换难、散热慢、能见度低、排烟困难、安全疏散与补救困难，造成的危害较大。地铁事故现场2.3.2防灾与安全防护的基本原则1、严格贯彻执行相关法律、法规、规范与规程，严格执行国家、地方、行业颁布的防火、防洪排涝、抗震抗灾、民防和环境保护方面的规程规范，吸收国外先进经验；2、贯彻“预防为主”的方针。严格贯彻国家“预防为主，防治结合”的方针，建立良好的灾害预测、预报、评估与预警系统；3、系统设施的选择必须符合防灾要求；4、建立联防体系，防灾系统应与城市总体防灾系统联网，成为其中一个组成部分；5、对于大城市，地下工程规划中对人防，防灾，安全防护应高起点，综合规划，贯彻长期建设，稳步发展的原则。2.3.3主要技术措施1、火灾防范技术措施（1）规划布局合理：如对地下工程出入口设计应便于人员使用，又有利于火灾发生时人员的疏散；（2）地铁车站、地下连通道防火分隔应采用防火墙、防火卷帘加水幕火灾复合防火卷帘等防火分隔物划分为防火分区；（3）合理地选择出入口位置和数量，合理地选择与布