地下工程施工第一章绪论

地下(dìxià)工程施工技术主讲(zhǔjiǎng)：xxxE-mail：cowcivil@xxx大学土木工程学院共一百一十四页第一章绪论共一百一十四页1.地下工程的涵义地下工程：是从事研究和建造城市各种地下工程的规划、勘测、设计、施工和维护的一门综合性应用科学与工程技术，是土木工程的分支。地下工程通常包括：交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场及各种穿越障碍的地下通道；工业与民用方面的各种地下制作车间、电站、各种车房及商店；人防市政地下工程，以及文化、体育、娱乐、与生活等方面的联合体育建筑等。地下结构：与地下工程相关的结构；保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间(kōngjiān)内修建的结构物，统称为地下结构。第一节地下工程的意义(yìyì)、特征及历史共一百一十四页2.地下工程的特征A.可为人类的生存开拓广阔的空间B.具有良好的热稳定性和密闭性C.具有良好的抗灾和防护性能D.社会、经济、环境等多方面的综合效益好E.施工(shīgōng)条件较复杂，造价较高共一百一十四页3.地下工程的历史沿革人类对地下空间利用大体可分为四个时期：A.

远古时期从出现人类到公元前3000年。初始(chūshǐ)人类利用天然洞穴作为防风雨、避暑寒的居住处所。共一百一十四页巴比伦人在幼发拉底河底挖出了一条(yītiáo)长3000英尺的隧道。B.古代时期

公元前3000年至5世纪(shìjì)。公元前2200年的巴比仑河底隧道。公元前312-226年罗马地下输水道及贮水池。公元前206年我国建成的秦始皇陵，从已发掘出的兵马俑坑群看可能是我国历史上最大的地下陵墓工程。共一百一十四页存放(cúnfàng)木乃伊的金字塔共一百一十四页C.中世纪时期

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个地下搁仓，其中第160号仓直径11m，深7m，容量145m3，可存粮2500—3000t。宋朝在河北峰峰建造的军用地道，约长40km。自4世纪中叶佛教传人我国后，相继建成著名的云冈石窟、龙门石窟(北魏)，敦煌莫高窟(从北魏到元各朝)，以及甘肃麦积山和河北邯郸响堂山石窟等．这些(zhèxiē)石窟岩洞形成一个大型的雕刻艺术空间。共一百一十四页大型石窟由于室内空间高大，一般窟中又有大佛，往往成了一个容有大佛的空井。如北魏早期(zǎoqī)的云岗昙曜五窟，窟内空间高达20米左右。崩坍与风化对石窟危害最大。导致崩坍与风化的主要原因是岩性和水。含碳酸钙（CaCO）的岩洞受水侵蚀能使岩石变成松散的粘土矿物，加速岩石解体，造成窟洞崩坍与风化。因此，必须解决好石窟的排水问题。唐代龙门奉先寺佛龛，曾在峭壁的上方与两则修筑了一条长120米，宽1～2米，深1～2米的排水沟，把窟顶的水引开，减少水对裂隙渗透，有效地保护了佛龛。乐山大佛在佛头的发髻里筑建了3条排水系统，让雨水从佛背后排掉，不流向面部。共一百一十四页响堂山石窟又称响堂寺石窟，坐落在河北省最南端的邯郸市。最初开凿于北齐时代（公元500—577年）。以后，隋、唐、宋、元、明各代均有增凿。尚有石窟16座，4000多尊雕像，石窟均营凿在山清水秀、环境优美的鼓山最优质的石岩中。石窟幽深，人们在山洞里击掌甩袖，都能发出宏亮的回声，故名“响堂”。响堂寺内曾经有七块响石可发出高低七中音色(yīnsè)，大部分被日本侵华时劫掠。共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页莫高窟，俗称千佛洞，坐落在河西走廊西端的敦煌。它始建于十六国的前秦时期，历经十六国、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等历代的兴建，形成巨大的规模，有洞窟735个，壁画(bìhuà)4.5万平方米、泥质彩塑2415尊，是世界上现存规模最大、内容最丰富的佛教艺术圣地。共一百一十四页莫高窟共一百一十四页莫高窟的“棺材(guāncai)”共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页D.近代时期(国外)

从15世纪开始至今:1613年英国建成伦敦地下水道。1681年修建地中海比斯开湾长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长12.8km的公路隧道。20世纪90年代(niándài)初，世界上已有遍100多个城市修建地下铁道，目前线路总长度将达5000km(地下线路近3000km)。共一百一十四页共一百一十四页1867

瑞典工程师AlfredNobel注册炸弹专利(zhuānlì)之后，隧道建设得以迅猛发展。1927

荷兰隧道(HollandTunnel)开始使用(shǐyòng)通风系统来排除废气。Hudson河的两岸，分别有位于4个不同建筑里的84枚风扇为隧道换风。隧道内空气每90秒钟完全更新一次。共一百一十四页1952

JamesS.Robbins在修建南达科他州奥阿希大坝(dàbà)时想出了个绝好的点子，于是设计了第一个现代意义上的隧道掘进机。共一百一十四页1963

在以真实故事为原型的《胜利大逃亡(táowáng)》中，德国集中营的囚犯得以从挖掘出来的三条隧道逃脱。这三位英雄的名字分别是Tom、Dick和Harry。1962

受到PopMech杂志的启发，三名阿尔卡特拉斯监狱的囚犯(qiúfàn)用偷藏的汤勺挖出了一条逃生地道。他们用临时搭建的木筏漂到了旧金山，去向再也不为人知。共一百一十四页1988

日本33英里长，连接了本州与北海道的青函隧道(SeikanTunnel)是世界上最长也是最深(位于海平面下787英尺)的隧道。可惜(kěxī)的是，很多时间宝贵，花钱精明的旅客坚持选择飞机。1994

在192年的谋划以及6年的建设之后，海峡隧道(suìdào)(ChannelTunnel)终于贯通了英吉利海峡，连接了英国与法国。造价210亿美元的海峡隧道，是迄今成本最高的建设工程。共一百一十四页2005

走私者挖通了一条360英尺(110米)长的隧道，隧道的一头连接加拿大境内一座半桶形房屋，另一头通到华盛顿州林登市一间屋子的卧室。警方非常佩服其照明、通风(tōngfēng)系统与混泥土地板。2010

为完成纽约地铁第二大道线(SecondAvenueSubway)这个开工81年来一直未峻的工程(gōngchéng)，纽约开动了本市史上第一台隧道掘进机。随挖随填法与钻爆法也同时被采用。共一百一十四页2013

世界上最大的隧道掘进机宽57.5英尺(yīngchǐ)，重7000吨，已经开始用于开凿一条隧道以替代西雅图的阿拉斯加路高架桥。这条隧道将成为北美最宽的隧道。共一百一十四页英吉利海峡隧道（英语：The

Channel

Tunnel

也称为英法海底隧道、欧洲隧道，是一条把英国英伦三岛连接往欧洲法国的铁路隧道，于1994年5月6日开通。它由三条长51km的平行隧洞组成，总长度153km，其中海底段的隧洞长度为3×38km，是世界(shìjiè)第二长的海底隧道及海底段世界(shìjiè)最长的铁路隧道。两条铁路洞衬砌后的直径为7.6m,开挖洞径为8.36~8.78m；中间一条后勤服务洞衬砌后的直径为4.8m，开挖洞径为5.38~5.77m。从1986年2月12日法、英两国签订关于隧道连接的坎特布利条约到1994年5月7日正式通车，历时8年多，耗资约100亿英镑（约150亿美元），也是世界上规模最大的利用私人资本建造的工程项目。

共一百一十四页共一百一十四页通风(tōngfēng)和应急(yìngjí)管道电气往返列车双管海峡隧道共一百一十四页吉利海峡隧道(suìdào)惨案共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页加沙地带(dìdài)的生命线

——地道共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页中国(zhōnɡɡuó)人乘高铁两天到美国不是梦共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页烟大海底隧道方案将报国务院：耗资堪比三峡王梦恕表示，工程的总造价大约在2000亿~2600亿元之间，具体数据现在不好下结论，但预计不会(bùhuì)超过3000亿元。若全长123公里的烟大海底隧道建成，其规模将远超英吉利海峡隧道，成为世界上最长的海底隧道。共一百一十四页台湾海峡隧道是一项连接台湾海峡东西(dōngxī)两侧中国大陆与台湾的工程。台湾海峡是台湾与福建海岸之间的海峡，属东海海区，南通南海。呈东北——西南走向，长约370千米。北窄南宽，北口宽约200千米；南口宽约410千米；最窄处在台湾白沙岬与福建海坛岛之间，约130千米。总面积约8万平方千米。共一百一十四页共一百一十四页琼州海峡是全国3大海峡之一，位于雷州半岛和海南岛之间，长80公里，宽20至40公里，平均水深44米，最大深度120米。中国工程院院士王梦恕确认高速公路的建设方案早已(zǎoyǐ)被否。他解释，琼州海峡是黄金通道，供大量游船运行，若采取1000多米的线索桥方式，一旦遭遇大风，将造成严重影响。琼州海峡跨海通道的选择：现初步确定为隧道方式，大桥方式（琼州海峡跨海大桥）早被否定。琼州海峡跨海隧道是广东省政府发布的《广东省高速公路2015年至2017年建设计划及中远期规划》中提及，2018年以后开工建设沈海高速琼州海峡跨海通道，全长30公里，预计投资1400亿元。共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页4、地下空间(kōngjiān)利用现状地下(dìxià)电站地下煤矿地下储能深部矿山深海石油国防人防地下铁道地下停车场上下水道商业设施地下城市喀斯特溶洞共一百一十四页共一百一十四页喀斯特溶洞的应用价值(jiàzhí)医学价值矿物价值

观光旅游价值共一百一十四页小结

提问：为什么要利用地下(dìxià)空间？共一百一十四页共一百一十四页地下(dìxià)空间的作用在可持续发展的社会中，地下空间(kōngjiān)的作用可归结为：水工隧洞可提供城市给水、排污水，对环境保护起重要作用；地下可提供贮藏空间和其他空间，使土地利用面积倍增；重要的生命线可充分利用地下，提高抗御自然灾害的能力；地下是提供放射性废弃物或其他有害废弃物唯一安全的场所；交通隧道可提供安全、准时、快速、经济的交通手段；增加了作为生产设施、事务所以及居住等地下空间的利用；食品、液体、瓦斯等的地下贮存；地下利用可极大地缓和城市的混杂；共一百一十四页地下工程研究(yánjiū)的内容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(tǐxì)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共一百一十四页龚嘴电站(diànzhàn)地下厂房共一百一十四页地下(dìxià)停车场共一百一十四页地下(dìxià)超市共一百一十四页中国(zhōnɡɡuó)地铁第一个暗挖车站－西单站共一百一十四页车站(chēzhàn)效果图共一百一十四页地下(dìxià)结构明挖施工现场共一百一十四页盖挖法施工(shīgōng)（主体结构）共一百一十四页盖挖法施工(shīgōng)共一百一十四页地下工程矿山(kuàngshān)法施工共一百一十四页南京(nánjīnɡ)用的

盾构机共一百一十四页双圆盾构主机(zhǔjī)结构示意图共一百一十四页DOT（双圆盾构）

已建成异形(yìxínɡ)隧道异形(yìxínɡ)管片共一百一十四页泥水(níshuǐ)盾构构造图共一百一十四页第二节地下工程的基本(jīběn)属性A.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(jiégòu)、建筑设备、工程机械、技术经济等学科和洞室施工技术、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。B.社会性

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。共一百一十四页C.实践性

在某种意义上说．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。D.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(shìfǒu)合理。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。共一百一十四页第三节地下工程的结构(jiégòu)施工一.地下工程的结构形式与衬砌A.结构形式：常见的型式有以下(yǐxià)几种（1）附建式结构（2）浅埋式结构（3）地道式结构（4）沉井法结构（5）盾构法结构（6）连续墙结构（7）顶管结构（8）沉管法结构

共一百一十四页附建式、单建式共一百一十四页共一百一十四页盾构共一百一十四页地下(dìxià)连续墙共一百一十四页顶管共一百一十四页沉管共一百一十四页二、地下工程的基本作业内容

基本作业包括：降水、开挖、支护(zhīhù)、防水和衬砌等技术。

降水技术：是确保地下工程在无水情况下作业施工所采取的技术措施。实施降水施工，必须按当地政府建设行政主管部门的规程和文件严格控制实施。

支护技术：是为了地下工程开挖的安全，一般分为临时支护和永久支护。形式上有钢支撑、混凝土支撑、钢格栅支撑、锚杆等等。共一百一十四页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(zuòyòng)：一是承重，即承受臣岩压力、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。根据施工方法的不同,大体可将衬砌分为下列四种：(1)模筑式衬砌(2)离壁式衬砌

(围岩稳定、防潮要求高)(3)装配式衬砌(4)锚喷衬砌右图为管片(ɡuǎnpiàn)安装共一百一十四页模筑施工(shīgōng)共一百一十四页隧道(suìdào)衬砌断面共一百一十四页上海地铁(dìtiě)隧道共一百一十四页北京在建(zàijiàn)地铁隧道共一百一十四页广州地铁(dìtiě)隧道共一百一十四页地铁工程建设(jiànshè)特点

建设规模大、投资高、周期较长、技术复杂(fùzá)。对工程质量要求高，是土建及机电设备复杂(fùzá)的综合性系统工程。具有如下特点：（1）工程风险大（2）控制标准严（3）防水标准高（4）协调内容多共一百一十四页地铁(dìtiě)车站及分类按地铁车站与地面(dìmiàn)位置关系分：地下站、浅埋车站、地面(dìmiàn)车站、高架车站。

按站台形式分：岛式站台、侧式站台、混合式站台。

按施工方法划分：明挖法、盖挖法、暗挖法车站。

暗挖法中：矿山法、新奥法、盾构法共一百一十四页共一百一十四页第四节北京(běijīnɡ)、香港市轨道交通工程

根据2011年-2020年规划,北京轨道交通分为三个圈层,分别以地铁轻轨系统、市郊轨道系统、城际铁路和高速铁路为主体构建规划线网。到2020年,北京地铁轻轨线路将达30条,总长约1050公里,车站近450个。形成“中心城棋盘式+新城放射式”的线网格局。四环路内站点覆盖率将达95%,线网密度每平方公里1.4公里,居民步行10至15分钟就能到达(dàodá)一个地铁站。共一百一十四页北京(běijīnɡ)轨道交通工程前景北京市目前编制的城市轨道交通建设规划，2015年底，北京将建成“三环、四横、五纵、七放射”的轨道交通网络(wǎngluò)。至2020年北京市的轨道交通线路网将包括30条线路，总长约1050公里（含50公里轻轨），车站近450个。共一百一十四页共一百一十四页2015年底已完成，北京地铁累计运营里程442公里(ɡōnɡlǐ)，基本实现中心城区轨道交通近期规划。未来几年，北京新线建设力度仍不减，预计到2015年底，轨道交通运营总里程达到660公里。目前，正在进行论证的初步方案计划北京全市新增10条轨道交通新线，约200公里。共一百一十四页我国“十二五”期间各城市地铁、轻轨规划线路建设里程将达到3000公里，建设投资规划额将达1.27万亿元。总体规划到2020年，全国(quánɡuó)总规划里程达7000公里，是目前总里程的4.3倍。我国下阶段(jiēduàn)轨道交通工程前景共一百一十四页我国地铁建设热潮正在从中国大城市蔓延至二三线城市。目前(mùqián)已有32个城市已在计划建设地铁，预计2020年将有40个城市建设地铁。2012年9月5日发改委密集公布批准和调整的25个城市轻轨（地铁）项目，涉及的城市包括苏州、杭州、成都、深圳、长春、天津、太原、兰州、沈阳、石家庄、厦门、常州等城市的轨道交通近期建设规划获批等。共计25个城市总投资共约涉及资金7007.7亿元。我国轨道交通(jiāotōng)工程前景共一百一十四页香港地铁(dìtiě)线路世界地铁经营赢利(yínglì)最好的地铁。共一百一十四页第五节邯郸市地铁(dìtiě)与轨道交通概述共一百一十四页邯郸市轨道交通项目规划始于2008年，当时是计划建设两条市际轨道交通线路。城市轨道交通项目计划在2016年开建。一号线总投资约11.8亿美元，若市区(shìqū)段16公里采用地铁形式总投资约22亿美元。四号线总投资约16亿美元。共一百一十四页共一百一十四页提问：轻轨和地铁是一回事吗？轻轨、轨道交通、地铁，三者之间有什么(shénme)区别和联系？共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页共一百一十四页城市轨道交通（RailTransit）包括地铁、轻轨、磁浮等运输方式，是城市公共交通模式的一种。

作为中国城市轨道交通建设的特点，不仅是需要建设的城市多、势头猛，还在于建设的类型多元化。中国正在形成以地下铁道为骨干、多种类型并存的城市轨道交通体系。上海、武汉、天津、大连等城市建成了快速轻轨交通系统；长春、大连进行了有轨电车改造，鞍山也准备对现有有轨电车改造，北京、上海正在酝酿新建有轨电车线路(xiànlù)；重庆建成了我国第一条跨座式的单轨交通系统；上海浦东龙阳路至浦东国际机场开通了磁悬浮高速线；广州和北京已建成或正在建设直线电机驱动的城轨车辆交通线路(xiànlù)；北京首都机场内正在建设全自动化的新交通系统（APM）等。这些情况表明，中国的城市轨道交通类型正在呈现出的多元化发展趋势。共一百一十四页地铁，即“地下铁路”的简称，原本指在地下运行的城市轨道交通，但随着城市轨道交通系统的发展，实际上地铁有时会因建造环境而将部分线路铺设在地上。地铁是沿着地面(dìmiàn)铁路系统的形式逐步发展形成的一种用电力牵引的快速大运量城市轨道交通模式。共一百一十四页一般而言，轻轨和地铁的区别并非轨道是否位于地下，而是其轨重：轨重每米60公斤以下(yǐxià)是轻轨，轨重每米60公斤以上是地铁。共一百一十四页提问：轻轨和地铁的长度有区别吗？地铁铁轨(tiějuǐ)的宽度是多少？重庆地铁穿大楼是真的吗？